АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ

Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

Электр станциялары, тораптары мен жүйелері кафедрасы

 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЛЫҚ

ЖАБДЫҚ

1, 2 - бөлім. Электроқшаулау және кабельдік техника

 

050718- Электроэнергетика мамандығы бойынша барлық оқу

түрлерінде оқитын студенттерге арналған

дәрістер жинағы

  

Алматы  2008 

 

         ҚҰРАСТЫРУШЫ: Бекмағамбетова Қ.Х. Электромеханика және электротехникалық жабдық.

          050718- Электроэнергетика мамандығы бойынша барлық оқу түрлерінің  студенттеріне арналған дәрістер жинағы  Алматы: АЭжБИ, 2008

         Дәрістер жинағында материалдардың бұйымда қолдану негізі және олардың сипаттамасы көрсетілген, сонымен қатар даму сұрақтары, жаңа материалдардың өңделуі және электроқшаулаулардың жұмыс шарты мен жағдайы анықталған. Осы дәрістерде тағы да электроқшаулауларға әсер  ететін жүктемелердің классификациясы, электр өрісін реттеу, жылулық  мінездемелерін есептеу және бұйымдардың технологиясы мен санап шығаруы беріледі.

 

  Кіріспе 

           «Электромеханика және электротехникалық жабдық» пәніне кіретін «Электр  оқшауланған және кабельдік техника» бөлімі «Электроэнергетика» мамандығындағы «Электр оқшауланған және кабельдік» специлизация үшін кіріспе курсы болып табылады.

          Бакалаврларды профиль бойынша мамандықтарға бөлу үшінші курстан басталады және келесі пәндерді оқытумен қамтамасыздандырылады: электротехниканың теориялық негіздері, электрлік өлшеулер, электрлік машиналар, электротехникалық материалдар.

          Мамандандыру келесі пәндерді оқып білумен жүзеге асады: диэлектриктердің физикасы мен химиясы, кабельдік техниканың негіздері, электроқшаулағыш материалдардың өндіру технологиясы, орамалы өткізгіштер (сымдар), сенімділік теориясының негіздері және электр оқшаулаулармен кабельдерді сынайтын әдістер, есеп – қисап және электрлік оқшаулауларды құрастыру, байланыс кабельдері, күш кабельдері мен жоғары вольтты кабельдік жүйелер, пластмассалық және резина оқшаулаулармен қапталған сымдар мен кабельдер талшық оптикалық кабельдер.

         «Диэлектриктердің химиясы» пәні химиялық құрылыстың теориясын; төмен молекулалы диэлектриктердің химиясын, химиялық құрылыс және полимерлік материалдардың молекулаларының үстіңгі құрылысын; полимеризациялық байланыстардың химиясын; физика – механикалық және электрофизикалық сипаттамаларды; электроқшаулағыш синтетикалық каучуктер; поликонденсациялық шайырлар, гетеро тізбекті полимерлер, кремний органикалық және бейорганикалық диэлектриктерді оқытады.

         «Диэлектриктердің физикасы» саласы диэлектриктердің агрегеаттық күйін, құрылысын және негізгі физикалық қасиеттерін, поляризациясын, диэлектриктердің шығындарын, электр өткізгіштік пен электрлік беріктікті оқытады.

         «Кабельдік техника негізі» саласы кабельдік бұйымдардың жалпы мінездемесі мен классификациясын; кабельдегі электр және магнит өрістерін; кабельдердің оқшаулауын есептеу; кабель мен сымдардағы магнитті және жылулық өрістерін; кабельдік бұйымдардың негізгі түрлерінің конструкциясын, тағайындалуын және есептеу ерекшеліктерін; өндіріс операциясының технологиясын; кабельдік жылыну мен салқындау стационарлық емес процестерінің негізгі теориясы мен есептеуін оқыту.

         «Электр оқшаулағыш материалдар өндіріс технологиясы» саласы электр оқшаулағыш шайырдың, лактардың, эмальдар мен компаундтардың, талшықты электр оқшаулағыш материалдардың; қабыршақты электр оқшаулағыш материалдардың; қабыршақты электр оқшаулағыш материалдардың; электр оқшаулағыш бұйымдардың өндірісін; слюдаланған электр оқшауланған материалдардың, лакталған мата электр оқшаулағышын оқытады.

         «Орамалы сымдар» саласы металл сымның, эмаль лактарды жасау технологиясын, әртүрлі типтегі эмаль сымдарды сынау тәсілдері мен мінездемелерін, талшықты және қабыршақты орама сымдарды оқытады.

         «Электр оқшаулағыш пен кабельдің сенімділігі мен сынау тәсілінің теория негізі» саласы сынау тәсілінің классификациясы мен сенімділік теория негізін, электр оқшаулағыш материалдардың электрлі сынау тәсілін, кабельдік бұйымдардың физикалық зерттеу тәсілін, электроқшаулағыш материалдар мен кабельді бұйымдардың электрлі сынау тәсілін оқытады. Тоқ өткізгіш сымдарының теориясы мен технологиясын; оқшауламаның кептірілуі мен сіңірілуін; қорғасын мен алюминийдің қабығын және үстіңгі қорғаныс қабығын қаптау технологиясын; айналмалы машиналар мен трансформаторлардың, аппараттардың оқшауламаларының және оқшаулағыштар мен конденсаторлардың өндірісінің технологиясын оқытады.

         «Электрлік оқшаулағыштың есептеуі мен құрылымының негізгі жылу есептеуін, оқшаулағыштардың есептеуін, конденсаторлардың есептеуін; трансформаторлардың оқшаулағышын есептеуді оқытады.

         «Байланыс кабельдері, күштік кабельдер және жоғары вольтты желілік кабельдер, пластмассалық және резиналық оқшаулағышы бар сымдар мен кабельдер, талшы оптикалық кабельдер» саласы таңдалмалы немесе магистратурада тереңірек оқытуға арналған пән.

         Біздің Республикамыздың батыстан шығысқа созылу қашықтығы – 3000 км; оңтүстіктен солтүстікке – 1700 км. Қазақстан үлкендігі бойынша дүние жүзінде 9 – шы  мемлекет. Оның жалпы көлемі 2724 мың км², оның 2717,3 мың км², оның 2717,3 мың км²-н электрлік желілер мен станциялардың комплекстері қамтиды. Мұндай үлкен кеңістекте  қауіпсіз өндіріс, түрлендіру, трансформирлеу және электрлік энергия беру көп электротехникалық жабдықтар мен бұйымдарды талап етеді, оларды өндірудің және өндіріске енгізудің республикада барлық керек алғы шарттары бар.

         Қазіргі кезде өндірістік кәсіпорындар мен республиканың энергетикалық шаруашылығында қызмет ету уақыты 25 – тен 60 жыл болған жалпы өндіріске арналған қозғалтқыштардың 43%, сөндіргіштердің 41%, айырғыштардың 52%, ток трансформаторларының 35%, кернеу трансформаторлардың 49% қолданылуы қауіпті болып отыр. Ал енді жылу электр станциядағы электр жабдықтардың жалпы түрдегі турбогенераторлардың Қазақстандағы эксплуатациясы 30% -ға жуықтайы 25 – 50 МВт және 60% қуаты  60 – 120 МВт – тағы турбогенераторлар. Турбогенераторлардың паркі айтарлықтай ескірді. Негізінде мұның 70%-ға жуығы 30 жылдан асқан 25 – 50 МВт және 57% -ы       25 жыл жұмыс істеген 60 – 800 МВт –тық турбогенераторлар. Бұдан шығатын ең бастапқы мақсат оқшаулағыштың қызмет ету уақытын ұзартумен қатар, жаңа оқшаулағыш материалдарды жасау және қолдану болып табылады. Бұл негізінде өндірісте жұмыс істеп тұрған электр қондырғылар, жеке атап өтсек, электр қозғалтқыштар мен трансформаторлар. Олардың сапа деңгейін және оқшаулағыштың бәсекелестігін жоғарылату. Бізге мәлім, электр жабдықтардың конструкциясындағы ең нашары оқшаулатқыш бөлігі.

         Кезінде Қазақстан мыс пен алюминийдің үлкен қорын ескере отырып, республикада электротехникалық және электромеханикалық заводтар электротехникалық материалдар, төмен және орта кернеулі электр машиналар, жоғары және төмен вольтты кабельдер, сымдар мен баулар, эмальденген сымдар және т.б. шығаруға негізделіп орналасқан. Бұл заводтардың көбісі қазірде де жұмыс істейді. Мысалы, «Казахстанкабель» (Семей қ.), «Казэнергокабель» (Павлодар қ.), «Балхашмыс» (Балхаш қ.), «Электролит» (Петпропавлск қ.), заводтар. Электротехникалық бұйымдардың жаңа түрлерін шығару, отандық әртүрлі қолданыстарға арналған, жоғары технико – экономикалық көрсеткіштері бар электротехникалық материалдарды жасау мен өндіру мүмкін емес. Оқшаулатқыштың ең керекті компоненттері лактар, эмальдар, жұқа қабыршақтар.

         Бұл - заводтардың жұмыс істеуіндегі негізгі кемшілігі, өткізгіш бөлігіндегі материал жергілікті шикізаттан жасалса да, электрлік оқшаулағыштың шикізатын бұрынғы КСРО республикаларынан, шет елдерден алынып келген. Бұл электротехникалық материалдардың және бұйымдардың өдірісінің үлкеюін шектеді, ал дайын бұйымдарды алудың технологиялық циклі аяқталмай қалды. Сондай – ақ электротехникалық өндірістің шет елдегі дамуымен салыстырғанда Қазақстандық заводтардың шығаратын өнімдерінің технико – экономикалық көрсеткіштері ескі, бәсекелестік қабілеттілігі төмен оқшаулағыш материалдардың қолдануына байланысты төмен. Жаңа электротехникалық бұйымдардың түрлерін шығару электротехникалық көрсеткіштері жоғары, түрлі қолданыстағы отандық электротехникалық материалдарды жасау мен өндірусіз мүмкін емес. Оқшаулағыш жүйелердің ең керекті компоненттері лактар, эмальдар, жұқа қабыршықтар. Бұл материалдар жоғары диэлектрлік және физико – механикалық мінездемелері мен технологиялығы болуы керек және ұзақ жұмыс істеу температурасы 155⁰ С төмен, ал көп жағдайда 180⁰ С – ден 220⁰-қа дейін болуы керек.

         Соңғы кезде Қазақстан Республикасында белгілі мөлшердегі оқшаулағыш материалдар жасалады және өндіріледі, олар жаңа талаптарға сай, мысалы, тоқылған полиэтилен, жоғары және орта қысымдағы полиэтиленді, синтетикалық резинасы. Фарфор, волластокит, каолин, шыны және т.б. өндіріс қалыптастырылды. 

         №1 дәріс. Электрлік оқшаулағыш. Электротехникалық бұйымдар мен конструкциялардың өндірісіндегі электроқшаулағыш заттардың мағынасы 

     Дәрістің мазмұны:

-         Электрлік өрістегі диэлектриктердің ішіндегі физикалық процестер;

-         Диэлектриктердің классификациясы.

-         Электр оқшаулағыштың жұмыс істеу шарты.

 

Дәрістің мақсаты:

-         Электротехникалық констукциялар мен бұйымдардың, жаңа материалдардың жасалуы мен қолдануындағы проблемалармен танысу.

 1.1  Электрлік өрістегі диэлектриктің ішіндегі физикалық процестер 

     Электрлік өрістегі электрлік оқшаулағыш әлсіз және күшті өрісте

жұмыс істейді. Диэлектрикте тек поляризация құбылысы, электрлік сыйымдылық (С), диэлектрлік өтімділік (ε) және кейбір диэлектрлік шығындардың түрлері (tgδ) пайда болатын өрісті әлсіз өріс дейді. Диэлектрикте: ығысу (I_ығ), активті (I_{а абс}) және реактивті (I_{р абс}) абсорбция токтары өтеді, олар айтарлықтай диэлектрлік шығындарын шығармайды, сондықтан диэлектриктің қызуына әкелмейді. Күшті өрістерге тесіп өтер алдындағы өрістер жатады. Диэлектриктің бойымен беттік ток (I_s) және көлемдік  токтар (I_v) ағып өтеді, олар диэлектрлік шығындарын және диэлектриктің ішінен өтетін тоқтарды көбейтеді.  Бұл процесс электр өткізгіштік деп аталады, электр өткізгіштік шамасының мінездемесін  осы тоқтардың кері шамалары көрсетеді, яғни меншікті беттік (ρ_s) және меншікті көлемдік (ρ_v) кедергілер. Диэлектрик бойынша тесіп өтетін тоқтардың шамасы тым үлкен болса диэлектрикті тесіп өтуге алып келеді (U_пр, Е_пр), электрлік оқшауламаны істен шығарады. Газ тәрізді және сұйық диэлектриктерді тесіп өткеннен кейін біраз уақыттан кейін оқшауламаның сипаттамасы қалпына келеді, ал қатты диэлектриктерде кейбір өздігінен қалпына келетін полимерлерді санамағанда, қасиеттері қалпына келмейді.

 

1.2 Диэлектриктердің классификациясы

 

     Агрегаттық күйі бойынша диэлектриктер газ тәрізді сұйық және қатты

болып бөлінеді, олар өз ішінде химиялық құрамы, қолдану шарттары және оларды өндіріп алу бойынша бөлінеді.

     Газ тәрізді диэлектриктер. Оларға ауа, азот, оттегі, сутегі көмірқыш -

қыл газы, гелий, аргон, алты фторлы күкірт (элегаз), фреон жатады.

        Сұйық диэлектриктер. Оларға мұнай электр оқшаулағыш майы: (транс-форматор, кабельдік, конденсаторлық майлар); синтетикалық сұйық диэлектриктер: (хлорланған көмірсутек совол, севтол 10, кремнийорганикалық сұйықтар, фторорганикалық сұйықтар), өсімдік майлар: (тунг майы, майсана, үпілмәлік, мата майы) жатады.

         Қатты органикалық диэлектриктер. Оларға жататындар: полимеризациялық синтетикалық полимерлер, поликонденсациялық синтетикалық полимерлер, электр оқшаулағыш пластмассалар, қабатты пластиктер және фольгаланған материалдар, жұқа қабыршақтық электр оқшаулағыш материалдар, каучук, лак мен эмаль, компаунд, флюстерден жасалған электр оқшаулағыш материалдар.

