Вибро-акустический метод контроля механического состояния опорно-стержневых изоляторов фарфоровых (МИК-1)

Мобильный индикаторный комплекс МИК-1, включая программное обеспечение «LogoTransfer 1.0», «LogoWork 1.0.», «Изолятор», передан ЗАО НПО «Логотех» на кафедру «Электрические станции и электроэнергетические системы» СибирскогоФедерального Университета для ознакомления с прибором и анализа выдаваемых им результатов.

Электротехнический фарфор является композиционным материалом, состоящим в основном из кварцевых частиц, распределенных в стеклообразной матрице [13-15]. В процессе изготовления изолятора эти частицы подвергаются воздействию значительных растягивающих напряжений, возникающих при охлаждении фарфора после обжига из-за разных коэффициентов линейного расширения двух материалов. При действии этих напряжений могут зарождаться микротрещины в кварцевых частицах, стеклообразной матрице и на их границах. Этот процесс, в некоторой степени, характерен даже для доброкачественных изделий.

Надежность изолятора определяется, в первую очередь, качеством его фарфорового тела. При этом:

а) дефекты даже очень малых размеров (например, поверхностная трещина глубиной всего 0,1мм, расположенная у нижнего фланца изолятора) способны привести к разрушению изолятора

б) длительность развития трещины от ее зарождения до излома фарфора трудно прогнозировать (от секунд до нескольких лет);

в) визуально обнаружить внутренние трещины фарфора, а также трещины, расположенные под фланцем изолятора, невозможно, и поверхностные трещины - очень трудно.

Воздействие на изолятор внешней силы приводит к появлению в нем дополнительных напряжений, разрушению новых частиц и скачкообразному росту микротрещин.

Для фарфора, как и для любого другого материала, существует предел напряжения, превышение которого приводит к разрушению конструкции (временное сопротивление). Сила, соответствующая временному сопротивлению является предельной нагрузкой.

Предельная нагрузка при изгибе стержня с жестким креплением одной

стороны (заделка) и силой приложенной с другой стороны описывается выражением:

(1)

где: Р-предельная нагрузка (сила);

σ-напряжение (в данном случае временное сопротивление);

L-длина стержня (изолятора);

г-радиус опасного сечения изолятора;

I-статический момент инерции опасного сечения изолятора. Частоты собственных колебаний стержня с жестким креплением одной стороны (заделка) и свободным с другой стороны определяются выражением:

(2)

где: ω - частота собственных колебаний стержня (изолятора);

k - корень уравнении Крылова;

L-длина стержня;

Е-модуль упругости материала;

I- статический момент инерции опасного сечения стержня;

µ - масса единицы длины стержня;

i - собственная форма колебаний стержня (i=1,2,...).

В качестве отправнoй точки используется предельная нагрузка (несущая способность), тогда степень развития дефекта изолятора представляется в форме отношения предельной нагрузки поврежденного изолятора к предельной нагрузке неповрежденного изолятора:

(3)

где: -предельная нагрузка неповрежденного изолятора;

-предельная нагрузка поврежденного изолятора;

-статический момент инерции опасного сечения неповрежденного

изолятора;

- статический момент инерции опасного сечения поврежденного

изолятора;

- частота собственных колебаний неповрежденного изолятора;

- частота собственных колебаний поврежденного изолятора;

-собственная форма колебаний изолятора (i=1,2,...).

Соотношение (3) справедливо также для продольных и крутильных нагрузок:

(4)

где: - площадь опасного сечения неповрежденного изолятора (продольные

колебания);

- площадь опасного речения поврежденного изолятора (продольные

колебания);

- полярный момент инерции опасного сечения неповрежденного

изолятора (крутильные колебания);

- полярный момент, инерции опасного сечения поврежденного

изолятора(крутильные колебания).

Из соотношения (4) видно, что дефект можно обнаружить при любой форме колебаний изолятора. Вышеизложенное позволяет использовать вибро-акустический метод для определения механического состояния опорно-стержневых фарфоровых изоляторов. Для контроля механического состояния опорно-стержневого изолятора достаточно отследить изменение его собственных частот во времени.