Электрическая прочность изоляции: причины уменьшения и методы контроля

Электрическая прочность изоляции: причины уменьшения и методы контроля

Электрическая прочность – это минимальное значение напряжённости электрического поля, при которой наступает пробой изоляции. Электрическая прочность изоляции является сложной функцией физиче­ских свойств материала, размеров образца, условий окружающей среды и характера приложенного напряжения.

Различают два основных вида пробоя однородных диэлектри­ков: электрический и тепловой. Кроме того, существует еще иониза­ционный пробой, который является следствием ионизации газовых включений, содержащихся в твердом изолирующем материале.

Существенное влияние на механизм пробоя в слоистой изоля­ции оказывает развитие скользящих разрядов вдоль лент. Электри­ческая прочность применяемых на практике диэлектриков суще­ственно зависит от неоднородности поля, а также от характера и интенсивности таких процессов в них, как ионизация газовых вклю­чений и химические изменения материала изоляции. Наличие сла­бых мест приводит к тому, что отдельные образцы одного и того же материала пробиваются при различном напряжении, т. е. к по­явлению разброса значений электрической прочности, который зависит от степени однородности диэлектрика.

Обычно пробивное напряжение оценивается средним значени­ем многочисленных результатов испытаний отдельных образцов. Для кабельной изоляции вследствие большой протяженности ка­беля необходимо определить главным образом минимальное зна­чение пробивного напряжения, возможного при данной техноло­гии производства.

В связи с целым рядом факторов, определяющих пробивное на­пряжение изоляции, выбор рабочей напряженности электрического поля является сложной и ответственной частью расчета кабеля. Методы оценки пробивного напряжения и экспериментальные значения электрической прочности кабельной изоляции, а также методика выбора и расчета рабочей напряженности изоляции ка­белей будут рассмотрены далее. При этом необходимо рассмотреть влияние тонких пленок газов и масел на пробой кабельной изоля­ции, разряды в воздушных включениях, зависимость электричес­кой прочности от вида приложенного напряжения и длительности его действия.

Напряженность поля в газовых (а при переменном напряжении — и в масляных) включениях будет выше, чем в однородной изоляции. Это приводит к уменьшению электрической прочности изоляции, так как эти включения в электри­ческом отношении представляют собой ее наиболее слабые места. Как известно, электрическая прочность газа зависит от его при­роды и (согласно закону Пашена) является функцией произведе­ния плотности (давления) и толщины слоя газа: Unp = f ( pA ).

Под электрической прочностью газовой пленки понимается на­пряженность электрического поля Ен, при которой начинаются разряды в газе.

Зависимость Unp = f ( pA ) имеет вид кривой с резко выражен­ным минимумом. Минимальное значение Unp для воздуха соответ­ствует рА = 750 Па × мм и равно 327 В. Для меньших значений рА пробивное напряжение возрастает, потому что плотность воздуха (или толщина слоя А) значительно уменьшается и ионизирующее столкновение в газовом промежутке А становится все менее веро­ятным. Для рА > 750 Па × мм пробивное напряжение возрастает при­мерно по линейному закону, который нарушается лишь при абсо­лютном давлении более 2 МПа.

Закон Пашена в полном виде установлен для газовых промежут­ков между металлическими электродами. В изоляции кабелей газовые включения располагаются или внут­ри изоляционного слоя, или между изоляционным слоем и металличес­кой поверхностью жилы либо обо­лочки. В этом случае возможны от­клонения от закона Пашена, особен­но в области малых значений pD , так как возможно развитие разрядов по поверхности газовых включений.

Для воздушных прослоек, распо­ложенных между стеклянными пла­стинами, С. М.Брагиным была по­лучена зависимость Unp от рА при переменном напряжении, которую можно рекомендовать для прибли­женных расчетов в кабельной изо­ляции (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость пробивного напряжения пленки газа от про­изведения рΔ

Электрическая прочность газовой пленки зависит также от при­роды самого газа. Для повышения электрической прочности газо­наполненных кабелей применяют элегаз ( SF 6 ) и фреон ( CC 12 F 2 ). Электрическая прочность этих газов примерно в 2,2 — 2,5 раза выше электрической прочности воздуха.

При постоянном напряжении и высокой начальной напряжен­ности поля Ен в газовом включении возникает ионизация, в ре­зультате которой на некоторое время (примерно на 10 -7 с) газ становится проводником. При этом на поверхности включения об­разуется свободный поверхностный заряд. Плотность заряда распределяется таким образом, что на­пряженность поля этого заряда час­тично компенсирует внешнее при­ложенное поле и результирующее поле в газовом включении будет зна­чительно уменьшается. Это приво­дит (при некоторой напряженности поля погасания Еп) к прекращению ионизации, и воздушное включение снова становится непроводником (рис. 2). Период существования ионизации на рисунке обозначен ∆ t 1 . В дальнейшем свободные заряды стекают через диэлектрик, и напря­женность поля во включении нарастает по экспоненциальному закону с постоянной времени релак­сации . Если бы не происходило ионизации, то напряжен­ность поля достигла бы некоторого значения Ев, но при Е = Ен ионизация возникает снова и цикл повторяется. Время цикла определяется в основном перио­дом между погасанием и зажиганием ∆ t 2 , который зависит от по­стоянной времени релаксации τ. Значение τ для высококачествен­ных диэлектриков находится обычно в пределах от нескольких се­кунд до десятков секунд (в полиэтилене — нескольких часов).

Рис. 2. Напряженность элект­рического поля при разрядах в воздушных включениях

При переменном напряжении после ионизации в газовом вклю­чении также возникают поверхностные заряды, поле которых в один полупериод направлено против внешнего поля. Но в следу­ющий полупериод внешнее поле изменяет направление, и поле зарядов уже не ослабляет его, а усиливает, что приводит к новой вспышке ионизации. В зависимости от внешнего напряжения частота этих вспышек может быть в два или более раз выше частоты напря­жения, т. е. возможно возникновение интенсивной ионизации.

