Прочие воздействия. Выбор расчетных условий эксплуатации

Механические напряжения

Температурные условия работы

Температура электрической изоляции определяется температурой окружающей среды, тепловыделениями в электроизоляционной конструкции и условиями теплоотдачи, нагревом от внешних источников тепловой энергии.

Для определенной климатической зоны и в зависимости от места размещения оборудования температура окружающей среды зависит от времени года и суток. Поэтому при правильном подходе к расчету электрической изоляции необходимо иметь данные не только о предельных температурах, но и о продолжительности действия температур.

Тепловыделения в электроизоляционных конструкциях складывается из потерь энергии в токопроводящих частях и в электрической изоляции.

Температура электрической изоляции повышается при наличии внешних источников тепловой энергии. К таким источникам относятся близко расположенные нагревательные приборы, работающее электрооборудование, солнечное излучение и другие.

По своей природе механические напряжения, действующие на изоляцию, можно подразделить на внешние и внутренние.

Внешние механические напряжения возникают в изоляции от действия приложенных к электроизоляционным конструкциям сил: натяжения проводов линий электропередачи, силы ветрового напора, нагрузки от гололеда,веса закрепленных на изоляции конструкций и собственно изоляции, нагрузки от избыточного внутреннего или внешнего давления среды и др.

Внутренние механические напряжения – это напряжения, развивающиеся в изоляции за счет внутренних процессов, которые происходят при ее изготовлении и эксплуатации. Примером могут служить температурные механические напряжения, возникающие из-за неравномерного охлаждения или нагрева отдельных участков изоляции. При быстром нагреве или охлаждении внутренние механические напряжения могут возникать из-за значительного градиента температур.

При больших механических нагрузках в изоляции может возникать ее растрескивание, приводящее к отказу электроизоляционной конструкции.

Электрическая изоляция в эксплуатации кроме ранее рассмотренных электрических, механических и тепловых нагрузок испытывает действие влаги, химически активных веществ, живых организмов, пыли и загрязнений, которые вызывают изменение свойств электрической изоляции и, как правило, ускоряют ее отказ.

Поглощение электроизоляционным материалом влаги приводит к изменению его свойств: повышению электрической проводимости, емкости и диэлектрических потерь. Неравномерное распределение воды по объему материала приводит к появлению больших локальных полей, что снижает электрическую прочность электрической изоляции и ее долговечность.

Таким образом, увлажнение электроизоляционного материала является нежелательным явлением, которое приводит, как правило, к снижению срока службы электрической изоляции.

Химически активные вещества вступают в реакцию с электроизоляционными материалами, вызывая тем самым изменение их химического состава и структуры, а следовательно, и свойств. Скорость протекания реакции увеличивается при повышении температуры, действии механических напряжений и электрических полей.

Живые организмы оказывают влияние на отказы электроизоляционных конструкций, которые могут разрушаться под действием крупных млекопитающих и птиц, мелких млекопитающих, насекомых, микроорганизмов, грибков, грибковой плесени.

Крупные млекопитающие могут вызывать механическое повреждение электроизоляционных систем, а также короткое замыкание в энергоустановках, замыкая своим телом электроды, находящиеся под разными потенциалами.

Грызуны способны повреждать электроизоляционные материалы из пластмассы, например оболочки кабелей из поливинилхлорида.

Некоторые виды насекомых разрушают органическую изоляцию из растительных волокон (клетчатку), поедая ее.

При повышенной температуре и высокой влажности на органических электроизоляционных материалах (клетчатке) могут развиваться бактерии и грибковая плесень. При этом в результате действия микроорганизмов и грибковой плесени свойств электроизоляционных материалов ухудшаются: волокна грибковой плесени впитывают и связывают воду; при жизнедеятельности отдельных организмов образуются химически активные продукты; на поверхности и в объеме изоляции образуются электропроводящие участки.

Наиболее интенсивно развитие микроорганизмов и плесени происходит во влажном тропическом климате. С целью защиты электроизоляционных материалов от действия грибковой плесени и насекомых применяют фунгициды, т.е. вещества, отпугивающие или препятствующие развитию живых организмов.

В воздухе всегда содержится значительное количество пыли. Пыль, в том числе снежная, оказывает абразивное действие на поверхность электроизоляционных материалов. Пыль повреждает защитные покрытия, делает поверхность изделий шероховатой. Оседая на поверхности электроизоляционных конструкций, пыль может вызывать их химическое разрушение, а также образовывать проводящий слой. Увлажненные загрязнения, как правило, снижают поверхностное сопротивление изоляции.

Некоторые электроизоляционные конструкции могут подвергаться действию излучений от солнечных лучей в области видимой и ультрафиолетовой части спектра, жестких излучений от ускорителей, ядерных реакторов и т.д. Действие жестких и ультрафиолетовых излучений на электроизоляционные материалы вызывает образование в них радикалов, дефектов, физико-химических превращений. Под действием излучений ускоряется химическая реакция материалов с химически активными веществами. Вторичным проявлением длительного действия излучения является, как правило, ухудшение свойств электроизоляционных материалов.

Проведенный анализ показывает, что условия эксплуатации электроизоляционных конструкций разнообразны. Существенно могут меняться климатические условия эксплуатации электроизоляционных конструкций. При проектировании отдельных видов изделий целесообразно производить детальный учет всех действующих нагрузок.

Изделия, производимые серийно, целесообразно проектировать на некоторые усредненные условия эксплуатации. Такой подход позволяет унифицировать выпускаемое оборудование, что значительно сокращает число маркоразмеров изделий. Изготовление изделий крупносерийными партиями уменьшает их стоимость. Конкретные условия работы изделия следует учитывать при их выборе.

Для всех групп электроизоляционных изделий проводятся испытания с целью установления показателей надежности их работы. Подробно методы испытания электрической изоляции рассматриваются в соответствующем курсе.

Наиболее важным испытанием на надежность является испытание напряжением. Испытательные напряжения электрической изоляции выбираются из трех предпосылок:

1) Наибольших действующих напряжений в эксплуатации;

2) Выявляемости дефектной изоляции;

3) Отсутствия заметного ухудшения изоляции в процессе испытания.

Внутренняя изоляция, содержащая органические электроизоляционные материалы, при воздействии повышенных напряжений может заметно ухудшить свои свойства. Так, появление частичных или поверхностных разрядов в органической изоляции при испытании может привести к ускоренному отказу конструкции в эксплуатации. Однако эти дефекты не всегда выявляются в процессе испытания. Электрическая изоляция, не подвергнутая испытанию, могла бы работать в эксплуатации длительный промежуток времени. Поэтому испытательное напряжение органической внутренней изоляции принимают всегда меньше действующих на нее в эксплуатации перенапряжений.

Испытания органической изоляции повышенным напряжением проводят с целью выявления грубых дефектов, которые могут появиться при ее изготовлении. Естественно, чем выше испытательное напряжение, тем более полно выявляются дефекты в изоляции, и, казалось бы, выше должна быть гарантия ее работоспособности. Но чем выше приложенное испытательное напряжение, тем больше вероятность частичного разрушения (не завершающегося при испытании) бездефектной изоляции, т.е. тем больше вероятность повреждения здоровой изоляции. Последнее заставляет снижать испытательное напряжение до безопасных значений и применять ряд косвенных методов контроля состояния изоляции (измерение ее сопротивления, емкости, tg δ, уровня частичных разрядов и т.д.)

При проектировании электроизоляционных конструкций очень важно проанализировать условия их эксплуатации. Так как эти условия могут изменяться в достаточно широких пределах, то проектирование проводят на расчетные условия.

Чтобы оценить срок службы электрической изоляции, в задании должны иметься следующие расчетные данные по условиям эксплуатации:

1) Назначение и место установки изделия.

2) Номинальное напряжение и перенапряжения (число перенапряжений в год, параметры функции распределения амплитуд перенапряжений, средняя продолжительность одного перенапряжения).

3) Климатические условия эксплуатации с указанием величины и продолжительности действия каждого климатического фактора.

4) Номинальный ток через токопроводящие элементы конструкции.

5) Функции распределения механических напряжений с указанием продолжительности их действия.

Дата добавления: 2014-01-11