1 Типичные повреждения полимерных изоляторов
Диагностика   любого   оборудования   должна   начинаться   с   анализа
особенностей его конструкции и выявления слабых мест. Слабыми местами
конструкции   полимерных   изоляторов   являются   герметичность   защитной
оболочки в месте ее сопряжения с металлической арматурой и граница раздела
между   оболочкой   и   стеклопластиковым   стержнем.   Согласно   опыту
эксплуатации, большинство повреждений и отказов полимерных изоляторов,
так или иначе,  связаны с нарушением герметичности защитной оболочки и
проникновением влаги в изолятор.
Можно   выделить   три   характерных   вида   повреждения   полимерных
изоляторов, которые наблюдаются в эксплуатации (рис. 1-3).
Первый вид повреждения – это образование трека на поверхности защитной
оболочки   и,   как   следствие,   эрозия   оболочки.  Данное   повреждение  может
возникать при эксплуатации изоляторов в районах с сильными загрязнениями,
из-за воздействия поверхностных разрядов и частичных дужек в условиях
увлажнения изоляторов.  В районах с умеренными загрязнениями за период
1эксплуатации   более   20   лет   подобные   повреждения   изоляторов   с
кремнийорганической защитной оболочкой не наблюдались.
Рисунок 1 – Трек, эрозия защитной оболочки изолятора.
Рисунок 2 – Образование дендритов, треков на границе раздела,
внутренняя эрозия защитной оболочки.

Рисунок 3 – Хрупкий излом изолятора.
Второй вид повреждения – это образование дендритов в стеклопластиковом
стержне и треков на границе раздела «стержень - оболочка».  Зачастую это
сопровождается внутренней эрозией защитной оболочки вплоть до образования
сквозных отверстий. Данное повреждение связано с проникновением влаги в
2изолятор.   Первопричиной   повреждения   чаще   всего   является   дефект
конструкции   изолятора,   а   именно:   недостаточная   герметичность   границы
раздела   между   оболочкой   и   металлической   арматурой   и   плохая   адгезия
оболочки   к   стеклопластиковому   стержню.   Кроме   того,   нарушение
герметичности может быть связано с повреждением (разрывами) оболочки при
транспортировании изоляторов или монтаже.
По опыту эксплуатации данный вид повреждения полимерных изоляторов
является наиболее распространенным.
Третий вид повреждения  – это так называемый «хрупкий излом».  Как
предполагается,   «хрупкий   излом»   возникает   в   результате   разрушения
стекловолокон под  действием  кислот,   которые  образуются  при частичных
разрядах в изоляторе в присутствии влаги. Развитие данного повреждения, как
и   в   предыдущем   случае,   связано   с   нарушением   герметичности   и
проникновением влаги в изолятор.
По опыту эксплуатации полимерных изоляторов в России известны только
единичные случаи отказов изоляторов по причине «хрупкого излома».
С   точки   зрения   диагностики   полимерных   изоляторов   в   эксплуатации
наибольший   интерес   представляют   дефекты   изоляторов,   связанные   с
нарушением   герметичности   и   проникновением   влаги   в   изолятор.  Данные
дефекты изоляторов рассматриваются ниже.

test

Теоретические материалы к оформлению патента о спиральном зажиме для композитного сердечника

Для оценки несущей способности спирального зажима и оценок его конструктивных параметров используется теория энергетического осреднения, развитая в работах [1-5], в соответствии с которой проволочный повив (проволочный слой) сводится к некоторой эквивалентной по упругим свойствам анизотропной оболочке. Спиральная конструкция, состоящая из нескольких повивов (провод ВЛ, спиральный зажим) при таком способе рассматривается как система вложенных друг в друга оболочек, взаимодействующих между собой с учётом сил трения по модели Кулона. Отличительной чертой предлагаемого подхода является простота формулировки, наглядность, возможность получения явных формул и эффективных в вычислительном плане алгоритмов.
Считается, что зажим длиной   образован   спиральными проволоками с диаметром   и углом наклона  , отсчитываемым от поперечного сечения зажима (перпендикулярного оси зажима или сердечника). Радиус зажима  , где   – радиус сердечника. Разность радиусов спирального зажима в свободном состоянии и смонтированном на сердечнике называется натягом и обозначается  . Коэффициент трения зажима о поверхность сердечника обозначается  .
Для расчета распределения усилия натяжения   вдоль длины зажима по оси   используется уравнение
,                                                                                          (1)
где  ,   с коэффициентами

Здесь  ,  ,   – жесткости на изгиб, кручение и растяжение проволочной спирали соответственно; параметр  .
Суммарная растягивающая сила, действующая на зажим в поперечном  сечении с координатой   равна  .
Осредненное давление зажима на сердечник определяется формулой:
.                                                                                            (2)
Если спирали навиты с постоянным шагом то решение (1) дается формулой
     ,                                                                                (3)
где  , а   – значение усилия в краевом сечении сердечника; Суммарная растягивающая сила сердечника  .
Решение (2) имеет асимптотическую составляющую  . Характер его изменения показан на фиг. 1. Из него видно, что длина зажима, необходимая для того, чтобы он удерживал усилие  , должна быть не меньше  . Из решения (2) следует, что величина   равна
.                                                                                        (4)








Если шаг спиралей переменный, то уравнение (1) интегрируется численно с использованием стандартных алгоритмов.
Использование зажимок с переменным шагом позволяет более равномерно распределить усилия по длине зажима, уменьшить длину проволок зажима и снизить его вес.
Предлагается закон изменения угла наклона
,                                                                                             (5)
где значения параметров   и  варьируются в пределах:
.
Ниже дается пример расчета натяжного спирального зажима для композитного сердечника диаметром 6 мм.
Исходные данные для зажима: диаметр спиральной проволоки  ; число проволок в зажиме  ; начальный угол наклона проволочных спиралей относительно поперечного сечения спирального зажима или сердечника   (  от оси зажима); модуль упругости материала проволоки  ; коэффициент Пуассона  ; натяг  ; коэффициент трения  ; предельно допустимая нагрузка на зажим  .
Угол наклона спиралей относительно поперечного сечения зажима изменялся по закону (5) с параметрами:  ,  .
Результаты решения уравнений (1) и (2) с учётом зависимости (5), показаны на фиг. 2-3.  Для сравнения на графиках тонкими линиями показаны распределения растягивающей силы и давления для случая зажима с постоянным шагом скрутки. Для этого случая был подобран угол наклона спиралей   (  относительно оси зажима), обеспечивающий ту же минимально допустимую длину зажима (525 мм). На фиг. 4 показан закон изменения угла наклона проволочных спиралей относительно оси зажима или сердечника.










































Формула (2) определяет давление  , с которым некоторая гипотетическая оболочка воздействует на сердечник. Давление  , с которым каждая проволока повива действует на композитный сердечник, значительно больше. Для его определения выделим из повива двумя поперечными сечениями элемент длиной  . Суммарная сила давления оболочки на сердечник  , где D – диаметр композитного сердечника. Суммарная сила давления от n проволок в элементе должна быть равна силе  . Тогда имеем:
,                                                                                  (6)
где   – длина проволоки в элементе, b – ширина области контакта проволоки с композитным сердечником. Используя связь   из (6) получаем закон распределения давления между проволокой и сердечником:
Из (6) находим искомое давление
.                                                                                   (7)
На фиг. 5 представлены распределения давлений   между проволоками зажима и сердечником. Различные кривые отвечают различным значениям ширины области контакта b (указаны рядом с соответствующими кривыми).
На фиг. 6 показана зависимость максимального давления   в зависимости от ширины области контакта b.





















Литература
1.    Данилин А.Н., Рыжов С.В., Цветков Ю.Л., Шалашилин В.И. О работе спирального зажима совместно с проводом воздушной линии электропередачи. Механика композиционных материалов и конструкций. Т. 12. № 1. Январь-март 2006 г. С. 44-52.
2.    Данилин А.Н., Рыжов С.В., Цветков Ю.Л., Шалашилин В.И. Модель деформирования многослойных проволочных конструкций, подобных проводам воздушных линий электропередачи.  Современные проблемы механики гетерогенных сред. Сборник трудов Конференции к 15-летию основания ИПРИМ РАН. Т. III. М. 2005 г. С. 318-335.
    3.    Danilin A.N., Shalashilin V.I., Volkov-Bogorodskiy D.B. Model of overhead line conductor with interaction of layers. Proceedings of Sixth International Symposium on Cable Dynamics. Charleston, South Carolina (U.S.A.). September 19-22, 2005. P. 371-377
4.    Данилин А.Н., Рыжов С.В., Цветков Ю.Л., Шалашилин В.И. Модель провода воздушной линии электропередачи. Материалы XI Международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред». Ярополец, 14-18 февраля 2005 г. Избранные доклады. Т. 2 - М.: Изд-во МАИ. 2006 г. С. 64-73.
    5.    Данилин А.Н., Рыжов С.В., Цветков Ю.Л., Шалашилин В.И. Расчет параметров зажима спирального типа для соединения проводов и тросов воздушных линий электропередачи. Материалы XII Международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред». Ярополец, 13-17 февраля 2006 г. Избранные доклады. - М.: Изд-во МАИ. 2006 г. С.71-81.

test