Таким образом, влияние ионизации на процесс старения изо­ляции при переменном напряжении будет значительно больше, чем при постоянном напряжении.

Наличие интенсивной ионизации при переменном напряже­нии является одним из основных факторов, ограничивающих ра­бочую напряженность поля в изоляции.

Отказ (выход из строя) кабеля происходит вследствие накопле­ния признаков старения в процессе эксплуатации или ускоренных испытаний. Многочисленные эксперименты показали, что время наработки (до пробоя изоляции) для заданных температуры Т, напряженности электрического поля Е и степени старения может быть представлено функцией

где А и п — постоянные коэффициенты для данной изоляции; W энергия активации процесса старения, Дж/моль; R = 8,31 Дж/(моль•К).

Зависимость tp от Е представ­лена на рис. 3. На участке 1 коэффициент п велик вследствие малого времени воздействия на­пряжения (импульсов), а на уча­стке 2 при меньшей напряжен­ности поля значение п суще­ственно уменьшается. На этом участке возникают частичные разряды. На участке 3, где интенсивность частичных разрядов слабая, коэффи­циент п снова возрастает. По дан­ным многочисленных публика­ций, электрического старения на участке 3 почти не происходит, если интенсивность частичных разрядов в изоляции не превышает некоторого безопасного уровня.

Рис. 3. Логарифмическая зависи­мость t р от Е:

1. 3— участки характеристики

В кабелях с изоляцией, пропитанной вязким электроизоляционным составом, возможно образование газовых включений, в которых возникают частичные разряды. Исследования при циклическом режиме нагревания и охлаждения были проведены для кабелей на напряжение 35 кВ марок ААШв 1×120 и АСШв 1×150 l изоляцией, пропитанной составом МП-2, и марки ЦАСШв с пропиткой нестекающим составом МП-5. Образцы кабелей длиной 30 м с герметизированными концевыми заделками подвергали цикли­ческому нагреванию и охлаждению до температуры окружающей среды. Внутри жилы и под оболочкой были смонтированы медные трубки, соединенные с манометрами. Установлено, что в период охлаждения давление в кабеле становится ниже атмосфер­ного, что приводит к образованию газовых включений с пони­женным давлением. В соответствии с законом Пашена это способ­ствует возникновению частичных разрядов.

Измерения зависимости tgδ от напряжения показали, что в пе­риод нагревания приращение его с повышением напряжения от­сутствует, а это свидетельствует об отсутствии частичных разрядов. В период охлаждения происходит увеличение tgδ, что характерно для напряжения нормальной эксплуатации кабелей или меньшего. Это особенно важно при перенапряжениях, возникающих в кабе­лях в режимах с одноместным замыканием на землю в сетях с изолированной нейтралью (при линейном напряжении вместо фаз­ного между жилой и оболочкой).

В период нагревания изоляция подвергается медленному старе­нию по механизму термической деструкции. В период охлаждения происходит ее старение под действием ионизации в газовых вклю­чениях, а термическое старение замедляется в связи с понижени­ем температуры. Для выражения такого комплексного старения предложена эмпирическая зависимость, подтвержденная экспери­ментально:

где Unp — пробивное напряжение.

На рис. 4 приведены зависимости пробивного напряжения образцов от времени старения при различных температурах, соот­ветствующие формуле (2). Из рис. 4 можно получить зависимость

.

Рис. 4. Логарифмическая зависимость пробивного напряжения изоля­ции от времени старения при различной температуре

Если цикл испытаний составляет 8 ч, то для подтверждения 30 лет срока службы кабеля на 10 кВ при длительно допустимой температуре нагревания жилы 70 °С необходимо, чтобы он выдер­жал без пробоя испытания в течение 400 циклов при напряжении 17,3 кВ и максимальной температуре в цикле 90 °С. Этот норматив применяется при испытаниях кабелей, если произошли измене­ния в составе изоляции.

В маслонаполненных кабелях повышенное давление в пропиты­вающем бумажную изоляцию масле предотвращает образование газовых включений и возникновение в них частичных разрядов. При термическом старении изоляции происходит возрастание tgδ и постепенное повышение температуры изоляции, которое при­водит в конечном счете к тепловому пробою.

В процессе старения пропитанной бумажной изоляции проис­ходит выделение газообразных продуктов термической деструкции: водорода, метана, СО2, СО и др. Содержание газов в пропитываю­щем составе определяют по пробам масла, взятым из кабельной линии с применением метода газовой хроматографии. Если содер­жание газов превысит предел их растворимости в пропитывающем составе при нижнем пределе давления в кабельной линии, могут образовываться газовые включения и возникать частичные разряды, которые приведут к ускоренному старению и пробою изоляции.

При расчете полиэтиленовой изоляции кабелей высокого на­пряжения используют средние значения допустимой напряженно­сти электрического поля в изоляции, а также проводят расчет по электрической прочности при воздействии импульсных перена­пряжений (аналогично маслонаполненным кабелям). Толщину изо­ляции определяют по формуле

где U расчетное напряжение; Ер расчетное значение средней напряженности поля.

В качестве изоляции применяют полиэтилен низкой плотно­сти, сшитый с применением перекиси дикумила. Процесс сшива­ния и охлаждения изоляции проводят при повышенном давлении (1 . 2 МПа), что предотвращает образование газовых включений и частичных разрядов в изоляции.

В формуле (1) п > 12 при отсутствии влаги (имеется металли­ческая оболочка) и п 10 при возможности воздействия влаги в процессе эксплуатации.

Многочисленные экспериментальные данные по старению по­лиэтиленовой изоляции показали, что в ней образуются дефекты, получившие название триинги. Различают электрические и водные триинги. После эксплуатации в течение нескольких лет кабелей на напряжения 6. 10 кВ при контакте с влагой триинги увеличива­ются по длине и, достигая нескольких десятых долей миллиметра, приводят к пробою изоляции.

Основы кабельной техники/ под ред. И.Б. Пешкова. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 432 с.

