Електромеханічна міцність полімерних ізоляторів високої напруги - Автореферат

У наш час до лінійних та підстанційних ізоляторів висуваються нові вимоги: можливість створити на їх основі сучасні проекти компактних підстанцій (КП) і підстанційного обладнання та повітряних ліній (ПЛ) електропередач високої напруги. Використання високоміцних композиційних матеріалів із склопластиків (СП) і силіконових еластомерів, які мають особливі властивості, дозволять створити опорно-стрижневі ізолятори для електрообладнання підстанцій і консольні траверси компактних ПЛ електропередач із зазначеними вимогами до економічних показників. Дисертація виконувалась згідно з планом важливих НДТП Міненергетики України, фінансованих з інноваційного фонду у 1995 - 1997 роках за проблемами 08 ВН “Підвищення надійності та стійкості електричних мереж і енергосистем”, тема 58.08.025 “Дослідження та розробка нових матеріалів, полімерних ізоляційних конструкцій, дослідження експлуатаційної надійності полімерних ізоляторів в енергомережах України”, а також згідно з програмою Міннауки України 1997 - 1998 року, розділ 05.05 “Композиційні матеріали”. Словянська над проблемою 08 ВН автор розробив та виготовив прилад контролю склопластику; по НДР 01970017640 - обґрунтував методики визначення початку стадій структурних порушень та зміни електричної міцності при різних видах механічного навантаження ВСП, а також запропонував розрахункову схему заміщення склопластику з дефектами та виконав дослідження електромеханічної міцності СП. Метою дослідження є визначення електромеханічної міцності СП елементів, оптимізація геометричних параметрів ребристих елементів захисної оболонки полімерних ізоляторів та обладнання для компактних підстанцій і ПЛ електропередач; розробка рекомендацій щодо вибору конструктивних параметрів і розрахунку ізолюючої частини опорно-стрижневих ізоляторів та полімерних траверс, які являються полімерними конструкціями нового покоління.У першому розділі проведено огляд та аналіз існуючих розробок із застосування полімерних ізоляторів за кордоном і в Україні: подана загальна характеристика полімерних ізоляторів, наведено огляд технічних вирішень та еволюції використання полімерних конструкцій на ВЛ і у складі електрообладнання підстанцій. У другому розділі проведено статистичне дослідження пористості й електричної міцності (Еміцн.) профільного склопластику - основи несучої частини полімерних конструкцій. Знаючи вираз для щільності розподілу dmax і функцію Еміцн.=f(dmax) та використовуючи методи теорії ймовірності, отримали вираз для щільності розподілу електричної міцності склопластиків. У випадку розподілу dmax за законом Вейбулла теоретична щільність розподілу f(Епрі) має вигляд (4): , (4) де b - параметр форми розподілу dmax; У третьому розділі викладено результати досліджень впливу різних видів механічних навантажень (стискання, кручення, розтягування, згину) на електричну міцність профільного склопластику.У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове розвязання наукової задачі, що полягає у визначенні електромеханічної міцності та оптимізації конструктивних елементів полімерних ізоляторів для компактних підстанцій та ліній електропередач високої напруги. Отримані результати можуть використовуватись як основа для створення ізоляторів із склопластиковим стрижнем суцільного перерізу високої електромеханічної міцності. Доведено доцільність використання суцільних СП стрижнів замість порожнистих труб під час застосування в конструкціях опорно-стрижневих ізоляторів і траверс. Запропоновано методики дослідження електромеханічної міцності СП при впливі усіх видів механічного навантаження для визначення допустимих напружень на ізолятори. Виявлено, що вимір електричної міцності профільного склопластику після попереднього механічного навантаження є більш чутливим методом визначення початкових стадій структурних порушень у матеріалі в порівнянні з відомими механічними методами.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове розвязання наукової задачі, що полягає у визначенні електромеханічної міцності та оптимізації конструктивних елементів полімерних ізоляторів для компактних підстанцій та ліній електропередач високої напруги. Отримані результати можуть використовуватись як основа для створення ізоляторів із склопластиковим стрижнем суцільного перерізу високої електромеханічної міцності.

1. Доведено доцільність використання суцільних СП стрижнів замість порожнистих труб під час застосування в конструкціях опорно-стрижневих ізоляторів і траверс.

