close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Исследование свойств электротехнического стекла для рационального применения его в электрооборудовании на территории Вологодской области

код для вставкиСкачать
Департамент образования Вологодской области
Бюджетное образовательное учреждение
Среднего профессионального образования
"Череповецкий лесомеханический техникум им. В.П. Чкалова"
Направление: техническое
ТЕМА Исследование свойств электротехнического стекла для рационального применения его в электрооборудовании на территории Вологодской области
Автор:
Лезина Лариса
Студентка группы МЭ-41
Специальность: 140613(1806) "Техническая Эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования"
Научный руководитель:
Дилигенская Н.М. (преподаватель спец. дисциплины)
Г. Череповец
2012
Содержание
1.Введение 3 2. Стекло - изоляционный и конструкционный материал5
3.Описание проблемы 6
3.1.Диэлектрические потери в стёклах 6
3.2. Виды пробоев в стёклах при электрических и тепловых процессах 7
4.Заключение. Предложения по проекту 8
5.Список литературы 10
1 Введение. Историческая справка
С развитием электротехнической промышленности параллельно развивается технология изготовления минеральных диэлектриков и их разновидностей. Их технология настолько усовершенствована, что из-за дешевизны и высоких диэлектрических показателей эти диэлектрики начали оттеснять натуральные и химические диэлектрические материалы. Один из минеральных диэлектрических материалов - это стекло [3]. Стеклом называют неорганическое термопластичное аморфный материал, полученный из расплава различных окислов с последующим быстрым охлаждением его (расплава). Цель работы заключается в определении перспективности применения электротехнических стекол в качестве диэлектрических материалов, для рационального применения их в электрическом оборудовании на промышленных предприятиях Вологодской области. Ранее такие исследования не проводились.
Задачи работы:
1. Изучить техническую литературу и другие источники по проблеме исследования, выполнить анализ и систематизацию технической информации;
2. Исследовать свойства электротехнического стекла;
3. Проанализировать технические характеристики стекла для рационального применения их в электрическом оборудовании;
4.Показать значение и разработать рекомендации по рациональному использованию электротехнического стекла в электрооборудовании, эксплуатируемого на территории Вологодской области;
5.Выполнить социальную оценку по теме исследования.
Проблема исследования заключается в определении путей рационального использования электротехнического стекла, применяемого в электрооборудовании на территории Вологодской области, с целю увеличения надежности электроснабжения этих предприятий.
Объект исследования: электрооборудование предприятий Вологодской области.
Предмет исследования: рациональное использование электротехнических стёкол при эксплуатации в электрооборудовании.
Гипотеза исследования: Если рационально эксплуатировать изделия из электротехнического стекла в качестве диэлектриков, то это поможет увеличить срок службы и снизить стоимость электрического оборудования, эксплуатируемого на территории Вологодской области.
Научно-практическая значимость исследования:
1. Описаны диэлектрические свойства электротехнического стекла на основе анализа технической литературы и систематизации информации.
2. Описаны свойства электротехнического стекла;
3. Проанализированы технические характеристики стекла для рационального применения их в электрическом оборудовании;
4. Показано значение и разработаны рекомендации по рациональному использованию электротехнического стекла в электрооборудовании, эксплуатируемого на территории Вологодской области;
5.Выполнена социальная оценка исследования по теме. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, социальной оценки, списка используемой литературы, приложений. Во введении показана актуальность исследования, определены цели и задачи, объект и предмет исследования, обозначена проблема исследования. Первая глава посвящена описанию свойств стекла, как изоляционного и конструкционного материала. Во второй главе описаны общие свойства электротехнического стекла, диэлектрические потери в стёклах, возможные виды пробоев при электрических и тепловых процессах, рассмотрены особенности кварцевого стекла. В заключении представлены выводы по проблеме исследования и определена научно-практическая значимость исследования, описана социальная оценка исследования и разработаны рекомендации по рациональной эксплуатации изделий из электротехнического стекла с целью повышения надежности электрооборудования, эксплуатируемого на территории Вологодской области. Список литературы составляют источники.
Историческая справка
Стеклу более четырёх тысяч лет, открыли его случайно, в Египте , как побочный продукт других ремёсел. Образующаяся при сгорании зола (щёлочь), при высокотемпературном контакте с песком давала стекловидную массу.