     Қатты бейорганикалық диэлектриктер. Оларға жататындар: шыны,

ситаллдар, керамика, бейорганикалы электр оқшаулағыш жұқа қабыршақтар, слюда, негізгі слюдадан жасалған материалдар және диэлектриктер пассивті және активті болып бөлінеді. Пассивті диэлектриктерге барлық электр оқшаулағыш материалдар жатады. Басқарылатын немесе активті диэлектриктер деп, мінездемелерін басқаруға болатын диэлектриктерді атайды. Оларға сегнетоэлектриктер, пьезоэлектриктер, пироэлектриктер, электроалюмини - форлар, сәулелендіруші мен лазерлік техникаға арналған материалдар, электреттер және т.б. жатады.

     Сегнотокерамикалық материалдар ең көп таралған активті

диэлектриктер. Олар әртүрлі қасиеттерге ие, оларға әсер ететін химиялық құрамы және қоспаның концентрациясы. Сегнотокерамикалық материалдардан кең қолданылатын конденсаторлық керамика, сызықсыз керамика, терморезисторлық тікбұрышты гистерезис тұзағы бар сегнетоэлектриктер. Конденсаторлық сегнотокерамикаға негізгі барийдің Ва ТіО₃ титанатынан жасалған материалдар жатады. Олар диэлектрлік жиілікті көбейткіштерде, кернеу мен қуатты күшейткіштерде, стабилизаторларда пайдаланатын сызықсыз конденсаторларды жасау үшін қолданылады. Сызықсыз сегнетокерамикалар сыйымдылығы кернеуге тәуелді конденсаторларда варикондтарды өндіру үшін қолданылады. Терморезистивтік сегнотокерамика кедергісі секірмелі көтерілетін терморезистор позисторларды жасау үшін қолданады. Позисторлар температураны өлшеу және реттеп тұру, радиосұлбаларда, кіші габаритті термостаттарда, ток стабилизаторларда және т.б. темрокомпенсациялау үшін қолданылады.

     Гистерезисінің тізбек тікбұрышты сегноэлектриктер электрондық

есептеу машиналарының  құрылғыларында еске сақтау үшін пайдаланады. Ең күшті сегнетоэлектриктерде жылдам жұмыс істеу  он шақты наносекунд -

тың ішінде өтеді. Еске сақтау құрылғысын жасау үшін көбірек меңгерілгені -негізі қатты қорғасынның цирконат – титанынан жасалған керамика.

     Электреттер  деп ұзақ уақыт бойы қоршаған кеңістікте алдын ала

электрленгені немесе поляризацияланғанның арқасында электр өрісін жасайтын диэлектриктерді атайды.  

 

1.3                                           Электрлік оқшауламаға әсер етуші жүктемені жіктеу

 

         Электрлік оқшауламаның жұмысы бір уақытта оған әсер ететін электр

өрісінің, механикалық кернеулердің, температураның, химиялық активті заттардың және басқа да факторлардың жағдайында жүзеге асады. Электр оқшауламаға әсер ететін жүктемелеп уақыт өтуіне қарай тұрақты болмайды. Әртүрлі әсер етушілердің комбинациясы әлдеқалай өзгеріп отырады.

         Электр оқшауламаның жүктемесі:

         1) тұрақты, 2) айнымалы, 3) кездейсоқ деп бөлінеді.

         Тұрақты жүктемелер қолдану барысында өзгермейді. Егер жүктеме қолдану барысында өзгермесе, онда оқшаулағышқа бекітілген жабдық массасы тұрақты деп аталады. Электр оқшаулағыш құрылысының жұмысын сараптау кезінде уақыт бойынша аз өзгеретін жүктемені тұрақты деп қабылдауға болады.

         Айнымалы жүктеме деп алдын ала оның мәнін, әсер ету ұзақтығын және пайда болу уақытын көрсетуге болатын жүктемені айтады. Уақытқа функционалды түрде тәуелділік  - айнымалы жүктемеге тән ерекшелік. Ол аналитикалық функция, кесте немесе график түрінде берілуі мүмкін. Аналитикалық функция түрінде берілген айнымалы жүктемеге мысал ретінде синусоидалды кернеу (U = U_m sin ωt), мұндағы U_m – амплитудалық мән,

t - ағымдағы уақыт, ω - айнымалы жиілік жатады.

         Кездейсоқ жүктеме деп әсер ету уақытын, пайда болу моменті мен мәнін алдын  ала көрсетуге болмайтын, тек қана белгілі бір ықтималды қандай да бір уақытта кейбір жүктеменің әсері болуы мүмкін деп айтуға болатын жүктемені айтамыз. Мысалы: жылдамдығына тәуелді желдің қысымы.

         Электр оқшауламасының жұмыс істеу уақытын есептеу барысында әсер етуші кездейсоқ шаманы айнымалы немесе тұрақты жүктемелермен  ауыстыруға болады. Мысалы ретінде кездейсоқ жүктемені айнымалы ауыстыру қоршаған ортаның температурасы болады.

 

1.4           Электр кернеулері 

Оқшауламаға әсер ететін электр кернеулері 2 топқа бөлінеді:

жұмыстық  кернеу мен асқын кернеу. Жұмыстық кернеулер тұрақты жүктемеге жатады. Асқын кернеулер - кездейсоқ жүктемелер және оларды тудыратын себебіне қарай ішкі асқын кернеулер мен сыртқы асқын кернеулерге бөлінеді.

          Үш фазалы токтың  күштік қондырғыларының электрлік оқшауламасы белгілі бір кернеу кластарына жобаланады. Әрбір класс үшін 3 фазалы желінің ең үлкен желілік кернеуіне тең, электр жабдықтарына ең үлкен жұмыстық кернеуі белгіленеді. Электр жабдықтың ең үлкен жұмыстық кернеуі – электр желісінде ұзақ мерзімде жұмыс істей алатын шекті кернеу (мысалы, электр энергиясының көзі жағындағы желідегі сызықты кернеу). Электр жабдықтың ең үлкен жұмысының кернеуі  мен оның номиналды кернеуі нормаланған.

 

Кернеу класы, кВ	3	6	10	15	20	35	110	150	220	330	500	750
Жабдықтың ең үлкен жұмыс кернеуі.	3,6	7,2	12	17,5	24	40,5	126	172	252	363	525	787

 

         Электр оқшауламасының жұмыстық кернеуі энергетикалық жүйенің

бейтарап режиміне тәуелді 3 жағдайда болады. 1) оқшауланған бейтараптама; 2) тікелей жерлендірілген бейтараптама; 3) доға сөндіргіш реактор арқылы жерлендірілген бейтараптама.

         Оқшауланған бейтараптамада осы фазаның оқшауламасы зақымдалу нәтижесінде бір фазаның жерге тұйықталуы басқа (бүтін) екі фазаның оқшауламасында желілік кернеуге тең кернеу тудырады. Сыйымдылық тоғы 40А оқшауланған бейтараптамасы бар желідегі бір фазаның апатты түрде жерлендірілуі салыстырмалы түрде ұзақ уақытқа созылуы мүмкін  (бірнеше минуттан 5 – 6 сағатқа дейін). Бұл уақытта жерге тұйықталған орынды табуға және оны түзетуге (жөндеуге) болады. Сонымен, аз сыйымдылықты тоғы бар оқшауланған бейтараптама желілерде бір фазаның жерге тұйықталуы тұтынушыларды электр қуатымен қамтамасыз етуі үзіліссіз өтеді. Оқшауланған бейтараптамалы желілерде электрлік оқшауламаның жұмыстық кернеу ретінде электр жабдықтардың ең үлкен жұмыстық кернеуін алу керек.

         Бейтараптаманы тікелей жерлендірген жағдайда 1 фазаның жерге тұйықталуы 1 фазалы қысқа тұйықталу болып табылады, бұл зақымдалған бөлігі релелік, қорғаныс ажыратады. Электр берілісі желісінің жұмыс ұзақтығы жерге бір фазалы қысқа тұйықталған кезде релелік қорғанын іске қосылу уақыты мен ажыратылатын аппаратура арқылы анықталады.

          Көбінесе бұл уақыт 3 секундтан аспайды. Сондықтан жерлендірілген бейтараптамалы желідегі электр жабдықтың жерге бір фазамен қысқа тұйықталу режимінде ұзақ жұмыс істеуіне тыйым салынады. Бұл жағдайда электр оқшауламасының жұмыстық кернеуі электр жабдықтың ең үлкен фазалық √3 – ке бөлгендегі мәніне тең.

          Егер индуктивтілік жерге бағытталған сыйымдылық тоқтың орнын толтырса (компенсация), желі резонансты жерлендірілген деп саналады. Желі резонансты жерлендірілген кезде 1 фазалы қысқа тұйықталған орындағы тоғы толық сыйымдылық тоқтың 5 – 7% тең және оқшаулама саңылауы мен жоғары гармония тоқтары тудыратын активті құраушылардан тұрады. Бұл жағдайда, оқшауланған бейтараптамалы желідегі сияқты бүтін фазалардың электр оқшауламасына ұзақ уақыт бойы электр жабдықтың ең үлкен жұмыстың кернеуі әсер етеді. Осыдан, бейтараптаманы доға сөндіргіш реактормен жерлестіргенде, электр оқшауламасының жұмыстық кернеуін электр жабдықтың ең үлкен жұмыстық кернеуіне тең деп алу керек. Номиналды кернеуі 3 – 35 кВ желіде оқшауланған немесе резонансты – жерлендірілген бейтараптама болады. Сондықтан класы 3 – 35 кВ болатын электр оқшауламаның жұмыстық кернеуі электр жабдықтың ең үлкен жұмыстық кернеуіне тең деп алынады, ал 110 кВ класс үшін электр жабдықтың ең үлкен фазалы кернеуі алынады. 

 

№2 дәріс. Электрлік оқшауламаның  жұмыс істеу шарты

 

     Дәрістің мазмұны:

-         ішкі асқын кернеулер;

-         сыртқы асқын кернеулер және температуралардың әсері;

-         механикалық кернеулер.

 

     Дәрістің мақсаты:

     - электр оқшаулаумаға асқын кернеудің, температураның, механикалық күштердің әсер етуін оқып білу.

 

2.1 Электр кернеулері. Ішкі асқын кернеулер

 

Ішкі асқын кернеулер электр тізбектің элементтерінде сақталынған немесе осы элементтерге генератордан берілетін электромагниттік энергияның тербелісінен туындайды. Ішкі асқын кернеуді резонансты және коммутациялық деп жіктеуге болады. Резонансты асқын кернеу кезінде оқшауламадағы кернеудің жоғарылауы электр беріліс желісіндегі негізгі және жоғары жиіліктерде резонанстың нәтижесінен шығады. Сызықты емес элементтер (мысалы, магнит өткізгіші бар реактор) болса төменгі, негізгі және жоғары жиіліктерде феррорезонансты асқын кернеулер пайда болуы мүмкін. Резонансты және феррорезонансты асқын кернеулер электр беріліс желісіндегі симметриялы емес режимдерде пайда болады. Коммутациялы асқын кернеулер желінің параметрлері немесе схеманың кенеттен өзгеруінен пайда болады. Асқын кернеудің пайда болу моменті мен электр оқшауламасына әсерінің ұзақтығы кездейсоқ шама болып табады, өйткені кездейсоқ шамалармен: жүйенің жағдайы, коммутация моменті және ажыратушы аппаратураның жұмыс істеу ерекшеліктерімен шартталған. Асқын кернеудің фазалық жұмыстық кернеуге қатынасы еселікпен асқын кернеуде бағаланады.

                

                                                                                               (2.1)

 

         мұндағы U_п – асқын кернеу амплитудасы;  

                                         U_ф – айнымалы тоқтың фазалық кернеуі;

                         U_ном – номиналды кернеу;

                           μ – еселік.

         Резонансты және феррорезонансты асқын кернеулерде еселігі 4 – ке жетуі мүмкін. Энергетикалық жүйелерді дұрыс жобалау - осы асқын кернеулердің түрлерін жою, болмаса олардың амплитудасын азайту арқылы жүзеге асады. Коммутациялық кернеулерді мүлдем болдырмау мүмкін емес, себебі жүйенің қалыпты жұмысында оның жеке салаларын, бөліктерін қосу– ажырату қарастырылған.

2.2 Сыртқы асқын кернеу

 

         Сыртқы асқын кернеулер электр беріліс желісіне немесе жүйенің басқа бір объектілеріне сыртқы электр қозғалыс күштердің (ЭҚК) әсерінен туындайды. Сыртқы асқын кернеулер атмосфералық электрлігі арқылы немесе жоғары кернеулі электр объектілерінің жақын орналасуынан болады. Біріншілері найзағайлы асқын кернеулер деген атаумен аталып, электр беріліс желісімен қосалқы станциялардың оқшауламасына елеулі әсерін тигізеді. Екіншілерін жүйені дұрыс жобалау нәтижесінде мүлдем болдырмауға болады немесе әсерін елеулі түрде азайтуға болады. Найзағайлық асқын кернеулердің пайда болуының себебі найзағайлық разряд. Найзағайлық асқын кернеулер найзағайдың тура түсуінен болатын және индуктивтелген болып бөлінеді. Индуктивтелген асқын кернеулер жақын орналасқан көршілес объектіге найзағайлы разряд тоғынан болатын электромагниттік индукциядан туындайды. Әуелік оқшауламаның тесілуі немесе тіркестен (гирлянда) асып түсуі көбінесе тұтынушыларды 3- 5 с арасында энергиямен жабдықтауын қояды. Бұл уақыт автоматты түрде қайта қосатын аппаратураның іске қосылу уақыты. Найзағайдың 1 разрядының ұзақтығы 20 - 80 мкс құрайды. Бірге тура түскендегі қайталанатын разряд саны 1 – ден 15 арасында ауытқиды, ал жалпы ұзақтығы – 0,05 – пен 1 с арасында.

         Жердегі объектілерге тура түсетін найзағай саны мына формуламен анықталады

 

                                                                                       (2.2)

 

         мұндағы N – тура түсетін найзағайдың жылдық саны;

                         n_ч – 1 жыл ішіндегі найзағайлық сағаттың саны;

                         n_s – 0,1 км² аумаққа 1 найзағай сағат ішінде түсетін орташа    

                           (меншікті) саны;

                         S – құрылыстың нақты ауданы, км;

                         П – құрылыстың сыртқы периметрі, км.