2. Запропоновано методики дослідження електромеханічної міцності СП при впливі усіх видів механічного навантаження для визначення допустимих напружень на ізолятори.

3. Встановлено, що механічні впливи на профільний склопластик призводять до зниження його електричної міцності при навантаженнях, значно менших, ніж руйнівні. Це зумовлено структурними порушеннями цільності матеріалу: обривами скловолокон, розшаруванням кордону розділу “скловолокно-смола”, тріщинами в матриці і т.д.

4. Виявлено, що вимір електричної міцності профільного склопластику після попереднього механічного навантаження є більш чутливим методом визначення початкових стадій структурних порушень у матеріалі в порівнянні з відомими механічними методами.

5. Проведено статистичні дослідження електричної міцності профільного склопластику і знайдено закон розподілення випадкових значень Еміцн., що забезпечує найкращий збіг з експериментальними даними.

6. З використанням теоретичного розподілення Еміцн. запропоновано метод зясовування механічних напружень, які відповідають початковим стадіям структурних порушень у СП при різних видах механічних навантажень.

7. Доведено, що напруження початку структурних порушень у профільному склопластику типу СПП-ЄВ, визначені згідно зміни його електричної міцності, складають: при стисканні - 0,5 ; при крученні - 0,8 .; при розтягуванні - 0,71 ; при згині - 0,52 .

Наведені значення можуть використовуватися як базові величини під час визначення припустимих робочих напруг.

8. Проведено дослідження деформативних характеристик і повзучості профільного склопластику при згині. Визначено напруження, відповідні згасанню деформації, стійкої повзучості і повному руйнуванню склопластику при довготривалому впливі поперечного навантаження.

9. Одержано розрахункові вирази і методику визначення припустимих експлуатаційних навантажень на полімерні траверси з використанням даних по деформативних характеристиках і електромеханічній міцності склопластику.

10. Розроблено методику обчислення оптимальної форми ребристих елементів захисної оболонки на основі запропонованої геометричної моделі ребра ізолятора, а також за критерієм мінімуму сумарних затрат та забезпечення максимально можливих вологорозрядних характеристик.

11. Одержані результати використовуються при розробці нових і модернізації існуючих типів полімерних конструкцій: опорно-стрижневих ізоляторів, полімерних траверс, консольних і фіксаторних елементів ізолюючої частини контактних мереж електрифікованого залізничного транспорту.

12. Результати роботи запровадження у навчальний процес під виконанням дисертації на кафедрі інженерних дисциплін Словянського педінституту.

1. Зима Ю.А., Рацлав В.В., Шумілов Ю.М. Методика неруйнуючого контролю якості склопластикових стрижнів для полімерних ізоляторів // Енергетика і електрифікація. - К.: 1997. - №4. - С.25-26.

2. Рацлав В.В., Тіхонов А.П., Шупік М.С., Шумілов Ю.М. Методика визначення “границі повзучості” стрижневого склопластику, використаного в конструкціях ізоляційних траверс // Вісник Харківського державного політехнічного університету. - Х.: ХДПУ. - 1998. - № 4. - С.90-95.

3. Шумілов Ю.М., Нечволод М.К., Рацлав В.В. Вплив попереднього механічного навантаження на електричну міцність високовольтного склопластика // Технічна електродинаміка. - К.: 1999. - №4. - С.16-20.

4. Шумілов Ю.М., Щерба А.А., Подольцев А.Д., Кучерявая І.М., Рацлав В.В. Аналіз електричного поля в склопластиковому діелектрику при наявності газового включення // Технічна електродинаміка. - К.: 1999. - №6. - С.9-13.

5. Рацлав В.В. Розрахунок допустимих експлуатаційних навантажень на горизонтальні полімерні траверси компактних ліній електропередач// Вісник Національного технічного університету. “ХПІ”. - Х.: 2001. - № 17. - С.121-122.

6. Шумілов Ю.М., Таран В.Н., Рацлав В.В. Методи неруйнуючого контролю деталей високовольтних ізоляторів в умовах виробництва // Матеріали 8-го міжнародного семінару-виставки, 26-28 вересня 2000 р, м. Ялта: Київ, 2000. - С.82