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

Адгезионная прочность - 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

Качество изготовления и надежность эксплуатации во многих случаях определяются адгезионными свойствами полимеров к материалам, которые в них залиты или запрессованы. Отслоения полимера от поверхности активных или конструктивных деталей могут явиться при нарушении адгезии причиной пробоя или нарушения сплошности изоляции. Указанное в полной мере относится и к другим твердым; диэлектрикам (прессованной керамике, ситаллам и др.), если армирование сопутствует формированию изоляционной конструкции.

Адгезионная прочность зависит от следующих основных факторов:

  1. межмолекулярного или химического воздействия адгезива с залитым материалом (субстратом);
  2. расстояния между контактирующими точками адгезива и субстрата;
  3. числа точек контакта, приходящихся на 1 см2 истиной (активной) площади;
  4. величины активной площади поверхности, т. е. площади склеивания.

Основной причиной адгезии является силовое поле молекул твердой поверхности субстрата, которое притягивает молекулы, находящиеся в непосредственной близости от этой поверхности вязкоупругого или жидкого полимера. Действие поля молекул в адгезиве, или в твердом материале, практически распространяется на глубину одной молекулы. Контактный слой образуется поверхностными молекулами полимера, которые в отличие от хаотического и беспорядочного расположения в толще имеют ориентированное и упорядоченное строение.
Зависимости толщины оксидной пленки от продолжительности нахождения в воздухе
Рис. 4.11. Зависимости толщины оксидной пленки от продолжительности нахождения в воздухе при 20° С
1 — медь; 2 — железо; 3 — алюминий; 4 — серебро

Учитывая, что межмолекулярное взаимодействие нарушается при увеличении расстояния между адгезивом и субстратом более чем на 5 А, особое значение приобретает тщательность обработки поверхности субстрата, отсутствие грязи, пыли, жировых пятен, оксидной пленки и т. д. Исследования показали, что через 2 ч после чистки и обезжиривания поверхности материала на ней может появиться жировая пленка за счет паров воздуха. На рис. 4.11 изображены зависимости толщины оксидной пленки от времени нахождения в воздухе.
Действие эпоксидного компаунда как адгезива может быть вызвано различными сочетаниями межмолекулярного взаимодействия: ориентационного, индукционного, дисперсного и взаимодействия на основе водородной связи. Наличие в компаунде полимерных групп СН и СН2 позволяет предполагать, что силы адгезии будут вызваны прежде всего первыми двумя сочетаниями. Когда субстратом является стеклотекстолит, стеклоткань или другие стеклянные материалы, могут образовываться химические связи. Являясь интенсивным адсорбентом эпоксисоединений, стекло ориентирует молекулы эпоксигрупп по направлению к своей поверхности. Эти материалы могут присоединять к себе эпоксисоединения или вызывать полимеризацию смолы в близлежащих слоях [26]. Ориентированная жесткая пограничная пленка не участвует в отверждении жидкой фракции. Ее плотность выше плотности отвержденной смолы.
При ориентационном взаимодействии силы притяжения будут в основном проявляться при остывании компаунда, так как тепловое движение молекул существенно уменьшает возможность их ориентации.
При контакте с неполярным веществом, когда преобладает индуктивный механизм взаимодействия, согласно работам Дебая температура не сказывается и средняя энергия взаимодействия дипольной и нейтральной молекул определяется дипольным моментом молекул и их поляризуемостью. Энергия взаимодействия будет увеличиваться с ростом поляризуемости молекул.

Межмолекулярное взаимодействие может быть усилено за счет диффузионной способности компаунда. Продиффундировавшие в поверхностный слой субстрата концевые сегменты макромолекул компаунда удерживаются межмолекулярными силами. Доля диффузионного механизма зависит от химической природы материалов и физического состояния адгезива, его температуры и времени контакта.
Увеличение площади фактического контакта (активной площади) между компаундом и субстратом приводит к повышению адгезии независимо от того, какими силами обусловлена связь между контактирующими материалами. Размер активной площади будет зависеть от способа обработки поверхности и определяется показателем доступности (произведение амплитуды иглы профилографа на число колебаний). Так, для медной фольги показатель доступности при шлифовке равен 5,6, химическом травлении—12,1, обработке металлической щеткой —35,2,  а при пескоструйной обработке — 90,4.
На размер активной площади влияют угол смачивания, способность адгезива заполнять неровности поверхности, т. е. его вязкость, способность вытеснять воздух, Пузырьки воздуха, находящиеся в глубоких бороздках и порах поверхности субстрата препятствуют достижению контакта.
С момента возникновения контакта адгезива с поверхностью детали или материала до начала процесса сшивки краевой угол смачивания должен стремиться к нулю, с тем чтобы обеспечить свободное затекание жидкости в поры или капилляры.
Отмечается также влияние толщины адгезионного слоя на его прочность.
Повышение прочности склеивания, при уменьшении толщины клеевой прослойки можно объяснить следующими причинами:

  1. ориентирующим влиянием твердой поверхности, так как интенсивность ориентационных сил обратно пропорциональна расстоянию от субстрата, а проявление ее увеличивается с уменьшением толщины клеевой пленки;
  2. влиянием масштабного фактора, поскольку с увеличением толщины адгезионного слоя возрастает вероятность существования в нем неоднородностей и опасных дефектов;
  3. ростом остаточных напряжений с повышением толщины адгезионного слоя.