В маслонаполненных кабелях повышенное давление в пропиты­вающем бумажную изоляцию масле предотвращает образование газовых включений и возникновение в них частичных разрядов. При термическом старении изоляции происходит возрастание tgδ и постепенное повышение температуры изоляции, которое при­водит в конечном счете к тепловому пробою.

Читайте также:  Шестигранная напольная плитка: интересные идеи оформления интерьера

Изоляция электроустановок и ее контроль. Применение малых напряжений.

Электрическая изоляция – это слой покрытия диэлектрика или диэлектрик, которым покрывается поверхность токоведущих частей, тоководов, или которыми токоведущие части отделяются друг от друга. Изоляция должна обладать высокими диэлектрическими свойствами, прочностью и сопротивляемостью к изменениям температурно-влажностной среды.
В электроустановках применяются следующие виды изоляции: рабочая, дополнительная, двойная и усиленная.
Рабочая изоляция обеспечивает нормальную работу электроустановок и защиту от поражения электрическим током.
Дополнительная – предусматривается как дополнение к рабочей для защиты от поражения электрическим током, в случаях ее повреждения.
Двойная изоляция состоит из двух независимых одной от другой рабочей и дополнительной изоляции. Рабочую (функциональную) называют основной изоляцией т.к. она должна обеспечить электробезопасность работающих (изоляция обмоток машин, жил тоководов и т.д.). Дополнительной изоляцией может быть пластмассовый корпус машины, изолирующие втулки, блоки и т.д.
При двойной изоляции заземление или зануление металлических частей запрещается, так как этим шунтируется дополнительная изоляция, и ее преимущества сводится на нет. Соединение корпуса машины, имеющей двойную изоляцию с заземляющим устройством недопустимо, так как это снижает безопасность работающего.
Усиленная – это улучшенная рабочая изоляция, которая обеспечивает такой же уровень защиты, как и двойная.
Как правило, двойная изоляция применяется для выключателей, розеток, вилок, патронов ламп, переносных светильников, электрифицированного ручного инструмента, электроизмерительных приборов и некоторых бытовых приборов. Область применения двойной электроизоляции – электроустановки небольшой мощности. Она является действенным защитным средством.
Согласно ПУЭ, сопротивление изоляции электроустановок должно быть не менее 1000Ом на 1В рабочего напряжения. Так для сетей переменного напряжения 380/220В сопротивление изоляции должно быть не менее 380 кОм. Для электросетей напряжением до 1000В сопротивление изоляции токопроводных частей должно быть не ниже 0,5 МОм.
Следует учитывать, что в процессе эксплуатации изоляция претерпевает различные изменения: старение, механические повреждения, растрескивание от перепада температурно-влажностной среды. Поэтому электроизоляция подлежит систематическому осмотру и испытаниям согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) и Правилам техники безопасности (ПТБ).
Сопротивление изоляции электрооборудования назначается в зависимости от электрической мощности электроустановки, Ом
(3.4.20)
где, U – напряжение, В; N – мощность, Вт.

В зависимости от вида электроизоляции электротехнические изделия подразделяются на следующие классы:0, 01, І, ІІ, ІІІ при этом:
– к классу 0 относятся изделия, в которых имеется рабочая изоляция, но отсутствует элементы для заземления (если они не относятся к классу ІІ или ІІІ);
– к классу 01 относятся изделия, имеющий рабочую изоляцию и элемент для заземления, а также провод без заземляющей жилы для подсоединения к источнику питания;
– к классу І относятся изделия, имеющие рабочую изоляцию и элемент для заземления, а также провод для подсоединения к источнику питания с заземляющей жилой и вилку с замыкающим контактом;
– к классу ІІ относятся изделия, имеющие двойную или усиленную изоляцию и не имеющие элементов для заземления;
– к классу ІІІ относятся изделия, в которых отсутствуют внутренняя и внешняя электрические цепи с напряжением более 42В.
Изделия, получающие питание от внешнего источника относятся к ІІІ классу в том случае, если они предназначены для присоединения непосредственно к источнику питания с напряжением не выше 42 В.
Электрическое разделение сети. Разветвленные электрические сети большой протяженности имеют значительную электрическую емкость. При этом даже прикосновение к одной фазе является очень опасным. Однако если сеть разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, которые обладают небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоляции, то опасность поражения резко снижается.
Электрическое разделение сетей осуществляется путем подключения отдельных электроустановок через разделительные трансформаторы. Область применения защитного разделения сетей – электроустановки напряжением до 1000В, эксплуатация которых связана с повышенной опасностью (в передвижных установках, ручном электрифицированном инструменте и т.д.)
Защитные ограждения.
Важную роль в обеспечении электробезопасности работающих играет вынесение, по возможности, электрооборудования с рабочей зоны: размещение в местах, исключающих контакт, и на недостижимой высоте (в первую очередь, токоведущих частей и приводов).
При этом отдается предпочтение дистанционному управлению технологическими процессами со специально оборудованных пунктов управления. Высоту расположения проводов воздушных линий электропередачи назначают с учетом напряжения (табл.3.4.1)
Для исключения возможного контакта или опасного приближения к неизолированным токоведущим частям предусматриваются стационарные ограждения: сплошные и сетчатые. Сплошные ограждения применяются в электроустановках до 1000В в виде крышек, кожухов и т.д. Сетчатые ограждения имеют двери, которые закрывают на замок.
Часто применяют при ведении профилактических работ переносные ограждения: щиты, изолирующие колпаки, изолирующие накладки. Они также оборудуются дверьми или крышками, которые закрываются на замок или обеспечены защитной блокировкой.
Под блокировкой понимают автоматическое устройство, при помощи которого предотвращается попадание людей под напряжение в результате ошибочных действий. По принципу действия различают: механическую, электромагнитную и электрическую блокировки.

§ Применение малых напряжений

Малое напряжение — номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электри­ческим током.

Наибольшая степень безопасности достигается при напряже­ниях до 10 В, так как при таком напряжении ток, проходящий через человека, не превысит 1—1,5 мА. В помещениях с повы­шенной опасностью и особо опасных, где сопротивление электрической цепи человека может быть значительно снижено. Однако даже если принять сопротивление тела че­ловека Rch=1кОм, то при напряжении 10 В ток не превышает 10 мА.

На практике применение очень малых безопасных напряже­ний ограничено шахтерскими лампами (2,5 В) и некоторыми бы­товыми приборами. В производственных переносных электроустановках для повышения безопасности применяются малые напряжения 12 и 36 В. В помещениях с повышенной опасностью для переносных электроприемников рекомендуется номинальное напряжение 36В, R тела человека при этом U принимаем 2 кОм и ток, проходящий через че­ловека (2 фазы), мо­жет быть Ih=36/2=18 мА. Такой ток для большинства людей является неотпускающим. ТЕ, 2-фазное прикос­новение при напряжении 36 В опасно. Безопасность обеспечива­ется только при однофазном прикосновении. В особо опасных по­мещениях, где ручной электроинструмент питается от источника напряжением 36 В, а ручные лампы—12 В, ток, проходящий че­рез человека, может быть еще выше.

В европейских и других странах в сетях напряжением до 1 кВ уже много лет широко применяются устройства защитного отключения (УЗО) различных систем.

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока – тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1, протекает рабочий ток нагрузки. Эти проводники образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I1, а от нагрузки как I2, то можно записать равенство: I1 = I2

Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I1 протекает дополнительный ток – ток утечки ID , являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).

6. Электрическое разделение сетей и компенсация емкостных токов замыкания на землю. 3.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ СЕТЕЙ Разветвленная электрическая сеть большой протяженности имеет значительную ем- кость и небольшое емкостное сопротивление изоляции относительно земли. Как показано в § 2.2.1, ток замыкания на землю в такой сети может быть значительным и однофазное прикос- Рис. 3.4. Схема трех вольтметров 43 новение в сети даже с изолированной нейтралью является опасным. Если единую протяжен- ную сеть с большой емкостью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд коротких сетей с небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоляции, опасность поражения че- ловека резко снижается. Электрическое разделение протяженных сетей на несколько гальванически не связан- ных коротких участков осуществляет- ся постановкой разделительных трансформаторов, как это показано на рис. 3.5. В разделительных трансформа- торах, предназначенных для электри- ческого разделения сетей, не происхо- дит преобразование энергии, т.к. чис- ло витков и величины напряжений в первичных и вторичных обмотках рав- ны между собой, т.е. коэффициент трансформации Кт равен единице. В представленной на рис. 3.5 схеме установка двух разделительных трансформаторов РТ1 и РТ2 сократила протяженность отдельных участков по сравнению с общей длиной сети в три раза. Соответственно произошло уменьшение емкости и повышение общего сопротивления сети, а следова- тельно, повышение безопасности ее эксплуатации. На практике распространение получила схема питания отдельных электроприемников от разветвленной сети через разделительные трансформаторы (рис.3.6). Защита с помощью разделительных трансформаторов используется для отделения электроприемников от общей сети напряжением 380, 220 и 127 В, в которой могут произойти повреждения изоляции и замыкания на корпус, вызывающие повышенную опасность для че- ловека. НП ФП Uф Rh Рис. 3.5. Электрическое разделение сети: ЛТ – линейные трансформаторы; РТ1, РТ2 – раздели- тельные трансформаторы; l – протяженность сети, км; l/3 – протяженность отдельных участков, км Рис. 3.6. Схема электрической сети с разделительным трансформатором: 1 – разделительный трасформатор; 2 – электроприемник (электродрель); 3 – заземление корпуса трансформатора 44 На рис. 3.6 изображена двухпроводная электрическая сеть с разделительным транс- форматором 1, от которого, согласно «Правил», должен питаться только один электроприем- ник 2. При этом сеть, связывающая трансформатор с электроприемником, (например с элек- тродрелью), как правило, является непротяженной. В этих условиях при прикосновении че- ловека (Rh) к корпусу электроприемника, замкнутого на фазу, через его тело потечет ток, значение которого определяется известной из § 2.1 формулой (2.2): 2/ A., ф из I U R r n = h + Если принять сопротивление тела человека Rh=1000 Ом, а сопротивление изоляции участка сети за разделительным трансформатором rиз=500 кОм, то при фазном напряжении Uф=220 В значение тока Ih будет менее 0,5 мА. Такое значение тока является безопасным, т. к.находится ниже порового ощутимого тока. В случае подсоединения второго электроприемника к разделительному трансформатору опасность поражения человека возрастает в связи с тем, что на обеих установках может произойти замыкание на корпус или пробой изоляции одновременно. При этом одна из установок будет связана с землей напрямую через сверло электродрели, и заземлённым изделием. И в том случае, если вторая установка связана с землей, то ток Ih будет определяться полным напряжением сети и сопротивлением человека Rh. Опасность поражения в данном случае высокая, поэтому в применяемых схемах с раз- делительным трансформаторами при напряжениях 380, 220 и 127 В заземление корпусов электроприемников не допускается. Корпус самого разделительного трансформатора необ- ходимо заземлять. Это объясняется тем, что при пробое изоляции первичной обмотки на корпус трансформатора и при отсутствии заземления ток через человека, прикоснувшемуся к корпусу, замыкается через небольшое емкостное сопротивление протяженной первичной се- ти. Значение этого тока будет опасным. Установка предохранителей в рассматриваемой схе- ме объясняется необходимостью отключения электроприемника в случаях замыкания фазы на корпус установки, соединенной с землей, и повреждения изоляции на другой фазе, а так- же при межфазном коротком замыкании.