         Найзағайлық асқын кернеулердің ұзақтығының аз болатындығын, найзағайдың қорғаныс арқансымын үзудің ықтималдығы аз екенін және қорғаныс аппараттарының барын ескере отырып, осы қосалқы станция оқшауламасының жұмысына найзағайлы асқын кернеулер елеулі әсер етпейді деп тұжырымдауға болады.

 

2.3 Жұмыстың температуралық шарты

 

         Электр оқшаулағыштың температурасы қоршаған ортаның температурасы, электр оқшаулағыштың құрылымындағы жылу бөлінуі мен жылу бөлу шарттары сыртқы жылу энергиясының көздерінің қыздырылуы арқылы анықталынады.

         Қоршаған ортаның температурасы жабдықтың орналасу жері мен климат зонасына тәуелді. Жабдықтардың орындау типі бойынша классификациясы және шеткі жұмыс істейтін температурасы көрсетіледі.

         Белгілі климат зонасы мен жабдықтардың орналасу жеріне қарай қоршаған ортаның температурасы жыл мезгіліне және тәулікке байланысты. Сондықтан электр оқшаулағыштың дұрыс есептелуі үшін тек шекті температураның берілгендігі ғана емес, сондай – ақ температураның әсер ету ұзақтығы да керек.

         Ашық жерде жұмыс жасауға арналған электр жабдықтың қоршаған ортасының температурасы айтарлықтай ауытқуларға ұшырайды. Жабдықты бөлмеге орналастыру, бөлме жылыту құрылғыларының жұмыс себебінен қоршаған ортаның температурасының ауытқуын азайтады. Барлық бөлмелердің жылу инерциялылығы бар, ол температураның жұмсаруына септігін тигізеді. Бөлменің көлеміне, электр жабдықтардың температурасына, жылыту қондырғылардың бар болуына, желдету дәрежесіне байланысты ішіндегі температура мен бөлменің сыртындағы температураның айырмашылығы үлкен аралықта ауытқиды. Электр жабдықтағы жылудың бөлуіне байланысты оқшаулағыштың температурасы қоршаған ортаның температурасынан жоғары. Оқшаулағыштан қоршаған ортаға температураның ауысуы жылу есептеуіне және электр оқшауламасындағы құрылымның жылу бөліну мен жылу беру шарты негізінде анықталынады.

         Электр оқшаулағыштағы жылу бөліну оның мінездемесі мен салынған кернеу арқылы анықталынады. Асқын кернеу оқшауламаға аз уақыт әсер еткендіктен және температурасын айтарлықтай өзгерте алмайтындықтан, жылу бөлу есептеуін жұмыстық  кернеу кезінде жүргізеді. Ток өткізгіш бөлігіндегі жылудың бөлінуі тоқтың квадратына пропорционалды. Электрлік қондырғыларда ток әрбір уақыт мөлшерімен анықталынады. Электр энергиясын тұтынушылардың қуаты жыл бойы және тәулік бойы ауытқуларға ұшырайды. Электр оқшаулағыш құрылымдардағы тоқ өткізгіш бөлігінің жылу бөлінуін есептегенде тоқ жүктемесі ауытқуының мүмкіндігін ескеріп шығарған дұрыс. Бұл мақсатта есептеу үшін жүктеменің жылу бөліну графигі қолданылады, атап айтқанда тұтынушының электр энергияға сұранысының уақытқа тәуелділігі. Жүктеменің графигі энергетикалық жүйенің жұмыс режимінің барлық және оның жеке элементтерінің анализі үшін құрылады. Жүктеменің графигі қасиеттеріне қарай келесі түрлерге бөлінеді: жүктеменің түріне (активті, реактивті), қамтыған периодының ұзақтығына (жылдық, тәуліктік), жүктеменің зерттелу жеріне (тұтынушылық, жарықтық, станциялық, жүйелік). Электр оқшаулағыш құрылымын жобалау, оның қолданылу кезінде керек жерінің бөліміне арналып салынған жүктеменің тәуліктік графигі. Жүктеменің графигі негізінде  қатынасындағы токтың өзгеру графигі құрылады, мұнда тұтынушының кернеуі тұрақты. Сондықтан, ток тұтынушының қуаты мен қуат коэффициенті арқылы анықталынады. Тұтынушының бұл тобына арналған қуат коэффициенті аз ауытқығандықтан, оны кейбір жағдайларда ескермеуге болады. Бұл жағдайларда тоқ графигінің мінездемесі жүктеменің графигімен сәйкес келеді.

         Тоқ өткізгіш бөлігіндегі жылу бөлінуді есептегенде қолданылатын жүктеменің графигі жобаланған бұйымның габариттік өлшемдерін азайтуға мүмкіндік береді. Электр оқшаулағыш бұйымдарды жобалаған кезде жиі тоқтың жүктемесін тұрақты етіп алады және электр аппараттарының ең үлкен тоғына тең етіп алады. Егер жүктеменің тоғы кіші болса, онда электроқшаулағыштың жұмысы жеңіл шарттарда өтеді деп жорамалданады. Көп құрылымдарға бұл дұрыс. Бірақ электр оқшаулағыштың температурасы төмендегенде, механикалық кернеуі дамиды (көбейеді), сонда оның ресурсы азаяды. Мұны суық климатта жұмыс істейтін электр оқшаулағыш құрылымдардың жобалаған кезде ескеру керек.

         Электр оқшаулағыш температурасы сыртқы жылу энергиясының көздерінен көтеріледі. Мұндай көздерге жақын орналасқан жылытқыш аспаптар, жұмыс істеп тұрған электр жабдығы, күннің сәулеленуі және т.б. жатады.

 

2.4. Механикалық кернеулер. Сыртқы механикалық кернеулер

 

         Табиғатына байланысты оқшауламаларға әсер ететін механикалық кернеулерді сыртқы және ішкі деп бөледі. Оқшауламада сыртқы механикалық кернеулер электр оқшаулағыш құрылымға түсірілген күштердің себебінен пайда болады. Ішкі механикалық кернеулер бұл оқшауламаны жасау және оны эксплуатациялау кезінде болатын ішкі процестердің әсерінен пайда болатын кернеу.

         Электр оқшаулағыш құрылымына эксплуатация кезінде әсер ететін сыртқы механикалық кернеулер электр тасымалдағыш желінің сымдарын тартқанда, жел екпінінің күші кезінде, көк мұздың әсерінен жүктеме кезінде, оқшаулама құрылымына бекітілген және оқшауламаның өзінің салмағынан, өте көп ішкі және сыртқы ортаның қысым жүктемелерінен, жұмыс тоғы мен қысқа тұйықталу тоғының әсерлесу күштерінен, жеке бөлшектерінің тасымалдану жүктемесінен және т.б. пайда болады. Барлық құрылымдарға эксплуатация кезіндегі оқшауламаға әсер етуші толық жүктемелерді құру (ескеру) қиын. Электр оқшаулағыш құрылымның жұмыс қабілеттілігін бағалағанда тек жүктеменің  күшін ғана емес, сонымен оның бағытын ескеру керек.

         Жел күшінің жылдамдығы мына формуламен саналады.

 

                                             ,                                                              (2.3)

 

 

          мұнда с – ауа ағынына қарсы кедергі коэффициенті;                                          

                      S – аққыштық дененің көлденең қимасының ауданы;

                      Q – ауа тығыздығы;

                      V – желдің жылдамдығы.

         Желдің жылдамдығы 20 м/с болғанының өзінде күші әжептеуір.

Жел қысымының жылдамдығы желдің жылдамдылығының квадратына пропорционалды және желдің жылдамдығы 20 м/с болғанда үлкен күш болады. Оқшаулағышқа әсер ететін бұл күш кездейсоқ векторлық шама. 

 

№3 дәріс. Механикалық кернеулер. Басқа әсерлер

 

Дәрістің мазмұны:

-         механикалық кернеулер. Басқа әсерлер.

-         эксплуатацияның есептік шартын таңдау.

 

Дәрістің мақсаты:

-         электр оқшаулауға механикалық және басқа факторлардың әсері.

-         есептік шарттарды таңдауды үйрену.

 

Электр беріліс желілерін сымдарын ауырлау күшін мына формуладан аламыз.

 

                                                            (3.1)

 

         мұнда S_п – сымның көлденең қимасы;

                      ρ_п – сым материалының тығыздығы;

                     l – тіреуіштердің арасындағы ұзындық;

                     h₀ - t₀ температурасындағы сымның төмен түсуінің тілі;

                     α – сымның ұзаруының температуралық коэффициенті.

         (3.1) формуладан шығатыны сымның төмен тусуі оның температурасына тәуелді, дәлірек қоршаған ортаның температурасымен және тоқтық жүктеменің функциясы. Бұл екі әсер ету факторы кездейсоқ болғандықтан, сымдардың тартылуы  кейбір шектерде өзгеретін кездейсоқ шама. Сым температурасының минимальді және максимальді мәнін біле отырып, сымдардың тартылуының өзгеру шегін анықтау қиын емес. Сымдардың тартылуы ЭБЖ немесе қосалқы станциялардың шиналарында көкмұз пайда болғанда өзгеруі мүмкін. Көкмұз электр тасымалдағыш желілерде қоршаған ортаның температурасы – 10 – нан – 5⁰ С болған кезде пайда болады. Сымды бірқалыпты қабатпен көкмұз қаптаған кезде, сымдардың ауырлауын мына формула бойынша табамыз

 

                                                   (3.2) 

                               

мұнда S_r - көкмұз қимасының ауданы және p_r сымдағы көкмұздың       

            тығыздығы.

Жұмыс режімінде, кейбір оқшаулағыш құрылымдар суға немесе сумен, сулы бұрғылау ерітіндісімен немесе басқа сұйықтармен құйылатын скважинаға салынады. Бұл жағдайдағы электр оқшаулағыш құрылымға барлық жақтан қысу әсер етеді, оны мына формуламен анықтауға болады

 

                                                                                                             (3.3)

                                              

          мұнда Н – жабдықтың түсірілу тереңдігі;

                      Q – сұйықтың тығыздығы.

          Барлық жақтан қысу электр оқшаулағыш құрылымының ұзақтығына септігін тигізеді. Бірақ құрылымдағы қысымның өзгеруі, айтарлықтай созу күтерін туғызады, бұл күштердің әсері оның күйзелу қаупін тудырады. Тоғы бар екі параллель өткізгіштер арасында әсер етуші күшті мына формуламен табамыз

 

                                                                                      (3.4)           

 

          мұнда і₁ және і₂ – бірінші және екінші өткізгіште ағатын тоқ;

                     ℓ ² - өткізгіштің ұзындығы;

                     а² - өткізгіштер арасындағы арақашықтық.

          Жұмыс тоғы кезінде өткізгіштер арасындағы нығайту үлкен емес және көп жағдайларда оны ескермеуге болады. Егер ток і₁= і₂ = 10³ А, ℓ = 2м, а = 0,1м болса, онда өткізгіштер арасындағы әсер етуші күш жуықтап 4 Н құрайды. Ең үлкен күш энергетикалық жүйедегі қысқа тұйықталу кезінде өседі. Қысқа тұйықталу токты екі құраушы ретінде қарастыруға болады: апериаодикалық және периодикалық. Апериаодикалық құраушы тез сөнеді (жуықтап 0,1 – 0,5с). Периодикалық құраушы қысқа тұйықталу уақытында аз өзгереді. Генераторларға жақын периодикалық құраушы күрделі заңмен өзгереді және форсивті қоздыру себебінен тұрақталған уақыт шамасына дейін өсуі мүмкін. Оқшауламаға әсер етуші ең үлкен күш апериаодикалық құраушы үлкен шамаға ие болып тұрғанда, қысқа тұйықталу тоғының периодикалық құраушысының бірінші жарты периодында туындайды. Ең үлкен қысқа тұйықталу тоғының амплитудасының шамасын қысқа тұйықталудың  соқпалы тоғы деп атаймыз. Әдетте жүйедегі қысқа тұйықталуды есептегенде периодикалық құраушысын анықтайды. Ең үлкен соқпалы токты мына формуламен анықтайды

 

                                                                                                              (3.5)

 

          мұндағы і_р – соқпалы тоқтың амплитудалық шамасы;

                          І – қысқа тұйықталу тоғының периодикалық құраушысының  

                          нақты мәні.

          Жүйелерде қысқа тұйықталу сирек болады және қысқа уақытта релелік қорғаныспен сөнеді. Электр станцияларға таяу орналасқан қысқа тұйықтардың сөнуі 0,1 секунд ішінде өтеді, ал алыстарда 3 – 5 секунд аралығында сөнеді.

 

         

3.2 Ішкі механикалық кернеулер. Эксплуатация есептік шарттарды таңдау

 

          Ішкі механикалық кернеу электрлік оқшаулағыш құрылымын жасағанда және эксплуатация кезіндегі пайда болады. Керамикалық бұйымдар мен термореактивті пластмассадан жасалған бұйымдарды жасағанда материалдың нығыздануымен қатар жүретін химиялық реакциялар өтеді. Нығыздалу бұйымның көлемі бойынша біркелкі болмағандықтан, жеке бөліктерде механикалық кернеу пайда болады. Материалдың ағатындығынан механикалық кернеу кей кезде таралады.

          Әдетте бұйымдарды жасау пресстеу, экструзиялау, күйдіру тәсілдері жоғары температурада жүреді. Бұйымның ішіндегі металды немесе басқа элементтердің болуы температуралық механикалық кернеудің пайда болуына алып келеді.

          Деформация Гук заңына бағынады деп, яғни серпімді деформация деңгейінде болғанда, сымдардың оқшауламаларында суыту процессінде туатын механикалық кернеулерді қарастырайық. Сым - оқшаулағыш бөлігінің шегінде механикалық кернеу және материалдар деформациясы пайда болады. Сым жоқ кезде оқшаулағыштың ішкі бетінің ұзындығының өзгеруі мынаны құрар еді

 

                                                                                                         (3.6)

 

          Сым шеңберінің ұзындығының өзгеруін оқшаулағыш жоқ кезде, мына формуламен анықтаймыз

 

                                                                                                         (3.7)

 

          мұнда r – салқындауға дейінгі сым шеңберінің және оқшаулағыштың   

                      радиусы;

                      α₁ және α₂  - оқшаулағыш және сым материалдарының сызықты     

                      кеңеюінің температуралық коэффициенті;

                      Δt – қыздырылған және салқындатылған сымдардың  

                      температуралық айырмашылығы.