В реальных залитых, запрессованных и армированных другим способом конструкциях адгезия компаунда или другого полимера с поверхностью деталей происходит в толстых слоях.
Испытание адгезии для толстых слоев эпоксидного компаунда производилось на лопатках, образованных посредством заливок полулопаток из различных материалов-субстратов.
Разрушающее напряжение при растяжении определялось по формуле σа = P/(S), где Р — разрывная нагрузка; S — площадь склеивания.

Результаты испытаний, приведенные в табл. 4.12, свидетельствуют о наличии зависимости адгезии от ТКЛР субстрата, т. е. зависимости от остаточных напряжений, возникающих при изготовлении образцов.
Таблица 4.12

Из данных табл. 4.12 можно сделать вывод, что помимо силового поля субстрата и внутренних механических 'напряжений в компаунде на окончательную величину адгезии оказывают влияние другие факторы:

  1. для дюралюминия — интенсивность образования оксидной пленки;
  2. для текстолита — повышенная активная площадь склеивания, которая возникла за счет ворсинок хлопчатобумажной основы материала;
  3. для стеклотекстолита — дополнительные химические связи с адгезивом и т. д.

Исследование адгезионного слоя под микроскопом показало наличие большого количества неоднородностей. Причиной их возникновения является следующее:

  1. неравномерное перемешивание наполнителя компаунда (ПКП);
  2. оседание наполнителя на торцевую (контактную) часть полулопатки, которая выполнена из материала-субстрата;
  3. фильтрация жидкой фракции компаунда в слоистый материал-субстрат;
  4. наличие воздушных включений, частичек пыли и других инородных макровключений, которые нарушают однородность адгезионного слоя и являются концентраторами внутренних механических напряжений.

В результате указанных явлений образуются несовершенные структурные соединения, ослабляющие процесс сцепления адгезива с субстратом.

Поверхность разрыва в большинстве случаев проходит вблизи адгезионного слоя, что свидетельствует о возникновении максимальных неоднородностей и внутренних механических напряжений в граничном с адгезионным слое.
Наиболее стабильные и высокие значения адгезии компаунд имеет с текстолитом, ТКЛР которого наиболее близок по значению ТКЛР компаунда. Влияние ТКЛР субстрата на адгезионную прочность компаунда в толстых слоях обнаруживается при построении зависимости σа — f(а).
Большой разброс значений адгезионной прочности является характерным для процессов склеивания и объясняется большой зависимостью от технологических и рецептурных факторов. В залитых реальных изделиях, в которых площадь адгезии значительно больше, чем в экспериментальных образцах, технологические факторы оказывают несколько меньшее влияние. Кроме того, некоторые участки полимерной изоляции работают на сжатие, что увеличивает прочность адгезии.
При использовании в залитых конструкциях деталей из отвержденного компаунда (каркасы, прокладки, вкладыши) или применений многократных последовательных заливок возникают аутогезионные слои.
В этих случаях отрицательное значение приобретает наличие на поверхности ранее отвержденной детали ориентированной структуры компаунда, что затрудняет ориентационное взаимодействие молекул. Кроме того, структурообразованию препятствует наличие на отвержденной поверхности глянцевого гидрофобного слоя, ухудшающего условия смачивания жидким адгезивом и уменьшающего величину истинной площади контакта.
Способ обработки поверхности первичной заливки или деталей из отвержденного эпоксидного компаунда влияет на качество сцепления и величину адгезии.
Временное сопротивление на растяжение при пескоструйной обработке поверхности составляет 59,0 МПа, при обработке стеклянной шкуркой — 45,0 МПа, необработанная поверхность со следами СКТ — 10,0 МПа с отклонением на ±50%.
Из этих данных видно, что большие значения получены при пескоструйной обработке. Лучшие результаты достигнуты вследствие более глубокого разрушения поверхностной фазы компаунда и более тщательного удаления слоя ориентированной структуры, чем при использовании для обработки поверхности стеклянной шкурки.
Несколько худшие значения σа имеют место при дробеструйной обработке, чем при пескоструйной.
Сравнение условий сцепления со свежеотвержденными образцами и деталями, отверждаемыми в течение 7—10 сут. до вторичной заливки, показало, что величина аутогезии для последних была на 20 ... 30% меньше.
Можно сделать вывод, что в первом случае на поверхности детали-субстрата процесс полимеризации не был закончен и подвижность высокомолекулярных цепей была достаточно высока, чтобы помимо силового поля поверхности действовали и другие связи. Это способствовало достижению высоких значений аутогезионной прочности.
При более длительном сроке хранения отвержденных деталей, предназначенных для вторичной заливки, увеличивается вероятность загрязнения.
Аналогичные условия имеют место при двукратных (многократных) заливках катушек или применении предварительно отвержденных деталей из эпоксидного компаунда. Полученные результаты позволяют говорить о возможности образования дислокаций и концентраторов напряжений, а также неоднородностей структуры не только непосредственно в аутогезионном слое, но и на близлежащих от него участках.
При длительном взаимодействии последовательных заливок с течением времени в граничном слое происходят еще более существенные структурные изменения.
Например, вокруг центрирующих прокладок из эпоксидных компаундов наблюдается образование значительной разделительной зоны с увеличенным процентным содержанием ПКП. Твердость этой зоны по Бринеллю была на 10 ... 15% выше, чем на других участках эпоксидной изоляции.
Наличие такой зоны можно объяснить более интенсивным воздействием электрического, теплового и механического полей на неоднородные структуры граничных слоев компаунда, в частности процессами разложения молекул связующего полимера. Частичные разряды, более высокая температура и возникновение локальных механических напряжений приводят к ускоренному процессу старения полимерной изоляции на граничных с аутогезионным слоем участках и, как правило, к преждевременному выходу изделия из строя.
Аутогезионный слой, так же как и адгезионный, имеет меньшую электрическую прочность, чем прочность монолитного компаунда.
Приведенные данные по механической и электрической прочности эпоксидной изоляции адгезионных и аутоадгезионных слоев имеют важное значение для проектирования высоковольтных конструкций.
Релаксация и процессы старения адгезионных и аутогезионных слоев протекают аналогично тому, как это происходит в монолитном компаунде, содержащем инородные включения.
В некоторых работах показана целесообразность использования для улучшения адгезии магнитных и электрических полей, обработки ультразвуком, радиацией и ускоренными электронами. Так, при обработке ультразвуком поверхности стали 30, латуни Л63, сплава АМГ и сплава титана угол смачивания уменьшается почти в 2 раза. Причем продолжительность облучения более 0,5 ч не улучшает угла смачивания.

Процессы старения адгезионных соединений в толстых (не пленочных) слоях полимеров не отличаются от явлений, имеющих место при старении самого материала-адгезива.
Технологические способы повышения адгезионной прочности:
увеличение активной площади адгезии (создание шероховатости);
исключение с поверхности материала-субстрата гидрофобных, гладких и полированных поверхностей;
использование в качестве адгезива пары материалов с близкими или равными значениями модуля Юнга и коэффициента Пуассона;
обезжиривание поверхности армирующих деталей перед заливкой;
нанесение промежуточных подложек, имеющих среднее между ТКЛР субстрата и адгезива значение;
использование конструктивных приемов путем придания формы и места размещения арматуры в полимерном материале, обеспечивающих обжатие за счет усадочных явлений.
Для полиолефинов, фторопластов и других неполярных материалов, обладающих слабой адгезией и требующих специальной предварительной обработки адгезионной поверхности химическими или физическими методами, повышение прочности адгезии достигается, главным образом, конструктивными приемами.
Неразъемное соединение полимерной прессованной изоляционной конструкции может быть осуществлено при следующих условиях:
максимальном увеличении поверхности соприкосновения арматуры с полимером;
увеличении активной площади адгезии и конструктивном обеспечении механической прочности на растяжение и кручение посредством сетчатой или прямой накатки с кольцевыми канавками. Накатку не доводят до края. Канавка должна иметь максимально возможную ширину.
Шаг накатки в зависимости от диаметра определяется из таблицы:

Глубина канавки определяется из соотношения d — 0,75D, где d — диаметр канавки; D — диаметр арматуры.
Саму канавку располагают посередине запрессовываемой части арматуры, чем достигается большая степень релаксации внутренних напряжений вследствие возникшей разнотолщинности:
закрепления трубчатой арматуры в полимере за счет расплющенных, отбортованных, пуклеванных или выступающих кольцевых участков;
наличия на проволочной арматуре распрессованных участков, буртиков, изгиба проволоки и т. п.;
применения для плоских запрессованных участков арматуры различной формы отверстий.



 
« 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.