Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций

Физико-механические свойства изоляции эпоксидных компаундов - Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций

Оглавление
Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций
Влияние режимов работы изоляционных конструкций на внутреннюю изоляцию
Стационарный режим эксплуатация трансформаторов в схемах выпрямителей
Переходные режимы эксплуатации трансформаторов в схемах выпрямителей
Эксплуатация трансформаторов тока и напряжения
Эксплуатация трансформаторов и дросселей в усилителях низкой частоты
Катушки индуктивности и вариометры
Эксплуатация импульсных трансформаторов и зарядных дросселей
Разъединители механической блокировки, контакторные устройства, выключатели, переключатели
Антенно-фидерные тракты
Влияние режимов работы изоляционных конструкций на внешнюю изоляцию
Влияние климатических и механических условий эксплуатации
Влияние температуры
Влияние повышенной   влажности
Радиационная стойкость и механические факторы
Электрические свойства диэлектриков
Электрические свойства полимерных материалов
Электрические свойства стеатитовой керамики
Кратковременная и длительная электрическая   прочность эпоксидных компаундов
Кратковременная и длительная электрическая прочность полиолефинов
Кратковременная и длительная электрическая прочность керамики, лейкосапфиров
Электрическая прочность эпоксидных компаундов при механическом нагружении
Короностойкость и дугостойкость полимерных материалов
Полупроводящие полимерные материалы
Пробой в воздухе на постоянном напряжении и при частоте 50...400 Гц
Пробой вдоль поверхности на постоянном напряжении и при частоте 50...400 Гц
Пробой в воздухе и вдоль поверхности при высокой частоте
Факторы, влияющие на механические свойства изоляции, эпоксидные компаунды
Физико-механические свойства изоляции термопластов
Физико-механические свойства изоляции стеатитовой керамики
Физико-механические свойства изоляции стеклопластиков
Физико-механические свойства изоляции эпоксидных компаундов
Физико-механические свойства изоляции термопластов
Физико-механические свойства изоляции стеклопластиков
Адгезионная прочность
Образование термоупругих напряжений в изоляции
Снижение термоупругих напряжений
Образование термоупругих пробоев в изоляции
Выравнивание полей внутренней изоляции
Выравнивание полей внешней изоляции
Электромоделирование электрических полей изоляционных конструкций
Решение краевых задач электростатики на ЭВМ
Оптимизация систем изоляции высоковольтных конструкций
Выбор изоляционных промежутков
Оптимизация технологии систем изоляции высоковольтных конструкций
Конструкции высокопотенциальных трансформаторов
Конструкции высокопотенциальных блочных трансформаторов
Конструкции высокопотенциальных трансформаторов с малой емкостью
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов средней мощности
Проектирование высоковольтных силовых и анодных трансформаторов большой мощности
Проектирование трансформаторов модуляционных и   низкой         частоты
Проектирование импульсных трансформаторов
Высоковольтные дроссели, катушки индуктивности и вариометры - проектирование
Проектирование изоляции поворотных и опорных изоляторов
Проектирование изоляции высокочастотных изоляторов
Проектирование изоляции поворотных изоляторов
Проектирование изоляции проходных изоляторов
Проектирование изоляции реле, выключателей и переключателей
Коаксиальные высоковольтные конструкции антенно-фидерных трактов - проектирование
Системы изоляции нестандартных высоковольтных устройств - проектирование
Список литературы

Наиболее характерные изменения при старении имеют место в эпоксидных компаундах. Окончательному разрушению в них предшествует постепенное развитие различных дефектов и трещин в напряженном материале. Скорость разрушения увеличивается с ростом напряжения и температуры, т. е. с ростом кинетической энергии молекул.

На рис. 4.5 доказано изменение прочности жестких эпоксидных компаундов в зависимости от температуры и скорости изменения нагружения. В стеклообразном состоянии прочность с повышением температуры мало изменяется. Переход материала из стеклообразного состояния в высокоэластическое сопровождается значительным снижением прочности.
Из приведенных кривых также следует, что при медленном нагружении образцов со скоростью v2 (v1 — 32,5 ...25 Н/мин, v2=0,65 ... 0,45 Н/мин) в компаундах успевают развиться процессы старения и временные сопротивления при v2 снижаются по сравнению со значениями при скорости нагружения υI.
С  повышением температуры влияние скорости нагружения на прочность становится менее выраженным.
В работе [23] было найдено, что в стеклообразном состоянии временное сопротивление на растяжение при длительном нагружении жестких компаундов относительно кратковременного (t < tc) изменяется в соответствии со следующими значениями:

В высокоэластическом состоянии каждый компаунд в момент повышения температуры при длительном нагружении будет характеризоваться соотношением σв.д/σв.
Температурно-временная зависимость прочности жестких компаундов может определяться из выражения, в котором время разрушения
(4.1)
где τ0 — постоянная, численно равная периоду тепловых колебаний атомов; U — энергия активации элементарного акта процесса разрушения при отсутствии нагружения; γ=k(PT —q) — структурно-чувствительный коэффициент материала, параметры которого определяются экспериментальным путем; а — нагрузка; k — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура.
Значения, к которым асимптотически стремится условный предел прочности при τ = 10 000 ч в зависимости от температуры (по Терентьеву), приведены в табл. 4.4.
Общими для всех компаундов является снижение прочности вне области температуры стеклования, но у каждого типа материала это снижение проявляется в разной степени. Такая закономерность характерна и для других полимерных материалов.
Компаунд марки ЭЗЛ-120 имеет незначительную длительную прочность, хотя кратковременная прочность его выше, чем у компаундов ЭЗК-10 и ЭЗК-20. Такой характер изменения прочности можно объяснить ослаблением при повышении температуры межмолекулярных связей вследствие наличия пластификатора.

Температура,
°С

Временное сопротивление, МПа, компаунда марок

ЭЗК-10

ЭЗК-20

ЭЗК-31

ЭЭЛ-120

ЭПК-1

-60

15,3

39,3

49,3

< 1,0

_

—40

25,3

41,6

49,4

—20

35,3

46,0

50,0

17,4

+20

32,3

43,0

39,3

26,7

+60

29,2

40,6

25,0

19,5

+70

28,7

39,8

16,5

15,0

+80

21,0

39,3

13,5

9,0

+100

12,2

29,3

5,0

Зависимость длительного временного сопротивления на растяжение от температуры, так же как и прочности при кратковременном нагружении, свидетельствуют о высокой прочности компаунда ЭЗК-31 при отрицательных температурах. В то же время видно, что более высокой теплостойкостью обладают компаунды марок ЭЗК-10 и ЭЗК-20.
Из сравнения одинаковых по составу наполненного (ЭЗК-31) и ненаполненного (ЭПК-1) компаундов следует, что наполнитель увеличивает длительную прочность.
Приводимые в некоторых работах данные о стабильности в течение длительного времени прочностных характеристик жестких компаундов распространяются только на образцы, не имеющие значительных остаточных напряжений. Эпоксидная изоляция изделий, находящаяся, как правило, под воздействием остаточных температурных напряжений, с течением времени изменяет свои прочностные свойства аналогично данным, приведенным в табл. 4.4.
Работоспособность компаунда целесообразно оценивать по отношению временного сопротивления при длительном нагружении к внутренним напряжениям при данной температуре, которые определяются по терморелаксационной характеристике. Такие отношения получили название «критерия работоспособности» и имеют смысл запаса прочности (рис. 4.6).
Зависимости значений критериев кратковременной и длительной работоспособности от температуры имеют одинаковый характер. Сравнение прочностных свойств посредством критерия работоспособности подтверждается экспериментально при заливке стальных сердечников компаундами разных типов. При охлаждении сердечников различной геометрии, но с одинаковой площадью сечения, помимо выбора типа компаунда, можно определить коэффициент концентрации образцов.
Момент растрескивания компаунда фиксируется разрывом цепи тонкой Константиновой изолированной проволоки с включенным последовательно миллиамперметром.

Эти, так называемые «датчики разрушения» устанавливаются вокруг сердечников до заливки компаунда. По температуре образования трещин, в .соответствии с зависимостью σΒ = f(t) определяется напряжение σэкв max.
Таблица 4.5


Марка
компаунда

Характеристика

Геометрия образцов

круг
лый

пяти
гран
ный

квад
ратный

прямо
угольный
(1:2)

ЭЗК-10

Температура холодоустойчивости, °С

-32

—20

+6

+18

Эквивалентные напряжения, МПа

35,0

42.0

58,0

67,0

Коэффициент концентрации

1,0

1,2

1,6

1,9

ЭЗК-31

Температура холодоустойчивости, °С

—100

—75

-70

—32

Эквивалентные напряжения, МПа

28,0

35,0

36,0

49,0

Коэффициент концентрации

1,0

1.2

1,25

2,0

 

Рис. 4.6. Зависимость критерия кратковременной (а) и длительной (б) работоспособности от температуры
1 — ЭЗК-10 с отвердителем МТГФА; 2 —ЭЗК-31; 3 - ЭЗК-20 ; 4 — ЭЗЛ-120