          Салқындату процесі кезінде Δl₁ және Δl₂ айырмашылығынан оқшаулағышты да, сымды да деформациялауға ұмтылдыратын механикалық кернеулер пайда болады. Егер механикалық кернеулер есебінен сымның қосалқы деформациясын Δl₂ арқылы белгілесек, онда механикалық күштер есебінен оқшаулағыш деформациясын мына формула арқылы аламыз

 

                                                              (3.8)

 

Гук заңы бойынша белгілі

                                                                                                       (3.9)

 

                                                                                                     (3.10)

 

          мұнда  σ₁ және σ₂ -  оқшаулағыштағы және сымдағы механикалық      

                       кернеулер;

                       G₁ және G₂  - оқшаулағыш пен сым материалдарының иілгіштік    

                       модулі;    

                       l₁ және l₂ – салқындатуға дейінгі температурадағы және   

                      механикалық кернеу нөлге тең оқшаулағыш пен сым шеңберінің  

                      ұзындығы.

          Егер салқындату кезінде құрылымның бүтіндігі бұзылмаса, онда механикалық кернеу σ₁ және σ₂ өзара тең, бірақ бағыты жағынан қарама – қарсы.

          l₁ және l₂ ұзындықтарды формула бойынша анықтаймыз.

 

                                                                                   (3.11) 

 

                                                                                  (3.12)

 

          (3.10) өрнегінен (3.12)  өрнегін ескеріп тұрғанда табатынымыз.

 

                                                                                   (3.13)

 

                                                                                     (3.14)

 

          Оқшаулағышта пайда болатын кернеу, α₁ – α₂ айырмашылығына байланысты оқшаулағышты ұзартушы да, қысушы да бола алады.

          Егер α₁ – α₂ > 0 және δ₁ > 0, онда оқшаулатқышта ұзартушы күштер пайда болады.  

          Егер α₁ – α₂ < 0 және δ₁ < 0, онда оқшаулатқышта қысушы күштер пайда болады.

          Соңғы жағдайда металдың оқшауламаға адгезиясы жеткіліксіз болса оқшаулағыштың сым сыртынан ажырап кетуі мүмкін. Механикалық кернеу                                                             σ₁ материалдың радиалды отыру себебінен де пайда болады.  Механикалық кернеу δ_п  материалдың білік бойы отыру себебінен де пайда болады. δ_п  мағынасы саны бойынша δ₁ тең, бірақта бағыты δ₁ қарағанда π2 бұрышқа бағыттасқан. Оқшаулауда толық механикалық кернеу мына формуламен саналады

 

                                                         (3.15)

 

          Оқшаулауға үлкен созушы жүктеме әсер етсе, оның жарылуы басталады, ол кезде оқшаулау өзінің негізгі қасиетін жоғалтады. Жылдам қызу және салқындау кезінде ішкі механикалық кернеу температураның маңызды градиентінің арқасында пайда болады. Ішкі кернеуді есептеу конструкцияда температураның тарауына тәуелді. Температура кенет өзгергенде ішкі кернеудің ең үлкен мағынасы байқалады, оны мына формуламен есептейді.

 

                                                                                                             (3.16)

 

         мұнда Δt – оқшаулаудың сыртқы және ішкі аралық қабатының   

                     температуралық градиенті;

                    α – ұзындық кеңею коэффициенті.

                    G – серпінділіктің модулі.

  

№4 дәріс. Изоляторларды ( оқшаулағыштарды)  топтастыру. Олардың талаптары  мен технологиясы

 

 Дәрістің  мазмұны:

  - изоляторлардың  топтасуы, олардың  мінездемелері  және  оларға  қойылатын  талаптар;

  - әуедегі   электр  жеткізу  желілерінің  және  қосалқы  станциялардың  изоляторлары;

  - кернеуді  изоляторлар  тізбегінің  бойымен  тарату;

  - изоляторларды  даярлау  технологиясы.

 

Дәрістің  мақсаты:

 - Изоляторларды  топтастырумен,  оларды  жасау  және  қолдану  проблемаларымен  таныстыру.

  

4.1.  Изоляторларды  топтастыру, олардың  мінездемелері  және  оларға қойылатын  талаптар

 

          Изолятор  деп   әртүрлі  потенциал  астында  болатын  өткізгіш  талсымдарды  электрлік  оқшаулауға  және  оларды  механикалық  бекітуге  арналған  конструкцияларды  айтады. Тағайындалуы  бойынша  изоляторлар  желілік  және  аппараттыққа  бөлінеді. Желілік изоляторлар  электр  станциялары  мен  электр  жеткізу  желілерде  жұмыс  істеуге  тағайындалынған. Желілік  изоляторлармен тіреуіштерге талсымдарды  механикалық  бекітеді. Желілік  изоляторларға  жататындар  істікті  және  аспалы.  Электр  құрылғыларға  арналған  изоляторларды аппараттық  изолятор  дейді. Оларға  жататындар  тіреуіш  және  өткерме  изоляторлар.

Ток  өткізгіш  бөліктердің  орналасуы  бойынша  изоляторлар  тіреуіш, өткерме  және  аспалыларға  бөлінеді, құрылысы  бойынша  табақша, оқтауша  және  істікшеге  бөлінеді, ал қондырғының орналасу, орынымен   желілік  және  станциялыққа бөлінеді.         

         Изоляторлардың  негізгі  мінездемелеріне  разрядтық  кернеулер, геометриялық  параметрлер, механикалық  сипаттамалар  және  электр  қондырғыларының  номиналдық  кернеуі  жатады. Изоляторлардың  разрядтық  кернеулеріне  үш  ұласу және  бір  тесіп  өту  кернеулері  жатады:      а) құрғақ  разрядтық  кернеу  U_қр - жиілігі  50Гц  кернеудегі  таза, құрғақ  изолятордың  ұласу  кернеуі;

         б) сулы  разрядтық  кернеу  U_ср - жиілігі  50Гц  кернеудегі  интенсивтігі  5мм/мин  тікке  45° бұрышымен  жауатын  жаңбырмен  суланған  таза  изолятордың  ұласу  кернеуі;

         в) импульстік  разрядтық  кернеу  U_имп - кернеудің  стандарттық  найзағайлы  импульстерінің  50%- дық   ұласуы  ( изоляторға  берілген  10 импульстің   бесеуі (5)   ұласу  кернеуімен  бітеді, ал  бесеуі (5)  ұласумен  бітпеген  импульстің  амплитудасы);

         г) тесетін  кернеу  U_т- изолятордың  оқшаулайтын  денесін  50Гц  жиілікте  тесетін  кернеу;  изоляторды  тескенде  ол  істен  шығады   сондықтан  осы  мінездеме  өте  сирек  пайдаланылады. Аспалы  табақша  изоляторлардың   сулы  разрядтық  кернеуі    құрғақ  разрядтық  кернеуге   қарағанда   1,8-2 есе  төмен,  оқшаулама  изоляторлардың  айырмасы  онша  үлкен  емес,  15-20%-ғы  дейін. Импульстік  разрядтық  кернеу  изолятордың  сулануына, ылғалдығына   және  ластығына  тәуелді  емес, яғни  20%-ке  амплитудасы құрғақ  разрядтық   кернеуден  жоғары.  Изолятордың  бетінің  ластануы  сулы  разрядтық  кернеуді  өте  төмендетеді.

          Геометриялық  параметрлерге  келесілер  жатады:

         а) изолятор  құрылысының  ұзындығы Нс, құрылуы орналастырғаннан  кейінгі  изолятордың  габариті; кейбір  изоляторлардың,  мысалы  аспалы  табақшалардың, құрылыс  ұзындығы  изолятордың  шын  биіктігінен  төмен  болып  шығады;

         б) изолятордың  ең  үлкен  диаметрі  D;

         в) изолятордың  жылыстау  тоғының  жол  ұзындығы ℓ_у

         г) ауада  электродтардың  ( құрғақ  кезінде) ең  кіші  арасы ℓ_с. Осы  араға  құрғақ   разрядтық  кернеу  тәуелді;

         д) сулы  разрядтық  арасы ℓ_m, ұйғару  бойынша  изолятордың  бір  бөлігі  жауыннан  суланғаннан  кейін  тоқты  өткізетін  болады  деп  анықталады.  Әртүрлі  категориялармен  жасалынған  және  атмосфераның  ластану дәрежесіне  сай  изоляторлардың   жылыстау  тоқ  ұзындығы   ГОСТ (МЕСТ)  бойынша  нормаланады. Эффективті  изолятордың  жылыстау  ток  жолының  ұзындығы  деп  ластанған  изолятордың  бетінен   разрядтың  даму  жолының  ұзындығын  айтамыз.

         Изоляторлардың   негізгі  механикалық  мінездемелеріне  келесі  үш  сипаттамалар  жатады:

         а) минималды  созып  қирататын  күш. Көбінесе  аспалы изоляторлар -

ды  есептегенде  керек;

         б) минималды  майыстырып  сындыратын  күш. Тірекше  және  өткерме   изоляторлар  үшін  саналады;

         в) минималды  қысып  бұзатын  күш.

Осы  күштердің  өлшем  бірлігі  деканьютон (даН)  килограмм  күшке  сәйкес немесе  килоньютон (кН).

 

4.2.   Әуе  электр  берілісі  желісінің  және  қосалқы  станциялардың  оқшаулағыштары  (изоляторлары)

     

         Әуе  электр  берілісі  желісінің  изоляторлары  көбінесе  табақша, істікше  және  оқтауша  болып  келеді. Бұл  изоляторлардың  жобалануы  сондай құрғақ  күйде  тесіп  өту   кернеуі  ұласу  кернеуден  1,6 есе  жоғары  болуы  керек, сонда  ғана  асқын  кернеулерде  осы  изоляторлар  қыйрамайды, бүлінбейді. Оқшаулама сенімді  болу  үшін  және  разрядтік  кернеулерді   көбейту  үшін   изоляторларды  тіркестіреді. Табақша  изоляторлардың  бекітілу  түйіні  шарнир   бойынша орындалынған  сондықтан  изоляторға  тек  қана  созатын  күштер  әсер  етеді.

Оқтауша изоляторлар  ең  мықты  фарфордан  және  полимерлерден  жасалынады. Оқтауша изоляторлардың  механикалық  беріктігі  табақшаларға  қарағанда төмен, оқтауша  фарфор  созылуға  жұмыс  істейді, кейбірде  майысуға, ал  табақша  изоляторларда  шойыннан  жасалған  оқшаулатқыш  телпегінің  ішінде  қысымға  ғана  жұмыс  істейді.

Полимерлік  изолятордың  механикалық күшті  ұстайтын  құрылымы  стеклопластик   оқтауша, оның  доғаға  беріктігі  нашарлау, сондықтан  осы  оқтаушаны  кремнииторганикалық   резеңке  немесе  фторопластпен  қаптайды, бұл  заттар  ылғалдық пен   кірді  қабылдамайды, жұқтырмайды.

Істікше  оқшаулағыштар  тірекке  металдан  жасалынған  істік  немесе  ілмекпен  бекітіледі. Майыстыру  салмағының  әсер етуінің үлкендігінен  істікше  изоляторлар  35 кВ   кернеуден  жоғары  кернеулерге  шығарылмайды.   

Аспалы  изоляторлар  35 кВ  және  одан   жоғары  кернеулерге  арналған.

Станцияларда  көбінесе  оқтауша типті тірекше, өткерме  және   табақша  изоляторлардың тіркесі  пайдаланылады.

         Барлық  желілік  изоляторлар  орналасу  орны  бойынша  1 категорияға  жатады. Оларға  ылғалдық  пен  ластықтың  әсер  етуі  арқасында  ұласу  кернеуі  төменірек  болады. Аппараттық  изоляторлар  орналасу  орны  бойынша  барлық  бес  категорияға  ие.

 

4.3. Оқшаулағыш тіркесін бойлай кернеудің таралуы

 

         Изолятор тіркесіне қосылған кернеу тіркес бойымен бірқалыпты таралмайды, әрбір изоляторға кернеудің әртүрлі бөлігі келеді, сондықтан тәждің басталу және тіркесті ұластау кернеулері төмендейді. Ең қиын қалыпта болатын изолятор  - өткізгіш сымға жақын изолятор. Изоляторларда кернеулердің біркелкі болмауына изоляторлардың металл бөлімдерінде туатын жерге салыстырмалы паразиттік сыйымдылықтардың болуы себепкер. Тіркесте үш түрлі сыйымдылық айырылып танылады: изолятордың өзіндік сыйымдылықтары С_о, металл бөлімдерінің жерге қатыстық сыйымдылықтары С₁ және сымдағы салыстырмалы сыйымдылықтар С_2. Сыйымдылықтардың мөлшері мынадай: С₀ ≈ 50 пФ, С₁ ≈ 5 пФ, С₂ ≈ 0,5 пФ.

         Айнымалы кернеуде сыйымдылық элементтерімен сыйымдылық ток өтеді, сонда астыңғы ең бірінші изолятордағы ток екіге бөлініп, бірінші жерге қатыстық сыйымдылықтар элементтермен , екіншісі тіркестегі қалған бөлімдермен жүреді. Ең астынан екінші изолятордан мөлшері біріншіден аз сыйымдылық ток өтеді және де төменгі изоляторда кернеу түсуі максималды, ол изолятордың күйі екіншіге қарағанда нашар болады. Тіркестегі изоляторлардың саны 3 – 4 – тен көп болса, минималды кернеу ең жоғары ілініп тұрған изоляторға түспейді. Ол мәселені былай түсінуге болады: С₂ сыйымдылықтың әсерінен кернеу түсуінің бірқалыпты еместігі деңгейлеседі де минималды кернеу үстіңгі изолятордан төмен екінші – үшінші изоляторға келіп түседі. Тіркестіктің изоляторларының бойымен кернеуді деңгейлестіру үшін тороид, сопактар, сегіздіктер түрінде төмен жағынан бекітілетін экрандар қолданады; тарамдалған фазалы желілерде сымдардың аралығындағы ең жақын изоляторлар бар тіркестерді екіге бөледі. Осы шаралар С₂ сыйымдылықты жоғарылатып, кернеудің изоляторлар бойымен де таралуын деңгейлестіреді.

