» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Июнь, 2019 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №6 (27) 2019

Автор: Михайлов Алексей Алексеевич, студент
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Процессы старения электрической изоляции

Статья просмотрена: 81 раз
Дата публикации: 5.06.2019

УДК 621.315.611

ПРОЦЕССЫ СТАРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Кравченко Галина Алексеевна

к.т.н., доцент

Макаров Алексей Михайлов

к.т.н., доцент

Михайлов Алексей Алексеевич

студент

Смирнова Мария Юрьевна

студентка

Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, г. Чебоксары

 

Аннотация. Надежность электрической изоляции является одним из основных показателей, определяющих безаварийность работы элек­тротехнических устройств во время эксплуатации. Долго­вечность обмоток электрических машин, трансформаторов, дросселей и другой аппаратуры определяется общим состоянием изоляции.

При работе в сложных и неблагоприятных условиях, изоляция всегда должна сохранять свои качества не ниже нормативных требований. Раз­личные внешние воздействия во время эксплуатации, условия хранения и транспортировки вызывают снижениесвойств изоляционных материа­лов устройствс течением времени.

В статье анализируются основные факторы, влияющие на старе­ние изоляции.

Ключевые слова: старение изоляции, срок службы изоляции, сниже­ние качества электрической изоляции.

 

Важные характеристики.

  1. Электрическая прочность, является одной из основных харак¬теристик изоляции и определяет надежность работы электротехнических устройств в процессе эксплуатации. На величину электрической прочности в значительной мере оказывают влияние многие факторы. К ним относятся: температура, влажность, механические нагрузки, агрессивные среды и т.д.
  2. Электрические характеристики, такие как удельное объемное и поверхностное сопротивление, диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, и др. определяют области применения кон¬кретных материалов в электротехнических устройствах.
  3. Теплопроводность изоляции характеризует свойство отводить тепло от локальных точек нагрева: внутренних объемов многослойных об¬моток трансформаторов, жил силовых кабелей и т.д. Чем выше теплопро¬водность изоляции, тем меньше локальный перегрев внутри нее и вероят¬ность развития теплового пробоя.
  4. Химический состав изоляции в значительной мере определяет безотказную работу устройства в течение срока эксплуатации. Нарушение стехиометрического состава может существенно снизить надежность рабо¬ты изоляции.
  5. Механические характеристики диэлектриков такие как: эла¬стичность, прочность на разрыв, сжатие, изгиб, кручение, вибростойкость в значительной мере определяют срок службы изоляции.

Вышеперечисленные факторы во многом определяют надежностьра­боты всего электротехнического устройства.

Основные факторы. К основным внешним факторам, снижающим качество электрической изоляции, можно отнести следующие [1]:

  • влага и химические вещества;
  • механические нагрузки;
  • влияние электрических полей;
  • воздействие повышенных температур.

Все они, являясь причиной снижения свойств изоляции, приводят к развитию в ней ряда сложных процессов, называющихся старением.

Влага и химически активные вещества. Воздействие химически активных сред и влаги играет одну из ключевых ролей в процессе старения изоляции. При остывании устройства, влага имеет свойство конденсиро­ваться на его поверхности, так как во время этого процесса давление в капиллярах изоляции выше, чем давление в её порах.

Циклические процессы проникновения влаги в поры изоляции и её удаление из неё приводит к увеличению пористости материала диэлектри­ка. Со временем эти процессы значительно снижают свойства изоляции.

Химически активные вещества могут значительно ухудшать каче­ство изоляции в процессе эксплуатации. Такими веществами часто являют­ся кислоты и их ангидриды, щёлочи и т.д.

Механические нагрузки. Данный фактор принято разделять на две категории: механические нагрузки и термомеханические нагрузки.

Под механическими нагрузками подразумевают различные удары и вибрации, а также скручивания и изгибы. Нагрузки, являющиеся следстви­ем циклических нагревов и охлаждений электротехнической системы, при­нято называть термомеханическими.

Виды механических воздействий [2]:

  • толчки и удары, со стороны механизмов;
  • вращающиеся части электрических машин, аппаратов и т.д.;
  • электродинамические и центробежные силы.

Воздействие температуры оказывает большое влияние на механиче­ские характеристики изоляции. При изменении температуры может изме­няться как прочность, так и эластичность изоляции.

Воздействие электрического поля. Воздействие электрического поля является существенным фактором, ускоряющим процессы старения. Воздействие электрического поля на изоляцию при постоянном и низкоча­стотном напряжении обусловлено электрохимическими процессами в ди­электрике, связанными с переносом вещества.

При воздействии высокого и высокочастотного напря­жения, большую роль в старении изоляции играют ионизационные процес­сы. При этом происходит бомбардировкакак поверхности изоляции, так и внутренних воздушных включений в порах изоляции ионамио временем их количество увеличивается, а напряжение возникновения ионизации – снижается. Такой процесс заканчивается электрическим про­боем материала.

Более интенсивно происходит старение изоляции под воздействием электриче­ского поля в устройствах с напряжениемвыше 6 кВ [3].

Влияние повышенных температур. Одним из важнейших парамет­ров диэлектрических материалов является температурный индекс. Он представляет собой рабочую температуру, при которой конкретный мате­риал может проработать 20 000 часов. Материалы могут работать и при бо­лее высоких температурах, но ограниченное количество времени. Согласно правилу Монтзигера время работы изоляции уменьшается вдвое при повышении рабочей температуры материала на 8 градусов относительно температурного индекса. Например, для материала с температурным ин­дексом 130 0С, если он постоянно работает при 1380Согласно прави­лу Монтзигера, время службы диэлектрика составит 10 000 часов,

где– срок службы при увеличенной температуре; – срок службы при температуре τ (определяется в зависимости от температурного индек­са); Δτ - постоянное приращение температуры (Δτ = 8 K – изоляционные материалы с температурный индекс 105 0С ; Δτ = 10 К – термореактивная изоляция класса В); b – коэффициент (у каждого материала определяетсяэкспериментально) [5].

Заключение. Уизоляции в ходе эксплуатацииснижаются диэлек­трические свойства. Этот процесс является следствием многих вышепере­численных факторов. В результате этого происходят необратимые процес­сы разрушения изоляционных конструкций (диэлектрик трескается, оголяются жилы проводов, кабелей и т. д.). Аппаратура с такими дефектами опасна для использования. Возможные короткие замыкания и случайное искрение может стать следствие пожара, что несет в себеопасность, как для персонала, так и для оборудования в целом [4].



Список литературы:

  1. Бернштейн Л. М. Изоляция электрических машин общего назначения – М.: Энергоиздат, 1981. – 376 с.
  2. Огоньков В.Г., Евтушенко Ю.М. Электроизоляционные материалы и системы изоляции для электрических машин. В 2 кн. М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 272 с.– ISBN 978-5-383-00697-9 (Кн. 1).
  3. Огоньков В.Г., Евтушенко Ю.М. Электроизоляционные материалы и системы изоляции для электрических машин. В 2 кн. М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 272 с.– ISBN 978-5-383-00751-8 (Кн. 2).
  4. Базуткин В.В. , Ларионов В.П. , Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах – М.:Энергоатомиздат, 2-е издание, 1986. – 462 с.
  5. Воробьев В.Е., Кучер В.Я. Прогнозирование срока службы электрических машин: Письменные лекции. – СПб.: СЗТУ, 2004. – 56 с.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: