Электрлік өрістегі диэлектриктің ішіндегі физикалық процестер
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.
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.
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 (Iығ), активті (Iа абс) және реактивті (Iр абс) абсорбция токтары өтеді, олар айтарлықтай диэлектрлік шығындарын шығармайды, сондықтан диэлектриктің қызуына әкелмейді. Күшті өрістерге тесіп өтер алдындағы өрістер жатады. Диэлектриктің бойымен беттік ток (Is) және көлемдік токтар (Iv) 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 (ρs) және меншікті көлемдік (ρv)кедергілер. Диэлектрик бойынша тесіп өтетін тоқтардың шамасы тым үлкен болса диэлектрикті тесіп өтуге алып келеді (Uпр, Епр), 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.