 

4.4. Изоляторларды жасап шығару технологиясы

 

         Изоляторларды жасау үшін кең қолданатын зат – электротехникалық фарфор. Оның құрамы балшықтық заттардан (42 - 50%), кварцтан (20 - 25%), калийдің полевой шпатынан (22 - 30%), ұнтақталған фарфор сынықтары (5 - 8%) және судан тұрады. Кебірлететін заттар (кварц, полевой шпат немесе пегматит) және сынған фарфор бұйымдардың ұнтағы қосылып ары қарай граниттен жасалған катокпен тартылып ұсақтандырылады, содан соң шарлы диірменнен өткізіліп, елеуішпен еленеді, магниттік сенерациямен тазаланады да сумен диірменнен өткізіліп, елеуішпен еленеді, магниттік сенерациямен тазаланады да сумен шыланады. Содан жасалынған массаның аты шликер, 45 – 50%-ы су болады. Атмосфералық қысымы 6 – 8 атм қысымымен қысып фильтр – пресстен шыққанда осы шликерде 25% су қалады. Осы шыққан заттан вакуум – пресс деген құрылыммен пластмасса шығарып, одан изоляторларды жасайтын дайындықтарды (заготовка) жасап шығарады. Изоляторларды гипс және болаттан жасаған астаулармен (форма)  және басқа да әдістермен престеп, қысып жасап шығарып токарьлық станокпен дұрыстайды. Осы жасалынған изолятордың дайындығын кептіру үшін кептіргіш пештен өтіп, дымқылдығы 0,5 - 2%-ға дейін кебеді. Құрғатылған изоляторларды глазурь деген сұйық шынысы сияқты суспензиямен қаптап (малып), сонан соң термиялы өңдеу үшін тоннельдік пешке орналастырады. Ол пештен бұйымдар шамасы 24 сағатта күйдіріліп шығарылады. Изоляторларды шынықтырылған шынылар мен полимерлерден де жасайды.

Шынықтырылған электр техникалық шынылар арзан материал. Шикізат - кварц құмы, сода, даломит, бор және басқа компоненттер. Осы заттардан айқын пропорционалған қоспаны шихта дейді. Шыны пісіретін пешке шихта толтыра артылады да, 1600⁰ С температураға жеткенде балқиды, сұйық стекломасса құрастырылады, осы массадан әртүрлі шыны бұйымдар әзірленеді. Жапырақ шыныларды керу әдісімен, ал изоляторларды престеумен алады.

Полимерлік изолятордың құрылысы былай: оқтаушасы қшауламасы эпоксидтік волокниттен немесе электроқшауламалы стеклопластиктан әзірленеді, яғни шыныдан жасалған талшықтардан ровнинг деген негізі шығарылады, осы талшықтар эпоксидноциклоалифатикалық, полиэфиримидтік немесе эпоксиднодиондық  шайырлармен байланыстырылады. Осы оқтаушаны қорғау үшін сыртын кремний органикалық резеңкемен (тағы бір аты силикон резенке)  қаптайды. Екі жағынан көміртекті болаттан жасалған ұштар престеледі. Қорғаушы корпустың (қабықтың) жасалу әдісі екі түрлі: біріншісі, оқшауламаның сыртынан арнайы престерде монолитті престеледі, ал екіншісі түрі, қорғаушы резеңкеден дөңгелектерді алдымен әзірлеп, сонан соң оқтаушаға тіркестіріп киіледі, ол «шашлық» әдісі. Бұл әдістің кемшіліктері көп болған соң қазіргі уақытта көбінесе пайдаланбайды. 25 Полимерлі изоляторлардың басқаларына қарағанда артықшылықтары: а) ластанған аумақта өзіне тиіс кернеуді тесіп ұстау; б) жеңілімен сынбайтындығы, «вандализмге» табандылығы; в)  салмағы жеңіл; г) әкеліп орналастыруы қарапайым.

Кемшіліктері: а) органикалық заттың тозуы; б) қатты майыстырғанда сынып кетуі; в) құстар сыртқы қабатын бұзып кету мүмкіндігі.  

 

№5 дәріс. Электрлік машиналардың оқшауламасы және оларға қойылатын талаптар

 

Дәрістің мазмұны:

-         үлкен кернеуге арналған электрлік машиналардың оқшауламасы;

-         термопластика изоляцияны жасап шығару технологиясы;

-         термореактивтік изоляцияны жасап шығару технологиясы.

 

Дәрістің мақсаты:

   - жоғары кернеуде пайдаланатын электрлік машиналардың оқшауламасымен танысу және оларға қойылған талаптар.

 

5.1 Жоғары кернеуде пайдаланатын электрлік машиналардың оқшауламасы

 

         Жоғары кернеулі электрлік машиналарға турбогенераторлар, гидрогенераторлар, синхрондық компенсаторлар, 3 кВ және одан жоғарғы, үлкен қуатты синхрондық және асинхрондық электр қозғалтқыштар жатады.                      Машиналардың оқшаулама жұмысының негізгі ерекшелігі: олардың ауыр жағдайда жұмыс істеуі, асқын кернеулердің әсері, жұмыс температурасының жоғары болуы және температура айырымының үлкендігі, вибрация, механикалық соққының әсері. Сондықтан машиналардың оқшауламалары өте жоғары температураға төзімді (класс В – дан жоғары)  және механикалық беріктігі мықты болу керек.

         Үлкен кернеулі электрлік машиналардың статор орамаларының оқшауламасы келесі түрлерге бөлінеді:

         а) корпустық немесе бас оқшаулама -  орама мен статор болатының арасындағы;

         б) фаза аралық оқшаулама - әртүрлі фазалардың орамаларының арасындағы;

         в) орамдық немесе бойлық оқшаулама – бір секцияның орамдарының арасындағы немесе орауыштардың арасында;

         г) элементарлық сымдардың оқшауламалары – бір орамдағы немесе оқшаулама орамаларының сымдарының оқшауламасы.

         Номиналдық кернеуіне, қуатына, машинаның түріне (турбо немесе гидрогенератор, синхронды компенсатор, электрқозғағыштар) және суыту әдісіне қарай корпустық оқшаулаудың әртүрлі құрылысы мен әртүрлі оқшауламалы материалдар қолданылады. Бұрынғы генераторларда үздіксіз битумдық лакпен компаундталған микаленттік термопластикалық изоляция қолданылған. Осы құрылым статордың паз бөлімінде де маңдай (лобовая) бөлімінде де бір заттан жасалады – оқтаушаға қабаты жартылай жабылып оралатын микаленталар. Қазіргі уақытта жасайтын генераторларда көбінесе

 әртүрлі типті, мысалы. Монолит – 1, Монолит – 2, Монолит – 3, Монолит – 4, ВЭС- 2, Слюдотерм, Монотерм деген термореактивтік оқшауламаларды қолданады. Бұл заттарға жататындар: а) стекломикалента екі қабат стеклотканының арасына слюданың жапырақтары жабыстырылған. б) стеклослюдинит немесе стеклослюдопласт таспасы, оларды слюдабумага деген затты стеклотканьға жабыстырады. Осы слюда жапырақтарын жабыстыратын заттарға бір белгілі температураға шейін қыздырғанда қатып, ал қайта қыздырғанда балқымайтын заттар жатады. Ең көп тараған зат - ол эпоксидті компаунд, 150 – 160⁰ С-та қатады. Астары шыны слюдобумага жай микалентаға қарағанда майысқақ келеді, сондықтан оны тығыз тартып оқтаушыны оқшаулауға болады. Слюдобумага қалыңдығы бойынша бәлкім біртектес, сондықтан оқшауланған оқтаушаларға қимасының шегін азырақ жасауға болады. Осы заттың бұрынғы микалентаға қарағанда ерекшелігі зор. Өйткені мыстың температуралық созылу коэффициенті слюдаға қарағанда 5 – 6 есе көп болады. Мыс температурадан немесе механикалық кернеуден созылғанда микалентадағы слюда жапырақтарының бір – бірімен байланысы бұзылады, ал егер де слюдабумага болса, яғни термореактивтік шайыр арасында бірге жүрсе, онда сол шайырдың созылуы арқылы оқшаулаудың беріктігі бұзылмайды, жалпы оқтаушаның (стерженнің) изоляция тұтас болып қалады.

         Орама оқшауламасын көбінесе стеклослюда таспаларымен немесе стеклоталшықтарымен орамдап, эпоксидтік компаундыммен сіңдірілген, эмальданған сымдармен жасайды.

         Ең басты оқшаулама газ қоспалары жоқ болатын негізі слюдалық оқшаулама материалдардан орындалады.

         Оқтаушаның ток жүргізетін бөлшектері төрткүл  (прямоугольник) болып келеді, сондықтан паздағы электр өрісі біркелкі емес. Электр өрісінің біркелкі еместігінің дәрежесі біркелкі еместік коэффициентімен k_н мінезделеді. k_н =Е_max/Е_ср, осы коэффициент мыстан жасалған төрткүл сым радиусының дөңгелектенгенінің (r) оқшаулама қалыңдығына (d) қатынасымен анықталады. Өрістің біркелкі еместігін төмендету үшін оқтаушаның бұрыштарын дөңгелектендіреді немесе алюминийден жасалған экрандарды  (төсемдер) қолданады. Егер де (r) - ды 0,6 – 1,5 – мм етіп алса, құрылымдардың коэффициенті k_н  2,0 – 2,4 – ке тең болады. Электрлік машиналардың изоляциясын құрастырғанда тәждің әсерін әлсіздендіруге, оқшауламаның паз бөлімде пайда болатын бөлшектік разрядтарға және ораманың паздан шығатын жерінде пайда болатын тайып кететін разрядтарға көп назар аударылады. Осы разрядтардың қауіптілігінен қорғау үшін келесі шараларды қолданады: а) бөлшекті разрядтарға төзімділігі жоғары изоляцияны қолдану (арасында слюда қоспалары бар оқшауламалар); б) электр өрісін реттеу. Паз бөлімдерінде оқшаулама жартылай өткізгіш жабумен жабылады (асбест - темір таспалар), сонда қатты изоляцияның ішінде қоса жүрген газдарда және изоляция мен паз жағындағы ауаның саңылауында пайда болатын электр өрісінің күші азаяды да, осы қоспаларда бөлшекті разряд төмендейді. Орамның маңдай (бас) жағындағы разрядтарды жоюы үшін паздан шығатын изоляцияның бетін әртүрлі өтімділігі бар жартылай тоқ өткізетін лактармен бояйды, сонда электр өрісінің кернеуі реттеледі. Изоляцияның қалыңдығын және жұмыс кернеулігін таңдау көбінесе эксплуатациялық тәжірибеге сүйенеді.   

         Төмендегі формуламен анықталатын оқшаулау қалыңдығы (d) – мен номиналдық кернеу U_ном екеуінің байланысы белгіленген

 

d = 1,45 +0,24 U_ном

 

         мұнда d – миллиметрмен беріледі;

                         U_ном  - киловольтпен беріледі;

         Қалыңдығы 3 - тен 12 мм-ге дейін корпустық изоляцияның қысқа уақыттық электрлік беріктігі 50 Гц жиілікте 30 – 35 кВ/мм электрлік беріктігімен сипатталады. Электр өрісінің жұмыстық кернеулігі, мінездемелердің тұрақсыздығына қарай, 2 – 4 кВ/мм болып таңдалады. Жоғары вольтты электр машиналарында жұмыс кернеулерде едәуір интенсивті бөлшектік разрядтар бір сыпыра уақыттың ішінде бар болады. Бұл разрядтар оқшаулаудың сенімділігі мен ұзақ уақыттық жұмыс істеуіне онша әсер етпейді, неге десең слюда бөлшекті разрядтарға өте төзімді келеді.

 

5.2. Термопластикалық оқшаулаудың даярлау технологиясы

 

            Асфальт – битум байланыстырып тұратын компаундталған термоплас -

тикалық изоляция оқтаушаларды (стержень) асфальттық лакпен жабыстырылған микаленталармен үздіксіз оқшаулайтын әдісімен жасалынады. Осы процестің мәні былай пресспланкалардағы секциялардың түзу жерлерін ысытып престелген әдісін компаундатумен алмастырады, яғни қазандықтарда секцияларды алдымен вакуумда кептіріп сонан соң алып гидростатика әдісімен престейді.

         Компаундаталған ораманың даярлау технологиялық процесі келесі ретпен жүреді:

1.      Өрілген оқтаушаны дайындап және бейнелеп алғаннан кейін паз

бөлімі оқтаушаның керекті қимасын жеткізу үшін планканың ішінде престелінеді.

2.      Рамамен мықтыланған оқтаушалар қазандық ішіне енгізіледі, сонан

соң қыздырып кептіріледі. Вакуумда кептіру 150 – 160⁰ С температурасында өтеді. Компаунд сіңдірудің алдындағы кептіру сымдардың изоляциясы мен олардың арасындағы максималды мөлшердегі ылғалдық және ауаны жою үшін істелінеді. Кептірудің сапасы қазандық вакуумның дәрежесімен анықталады, ол 15 - 20 мм. рт. ст. болу керек. Вакуумда 4 сағат ұсталынады, кептірудің аяғында оқтаушаның (стержень) температурасы сіңдірілетін компаундтың температурасына тең болу керек, әйтпесе оқтаушалардың температурасы компаундты құйғанда өзгеріп кетуі мүмкін, ол оқтаушалардың геометриясын бұзады.

3.      Сонан соң компаундтаудың сіңдірілуін өткізеді. Қазандыққа

оқтаушалар түгел батқанша сұйық компаундты құйып, қысымдығын 6–7 ати – ға шейін көтереді. 150 -165⁰ С тұрақты температурада оқтаушаларды 4 сағат мерзімінде ұстайды.

4.      Қазандықтан раманы шығарады. Оқтаушаларды компаундтың

артығынан тазалайды және қолмен немесе арнайы станоктармен оқшауламалауды бастайды. Оқшаулама қабаттарының саны арнайы таблицаға сәйкес жұмыс кернеуімен анықталады.

5.      Әрбір компаундтау престелуін алдында оқтаушалар кептіріледі.