Читайте также:  Что лучше выбрать: бризер или кондиционер

3.5. КОМПЕНСАЦИЯ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Ток замыкания на землю, а следовательно, и ток через человека в случае прикоснове- ния к фазному проводнику в протяженной сети с изолированной нейтралью зависит не столько от сопротивления изоляции, сколько от величины ёмкости сети относительно земли 45 .При значительной емкости, например С≥0,1 мкФ, ток через человека достигает опасных значений (см. § 2.2.1). Емкость фазных проводников воздушных линий электропередач и от- носительно земли не зависит от каких-либо дефектов в изолированных участках сети. Она определяется главным образом протяженностью сети и геометрическими параметрами: диа- метром самих проводников, расстоянием между ними и высотой подвеса от земли. Поэтому емкость сети в процессе эксплуатации может изменяться лишь за счет отключения или включения отдельных участков, что определяется требованиями электроснабжения потреби- телей . Рис. 3.7. Компенсация емкостных токов утечки: L – индуктивность дросселя; Ih – индуктивный ток; Ic – емкостной ток; Ih – ток через человека, мА; С1=С2=С3=Сф – емкость фазных проводников , мкФ Поскольку невозможно уменьшить емкость всей сети, снижение тока замыкания на землю достигается компенсацией емкостной составляющей индуктивным полем. Для этого в трехфазной сети между нейтралью и землей устанавливается компенсационная катушка: ре- актор или дроссель (рис. 3.7). Величина индуктивности L в компенсирующем дросселе вы- бирается из условий резонанса: ωL=1/ωCФ , отсюда, L=1/ Ф 2 3ω С , Гн. Емкостная и индуктивная составляющие токов IL и Ic находятся в противофазе и при настройке в резонанс взаимно уничтожаются. При этом ток замыкания на землю (ток через человека Ih ) уменьшается и повышается безопасность обслуживания электрических сетей. В случае недокомпенсации или перекомпенсации емкости сети полный ток замыкания на зем- лю или ток через человека также снижается. Компенсация емкостной составляющей приме- няется в сетях напряжением выше 1000 В для уменьшения емкостных токов утечки и сниже- ния возникающих при этом перенапряжений. Правила устройства электроустановок предпи- Rh Rh C1 C2 C3 46 сывают компенсацию, если ток замыкания на землю превышает в сетях напряжение 35 кВ – 10 А, 20 кВ – 15 А, 10 кВ – 20 А и 6,3 кВ – 30А. В схемах энергоблоков с генераторами-трансформаторами напряжением 6,3÷20 кВ компенсация обязательна при токе замыкания на землю более 5 А. При токе замыкания на землю 50 А и более устанавливаются две компенсирующие катушки параллельно. В сетях напряжением до 1000 В компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю применяется лишь в особо опасных помещениях, наружных установках, в подзем- ных сетях шахт и рудников. В этом случае компенсирующая катушка присоединяется к ис- кусственной нулевой точке специального трансформатора.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

§ Применение малых напряжений

Диагностирование электрической изоляции

Электрическая изоляция токоведущих частей является од­ним из наиболее важных элементов конструкции судового элек­трооборудования, ограничивающих работоспособность СЭО. В процессе эксплуатации состоянием изоляции в значительной мере определяется возможность возникновения пожара при ко­ротких замыканиях. В связи с этим необходимо контролировать техническое состояние изоляции СЭО.

Наиболее характерными дефектами изоляции являются:Z1-естественное старение изоляции;Z2-объемное увлажнение;Z3-поверхностное увлажнение;Z4-термическое старение; Z5 –пробой изоляции (на корпус или междуфазный); Z6-поверхностное загрязнение; Z7– наличие воздушных вклю­чений.

Вероятность появления таких дефектов в изоляции СЭЭС в целом на основе эксплуатационных данных, полученных, на­пример, для судов типа „Выборглес”(12 судов), „Ленинские искры”(11 судов), „Художник Сарьян”(7 судов) и „Кегостров”(3 судна), составляет, % : Z1-22,4 от всех отказов изоляции; Z 2– 21,1; Z 3-17Д; Z4-15,8; Z5-11,8; Z 6-9,2; Z7 –2,6.

В качестве параметра технического состояния изоляции, обычно используют активную составляющую сопро­тивления изоляции токам утечки как наиболее легко под­дающуюся измерению и контролю в процессе ТЭ. Это единст­венный параметр, для которого Правилами Регистра определе­ны значения уставки (см. табл. 1.2).

Согласно Правилам Регистра, для измерения сопротивле­ния следует применять приборы, рассчитанные на следующие рабочие напряжения: 500 В- для изоляции, рассчитанной на напряжения до 400 В, и не менее 1000 В- для изоляции на на­пряжение от 400 до 1000 В, 2500 В-для изоляции на напря­жение 1000 В и выше. Сопротивление изоляции СЭО в нагре­том состоянии необходимо измерять сразу после его отклю­чения.

Измерение сопротивления изоляции в обесточенных сетях выполняют переносными мегаомметрами магнитоэлектрической системы. Они могут быть двух типов: индукторные (М1101; Ml 102 и др.) и безындукторные (БМ1, БМ2, Е6-16).

В индукторных мегаомметрах источником питания являет­ся встроенный электрогенератор с ручным приводом и часто­той вращения рукоятки 120 об/мин; измерения проводят двое специалистов из обслуживающего персонала. В безындуктор­ных мегаомметрах источником питания являются элементы ти­па „Сатурн”; измерения выполняет один человек.

Вместе с тем контроль сопротивления изоляции элементов СЭЭС не позволяет получить полную информацию о состоянии изоляции, так как на это сопротивление, в частности, не влия­ют термическое и естественное старение, несквозные увлажне­ния и воздушные включения в изоляции.

В общем случае изоляция, например, проводника П относи­тельно корпуса судна К может быть представлена схемой за­мещения, состоящей из трех параллельных цепей (рис. 4.21, а).

Рис. 4.21. Схема замещения (а) электрической изоляции и изменение токов (б) в изоляции после приложения напряжения.

При приложении к изоляции электрического напряжения U через изоляцию будет протекать ток, составляющие которого характеризуются схемой на рис. 4.21, а. Емкость С1 называется геометрической, так как определяется геометрическими разме­рами изоляции и ее расположением как диэлектрика между проводящими элементами; по ней протекает I1-ток мгновен­ной поляризации. Наличием емкости С1 объясняется мгновен­ный бросок тока, возникающий в случае приложения к изоля­ции постоянного напряжения, и емкостный ток через изоляцию, если приложено переменное напряжение.

