Диссертация (792576), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

По классификации М. М. Михайловаматериалы такого типа можно отнести к материалам, для которых характернанеактивированная сорбция в процессе термовлагостарения.Эластомеры – в основном коллоидные тела (или квазикапиллярнопористые), для которых характерна физико-химическая осмотическая связьвлаги с материалом. Эластомеры также следует отнести к материалам, длякоторых характерна осмотическая сорбция, не подчиняющаяся закону Генри.Знание форм и видов связи влаги с электрической изоляцией помогаетобъяснять многие явления, связанные с увлажнением электроизоляционныхматериаловИзоляционные конструкции ТЭМ представляют собой капиллярнопористые системы, реагирующие на малейшие изменения влажности итемпературы окружающей их среды. Воздействие данных изменений можнооценить в зависимости от уровня и времени приложенной нагрузки.Исследования тепло – влагопереноса различных тел широко освещены вбольшом количестве трудов [55, 64, 77, 78, 79, 82, 106 - 116].

По результатам99многочисленных исследований установлено, что в состоянии равновесиятемпература тела приблизительно равна температуре воздуха, а давление параводы в материале равно давлению водяного пара в воздухе. Данное явлениеназывают равновесным удельным влагосодержанием или равновеснойвлажностью. При этом равновесная влажность изоляции зависит от методадостижении равновесия, а также температуры и влажности окружающеговоздуха, что достигается путем десорбции или сушки в случаях отдачи влагииз изоляции, и путем сорбции или увлажнения при ее поглощении.

Отмечено,что капиллярно-пористая структура обмоток изоляции ТЭМ может собирать вбольшом количестве водяной пар, находящийся в окружающем воздухе.В изоляционные конструкций входят различные растворимые в водевещества, что приводит к снижению парциального давления водяного пара надраствором. Это приводит к изменению сорбционной способности изоляции.

Вмомент применения токовой сушки внутри изоляции возникает градиентдавления влажного воздуха. Это вызывает возникновение дополнительногопереноса влаги и тепла ввиду гидродинамического движения пара и жидкости.В большинстве случаев при этом резко увеличиваются микротрещины и порына поверхности изоляции, через систему эффузивного натекания воздуха.Влагоперенос в изоляции обмоток тяговых электрических машинописывается системой дифференциальных уравнений, представленной ниже:u K11 *  2u  K12 *  2T  K13 *  2 P  К14 *  2V ;T K 21 *  2u  K 22 *  2T  K 23 * 2 P  К 24 *  2V ;P K31 *  2u  K32 *  2T  K33 *  2 P  К34 *  2V ;V K 41 *  2 u  K 42 *  2Т  K 43 *  2 P  K 44 *  2V ,где коэффициентыK ij * (ij  1,2,3)равны:K11  am ; K12  (amT 1  amT 2 ); K13 kp0;(3.37)100K 21 a * r *  * * pam * r * a * r * * ; K 22  a  m; K 23  m;cccK31  am * a * *a * *; K 32   m; K33  a p  mcpcpcpK14  K 24  K34  K 44 где(3.38)конразн(VТ.нач Vразн)am - коэффициент диффузии влаги;amT- коэффициент термодиффузии влаги;kp- согласно уравнения: j p  k p * P коэффициент фильтрационногопереноса влаги;- согласно уравнения  p  k p / am * 0 относительный коэффициентpфильтрационного потока влаги;ap -согласноуравненияap kpc p * 0коэффициентконвективнойфильтрационной диффузии;cp- согласно уравненияc p * dp  d (u1  u4 )коэффициент емкости влажноговоздуха в пористом теле.Уравнениесоставляющих:u K11 *  2u  K12 *  2T  K13 *  2 Pсостоит из следующихu- локальное изменение переноса влаги в изоляции обмотокТЭМ во времени; u – степень увлажнения изоляции ТЭМ; Т – температураувлажненной изоляции ТЭМ; Р – давление окружающего воздуха; 2 - коэффициент, зависящий от геометрических размеров изоляционныхконструкции; K11  am - коэффициент диффузии влаги (am  amкка  amk ;TTamT  amкка amk); - относительныйamT  кап * amкка   k * amk.amamкка  amkкоэффициенттермодиффузии101Коэффициенты am и  являются определяющими по влагосодержаниюи температуре в переувлажненной изоляции электрических машин.В зависимости от влагопереноса (перенос влаги или жидкости)определяется характер изменения коэффициента am .

При повышении классанагревостойкости изоляции ТЭМ данный коэффициент в значительнойстепени повышается, а при большом количестве накопленной влагистановится постоянным.Коэффициент диффузии достаточно точно описываются эмпирическойформулойamo A *  o *U  1,am(3.39)где коэффициенты amo , А - являются постоянными и определяются опытнымпутем.Изменение коэффициента a mo определяется согласно формулы:amoT n()aOO * B 1000(3.40)где aoo - имеет неизменное значение.В соответствии с эмпирической формулой диффузииam аmo.1  A *  o *U(3.41)Объединив ее с формулой определения коэффициента a mo получаемam аоo * ВТ n*() .1 - A * o *U 1000(3.42)При условии, что коэффициент K12  am   , то:атТK12  am * атТ .ат(3.43)Коэффициент термодиффузии влаги определяется уравнениемamTjdU.am am *  о * t dt(3.44)102При гигротермическом равновесии коэффициент термодиффузии влагиравен термоградиентному коэффициенту, что характеризуется отсутствиемвлагообмена (j=0), dU  р.dt(3.45)Увеличение темоградиентного коэффициента изоляции происходит додостижения определенного максимального значения.

Характер изменениякоэффициента  р зависит от структуры изоляции, а также распределениякапиллярной влаги. При этом наличие газовых включений в изоляцииприводит к ее неоднородному нагреву.Определениекоэффициентарпроизводитсяпоформуле,представленной нижер 3Т к * о1 * (U макс  U ) d*,2Т о (1  U макс ) * (1  U ) dT(3.46)где Тк – максимально допустимая температура влаги в структуре изоляции;σ – коэффициент поверхностного растекания влаги при температуре То;Uмакс – максимальное количество накопленной в изоляции влаги.Коэффициент K12 определяется по формулеK12  am *  р  ат * Ст *Т ,(3.47)где Ст –удельная влагоемкость изоляции;θТ – изменение влагопереноса в зависимости от температуры изоляции.Врезультатенагреваниявлагивотдельновзятыхслояхпереувлажненной изоляции возникает парообразование и как следствиеизбыточное давление в ее структуре.

Ввиду вышесказанного определениекоэффициента K13 выводится из формулыK13 kp0,(3.48)103гдеkp- коэффициент фильтрационного переноса влаги, определяемый из-заизбыточного давления в структуре изоляции по формулеkp jр.(3.49)Сушка изоляции нагретым воздухом производится при температуре tс неменее 100 0С.

При этом коэффициентkpхарактеризуется молярнымпереносом водяного пара под действием градиента давления в изоляции.В результате итоговое уравнение для определения тепло- влагопереносаопределяется по уравнению U  23 aт 2 * ( U   Т ).rj(3.50)При использовании дифференциального оператора Лапласа длягеометрических размеров изоляции уравнение принимает вид 2 * ( Px//  Py//  Pz// )U(x, y, z) aт * (U x//  U y//  U z// )  aт *  * (Tx//  Ty//  Tz// ) .j(3.51)При этом потребное количество тепла, необходимое для испарениявлаги определяется по формулеr mвU r * mo *,(3.52)где r - удельная теплоотдача, необходимая для испарения влаги, равная суммеудельной теплоты испарения жидкости и теплоты процесса увлажнения(r = rж + rс).Удельное значение теплоты при парообразовании определяется спомощью критерия Ребиндера, который зависит от удельной теплотыиспарения влаги и удельной теплоемкости влажного тела.Критерий превращения жидкости в пар описывается формулойdiu.du(3.53)Тогда влияние влагосодержания на удельную теплоемкость твердоготела с определенной погрешностью можно описать функцией104с  с0  св * u .(3.54)В уравненииP K31 * 2u  K32 * 2T  K33 * 2 P,K31  гдеam * ;cpK 32  am *  * ;cpK33  a p (3.55)am *  * ,cpкоэффициентыопределяются следующими уравнениями:ср - коэффициент теплопроводности влажного пористого телаcp d u 1  u 2 ;dp(3.56)ар - коэффициент конвективной диффузииap kpc p  0(3.57).В результате сопряженная система линейных уравнений, основанная натеориидиффузионно-фильтрационоговлагопереносавувлажненнойизоляции ТЭМ, имеет следующий вид: 2 ( Px//  Py//  Pz// ) U (x, y, z) aт ((U x//  U y//  U z// )   (Tx//  Ty//  Tz// )) jU x//  U y//  U z//Px//  Py//  Pz// a C  aт   (Tx//  Ty//  Tz// ) Т (x, y, z) aт  ( r  р Er); (3.58)CCCaт * (Tx//  Ty//  Tz// ) V (x, y, z) aт (U x//  U y//  U z// )   * ( Px//  Py//  Pz// ) ;Cp//////U x//  U y//  U z//  (Tx//  Ty//  Tz// ) P (x, y, z) a р C p  aт   р ( Px  Py  Pz ) aт  ().CpCpCpВышеуказанной системой уравнений можно оценить нагрев иохлаждение изоляции ТЭМ, а также процессы сорбции и десорбции в процессеэксплуатации электрических машин.

Изменение объема V обмоток ТЭМ втечение времени  происходит под действием трех сил: изменениятемпературы t; влагосодержания U; давления Рт. В результате действия этихсил происходит постоянное увеличение или уменьшение объема изоляции105ТЭМ, вследствие которого происходит обильное образование микротрещин имикропустот в изоляции.Физико-механическая связь, обусловленная увлажнением изоляции,приводит к резкому снижению ее диэлектрических свойств в виду образованияна поверхности изоляции микро- и макро-капилляров, которые впоследствииприводят к ее пробою. При этом электрический пробой обычно происходитпри весьма высоких напряженностях электрического поля (106 В/см) припоявлении в диэлектрике дополнительной электронной электропроводности.Приопределениипредпробивногосостоянияизоляциимеханизмэлектрического пробоя увязывают именно с электронными процессами.Обычно пробой изоляции можно представить в две стадии – первая этонарушение электрической прочности изоляции, вторая – необратимоеразрушение диэлектрика.

При этом для второй стадии пробоя, характерновозникновение тепловых процессов, с нагреванием влаги в канале, которыйобразовался в результате воздействия первой стадии. Отмечается, чтотепловое разрушение изоляции при ее электрическом пробое обычно являетсяне причиной отказа, а его следствием. Ввиду вышесказанного крайненеобходимо уравнение кинетики изменения объема обмоток ТЭМ сминимальным количеством констант, а также возможностью его решениятеоретическим и экспериментальным путем [80].По результатам анализа кривых роста и скорости роста объема изоляцииТЭМ в процессах тепло- влагопереноса отмечено, что кривые роста объемаизоляции обмоток ТЭМ, как и кривые сорбции и десорбции имеют схожий Sобразный вид. Построение вышеуказанных является наиболее простым иудобным способом анализа кинетики данного процесса.

Характеристики

Список файлов диссертации