Эксплуатация изоляционных конструкций на частотах, измеряемых десятками мегагерц, по сравнению с эксплуатацией на частоте 50 Гц характеризуется следующим:
диэлектрическим нагревом изоляционного материала и возможностью термоупругого пробоя;
образованием объемного заряда и формированием условий пробоя вдоль поверхности;
специфическими явлениями факельною разряда; возникновением и развитием ПЧР;
нагреванием в высокочастотном поле проводящих и полупроводящих материалов.
Для конструкций цилиндрической формы, которая обычно придается опорным изоляторам, при аксиальном высокочастотном электрическом поле нагрев по всему объему диэлектрика происходит неравномерно вследствие неодинакового значения напряженности электрического поля. Равномерность нагрева по всему объему цилиндра достигается только при ограниченных значениях отношения радиуса цилиндра к длине волны. При разнице напряженности на поверхности цилиндра и на его оси ± 4% величина должна изменяться от 0 до 0,4. Неравномерностью нагревания цилиндра в радиальном направлении объясняют, в частности, одну из причин термоупругих пробоев твердых диэлектриков, у которых модуль Юнга превосходит 120 МПа (см. § 5.3).
Для цилиндрических трубчатых опорных изоляторов с размерами, приведенными в табл. 11.4, температурное поле изолятора может быть представлено табл. 11.5, где Р — диэлектрические потери в теле изолятора.
Таблица 11.5
При использовании полупроводящих полимерных электродов потери в них определяются уравнением (11.1).
Из большой номенклатуры существующих материалов, у которых после изготовления изоляционной конструкции тангенс угла диэлектрических потерь остается не менее 0,002, целесообразно рассмотреть те, которые обладают высокой короно- и дугостойкостью или способностью к переработке в массивных конструкциях. К ним относятся стеатитовая керамика, например марки Б-17, лейкосапфир, металлокерамика 22ХС, которые имеют высокие электрические и механические свойства. Указанные материалы используются для изготовления трубчатых изоляторов в диапазоне частот, соответствующем мегагерцам.
Возможно также применение трубок из темплена, но они имеют низкую короностойкость и воспламеняемость при появлении электрической дуги, а также уступают другим высокочастотным полимерам по значениям механической прочности.
Рис. 11.4. Соединение полиэтиленового тела трубчатого изолятора с металлической арматурой методом горячего формования
I — арматура; 2 — полиэтиленовая трубка; 3 — грат
Из всех перечисленных материалов изготавливаются опорные изоляторы трубчатой конструкции с металлической приклеенной или припаянной арматурой, конструкция которых описана ранее.
Монолитные изоляторы с электрическим полем из блочного фторопласта-4 или миполона можно изготавливать точеными. Металлическая арматура принимается такой же, как в трубчатых конструкциях. Для размещения внутренней части арматуры в теле изолятора выполняется заглубление, в котором плотной посадкой размещается внутренняя часть арматуры. Для крепления арматуры на теле изолятора нарезается резьба, поверхность которой обрабатывается для повышения адгезионной прочности.
В качестве адгезива можно использовать клей К-400.
Из полиэтиленовых трубок целесообразно изготавливать изоляторы, у которых металлическая арматура с телом изолятора соединяется методом горячего формования (рис. 11.4).
Формование тела изолятора производится при нагретой до температуры текучести полиэтилена арматуре в специальной центрирующей оправке, обеспечивающей сохранение соосности и исключающей внецентренные нагрузки на изолятор. Область формования, где возможны отслоения и поры, находится вне электрического поля, что повышает электрическую прочность. Паз арматуры в сечении имеет максимальные допустимые радиусы кривизны, снижающие внутренние напряжения в материале после остывания. Образующийся при формовании грат свидетельствует о полном заполнении паза полиэтиленом и исключает возможность образования газового клина.
При необходимости эксплуатации при температурах порядка 100° С и механических нагрузках выше 10... 15 МПа трубчатые изоляторы облучаются.
Такая же конструкция изолятора может быть изготовлена и из других формующихся полимерных высокочастотных материалов (полипропилен и др.). Аналогичные типы изоляторов могут быть выполнены с арматурой из полупроводящих материалов. Для крепления изолятора в процессе прессования в арматуру устанавливается металлическая букса с внутренней резьбой. Поверхность буксы выполняется с накаткой, а стенки ее делаются в форме перевернутого конуса, что повышает механическую прочность крепления.
Соединение полупроводящей арматуры с телом полиэтиленового изолятора может быть получено также сваркой.
Наличие полупроводящей арматуры повышает по сравнению с металлической напряжение появления короны и поверхностного пробоя.