В XI веке немецкие мастера, а XIII веке - итальянские, освоили производство листового стекла. И только в конце XIX века стеклоделие из ремесленного, стало перерастать в массовое промышленное производство. Одним из "отцов" современного стекольного производства можно назвать немецкого учёного Отто Шотта, который активно использовал научные методы для изучения влияния различных химических элементов на оптические и термальные свойства стекла.
2 Стекло - изоляционный и конструкционный материал
Стеклами называют аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания (Рис.2). По химическому составу стекла делятся на три основных типа: оксидные - на основе оксидов (SiO2, B2O3, GeO2, P2O5, Al2O3); галогенидные - на основе галогенидов, главным образом BeF2 (фторберилатные стекла) и халькогенидные - на основе сульфидов, селенидов и теллуридов [ 3]. . Наиболее широко в электропромышленности применяются оксидные стекла, которые в зависимости от состава делятся на ряд классов и групп: 1. По виду окисла стеклообразователя - силикатные, боратные, фосфатные, германатные, алюмосиликатные и др. 2. По содержанию щелочных окислов - бесщелочные (могут содержать щелочноземельные оксиды MgO, CaO, BaO и др.) малощелочные; многощелочные.
Стекло как технический материал широко используют в разных отраслях промышленности. Это объясняется благоприятным сочетанием физико-химических свойств, возможностью изменять эти свойства в широких пределах в зависимости от состава стекла и способов термического воздействия. Технологичность стекла в переработке определяется температурами размягчения и перехода в жидкое состояние. Чем ниже эти температуры, тем оно более технологично. Изделия получают выдуванием, вытягиванием, прокаткой и другими способами [ 3]. Электрические свойства стекла характеризуются высокими значениями удельного сопротивления. Большей проводимостью обладают щелочные стёкла за счёт диффузии ионов щелочных металлов сквозь незамкнутую сетку. Стёкла обладают довольно большой диэлектрической проницаемостью и достаточно высоким сопротивлением пробою. Теплопроводность стекла низкая - в пределах 0,7...1,5 Вт/(м * К), что определяет его хорошие теплоизолирующие свойства, которые могут быть повышены за счёт применения стеклопакета - конструкции из двух стёкол и воздушного промежутка между ними.
Электроизоляционное стекло применяют для изготовления изоляторов линий электропередач, герметичных вводов и разъёмов, конденсаторов; стеклянную ткань и стеклопластики - для изоляции деталей электрических машин и устройств. В тонкой стеклянной изоляции выпускается микропровод. Для электроизоляции используют бесщелочные и малощелочные алюмосиликатные стекла, обладающие высокими электросопротивлением и влагостойкостью, электрической и термической прочностью[ 3]. 3 Описание проблемы
При применении диэлектриков - одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов - довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов. Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов. Электротехнические стекла - диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли) [4]. Если стекла используется в качестве диэлектрика, то желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость, что важно для применения их в электрическом оборудовании промышленных предприятиях Вологодской области. Электрические свойства стекла в сильной степени зависят от их состава. Большинство стекол характеризуются ионной проводимостью. Наиболее сильно понижает электропроводность стекол SiO2 и B2O3. Наименьшую электропроводность имеет кварцевое стекло, а наибольшую - высокощелочные. Стекла наиболее химически устойчивы, чем другие диэлектрики и имеют меньшую электропроводность. А на территории Вологодской области несколько химических и крупных молочных комбинатов.
3.1. Диэлектрические потери в стёклах
Диэлектрические потери в стеклах складываются из потерь проводимости и потерь релаксационных и структурных, tg стекол увеличивается с ростом содержания щелочных оксидов при малом содержании оксидов тяжелых металлов. Диэлектрическая проницаемость всех стёкол возрастает с температурой, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости положителен и для различных технических стёкол находится в определённых пределах. Помещение диэлектрика в электрическое поле приводит к одновременному протеканию двух процессов: перемещению свободных зарядов в направлении полюсов поля (явление электропроводности) и частичному упругому смещению связанных зарядов (электронов или ионов), которое вызывает локальное пространственное перераспределение зарядов, т. е. поляризацию. Поляризованное стекло уже не является электрически нейтральным, оно приобретает электрический момент. В результате поляризации, возможной в прокатных цехах ОАО "Северсталь", в диэлектрике возникает внутреннее электрическое поле, направленное противоположно внешнему полю, а это сильно влияет на надежность электрооборудования. Поляризация диэлектрика сопровождается потерями энергии в стекле, что приводит к разогреву стекла. Таким образом, при некоторых температурах, диэлектрическое стекло становится ненадежным, как изоляционный материал.
Диэлектрические потери зависят от теплового прошлого стекла. В области СВЧ наиболее слабо поглощают лишь чисто кварцевое и боросиликатное стекла. Дефекты в кристаллах, например в корунде, могут быть причиной релаксационных потерь, проявляющихся в диапазоне СВЧ при температурах, близких к комнатным.
Таким образом, диэлектрические потери в стекле являются главным образом потерями проводимости, которые вызываются сквозным движением ионов в стекле и зависят целиком от его электропроводности. Потери проводимости возрастают с повышением температуры, особенно резко при температурах 150-250° С. Для измерения диэлектрических потерь имеются специальные измерительные приборы.
3.2 Виды пробоев в стёклах при электрических и тепловых процессах
Диэлектрические потери вызывают дополнительный нагрев стекла, снижение его электрического сопротивления и, следовательно, повышение вероятности теплового и электрического пробоя, а также размягчения и деформации стеклодетали.
Пробой стекол вызывается электрическими и тепловыми процессами, возникающими в стекле под действием электрического поля. При постоянном напряжении электрическая прочность стекла весьма велика и достигает 500 МВ/м. В постоянном электрическом поле при комнатной температуре пробивная напряженность стекол колеблется в пределах 20...30 кВ/мм и значительно снижается с повышением температуры (особенно выше 150 - 200°С), а также с увеличением времени нарастания напряжения [4]. В переменном электрическом поле электрическая прочность стекол 17...80 МВ/м. Электрический пробой - это процесс, в результате которого диэлектрик разрушается силами, действующими в электрическом поле на электрические заряды его атомов, ионов или молекул. Он вызывается ударной ионизацией электронами. Электрический пробой наблюдается преимущественно при малой толщине стекол и кратковременных нагрузках, такие явления распространены в системах автоматике на крупных предприятиях Вологодской области. Тепловой пробой возникает, когда нарушается равновесие между теплотой, выделяющейся в диэлектрике, и теплотой, которая отводится в окружающую среду. Поэтому, при эксплуатации изделий из электротехнического стекла важно контролировать их внешнюю чистоту с учетом экологического состояния на территории Вологодской области. Тепловой пробой характерен также для толстостенных изделий в условиях плохого отвода теплоты и длительности времени подачи напряжения. В переменном электрическом поле напряжение пробоя в 5 раз меньше, чем в постоянном [ 4]. 4.Заключение. Предложения по проекту
Выполняя теоретическое исследование по теме "Исследование свойств электротехнического стекла для рационального применения его в электрооборудовании на территории Вологодской области" была произведена работа по подбору технической информации и с её последующим анализом. Данное исследование имеет практическое значение и направлено на повышение надежности электрооборудования предприятий области.
Сегодня производство и применение стеклянных изоляторов в электроустановках высокого напряжения и на линиях остаётся на высоком уровне. И, говоря о социальной оценке исследования, важно отметить, что современные стеклянные высоковольтные изоляторы, применяемые на воздушных линиях электропередач и в аппаратах открытых распределительных устройств, без значительной потери своих эксплуатационных свойств и без заметного старения могут выдерживать, как факторы окружающей среды характерные для Вологодской области , так и внутренней, что важно учитывать при различных режимах работы областных предприятий энергоснабжения. Электротехническое стекло в качестве материала для изоляторов имеет некоторые преимущества перед фарфором. В частности у него более стабильная сырьевая база, проще технология, допускающая большую автоматизацию, возможность визуального контроля неисправных изоляторов. Дело в том, что при пробое изолятора в гирлянде, его диэлектрическая "юбка" разрушается и падает на землю в случае выполнения юбки из стекла, тогда как при пробое фарфорового изолятора юбка остается целой. Поэтому неисправные стеклянные изоляторы видны невооруженным глазом, тогда как диагностика вышедших из строя фарфоровых изоляторов возможна только с помощью специальных приборов, например приборов ночного видения "Филин". Таким образом, при применении электротехнического стекла в качестве изоляторов на территории Вологодской области, повреждения можно обнаружить не используя специальные приборы.
В результате теоретического исследования по теме "Исследование свойств электротехнического стекла для применения его в электрооборудовании на территории Вологодской области" были разработаны следующие рекомендации, которые носят практический характер:
1. Повысить механическую прочность электротехнического стекла для применения его в электрооборудовании на территории Вологодской области можно с помощью химического травления, в результате которого удаляются поверхностные дефекты, влияющие на уровень механической прочности изделий из стекла.
2. При эксплуатации электротехнического стекла в качестве диэлектрика в электрооборудовании на территории Вологодской области необходимо учитывать, что при очень низких температурах (до - 70 С) диэлектрическое стекло становится менее ненадежным, как изоляционный материал.
3. С повышением температуры до +200 С диэлектрические потери в электротехническом стекле интенсивно увеличиваются и, как следствие, диэлектрик разогревается, происходит снижение его электрического сопротивления и повышение вероятности теплового и электрического пробоя, размягчения и деформации стеклодетали. Поэтому, необходимо контролировать температурные режимы в электрооборудовании, а в случае необходимости предусмотреть теплоотводы в таких изделиях, с целью повышения надежности в автоматизированных установках (ОАО "Северсталь").
4. Электротехническое стекло в качестве материала для изоляторов имеет некоторые преимущества перед фарфором. В частности у него более стабильная сырьевая база, проще технология, допускающая большую автоматизацию, возможность визуального контроля неисправных изоляторов. Можно рекомендовать энергоснабжающим предприятиям Вологодской области перейти на стеклянные изоляторы. 5. Рекомендовать предприятиям Вологодской области учитывать вид напряжения при установке осветительных приборов. При постоянном напряжении электрическая прочность стекла весьма велика и достигает 500 МВ/м, при комнатной температуре пробивная напряженность стекол колеблется в пределах 20 -30 кВ/мм и значительно снижается с повышением температуры (особенно выше 150 - 200°С), а также с увеличением времени нарастания напряжения.
6. Рекомендовать химическим и молочным лабораториям при предприятиях области активнее применять кварцевое стекло, так как оно является кислотоупорным материалов, заменяет дорогую платиновую посуду для лабораторного оборудования и громоздкие, хрупкие керамические изделия в области химической промышленности (ОАО "Череповецкий Азот", ОАО "Аммофос").
Гипотеза исследования: Если рационально эксплуатировать изделия из электротехнического стекла в качестве диэлектриков, то это поможет увеличить срок службы и снизить стоимость электрического оборудования, эксплуатируемого на территории Вологодской области, подтверждена частично, так как электротехническое стекло в качестве диэлектрического материала имеет ограничения по температуре эксплуатации, что важно учитывать на металлургических предприятиях.
Таким образом, выполняя теоретическое исследование по теме "Исследование свойств электротехнического стекла для рационального применения его в электрооборудовании на территории Вологодской области" были исследованы и описаны характеристики и диэлектрические свойства электротехнического стекла, проанализированы технические характеристики стекла для применения их в электрическом оборудовании, показано значение электротехнического стекла в электрооборудовании, эксплуатируемого на территории Вологодской области и разработаны практические рекомендации с указанием предприятий по оптимальной эксплуатации изделий из электротехнического стекла. Выполнена социальная оценка исследования по теме. Задачи исследования выполнены частично.
5 Список литературы
1. Богородицкий Н.П. и др. Электротехнические материалы: Учебник для электротехн. и энерг. спец. вузов / Н.П.Богородицкий, В.В.Пасынков, Б.М.Тареев. - 7-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 304 с.
2. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т.1/ Под ред Ю.В.Корицкого и др.- 3-е изд., перераб. - М,: Энергоатомиздат, 1986. - 368 с.
3. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Учеб. для вузов. В 2 т. / А.В.Шишкин, В.С.Чередниченко, А.Н.Черепанов, В.В.Марусин; под ред. В.С.Чередниченко. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - Т.1. Элементы теоретических основ материаловедения и технологии получения материалов. - 448 с. - (Серия "Учебники НГТУ"). 4.Электротехнический справочник в 4 т. Т.1. Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. - 9-е изд. Стер. - М.: Издательство МЭИ, 2003. -440 с.5. Справочник по производству стекла, под ред. И. И. Китайгородского и С. И. Сильвестровича, т. 1, М., 1963
6
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа