Оптимизация системы изоляции, достигнутая на основе предложенных критериев методами моделирования электрических полей, оказывается неэффективной, если на стадии проектирования не найдены оптимальные технологические способы осуществления заложенных идей с учетом индивидуальных особенностей конструкции.
Каждому виду изоляции присущи свои конструктивные особенности, связанные с оптимальным использованием электрофизических, физико-механических и технологических свойств материалов. Во многих случаях от технологичности изделия, т. е. возможности обеспечения заданных свойств изоляции на имеющемся оборудовании, зависит надежность эксплуатации изделия, его качество.
Например, влияние главной изоляции на конструкцию залитого эпоксидным компаундом трансформатора проявляется в зависимости от системы изоляции, от способов выполнения обмотки и фиксации ее в заливочной форме, т. е. в зависимости от способов создания изоляционных промежутков.
Все эти вопросы рассматриваются не только с учетом влияния на каждую конструкцию электрофизических и физико-механических свойств, методов выравнивания электрических нолей, но и в зависимости от возможности обеспечения однородной структуры изоляции в процессе изготовления. Если это невозможно, то учитывается влияние возникающих неоднородностей на условия эксплуатации.
Влияние неоднородностей на качество изделия зависит от свойств примененных материалов и их геометрического расположения.
Для изделий, изолированных эпоксидными компаундами, такими неоднородностями могут быть неравномерные распределения пылевидного кварцевого песка, воздушные и инородные включения, отслоения, полости, трещины и т. п. Любые пустоты могут явиться местом скопления воздуха за счет диффузии его молекул между более крупными по своим, размерам молекулами полимера.
Значительные неоднородности создаются на границе компаунда с другими материалами из-за неудаленных остатков пыли, жировых пятен и других загрязнений, из-за наличия воздушных включений на поверхности этих материалов.
На границе двух сред создаются также другие условия, ухудшающие эксплуатацию. На поверхности раздела накапливается заряд, что соответствует увеличению статической емкости изоляции на значение
(8.12)
где S — площадь электродов; δ1 и δ2— толщина изоляционных слоев, а γ1, γ2 и ε1, ε2— проводимость и диэлектрическая проницаемость этих слоев.
Между двумя изоляционными материалами могут находиться инородные включения и воздушные полости. Распределение напряженности поля на границе двух сред обратно пропорционально значениям их диэлектрической проницаемости, а напряженность поля в пустотах E2 отличается от напряженности однородного диэлектрика E0 и определяется по формуле
(8.13)
где ν = γ2/γ1 — отношение комплексных проницаемостей;
(8.14)
- коэффициент для полости, имеющей форму эллипсоида вращения, сплющенного в направлении поля;
(8.15)
- для эллипсоида, растянутого вдоль направления поля; х — отношение осей эллипсоида.
Из представленных уравнений следует, что напряженность электрического поля полости превышает напряженность идеального диэлектрика E0. Частичные разряды при повышении напряжения возникают прежде всего в этих пустотах.
В изоляции наибольшая напряженность электрического поля возникает в точке, прилегающей к той части поверхности пустот, которые ближе к электродам:
(8.16)
Из этой формулы вытекает, что особую опасность в катушках трансформаторов представляют полости, расположенные на поверхности раздела провода обмотки и компаунда.
Наличие нормализованных технологий для отдельных типов твердых диэлектриков упрощает выбор способов изготовления, по одновременно ограничивает спектр конструкторских решений. Главными при разработке технологии являются вопросы совместимости используемых материалов в химическом и физико-механическом отношениях, способы обеспечения монолитности соединения закладных деталей с изоляцией, отсутствие локальных неоднородностей в изоляции и на ее поверхности. Все конструктивные решения, в свою очередь, должны способствовать выполнению операций выбранного технологического процесса с учетом характеристик имеющегося оборудования и изготавливаемой оснастки. Чем более отработана и надежна технология, тем в большей мере обеспечивается отсутствие брака и долговечность ИК. Как показывает многолетняя практика, стабильностью выполнения изделия можно добиться большего, чем незначительными преимуществами геометрических усложнений тела изолятора. Оптимизация изоляционных конструкций требует гармоничного сочетания всех трех стадий разработки: системы изоляции, конструкции и технологии.
В § 7.1 изложены основные конструктивно-технологические способы оптимизации выравнивания электрических полей при условии обеспечения монолитности диэлектрика с арматурой, минимизации коэффициента неравномерности электрического поля и термоупругих напряжений.
Решая задачу оптимизации технологии изготовления в общем виде, можно отметить наиболее существенные особенности для каждого из критериев достигается при методах производства, исключающих появление неоднородностей структуры внутри изоляции и на ее поверхности, т. е. при отсутствии раковин, инородных включений, отслоений, недопустимых нарушений чистоты обработки поверхности диэлектрика и арматуры, непредусмотренных выступах и заглублениях;
σB→min возможно при применении материалов с заложенными в расчетах равными значениями характеристик а1, Е', μ, при отсутствии концентраторов механических напряжений за счет выступов и заглублений в литьевых формах или в пресс-формах или нарушений условий равномерности охлаждений при изготовлении;
Еп, Sпов→ min будет иметь место при соблюдении в процессе изготовления расчетных форм и размеров поверхности тела изолятора;
U0→mах при соблюдении условий сопряжения внешних электродов с диэлектриком;
Eтуп→max в случае обеспечения заданной теплопроводности материала, отсутствии внутренних напряжений и трещин в процессе изготовления.
Универсальной оптимизации технологии изготовления любой конструкции предложить невозможно, так как она в значительной мере зависит от используемых материалов, конструктивных особенностей изделия и оснащенности производства.