Емкость С2, называемая абсорбционной или емкостью мед­ленной поляризации изоляции, и сопротивление R2 образуют цепь, характеризующую потери в диэлектрике, соответствующие поглощению (абсорбции) электрической энергии. Величина R2 зависит от однородности изоляции и ее диэлектрических свойств (чем однороднее изоляция и меньше пустот и расслое­ний в ней, тем больше R2). Ток I2 в цепи С2, R2 называется аб­сорбционным. От величины R2 зависит постоянная времени за­ряда емкости С2, равная Таким образом, чем лучше диэлектрические свойства изоляции, тем больше R2 и время за­ряда конденсатора С2.

Наличие емкостей С1 и С2 в схеме замещения объясняет способность изоляции накапливать электрические заряды, и это должно учитываться при эксплуатации СЭО- после отключе­ния напряжения с токоведущих частей их заземляют на время, достаточное для разряда емкостей С1 и С2.

Сопротивление R1 определяет потери и сопротивление изо­ляции, и ток сквозной проводимости Ick, пропорциональный пло­щади и обратно пропорциональный толщине изоляции. С уве­личением влажности (сквозное увлажнение) изоляции ток сквозной проводимости возрастает.

Характер изменения токов I1,I2,Ick (рис. 4.21,6) при при­ложении постоянного напряжения к цепи проводник-изоля­ция-корпус объясняет поведение стрелки мегаомметра при из­мерении сопротивления изоляции. При приложении постоянного напряжения мегаомметра в цепи возникает мгновенный бросок зарядного тока I1, определяемого емкостью С1и довольно быстро уменьшающегося до нуля. Показания мегаомметра в этот момент практически нулевые. Одновременно происходит заряд абсорбционной емкости С2, и ток заряда I2 спадает по бо­лее плавной (экспоненциальной) кривой, и показания мегаом­метра соответственно плавно увеличиваются. Установившийся ток Ick после окончания заряда емкости С2 определяется сопро­тивлением R1которое и измеряется мегаомметром.

Из схемы замещения следует, что при подключении изоля­ции к источнику постоянного напряжения U ток в изоляции (без учета кратковременного тока заряда геометрической емко­сти С1) изменяется во времени в соответствии с выражением

При этом изменяется и сопротивление изоляции

При этом изменяется и сопротивление изоляции

Свойство изоляции – изменять ток и сопротивление во вре­мени после приложения постоянного напряжения – зависит от состояния изоляции, и поэтому зависимости R(t) и I (t) могут ис­пользоваться при оценке ТС изоляции: например, посредством ряда параметров, характеризующих крутизну кривых R(t) и I(t). В частности, для увлажненной изоляции кривая R(t) бо­лее пологая, чем для сухой.

К таким параметрам, определяемым мегаомметром, в част­ности, относятся коэффициент абсорбции Ка, расчетный пара­метр сопротивления изоляции RP и коэффициент изменения со­противления изоляции К1.

Коэффициент Ka=R6o/R15 определяется отношением показа­ний мегаомметра через 15 с (когда заряд геометрической ем­кости С1 закончен) и через 60 с (когда закончен заряд абсорб­ционной емкости С2) после его включения. Для изоляции с до­пустимой увлажненностью Ка>2. В случае увлажнения изоля­ции значение Ка приближается к 1. Это объясняется тем, что из-за значительного уменьшения постоянной времени уже к первому отсчету, т. е. через 15 с, достигается значение R(t), близкое к установившемуся. Предельное минимальное значение Ка =1,3 при температуре 20°С. При Ка 1,3 и температуре воздуха 15. 30°С изоляцию необходимо сушить.

Параметр для достаточно длинных кабелей и обмоток, более точно,характеризующий крутиз­ну зависимости R(t),определяется с учетом измерения значе­ния сопротивления R(ti) через время ti, равное, например, 5с после подключения мегаомметра.При диагностировании со­стояния изоляции полученное значение Rp сравнивается с его значением Rp0 при нормальном значении сопротивления изоля­ции. В случае увлажнения изоляции RP 2 длиной 7м при нормальном состоянии изоляции кабеля, корот­ком замыкании угольно-графитной пылью и объемном увлажне­нии кабеля показало, что переходный процесс длится сотые до­ли секунды. В связи с этим для обмоток и кабелей, имеющих относительно малые длины, применить параметры Ка и RP для оценки состояния изоляции в условиях эксплуатации на судне, как правило, не представляется возможным.

Коэффициент K1 = R’/R определяется отношением значений сопротивления изоляции, измеренных при подключении плюса мегаомметра к корпусу судна R’ и при подключении минуса ме­гаомметра к корпусу судна R..Постоянный ток, создаваемый мегаомметром при наличии влаги, вызывает электролиз мате­риалов, соприкасающихся с токопроводящими жилами. При электролизе металл жилы будет окисляться (если жила слу­жит анодом) с образованием плохо проводящего слоя, поэтому полученное при измерении значение R изоляции будет повыше­но. Если жила служит катодом, то будет происходить восста­новление металла жилы, а измеренное значение R’ изоляции будет занижено. Таким образом, по величине К1 можно судить о причине снижения R изоляции. Если К1 =1, то причина сни­жения R-загрязнение, если K1

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Рис. 4.21. Схема замещения (а) электрической изоляции и изменение токов (б) в изоляции после приложения напряжения.

Контроль электрической изоляции и электробезопасности комбинированных блоков питания

Нормальные климатические условия в нормативных документах определены следующим образом:

Читайте также:  Что подарить на Новый год, лучшие идеи новогодних подарков 2020

Дополнительные устройства

Кроме имеющихся механизмов, во время приготовления продукции из пластмассовых составляющих могут использоваться узлы, способные намного облегчить процесс работы: механизмы для сушки; погрузчики; смесители; дробительные узлы; конвейеры; механизмы для сбора облоя.