Коэффициенты  концентрации

Рис. 4.7. Влияние частоты на число циклов до разрушения для компаунда марки ЭЗК-31 при различных отношениях
1— σт/σв=0,76 ; 2 — 0,66; 3 — 0,6; 4 — 0,56; 5 — 0,50
для образцов (табл. 4.5) получены как отношение значений σэкв.мах  данного образца к круглому.
Из данных, приведенных в табл. 4.5, видно, что большей холодоустойчивостью обладает компаунд марки ЭЗК-31. Квадратные и прямоугольные образцы из компаунда ЭЗК-10 растрескались еще в период остывания после полимеризации при положительных температурах.
Большие значения эквивалентного напряжения для прямоугольного, квадратного и пятигранного образцов объясняются более коротким временем их разрушения, т. е. большой скоростью нагружения.
Концентраторами напряжений в полимерной изоляции могут также служить неоднородности структуры: поры, раковины, отслоения, локальные концентрации наполнителей вследствие оседаемости или плохого перемешивания. Максимальные местные напряжения в местах концентрации могут быть значительно выше средних и привести к преждевременному растрескиванию.
Исследование влияния частоты вибрационной нагрузки на прочность образцов из эпоксидного компаунда марки ЭЗЛ-120 [24] показали наличие тех же закономерностей разрушения, что и при вибрации для других жестких пластмасс. Разрушение возникает из-за нарушения связей вследствие роста термофлюктуационных процессов и накопления микротрещин, вызывающих структурные изменения материала.
На рис. 4.7 по оси абсцисс отложено отношение частоты f к базовой первоначальной частоте f0 = 25 Гц, по оси ординат— отношение числа циклов N до разрушения при различных частотах к числу циклов N0 до разрушения при базовой частоте f0.
Образцы испытывались на установке, создающей растягивающее напряжение по закону σ= σт + σа sin ω/, где σm — постоянная составляющая напряжения; σа — амплитуда переменной составляющей напряжения.
Увеличение частоты повышает температуру материала и снижает его прочность.
При вибрации отмечается также отрицательное влияние на прочность повышения температуры окружающей среды, роста амплитуды и нагружения, а также влияние формы образца.

Периодические паузы в процессе динамической нагрузки и однородность структуры материала способствуют более равномерному распределению напряжения и повышают вибропрочность компаунда.

Рис. 4.8. Срок службы компаунда ЭЗК-31 при механической нагрузке (кривая 1) и при одновременном воздействии механической и электрической нагрузок (кривая 2)
В работе [20] исследовано влияние больших значений напряженности равномерного электрического поля на механическую прочность (рис. 4.8).
При напряженности Е =0,8Εпρ происходит снижение временного сопротивления на 15...20%.
При меньших напряженностях влияние электрического поля уменьшается, однако корреляционная связь четко прослеживается до Е = 0,2Епр.
Влияние «а долговечность эпоксидного компаунда марки ЭПК-5 механической и электрической нагрузки такой в отдельности и при одновременном воздействии приведено в табл. 4.6.
Из данных, приведенных в табл. 4.6, видно, что при каждом виде нагружения долговечность в зависимости от уровня нагрузки имеет одинаковый характер изменений.
Таблица 4.6

Примечание. σ=79,0 МПа; Ек=50 МВ/м (при толщине 1 мм)
При одновременном механическом и электрическом нагружении долговечность снижается на 1 ... 2 порядка по сравнению с каждым из видов нагружения в отдельности.
Резкое снижение долговечности при одновременном нагружении объясняется тем, что рост дефектов, под воздействием механических напряжений сопровождается развитием ионизационных процессов в электрическом поле. В свою очередь, электрическое поле увеличивает подвижность кинетических элементов эпоксидного компаунда, что облегчает механическое разрушение диэлектрика.

Время наработки при механическом разрушении под воздействием механической и электрической нагрузки в первом приближении можно определить из выражения (4.1), обозначив σ = σΜ + σэ — суммарные механические напряжения в диэлектрике; Ом — механические напряжения в диэлектрике от внешней силы; σэ = ε0 — ε/(2δ2) = U2—механические напряжения в диэлектрике от воздействия электрического поля.
Влияние электрического поля на прочностные свойства компаунда проявляется как в усилении термофлюктуационных процессов, так и в ускоренном росте микротрещин, приводящих к образованию генеральной трещины.



 
« Такелажные работы при монтаже оборудования электростанций   Телемеханика в энергоснабжении промышленных предприятий »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.