CC BY
25
Библиографический список
1. Профос П, Регулирование паросиловых установок - М.: Энергия, 1967. - 368 с,
Г.К.Новиков, А.С.Жданов
Полярные (С-Н) связи и электретный эффект в полиэтилене
Ш! Энергетика
Все полимерные твердые диэлектрики под действием электрического поля способны переходить в электретное состояние, что чаще всего связывают с их дефектностью [1-8]. До настоящего времени не существует общепринятых представлений о физической природе центров захвата носителей заряда, которые определяют электретную поляризацию полиэтилена (ПЭ).
Настоящая работа посвящена исследованию элек-третного эффекта и электрической релаксации в сшитом и несшитом ПЭ при разных условиях поляризации. В испытаниях использовались ПЭ пленка толщиной 120 мкм (производитель - з-д полимеров, АНХК), содержащая 2% перекиси дикумила, и полиэтиленовая кабельная изоляция, изготовленная из силанольно сшивающегося ПЭ фирмы Вогеа^.
Поляризация ПЭ изоляции осуществлялась в отрицательном коронном разряде, определялись значения электретной разности потенциалов \/э при разных значениях поляризующего напряжения \/п, значения времени релаксации электретной разности потенциалов т и спектры токов термостимулированной деполяризации ТСД. Электретная разность потенциалов измерялась методом компенсации с вибрирующим электродом [1-3]. Спектры токов ТСД измерялись с блокированными измерительными электродами при скорости линейного нагрева 1 К/ мин [4,5].
Поляризация ПЭ осуществлялась в воздушной и в
масляной среде. Образцы ПЭ поляризовались в поле коронного разряда при поляризующих напряжениях 5, 10, 15 и 20 кВ. Пленочные образцы закреплялись в алюминиевые кольца на поверхности вращающегося диска, отрезки кабеля устанавливались в держатели и могли вращаться вокруг токопроводящей жилы.
Обобщенная схема измерения электретной разности потенциалов - \/э и спектров токов термостимулированной деполяризации сшитого и несшитого кабельного полиэтилена представлена на рис. 1. Исследуемые образцы в виде отрезков кабеля одинаковой длины закрепляются на поверхности металлического вращающегося диска в специальные крепления, имеющие строго калиброванные одинаковые отверстия. Таких креплений может быть несколько, в зависимости от количества одновременно исследуемых образцов кабеля. Поляризация кабельной изоляции осуществляется в процессе движения кабелей в поле коронного разряда. На коронирующий электрод подается отрицательное высокое напряжение. В процессе поляризации кабеля носители заряда из коронного разряда инжектируются на ловушки в тонкий приповерхностный слой материала. Величина накапливаемого абсорбционного заряда при этом определяется согласно [4] концентрацией центров захвата и глубиной проникновения носителей.
Рассмотрим предлагаемую индукционную модель формирования импульсного сигнала.
Рис.1. Схема измерения электретной разности потенциалов
В силу принципа электростатической индукции электронным осциллографом-1 измеряется напряжение на измерительном электроде, которое возникает за счет индукционного тока, протекающего через измерительный конденсатор, Величина этого напряжения зависит от напряженности поля вблизи поверхности измерительного электрода Еь диэлектрической проницаемости вмещающей среды еь скорости изменения площади перекрытия поверхности образца с поверхностью измерительного электрода 5, скорости изменения напряженности электрического поля с!Ех/сй вблизи поверхности измерительного электрода, а также от толщины слоя диэлектрика Ь2 и расстояния между поверхностями диэлектрика и измерительного электрода Ьь
У=Ке0е,с1(Е,8)/£к > (1)
У=Ке0Е1$6Е1/&+£0г1Е1<№&. (2)
Слагаемые с сШх/сй и dS/dí имеют максимальные значения только при возникновении и исчезновении перекрытия между поверхностями измерительного электрода и исследуемого диэлектрика,
Для решения уравнения (2) используются следующие граничные условия:
а=бо(£1Е1-в2Е2); Е1Ь1+Е2Ь2=:0. Величина напряженности поля Е1 выражается через поверхностную плотность абсорбционного заряда - а,
Е1=аЬ2/ е0(£ 1 Ь2+£гЬ |). (3)
Из (1) и (2) следует выражение для напряжения V на входе осциллографа:
У=Ка81Ь2/8^1(а8М1). (4)
Выражение (4) получено в предположении, что Е^егЬьЭто условие, как правило, всегда выполняется при измерениях, поскольку расстояние до измерительного электрода Их всегда выбирается значительно больше толщины изоляции Ь2:
Иг«!^. (5)
Из (4) видно, что амплитуда импульсного напряжения на экране электроннолучевого осциллографа является величиной пропорциональной плотности заряда на поверхности кабельной изоляции, т.е. пропорциональной электретной разности потенциалов - Уэ,
Если на поверхности вращающегося диска закре-
©
пить два образца кабеля, имеющего одинаковые геометрические размеры (например, одинаковые куски самонесущего провода СИП-1 и СИП-2, имеющего изоляцию из сшитого и несшитого полиэтилена), то по величине напряжения, измеряемого с помощью электроннолучевого осциллографа, можно проконтролировать концентрацию центров захвата в полиэтиленовой изоляции и таким образом оценить степень сшивки кабельного полиэтилена,
Из экспериментальных измерений материала следует заключение о том,что полярные С-Н связи в полиэтилене могут выступать в качестве электрически активных центров захвата электронов и определяют элек-третную поляризацию полиэтилена. Связи С-С являются неполярными и по этой причине не могут захватывать свободные носители электрического заряда.