Это разные виды компактного станка с целью произведения мелких деталей небольшими партиями. Пользуются одно- или многоместные формами. Масса компактного станка примерно пятнадцати килограмм, агрегат можно разместить на любом надёжном столе, в связи с чем он и имеет называние настольный. К ряду небольших моделей может прилагаться и рабочие столы. наиболее компактными считаются небольшие по размерам модели с электрическим приводом и и модулем автоматического смыкания. Такого рода компактные станки пользуются спросом при изготовке экспериментального вида деталей для более современных видов производственных агрегатов.

Дополнительное оборудование

Кроме основных механизмов в процессе производства пластмассовых изделий используются устройства, облегчающие процесс:

  • сушилки;
  • погрузчики;
  • смесители;
  • дробилки;
  • транспортеры;
  • конвейеры;
  • сборы облоя.

  • сушилки;
  • погрузчики;
  • смесители;
  • дробилки;
  • транспортеры;
  • конвейеры;
  • сборы облоя.

Виды экструдеров

Современные модели экструзионных установок могут различаться между собой как конструкцией рабочего органа, так и назначением.

  • корпус системы нагрева полимерных материалов. В качестве основного источника тепловой энергии при осуществлении этого технологического процесса могут выступать обычные резистивные или индукционные системы. При использовании последних возникновение высоких температур происходит за счёт наведения на корпус высокочастотных индукционных токов Фуко;
  • узел нагрузки. Через этот элемент в полость корпуса различными способами поступает исходное сырье;
  • рабочий орган. Он создает в оборудовании необходимое давление, благодаря которому обеспечивается перемещение сырья непосредственно от узла загрузки до насадок, которые формуют из полимерных материалов готовые изделия. При использовании экструдера применяются разнообразные физические принципы, поскольку это устройство может иметь разные варианты исполнения — шнековый, дисковый, поршневый. В настоящий момент чаще других применяются шнековые экструдеры;
  • экструзионная головка. По-другому специалисты называют ее фильерой. Именно она обеспечивает форму изделий, которая получается по завершении технологического процесса;
  • механический привод. В этом оборудовании он представлен двигателем и редукторной системой. Благодаря ему обеспечивается создание и передача необходимого усилия на рабочий орган;
  • система контроля и управления. Благодаря ей обеспечивается поддержание необходимого технологического режима.

РАЗНОВИДНОСТИ ЭКСТРУДЕРОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Одним из наиболее распространенных в промышленности видов устройств является оборудование для поливинилхлоридного профиля. Данное оборудование выпускается в модификациях с одним или двумя шнеками. Экструдер для ПВХ позволяет изготавливать изделия в обширнейшем диапазоне форм, начиная от нитевидных и заканчивая листовыми. Возможно производство деталей сложной геометрии.

Другой разновидностью экструзионного оборудования являются устройства для производства труб. Основное отличие оборудования подобного класса заключается в наличии системы дегазации, устраняющей воздух и другие газы из гомогенизированной смеси. Большинство экструдеров, используемых при изготовлении труб, относится к двухшнековому типу, однако снабжено дополнительным барьерным шнеком для разделения полуфабриката с различной консистенцией.

Наряду с описанными разновидностями в промышленности широко применяются устройства, предназначенные для производства полиэтилена. Данные агрегаты рассчитаны на изготовление пленок различной толщины и комплектуются специальными круглыми щелевыми фильтрами увеличенного диаметра. Экструдеры для формирования пленочного материала представлены как высокопроизводительными моделями, так и моделями, подходящими для установки в непроизводственных помещениях.

Наконец, к отдельной разновидности оборудования следует отнести экструзионные линии. В состав подобного оборудования, наряду с экструдером, входят: система подготовки и загрузки сырья, охлаждающая установка, протяжные механизмы, системы для маркировки и ламинации, устройства для намотки и отрезания изделий. Конфигурация экструзионной линии может варьироваться в широких пределах в зависимости от специфики технологического процесса.

Уточнить стоимость, а также купить экструдеры подходящего типа вы сможете, связавшись с представителями компании «ПОЛИМЕХ». Предлагаемая техника сертифицирована и имеет гарантию.

Цена представленных в нашем каталоге экструдеров намного ниже, чем у большинства конкурентов. Мы более 15 лет самостоятельно производим оборудование, а это значит, что кроме выгодной стоимости вы получите еще и уникальные технологические наработки, реализованные в наших моделях экструдеров.

Следует учитывать, что описанное разделение рабочих зон цилиндра экструдера для полимера является условным. Конструктивные особенности оборудования могут различаться в зависимости от типа, назначения и производительности конкретной модели.

Особенности аппарата

Несмотря на общий для всех сварочных экструдеров принцип работы, они могут иметь некоторые отличия.

Параметры устройств обусловливают их сферу применения.


В конструкцию любого экструдера входят следующие элементы:

Экструдеры одношнековые и двухшнековые

Шнековые (червячные) экструдеры – наиболее распространенные, так как практически в полной мере отвечают всем требованиям технологического процесса. Рабочим органом выступает шнек экструдера (винт Архимеда, известный каждому хотя бы по домашним мясорубкам).

Лопасть шнека экструдера захватывает сырье в области загрузки и перемещает последовательно по всей длине цилиндра корпуса, через зону нагрева, гомогенизации и формовки. В зависимости от технологической карты и вида исходного материала шнеки могут быть нормальными или быстроходными, цилиндрической или конической формы, сужающиеся к выходу. Одним из главных параметров является соотношение рабочего диаметра шнека к его длине. Различаются также шнеки шагом витков и их глубиной.

Однако одношнековые экструдеры не всегда применимы. Например, если в качестве сырья используется порошковый полуфабрикат, один винт не справится с тщательным его перемешиванием в ходе расплавления и гомогенизации.

В подобных случаях применяют двухшнековые экструдеры, винты которых могут находиться во взаимном зацеплении, совершать параллельное или встречное вращательное движение, иметь прямую или коническую форму.

В результате процессы разогрева, смешения и гомогенизации проводятся более тщательно, и на головку поступает полностью однородная и дегазированная масса.

Нельзя не отметить, что в некоторых технологических процессах применяются экструдеры и с большим количеством шнеков – до четырех, а кроме того, существуют и планетарные автоматы, когда вокруг центрального винта вращается до 12 сателлитных.

Это бывает необходимым при работе с некоторыми видами пластиков, которые под действием высоких температур имеют свойство к деструкции – потере физических качеств. Таким образом, их нагрев в подобных экструдерах осуществляется за счет силы трения и создаваемого высокого давления.


Нельзя не отметить, что в некоторых технологических процессах применяются экструдеры и с большим количеством шнеков – до четырех, а кроме того, существуют и планетарные автоматы, когда вокруг центрального винта вращается до 12 сателлитных.

Выдувные установки для пластмассовых изделий

Используется специальное выдувное оборудование для производства изделий с тонкими стенками (одноразовые стаканы, бутылки и прочее). Работает по такой схеме: пластик нагревается и тогда при помощи выдувания формируется изделие.

Экструзионно-выдувные станки используют для изготовления более широкого ассортимента товаров. Процесс производства контролируется микросистемой. Все машины такого типа разделяют по типу головок, количеству ручьев и постов.


С помощью выдувных или литьевых приборов можно сделать различные емкости с самой разнообразной глубиной, диаметром и толщиной. Их обычно используют в химических или пищевых индустриях. Также можно создавать непревзойденные изделия для отделочных работ из термопластика. Он имеет довольно эстетичный вид и высокую прочность.

Экструзия пленок способом полива в ванну с водой

Такой метод еще больше повышает качество пластиковой пленки, в сравнении с предыдущими двумя способами. В этом случае при выходе пленки из формующей головки она попадает в ванну с водой, где моментально застывает и охлаждается.

Для повышения качества полученных методом плоскощелевой экструзии пленок из таких типов полимеров, как поливинилхлорид, полиолефин, сарана или другого типа термопластичных пластмасс, их нужно дополнительно подвергнуть процессу вытяжки. Вытяжка может быть продольной или поперечной. При поперечном типе вытяжки полимерной пленки устройство для вытягивания должно быть оборудовано захватными зажимами, которые должны растягивать пленку после нагревания. Продольный же тип вытяжки просто пропускает пленку через систему валов с нагревом, которые вращаются с разной скоростью. После растяжки пленка проходит термофиксацию при поддерживании заданных габаритов.

Экструзионная технология нанесения покрытия состоит из двух стадий:

Фармакологическое оборудование

Экструдеры нашли свое применение и в фармакологии. Многие таблетки, а также батончики гематогена сделаны именно с помощью подобного оборудования. В фармакологии, где очень важна дозировка, зачастую используется не шнековые, а плунжерные установки. Они позволяют с высокой точностью добиться того, чтобы каждая таблетка полностью соответствовала требуемой массе, поскольку даже сотая доля миллиграмма действующего вещества может иметь огромное значение в лечении.

Стоит отметить, что экструдеры, которые используются для обработки полимеров, имеют более сложную конструкцию в сравнении с теми, что работает с пищевыми продуктами для людей или животных. Данные установки имеют дополнительную систему нагрева, которая обеспечивает текучесть пластика, доводя его консистенцию практически до состояния сгущенки. После выхода материала из такого экструдера обеспечивается дополнительное охлаждение. Это позволяет вернуть полимеру его нормальную твердость, что предотвращает нарушение заданной формы полученным изделием.

Схема работы

Сформированная технологическая линия российского производства отвечает всем необходимым требованиям по надежности и долговечности работы и позволяет осуществлять переработку пластиков на профессиональном уровне. Экструзия заключается в последовательном выполнении следующих операций:

  • сырье в виде гранул, порошка или лома пластика поступает в приемный отсек;
  • перемешанная масса направляется в рабочую зону одношнекового экструдера, где не нее воздействуют: давление, небольшая сила трения, подаваемая снаружи повышенная температура;
  • под воздействием тепла, происходит нагревание пластмасс и их плавление до состояния, позволяющего продолжать экструзию далее;
  • в ходе продвижения по направлению к фильере происходит тщательное перемешивание пластиковой массы, в результате чего, к моменту поступления в формирующие головки полихлорвинил имеет единую однородную форму, подготовленную к выдавливанию;
  • для повышения качества изделий, перед окончательным формированием гранул, масса проходит под высоким давлением через специальный сетчатый фильтр, где удаляются различные мельчайшие посторонние предметы;

Далее сырье упаковывается и укладывается на хранение либо передается заказчик для переработки и производства новых изделий. Хранить гранулы можно неограниченное время!

Вот так работает экструзионная линия. Ничего сложного в работе экструдера нет. Главное, после принятия решения на покупку данного оборудования, сделать правильный выбор и обратиться к профессионалам.

При этом количество переработанного термопласта с помощью экструдеров год от года растет. Сейчас на рынке сложилась ситуация, при которой спрос на переработку превышает предложение. А значит, созданы условия для открытия собственного бизнеса!

Ручной сварочный экструдер ExOn 2

Ручной экструдер Herz (Dohle 2007 CS, Bak) ExOn 2 может быть использован для сварки полиэтилена. полипропилена, ПВХ и HDPE покрытий. Существует две модификации данного экструдера: DX303 – для сварки прутком диаметром 4 мм и DX311 – для сварки прутком диаметром 5 мм. DX311 нельзя использовать для сварки ПВХ мембран.

Dohle 2007 CS (ExOn 2) – ручной экструдер для ПП, ПЭ, ПВДФ имеет встроенную подачу воздушных масс. Может сваривать трубы, листы, различной пленки и фасонных изделий. Надежен, прочен, можно использовать на улице.

Dohle 1507 CS – ручной экструдер для ПП, ПЭ прост в использовании, имеет небольшую массу. Пригоден для скрепления пластмассовых конструкций, листового полипропилена, бензонапорных труб и других материалов толщиной до 15 миллиметров.

Добавить комментарий