Сіңдірудің алдындағы кептіруден бастап, соңғы компаундтау пресстелуге шейін барлық процесс 76 сағат ішінде өтеді.

Оқшауламалардың барлық типтерінің негізгі кем –кетіктері мыналар:

-         микалентада, микафолийда слюданың жапырағынан қағаз астарға

жабыстырылған композиция болып келеді. Біріншіден, бұл заттардың майысқақтығы және созылуға беріктігі нашар, сондықтан оқшаулайтын оқтаушаға тығыз орауға онша келмейді;

-         екіншіден, температураның әсерінен қағаз астар құрайды да, оқшаула -

маның беріктігін бұзады, жұмыс уақытын қысқартады;

-         мыспен  асфальт және шеллак лактарының жылулық ұлғаю

коэффициенттері әртүрлі болғандықтан, температура циклдері өзгерген сайын механикалық байланыстары бұзылады;

-         диэлектрлік шығын температура мен кернеуге тәуелдігі өте зор;

қыздырылған кезде әсіресе паздағы токтың мөлшері өте жоғары болған кезде механикалық беріктігі нашар болады.

 

5.3.         Термореактивті изоляцияны даярлау технологиясы

 

          Қазіргі уақытта жоғары вольтты орамалардың термореактивті оқшауламалардың даярлау технологиясының үш негізгі әдістері белгілі.

1.     Оқтаушаның маңдай жағының формасы мен геометриясы өзгермеу

үшін эпоксидті лакпен мықтап қатырады, сонан кейін тұтқырлығы жоғары термореактивті лакпен сіңдірілген слюдинит таспаларымен оқтаушаны орайды. Оқшауланған оқтауша 30 мин ішінде, атмосфералық қысымда 70⁰ С –да кептіріліп, вакуумда 4 сағат мерзімінде ұсталынады. Сонан соң 2 сағат ішінде 150 -160⁰ С температура да ыстық прессформаларда престелінеді (қысылады). Бұл әдіс оқшаулауды қосымша лакпен сіңдірілуге талап етпейді.

2.     Оқтауша бірінші  пунктта (п.1.) көрсетілгендей мықталады, сонан

кейін растворительсіз, (еріткішсіз) жапсыратын мөлшері аз затпен сіңдірілген таспамен оралады, сонан соң оқтауша тұтқырлығы төмен термореактивті шайырмен вакуумның ішінде 150 – 160⁰ С- да, 4 – 6 сағат ішінде сіңдіріледі. Бір рет қана сіңдірудің өзінде байланыстыратын шайыр оқшаулаудың түгел бойына сіңеді.

3.     Үшінші әдісте стеклослюдиниттен жасалынған гильзаларды

оқтаушаның паз жағына кигізеді. Гильзаны жан – жағынан қысып, сонан соң п.1 көрсетілгендей ыстықтай престелінеді.

№6 дәріс. Трансформаторлардың оқшауламалары және оларға қойылатын талаптар

 

Дәрістің мазмұны:

        - трансформаторлардың оқшауламалары.

 

Дәрістің мақсаты:

     - трансформаторлардың оқшауламаларымен және оларға қойылатын талаптармен танысу.

 

6.1 Трансформаторлардың оқшауламалары

 

          Трансформаторлар өзі тағайындауы бойынша күштік, өлшейтін, сынайтын, өңдейтін, т.б. түрлерге бөлінеді. Тағайындауына қарай оларға қойылған талаптар да әртүрлі. Конструктивті орындауы бойынша  олар май толтырылған, газ толтырылған, әуелі (құрғақ) түрлеріне бөлінеді. Жоғары вольтты күштік, сынайтын трансформаторлардың көбісіне май толтырылған. 6.1. суретте үш фазалық күштік май толтырылған трансформаторлардың құрылымы көрсетілген. Осы суретте көрсетілгендей трансформаторлардың орамалары мен оқшаулаумалары трансформатор майына орналастырылған. Бұл май екі функцияны атқарады: 1) оқшауламада электр өрісінің тесіп өту кернеулігін үлкейтеді; 2) трансформаторлардың қыздырылған бөлшектерінен жылуды бөліп жіберетін шартттарды тудырады.

          Бактың ішіне орналастырылған оқшаулама сыртқы әсерлерден сенімді қорғалынған, сондықтан осы трансформаторларды ашық ауада ұстауға болады. 6.2. суретте майлы трансформаторлардың оқшаулама топтасуы көрсетілген.Трансформаторлардың сыртқы оқшаулама өткерме оқшаулағыштармен (вводтармен) және әртүрлі фаза мен кернеудегі өткерме оқшаулағыштар ұшының және трансформаторлардың жерлендірілген бөлшектермен араларындағы ауамен қамтамасыз етіледі. Өткерме оқшаулағыштар ұштарының арасындағы қашықтық құрғақ кернеу (U_c) және импульстік кернеу кезіндегі ауа аралығын тесіп өту болмаған жағдаймен анықталады. Егер де өткерме оқшаулағыш ұштарында электр өрісін деңгейлейтін экрандар орналаспаған болса, онда ауа аралығы үшкір – үшкір деген электродтармен анықталады (сол екі электродтың арақашықтығымен). Егер де өткерме оқшаулағыш ұштарында экран болса, онда ауа аралығының есептелуі электр өрісі әлсіз біркелкі емес деген шарт бойынша есептеледі. Ішкі өткерме оқшаулағыш ұштарының арасы май тосқауылды болып орындалады. Орамалардан бұрын бөлінетін оқшауламалар кабельдік қағаздар мен лакоткань деген заттардан жасалады. Трансформаторлардағы ауыстырып қосқыштар трансформацияның коэффициентін өзгертіп тұруға арналған. Ауыстырып қосқыштардың оқшауламалары реттеу бұрғыштарға әсер ететін кернеумен анықталады.

          Бас оқшаулама – берілген орамамен көршілес орамаға дейін және трансформаторлардың жерлендірілген бөлшектеріне дейінгі оқшаулама.

          Бойлық оқшаулама – ораманың әртүрлі бөлшектерінің өз арасындағы оқшаулама: орам, қабат, катушка арасындағы.

          Бойлық оқшаулама негізгі екі элементтен тұрады: витковая және катушка оқшауламаларға. Басты  және  бойлық   изоляцияның  конструктивті  жасалынуы  ораманың  түрімен, сыйымдылық  қорғаныстың  болуымен, нейтральдің (бейтараптың)  режимімен  анықталады. Құрылысының 

(конструктивно)  жасалынуы  бойынша  трансформатордың  орамасы  ораушы  және  цилиндрлік  текше  түрлеріне  бөлінеді.

 

 

 

6.1   Сурет -   Үш  фазалық  үш  орамалы

                                   110/38.5/11кВ  трансформатор

 

          1-110 кВ  көтерме; 2-35 кВ  көтерме;  3- оқшаулаушы  цилиндр; 4- 11кВ-тық  көтерме; 5- ауыстырып  қосқыштың  жетегі; 6- газ  шығатын  құбыр; 7- май кеңіткіш; 8- магнит өткізгіш;  10- 110 кВ-тік  орама;  11- 110 кВ  ораманың  экрандайтын  орамдары; 12- термосимфондық  сүзгі;  13-  арбаша; 14- бак; 15- құбырлы  радиатор; 16- қозғалтқыш- желдеткіш. Орауышты  орамалардың   өткірмесі  ең  аяғында   немесе  ортасында  орналасады. Орауышты  орамаларды   салқындату  бабы цилиндрлікке   қарағанда  артық, неге  десең   май  орауышты  жақсы  жуып-шаяды  және  қысқа  тұйықталуға  ұстамдылығы  өте  жоғары.  Бірақ та  бұл  орамаларда  цилиндрлік  текше  орамаларға  қарағанда    импульсті  кернеу  әсер  еткенде  потенциалдардың  таралуы  біркелкі  емес. Цилиндрлік  текше орамалар ауыспалы режимдерде текше бойымен кернеуді таратуының бірқалыптығы орауышты орамаларға қарағанда жоғарырақ, сондықтан бұл цилиндрлік текше орамаларды  өте  жоғары  кернеулерде  пайдаланған  дұрыс. Осы  орамалардың  кемшілігі  сол, тоқтың  қысқа  тұйықталуын  механикалық  тұрақтылығы   төмен  және  салқындатуы  нашар. Цилиндрлік  текше  орамаларды  сынайтын,  өлшейтін  және  қуаты  төмен  күштік  трансформаторларда  пайдаланады. Трансформатор  орамаларының  электрлік  оқшауламасы  май  тосқауылды  немесе  май  қағаздан  жасалынады.

           Май  тосқауылды  оқшауламаның  тесіп  өтетін  кернеуі  май  қабатшаларымен  анықталады. Майдың  электрлік  беріктігі  қағазмай  оқшаулаудан  төмен  болғандығынан, май  тосқауылды  оқшауламаның  көлемі  қағаз майдан  үлкен  болуы  керек.

 

 

 

         Май-тосқауылды   изолияцияның  ішінде  бос  қуыстар  бар, сондықтан  орамаларды ағып  тұратын  маймен   суыту  жағдайы  жеңіл. Қағаз май  изолияцияның   электрлік  беріктігі  май-тосқауылды  изоляциядан  жоғары  болғандықтан  қағаз майдың  қалыңдығын  төмендетуге  болады.  Бірақ та   қағаз май  оқшауламада   май  еркін  жүре  алмайды (циркуляция), сондықтан  ораманы  суыту  қиынырақ.  Кейбірде  осындай  оқшауламада  қуыстар   (канал) жасайды. Мұндай  трансформаторларда  изоляцияның  мөлшерлері май  каналында  рұқсат  етілген өрістің   кернеулігімен  белгіленеді,  сонда  орташа  кернеулік  төмендейді. Тосқауылдар  электрокартоннан  жасалынады  және  электр  өрісінің  күш  сызықтарына  перпендикулярлы  орналасады. Трансформаторларда  электр  өрісінің  конфигурациясы  күрделі, сондықтан  тосқауылдар  әртүрлі  болады. Негізінде  үш  типті  тосқауылдарды қолданады: цилиндрлік (текше) тосқауыл, жалпақ  тығырық  және  бұрыштық  тығырық. Тосқауылдардың  саны номиналды  кернеуге  байланысты. Көбінесе цилиндрлік  тосқауылдарды  бакелиттен  жасайды.

         Газ  толтырылған  трансформаторларда  бактың  ішінде  оқшаулама  ретінде  0,2-0,3 МПа  қысымда  істейтін  электрлік  беріктігі  жоғары  газдарды  пайдаланады. Олар  элегаз, фреон  және   т.б.  перфторланған  газдар. Осы  газдардың 0,2-0,3 МПа  қысымында  электрлік  беріктігі  трансформаторлық   майдың  беріктігіне  жақындайды.  Жоғары  беріктікті  газдардың  трансформатор  орамаларын  айналып  өткендегі  жылулықты  бұрып  суытуы  майдың  суытқанынан  екі  есе  кем. Егерде  0,2-0,3 МПа  қысымында  қайнау  температурасы  50-80°С - да қайнайтын  фреонды  қолдансақ, орамдарды  суытуға  едәуір  көбейту  болады. Бұл жағдайда трансформатор сұйық фреонмен толтырылады. Орамалар 60⁰ – 90⁰С-қа дейін қызғанда фреон қайнайды. Қайнап  тұрған  сұйықтарға   жылулықтың  өтуі  жай  газдың  конфекциясына  қарағанда  100-1000 есе  жоғары  болады. Қайнаған  кезде  сұйыққа  жылулықтың  өтуі  100 есеге  дейін  көбейеді  де,  трансформатор  интенсивті  суыйды. Сол  кездегі  пайда  болатын  газ  трансформатордың  төбе  жағына  жиналып  конденсаторға  қарай  беттейді. Осыдан пайда болған конденсат трансформаторлардың багына бағытталады. Трансформатордың  салқындауын  көрсеткен  сұлба  фреонның  газ  күйіндегі  жоғары  электрлік  беріктігін  пайдаланады. Фреонды  қолдану  трансформатордың  габаритін  және  салмағын  едәуір  төмендетеді. Сұйық конденсаттың жылу  беру  коэффициентінің  жоғарылығынан  конденцациялық  құрылысы  компакті  болады. Газ толтырылған  трансформаторлар  жылжитын  қондырғыларда, мысалы  айнымалы  тоқты  электровоздарда қолдалынады. Газ толтырылған   трансформаторлардың  изоляциясы  май толтырылған  трансформаторлардың  түрлеріне  сәйкес.

         Ауа  трансформаторларының  багы  болмайды, оларда  оқшалама  ретінде  қатты  диалектриктер мен  ораманың  сыртындағы  ауа  бірге  жүреді.  Трансформатор  орамасының  изоляциясы  қоршаған  ортаның  әсерінен  болады, яғни  суланып, былғануы  мүмкін. Сондықтан бұл  трансформаторларды жабық орындарда  (помещение)  қолданады. Осы  трансформаторлардың  изоляциясы  суға,  ылғалдылыққа  төзімді  болуы  керек. Кейбір  трансформаторларда  эпоксид  немесе  кремний органикалық  компаундтан жасалынған қатты  изоляцияларды  пайдаланады. Компаундты  құйып, қатырып  тастаған  орамалардың  оқшаулануы  және  герметизациясы  ( су  өтпеуі) күшті  болады. Осындай  трансформаторларды  жасап  шығару  оңай  болғандықтан,  бұлардың  қолдануы  35 кВ-қа  дейін  өлшеуіш  трансформаторларда  кең  тараған. Эпоксид  компаудтың  негізінде  күш  трансформаторлары  шығарылмайды. Эпоксид  компаудтың  кемістігі сол температура  түскен  сайын ішкі  механикалық  кернеулері  ұлғаяды. Жұмыс  режимінде   трансформатор  орамаларының   бойлық  изоляциясына  кернеудің  аздау  мөлшері  әсер  етеді. Мысалы, кернеу  екі  көршілес  орамдардың  арасындағы потенциалдардың  айырмасы  жұмыстық  болса да 30-50 В - тан  аспайды. Бойлық  изоляцияға  әсер  ететін  үлкен  кернеу, ол  алғышебі  тік - импульстік  кернеу. Басты  оқшауламаға  жоғары  айнымалы  жұмыс  кернеуі мен  асқын  кернеулер  әсер  етеді. Басты  оқшауламада  ең  жоғары  импульстік  кернеу  жұмыс  кернеуден  жерлендірілген  бейтараптамада   20%, ал  оқшауламаланған  бейтараптамада  80%-ға  асады.

 

№7 дәріс. Конденсаторлардың оқшауламасы және оларға қойылатын талаптар. Кабельдер мен сымдардың оқшауламалары

 

    Дәрістің мазмұны:

-         конденсаторлардың оқшауламасы;

-         кабельдер мен сымдардың оқшауламасы.

 

    Дәрістің мақсаты:

     - конденсаторлардың, кабельдердің сымдардың оқшауламалары және оларға қойылатын талаптармен танысу.

 

7.1 Конденсаторлардың оқшауламасы

 

          Конденсатор - екі немесе одан көп өткізгіштерден жасалған астарларды электрлік оқшауламамен ажыратылған электрлік сыйымдылық үшін қолдануға болатын құрылғы. Конденсатордың негізгі мақсаты – электрлік заряд пен қуатты жинау. Қазіргі конденсаторлардағы оқшауламалардың мінездемелері сызықты және сызықты емес. Конденсаторлардың қолданатын заттың сипатына қарай мынадай түрлері болады: а) ауалық немесе газдық конденсаторлар, олардың изоляциясы газ, ауа, вакуум; б) сұйықтық: олардың изоляциясы май, су және синтетикалық сұйық денелер; в) бейорганикалық қатты оқшауламалы: слюда, керамика, шыны және т.б.; г) органикалық қатты оқшаулаулы: қағаз, үлдірек (пленочная) және т.б; д) қоспалы (комбинированный) оқшауламалы: қағаз, үлдірек, май және т.б. Жұмыс кернеуі бойынша конденсаторлар мынадай түрлерге бөлінеді: тұрақты, айнымалы өндіріс жиілікті, айнымалы жоғары жиілікті (10²-10⁴ Гц), айнымалы, өте жоғары жиілікті (10¹⁵ Гц жоғары), импульстік кернеулерге арналған.

          Күштік конденсаторларды келесі жағдайларда қолданады: 1) 50 Гц өндірістік жиілікті жоғары және төмен кернеулерде күш желілерінде (косинусты конденсаторлар, бойлық сыйымдылықтық компенсация үшін қолданатын конденсатор, қуатты сыйымдылықты таңдау үшін); 2) жоғары жиілікті күштік қондырғыларда (электротермиялық жиілігі 10 кГц – ке дейінгі қондырғыларда); 3) тұрақты және пульстік кернеулі қондырғыларда; 4) импульсті кернеу қондырғыларда.

          Әр типті конденсаторлардың тағайындалуы мен жұмыс режимдері олардың құрылымдық орындалуын және оқшауламасын анықтайды.

Конденсаторларды дайындауға кең қолданылатын материал тығыздығы жоғары (1,0 – 1,2г/см)³ конденсаторлық қағаз болып табылады, оның қалыңдығы 5 – 30 мк. Тұрақты кернеу конденсаторы үшін сонымен қатар қалыңдығы 0,008 – 0,17 мм, онша қымбат емес кабельдік қағаз қолданылады. Конденсаторлық қағаздың екі сортын пайдаланады. КОН – 1 және КОН -11 қағазы тығыз, диэлектрик шығындары төмен және көбіне тұрақты кернеу конденсаторларында қолданылады.

          Қағазды сіңіру және конденсатор корпусын толтыру үшін химиялық және жылулық төзімділігі жоғары конденсаторлық май қолданылады. Қағаз майлы конденсатор оқшауламасының диэлектрик өтімділігі 3,8 жуық. Тұрақты кернеуде минералды маймен салыстырғанда диэлектрик өтімділігі жоғары (ε = 4,5) және электрлік беріктігі сол сияқты майсана майды қолдануға болады. Айнымалы кернеуде майсана май қолданылмайды, өйткені минералды майға қарағанда оның диэлектрик шығындары 5 – 7 есе артық болады.

          Сонымен қатар синтетикалық полярлық сұйықтарды да қолдануға болады. Мысалы соволдың ε = 5, ол конденсатордың салмағын 35 - 40% -ға төмендетеді. Алайда соволдың буы улы. Бұл соволдың қолданылуын шектейді және температура өзгергенде соволдық конденсатордың сыйымдылығы мен tgδ тұрақты болмайды.

          Күштік конденсаторлар айнымалы тоқ қондырғыларында қуат коэффициентін арттыру үшін, алыс электр жеткізу желілеріндегі бойлық компенсация үшін, әуе желілеріне жоғары жиілікті байланыс аппаратурасын жалғау үшін және т.б. қолданылады. Тұрақты тоқ қондырғыларында соволдық конденсаторлар инверторлы сұлбаларда жұмыс істейді. Тәжірибелік импульстік кернеу және тоқ генераторларында, сонымен қатар арнайы магнит қондырғыларында күшті магнит өрістерін, жоғары температуралы плазманы, электр гидравликалық эффектіні және т.б. алу үшін импульстік күштік конденсаторлар қолданылады.

          Барлық жағдайда күштік конденсаторлар өз функцияларын оқшауламаның активті бөлігі арқылы іске асырады, яғни электродтар арасындағы оқшауламаға кейбір уақытта әртүрлі мақсатта қолданылатын  энергия жиналады. Конденсаторда жиналатын энергия мынаған тең

 

 

          мұнда V_a – оқшауламаның активті бөлігінің көлемі,

            E - оқшауламадағы жұмыс кернеулігі. 

Қуат коэффициентін арттыратын күштік конденсаторлардың қондырғысы былай: герметизацияланған корпуста хомут арқылы металдық беттер (щеки) арасында пакет түрінде жиналған жазық престелген рулондық секциялар арасында электрокартоннан немесе кабельдік қағаздан болады. Конденсатордың номинал кернеуі мен сыйымдылығына байланысты секциялар параллель, тізбектей және аралас сұлбалар түрінде қосылады. Кейбір конденсаторларда секциялар жекеленген (индивидуалды) сақтандырғыштар арқылы қосылады. Мұндай жағдайда конденсаторлардың жұмыс қабілеті бірнеше секция тесілсе де сақталады.

Секция – электрод рөлін атқаратын диэлектрик таспаларынан немесе алюминийді фольгадан спираль түрде оралған (бұралған) рулон. Рулонды секцияларда электродтың екі беті де активті болады, сондықтан электродқа келетін металл шығыны азаяды.

Өрістің жұмыс кернеулігі Е қағаз майлы оқшауламалы конденсаторларда 12 – 14 кВ/мм – ге тең, егер де синтетикалық майлар – хлорда фенилдермен қағазды сіңдірсе, онда Е 18 – 22 кВ/мм – ге дейін көбейеді, бірақ та бұл кезде конденсатор өте қызып кетуі мүмкін, неге десек шығын бұрышы көбейеді. Егер де диэлектригіміз қағаз – полиэтилен болса (екі үлдірек δ = 2,25 мкн және 1 қағаз δ = 4 мкн), онда қағаз бөлігінің Е тең 18 кВ/мм – ге, пленка (үлдірек) бөлігінікі Е тең 50 – 60 кВ/мм, ал металданған полипрополен пленка болса, онда жұмыс кернеулігі 70 кВ/мм – ге дейін өседі. Жоғары жиіліктерде өрістің рұқсат етілген жұмыс кернеулігі негізінде жылулық режимімен қатынасты. Тұрақты кернеулерде Е 80 кВ/мм дейін өсуі мүмкін.

 

7.2. Кабельдер мен сымдардың оқшаулама заттары

 

Кабельдер мен сымдарда резина, пластмасса, сіңдірілген қағаз және басқа оқшауламалардың түрлерін қолданады. Изоляциялық материалдар «И» деген және заттың атына қарай әріптермен белгіленеді.

Резеңке изоляцияның негізі - табиғи немесе синтетикалық (бутадиен, бутил, кремнийорганика т.б.) каучук. Көбінесе ГОСТ – пен бекітілген келесі изоляциялық резеңкелер пайдаланылады: РТП – 0, РТИ – 1, РТИ – 2, РНИ маркалар каучуктың көлеміне қарай бөлінеді. Резеңкені тозуына зерттеу 120⁰ С температурада 4 сағат ішінде өткізілді. Әрбір резеңкені пайдалану саласы мінездемелеріне қарай болады. Мысалы кремний органикалық резинаның жұмыс температурасы - 60⁰ + 200⁰ С дейін, ал хлоропрен резина (аты наирит) өте суықта қолданылады.

Поливинилхлор пластикаты деген полимерге түрлі–түрлі ингредиенттерді қосып, поливинилхлор изоляциясын жасайды. Пластификаторлар полимерді майысқақ созымды етеді, ал стабилизатор осы пластификаттың мінездемелерін тұрақты қалпында ұстап тұрады. Көбінесе ПВХП – ның маркалары былай: И40, И50, И60. Жеңілмен жанбайтын ПВХП –ның маркалары; НГП 40-32 и НГП 30-32, ИМ 40-8, ИОМ 40-8 жылу, бензин және майларға төзімділер ИТ – 105В. Кабельдердің сыртқы қабыршығына И 45-12 деген марка қолданылады.

         Полиэтилен оқшаулау тығыздығы төмен (ПЭНП) және тығыздығы жоғары (ПЭВП) деген полиэтилен полимерінен жасалынады. ПЭНП – ны этиленді үлкен қысым арқылы полимерлейді, ал ПЭВН –ны этиленді төмен қысыммен және металлоорганикалық катализаторларды қосып жасап шығарады. Негізі ПЭНП композициялардың маркасы 102,107, т.б. болады, ал ПЭВП композициялардың маркасы 2 – ден басталып 204,206, 207, т.б. (ПЭИ) полиэтилен изоляцияның электрлік беріктігі 50 Гц жиілікте 35 – 40 кВ/мм, диэлектрлік өтімділігі 2,3 – 2,4 аралығында, диэлектрлік шығын бұрышының тангесі (2 – 7)·10^-4 тең болады.

         Фторопласт (политетрофторэтилен) оқшаулау. Қысқаша Ф – 4, механикалық және диэлектрлік мінездемелері өте жоғары сипатталады. Жұмыс температурасы – 90⁰ С – ден +250⁰ С дейін. Химиялық және агрессивтік әсерлерге өте төзімді. Осы заттардың температуралық индексі физикалық мінездемелерімен және жылулыққа төзімділік кластарымен анықталады.

 

7.3 Ауа желілеріне арналған оқшауланған сымдар

 

Электр берілісінде және электр қуатын таратуда күштік және жарықтандыру желілерінде электрмен жабдықтандырудың сенімін көбейту үшін болаттан тал сымы бар алюминий сымдарын оқшаулап қолданады.

Оқшауланған өзін - өзі ұстайтын сымдарды (СИП) жұмыс кернеуі 0,6/1 10 және 20 кВ, 50 Гц жиілікте, - 50⁰ С – дан + 50⁰ С темепратураларда электр беріліс желілерде (ЛЭП) пайдаланады.  Желінің сымдары бір – бірімен түйісіп жатса да немесе олар ағаштарға құласа да осы оқшауланған сымдар желінің жұмысын тоқтатпайды. Бұл сымдарды  қолданғанда эксплуатацияға кеткен құжаттар 80%-ға азаяды, мұзды қатырмайды, сымдардың аралығы азаяды. САП_т, САП_сш, САСП_сш  деген маркаларын 350В, 50 Гц – те қолдануға болады. Бірақ та осы сымдардың рұқсат етілген тоқ жүктемесі күннің радиациясы мен ауаның температурасына байланысты.

 

№8 дәріс.  Күштік кабельдері.  Топталуы және жіктелуі

 

     Дәрістің мазмұны:

-         Кабельдердің жіктелуі және тағайындалуы.

-         Жоғары кернеулік күштік кабельдің оқшауламасы.

 

     Дәрістің мақсаты:

-         Кабельдер мен сымдардың изоляциясы және құрылымдарымен танысу.

 

     8.1 Кабельдердің жіктелуі және арналуы

 

Қуат пен информацияны беретін өткізгіш тал сымдардың материалы бойынша кабельдер екі топқа бөлінеді:

     -   металдық тал сымды электр кабельдері;

     -   оптикалық талшықты кабельдері;

Оптикалық талшықты кабельдерде қосымша металл талсымдары да болуы мүмкін. Металл талсымдары  электр кабельдері қуат берілісі, кернеу мөлшері, изоляцияның түрі, тағайындалуы бойынша т.б. әр түрлі топқа жіктеледі:

-         төменгі, орташа, жоғары кернеулерге арналған күштік кабельдері;

-         майысқақ күштік кабельдер;

-         бақылау кабельдері;

-         төмен вольтты сымдар мен электрлік баулар;

-         байланыс кабельдер мен сымдар;

-         радиожиілікті кабельдер;

-         арнайы кабельдер, т.б.

         Күштік кабельдер электрлік қуатының берілісімен таратылуына арналған.

Изоляцияның типіне сәйкес күштік кабельдер әртүрлі болады:

-         қағазбен оқшауландырылған, оның ішінде май, компаундпен сіңірілген, маймен толтырылған күштік кабельдер;

-         пластмассамен оқшауландырылған күштік кабельдер;

-         резеңкемен оқшауландырылған күштік кабельдер.

Желілі жұмыс кернеудің мөлшеріне қарай күштік кабельдер бөлінеді:

-         1-10 кВ кернеуге арналған кабельдер;

-         20-35 кВ кернеуге арналған кабельдер;

-         110-500кВ кернеуге арналған кабельдер;

 Жалпы кабельдердің маркалары мен құрылымдары 1000 - нан асаға бөлінеді. 

 

8.2  Жоғарғы кернеулі күштік кабельдің оқшауламасы

 

Ауа желілеріне қарағанда, кабельдік желілер қымбат, сондықтан олар қаланың аса құрылысты аудандарында, өнеркәсіптік орындар территориясында, яғни ауа желілерін қолдану мүмкін емес жерлерде қолданылады.

         Кабельдің талсымдары бір-бірінен және сыртқы металдық қаптан, механикалық және электрлік беріктігі күшті, оқшаулағыш материал қабаты арқылы оқшауланады. Оқшаулағыш материал ретінде көбінесе талсымға тығыз қапталған және минералды маймен сіңдірілген кабельдік қағазды қолданады.

         Талсымға қағаздың тығыз қапталуының (оралуы) қалыңдығы 2 - 17 мм және ені 10 - 30 мм болады. Механикалық берік қағаз таспаларының қолдануымен іске асады. Сіңдірілу алдында қағаз оқшаулама сіңдірілу процесінде құрғатылуы керек, ол процесс вакуумда 120 - 130⁰С температурада жүргізіледі. Майдың орнына жоғары қысымды газды пайдалануға болады.

         35 кВ дейінгі кернеуде күштік жоғары вольтті кабельдер көбінесе үш талсымды болады, 110, 500 кВ және одан да жоғары кернеуде бірталсымды болады. Қағаз майлы оқшауламаға жұмыс кернеулері, коммутациялық және кейде (егер кабель ауа тораптарымен жалғанса) импульстік асқын кернеулер әсер етеді. Кабель оқшауламасының тесілуі жылулық және ионизациялық құбылыстардан болады және кабельдік оқшауламада рұқсат етілген жұмыс кернеуліктерін арттыру үшін келесі әдістер қолданылады:

         - кернеуліктің жергілікті жоғарылауынан сақтайтын өткізгішті немесе жартылай өткізгішті экрандарды қолдану арқылы өрісті реттеу;

         - әр талсымның оқшауламасының бетінде меншіктік металдық қаптарды немесе метализацияланған қағаздан жасалған экранды қолдану, сонымен қатар бірталсымды кабельдерді жасау. Бұл шараларды радиалды өріске әкеледі, яғни белдеулік оқшауламасы бар үш талсымды кабельдерде болатын беріктікті төмендететін өрістің тангенциалды құраушысын жоғалтады;

         - оқшауламаны градирлеу кабель талсымдарындағы кернеулікті төмендетеді немесе оқшауламаның қалыңдығын азайту арқылы оқшауламаның қалыңдығы бойымен кернеулектің бірқалыпты таралуын қалыптастырады. Кабельдердегі оқшауламаны градирлеу, тығыздығы мен қалыңдығы әртүрлі қағаздардың көмегімен іске асады. Жұқа және тығыз қағаздың диэлектрлік беріктігі жоғары болады және талсымға жақын қабаттарға оралады. Келесі қабаттар арзан және диэлектрлік беріктігі төмен қағаздан жасалады. Үшқабатты градирлеу арқылы кернеуі 110 кВ кабельдің майқағаз оқшауламаның 16,8-мм-ден 12,6-мм-ге дейін қалыңдығын азайтуға болады;

- ионизациялық процестердің жүруін қиындататын және қағаз-май немесе қағаз-газды оқшауламаның электрлік беріктігін біршама жоғарылататын қысымды жоғарылату, сонымен қатар тесіп өту кернеуінің кернеуді түсіру уақытына тәуелділігін төмендетеді (азайтады) және жоғары деңгейде оқшауламаның электрлік беріктігін тұрақтандырады. Компаундпен немесе маймен сіңдірілген кабельдік оқшауламаның ионизациялық процестерінің жүруі газдық қосылыстарда аз интенсивтіліктің разрядынан немесе май қабыршақтарының жекелей (жарым-жартылай) деформациясына әкеліп соғады және сіңдірілген кабельдерде газдық қуыстар мен көбіктер пайда болады. Кабельдер тұрғысында конструктивті айырмашылықтар болады.

Компаундпен, тұтқырлықпен сіңдірілген кабельдер. Бұл кабельдерде оқшаулатқыш май - канифольді компаундпен сіңдіріледі. Майға канифольді қосу (1-3% майдың көлемі) сіңдіретін салмақтың құбырлығын арттырады, ол кабельдің ұштарынан компаундтың ағып кетуінен және иілмелі трассалардағы кабельдерде компаундтың артық ағуынан сақтайды.

Қағаз таспаларының саңылауы 1,5-3,5 мм спираль бойынша кабель талсымына тығыз бұрылады (оралады), ал саңылаулар кабель иілген кезде таспаны жырылудан сақтайды. Саңылаудағы майдың беріктігі қағаз беріктігінен кіші болады, сондықтан саңылаулар қабаттасудан сақтану керек.

Кернеуі 15 кВ-тан аспайтын үш фазалы кабельдер әрдайым белдеулік оқшауламамен орындалады. Кабельдің қимасын жақсырақ пайдалану үшін кабель талсымдары секторлық форманы қайталайтын фазалық оқшаулама үстінен барлық талсымдар белдеулік оқшауламамен қапталады.

Оқшауланған талсымдар арасындағы аралық төмен пробалы оқшауламамен толтырылады. Белдеулік оқшауламаның үсті герметикалық қорғасынды немесе алюминийді қабықпен және болат таспаларынан немесе сымдарынан жасалған сақтандырғыш  сауытпен  қапталады. Сауыт битумдық қоспа және сіңдірілген жіптің көмегімен тоттан сақтандырылған.

20 және 35 кВ кернеулерде жеке қорғасындалған немесе экрандалған талсымдары бар кабельдер қолданылады. Бұл кабельдерде (8.1 суретті қараңыз) радиалды өріс пайда болуы үшін және көпсымды дөңгелек (домалақ) талсым өрісінің жергілікті күшеюінің болдырмау үшін талсымның (1)және фазалық оқшауламаның (3) үстінен фолгадан немесе метализацияланған қағаз таспасынаң жасалған экрандар 2,4 қапталады. Белдеулік оқшауламасы бар кабельдерге қарағанда радиалды өріс кабель оқшауламасындағы кернеуді екі есеге дейін арттыруға мүмкіндік береді. Белдеулік оқшауламасы бар кабельдермен салыстырғанда жеке қорғасындалған талсымды кабельдердің тоқтық жүктемесі 10-20% артық болады.

                                     

8.1  Сурет– Жеке қорғасындалған кернеуі 35 кВ үш орамды кабелдің орындалуы

 

Кернеуі 3-35 кВ компаундпен, құбырлықпен сіндірілген қалыпты кабельдерді деңгей айырмасы 10-15м тік жүретін немесе ұзақ, өте иілген трассаларда қолдануға болмайды, өиткені сіңдірілген салмақ ағып кетеді де, кабель қабығы бүлінеді. Мұндай кабельдер жоғары температурада ағып кетпейтін битумдық қоспамен немесе синтетикалық смола негізіндегі қоспамен сіңдірілген қағаздан да жасалады.

Маймен толтырылған кабельдер. Кернеуі 110 кВ және одан да жоғары кабель талсымдарының қағаз оқшауламасы, кабельді артық қысымда болатын тұрақтылығы мен газ төзімділігі жоғары, таза газсыздандырылған маймен сіңдіріледі. Май толтырылған кабельдер әрдайым бірталсымды болып және майдың қысымына байланысты төмен ( р_изг 1 ати дейін ) орта ( р_изг=3-5 ати ) және жоғары ( р_изг=10-15 ати) қысымды болады.

Май оқшауламаға талсым ортасындағы май каналынан саңылаулар арқылы өтеді. (кернеуі 220-500 кВ жоғары қысымды кабелдерде). Май толтырылған кабелдің құрылысы 8.2  суретте келтірілген.    

         

                               

 

8.2 Сурет – Май толтырылған кабель

1 - майөткізгіш жүйе, 2 - сым, 3 және 5 - жартылай өткізгіш қағаздан орындалған экран, 4 -оқшаулама,  6 - қорғасын қабы, 7 - күшейткіш және қорғаушы қаптар. Сурет 8.2 – Май толтырылған кабель кернеуі 110-220 кВ маймен толтырылған орта қысымды кабель. Төмен температураларда  ( 0⁰ С- тан төмен) май толтырылған кабельдің сипаттамалары нашарлайды, өйткені жоғары тұтқырлықта сіңу нашарлайды. Бұл май толтырылған кабельдердің солтүстік аудандарда қолдануын қиындатады.

Қысымды майы немесе газы бар болат құбырларындағы кабельдер. Бұл кабельдерді май толтырылған кабельдермен салыстыруға болады және олар 110-500 кВ кернеуде де қолданады. Құбырдағы майдың қысымы 15 ати - ге дейін  (8.3 Сурет – Болат түтіктегі май толтырылған кабель).

 

                                

Сурет 8.3 – Болат түтіктегі май толтырылған кабель

 

Алдын ала вакуумдалған және құрғатылған 2 ішінде үш оқшауланған фаза (5) тартылады. Кабель диаметірімен салыстырылғанда диаметрі 2,6-2,8 есе үлкен құбыр оқшауланған қабатты жақсы сақтандырады, сондықтан кабельдің қабығы жеңілдетіліп жасалады. Жартылай өткізгішті қағаз экранының үстінен екі перфоаридтелген мыс таспалары 4 (жүргізіледі) қапталады. Құбырға тарту кезінде кабель  бүлінбеу үшін мыс таспаларына мыстан немесе қоладан жасалған жартылай домалақ сымдар (1) спираль түрінде қапталады.  Монтаждан кейін құбыр оқшауламаны (6)сіндіретің маймен (3) толтырылады. Құбырдағы қысымды бір-бірінен 10-15км қашықтықта орналасатын сорғы станциялары автоматты түрде ұстап тұрады.

Газ толтырылған кабельдер. Бұл кабельдер кернеуі 35 кВ және одан да жоғары қатты иілмелі трассаларда кең қолданылады. Бір талсымды кабельдің  құрылымы май толтырылған кабелдің құрылымына ұқсас.  Құрғатылған азот немесе 20%  элегаз қосылған азот қысым берілгенде талсым ортасындағы  өткізгіш арнаны толтырады және сіңдірілген оқшауламаға өтіп кетеді. Газ қысымы оқшауламаның электрлік беріктігін жоғарылатады және ионизациялық процестердің жүруін қиындатады. Төмен (р = 2 ати дейін), орташа (р =3-6 ати) және жоғары (р = 12-15 ати) қысымды кабельдер қолданылады. Кабельдердегі қысымды арнайы муфталар арқылы біріктірілген сығылған газға толтырылған балондар автоматты түрде ұстап тұрады. Мұнда арматура май толтырылған кабельдермен салыстырылғанда қарапайым және арзан болады. 35 кВ кернеуге сонымен қатар үшталсымды кабельдер шығарылады. Газ өткізгіш арналар (1) қорғасын қабығы (3) жанындағы талсымдар (2) арасында орналастырылады.

Резеңке және пластмасс оқшауламалы кабельдер кеңінен қолданылады. Бұл кабельдердің оқшауламасындағы кернеуліктері үлкен емес, 2-2,3 кВ/мм дейін, 35 кВ кернеуге дейін шығарылады. Полиэтиленді кабельдер жеңіл және ылғал өткізбейтін қапты керек етпейді, полиэтиленнің жоғары меншікті кедергісі және диэлектрлік шығындары аз болады.

Полихлорвинил және резеңке оқшауламасы бар кабельдер 6 кВ кернеуге дейін шығарылады және полиэтиленді оқшауламасы бар кабельдермен салыстырғанда электрлік сипаттамалары нашар. Кабелдік муфталар. Кабелдің жеке бөліктерін (участкілерін) бір-бірімен жалғастыру  соңғы кабелдік муфталар арқылы жүзеге асады. Олар кабелді қою кезінде жасалынады. Компаундпен сіңдірілген кабельдер үшін, жалғастырушы муфталар кабельдің қабығына герметикалық дәнекерленген сырты металл қаппен дайындалады. Тылсымды оқшамалама сіңдірілген оқшауламалы қағазды бұрау (орау) арқылы жүзеге асады. Оқшауланған талсымдар мен корпус арасындағы кеңістік битумдық мастикамен және эпоксидті смоламен толтырылады. Талсымдардың гильзалық қосылулары престеледі. (опрессовываются). 

         6 - 10 кВт кернеуге дайындалған соңғы кабельдік муфталар битумдық компаундпен толтырылған металдық воронка немесе перчатка түрінде жасалады.

         Бекітілген және жартылай бекітпелі жалғастырушы муфталар жоғары қысымды герметикалық және электрлік беріктікті сақтау керек, сондықтан май мен газ толтырылған кабельдерде олардың құрылымы өткерме оқшаулатқыштардың құрылымына ұқсас келеді.

 

Әдебиеттер тізімі 

     1. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., тареев Б.М. Электротехнические     материалы. – М.: Энергия, 1985. – 304с.

     2. Дмитриевский В.С. Расчет и конструктирование электрической    изоляции. - М.: Энергоиздат, 1985. – 304с.

     3. Алиев И.И., Казанский С.Б. Кабельные изделия. - М.: Радиософт, 1985. – 304с.

     4. Бернштейн Л.М., Изоляция электрических машин    общепромышлен-           ного применения. – М.: Энергия, 1971. – 367с.

     5.Серебряков А.С. Электротехническое материаловедение. Электроизоля-

ционные материалы. - М.: Маршрут, 2005. – 280 с.

     6. Козырев Н.А. Изоляция электрических машин. – Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 264с.

     7. Бекмагамбетова К.Х. Электротехническое материаловедение: Учебное      пособие. – Алматы: Изд – во «Ғылым», 2001.- 275 с.

 

Мазмұны 

Кіріспе.......................................................................................................................31.

№ 1 дәріс. Электрлік оқшаулаулағыш. Электротехникалық бұйымдар мен конструкциялардың

өндірісіндегі электроқшаулағыш заттардың   мағынасы......................................6

2. № 2 дәріс. Электрлік оқшауламаның жұмыс істеу шарты .............................11

3. №3 дәріс. Механикалық кернеу. Басқа әсерлер...............................................16

4. №4 дәріс. Изоляторларды ( оқшаулағыштарды)  топтастыру. Олардың талаптары мен технологиясы.................................................................................21                                                                                                                        

5. № 5 дәріс. Электрлік машиналардың оқшауламасы және оларға қойылатын  

талаптар....................................................................................................................26

6. №6 дәріс. Трансформаторлардың оқшауламалары және оларға қойылған     

талаптар....................................................................................................................317.

№7 дәріс. Конденсаторлардың оқшауламасы және оларға қойылатын

талаптар. Кабельдер мен сымдардың оқшауламалары.......................................35

8. №8 дәріс. Күштік кабельдер.  Топталуы және жіктелуі..................................39

Әдебиеттер тізімі.....................................................................................................45