Величина электретной разности потенциалов \/э для заполяризованного в коронном разряде образца полиэтиленовой изоляции определяется концентрацией центров захвата N. глубиной проникновения заряженных частиц из коронного разряда 5, толщиной поляризуемой изоляции Ь и может быть представлена выражением (1):
Уэ = АИдк , (6)
где А - геометрический фактор - (поляризация-измерение), зависящий от межэлектродных расстояний (рис.1),
Из уравнения (6) следует, что при постоянных значениях геометрического фактора А, толщины изоляции И, глубины проникновения 5 (зависит от поляризующего напряжения Уп) величина электретной разности потенциалов Уэ зависит только от концентрации центров захвата N.
Уравнение (6) накладывает определенные ограничения на геометрические размеры поляризуемого диэлектрика и напряжение поляризации \/п. В частности, толщина исследуемого материала согласно [4] должна быть такой, чтобы в условиях поляризации не происходил пробой исследуемого диэлектрического материала, Исследуемые образцы должны иметь достаточную толщину, чтобы не пробиваться в поле накопленного абсорбционного заряда. Поляризация также не должна вызывать электрические перекрытия по по-
н н
\ / V
с ч ( -1
/ \ / \
н н
©
Рис, 2. Схематическое представление центра захвата электронов в несшитом полиэтилене
Ш% Энергетика
Г
V
л
Уэ,кВ
3,0
1,5
У
п
10
20 УП5кВ
Рис. 3. Схематическое представление центров захвата электронов в сшитом полиэтилене
I 10"П,А
Рис. 4. Зависимости У0=1(УП) для изоляции ТПЖ самонесущего изолированного провода СИП-2 -(1) и СИП-1-(2) из сшитого и несшитого полиэтилена
300
350
400
450
Т,К
Рис. 5. Спектры токов ТСД кабельной ПЭ сшиваюшейся изоляции 1-до сшивки ; 2-1с=1 час; 3-^=4 час.
верхности образцов.
В качестве центров захвата носителей заряда в полиэтилене могут выступать боковые полярные группы С-Н полимерной макромолекулы (рис. 2, 3), концентрация которых зависит от степени сшивки ПЭ.
Результаты оценки влияния степени сшивки полиэтиленовой кабельной изоляции на поляризуемость ПЭ представлены на рис.4, 5. Видно, что амплитуда индуцированного напряжения ДУЭ для сшитой изоляции (провод СИП-2) оказывается примерно на 50 % меньше амплитуды индуцированного напряжения \/э от изоляции из несшитого полиэтилена (провод СИП-1),
Таким образом 50% от всех полярных С-Н связей ПЭ были заменены неполярными С-С связями в результате операции сшивания, что вызвало соответствующее уменьшение поляризации полиэтилена.
На рис. 5 представлены спектры токов ТСД кабельной ПЭ изоляции,
Видно, что с увеличением степени сшивки ПЭ закономерно уменьшается величина плотности накопленного абсорбционного заряда а. Форма спектров ТСД при этом практически не зависит от степени сшивки ПЭ. Этот результат свидетельствует о том, что в ре-
зультате сшивки в ПЭ не возникает центров захвата носителей заряда новой физической природы.
В работе были выполнены также измерения диэлектрической проницаемости е полиэтиленовой пленки из сшитого ПЭ, которые показали систематическое уменьшение величины е с увеличением степени сшивки, что хорошо соответствует представлениям релаксационной теории Дебаевской поляризации полярных элементов полимерной структуры.
Полученные экспериментальные результаты по исследованию влияния сшивки ПЭ на процессы электрет-ной поляризации свидетельствуют о том, что полярные С-Н связи в макромолекулах ПЭ являются центрами захвата носителей заряда и вместе с дефектами определяют существование электретного эффекта в ПЭ.
Библиографический список
2. Новиков Г.К., Смирнов А.И., Бардаков В.М. Способ измерения электрической прочности, времени релаксации и проводимости изоляции электрических проводов и кабелей. Патент РФ № 2915002, БИ № 35, 2002,
3, Борисова М.Э., Койков С,Н. Физика диэлектриков, - А: Изд-во Лэнингр, ун-та, 1979. - 240 с.
Энергетика
и-»__ _
4. Новиков Г.К., Новикова АН. Способ определения электрической прочности твердых диэлектриков, Патент РФ N9 2086995, БИ № 22, 1997.
5. Новиков Г,К., Койков С.Н., Борисова М.Э. Изучение спектров ТСД пленок полиэтилентерефталата, обрабоотанных в барьерном разряде. Электрическая релаксация и элек-третный эффект в тввердых диэлектриках. - Л; Изд-во ЛГПИ, 1979. - С. 43-46,
6. Койков С.Н., Борисова М.Э., Новиков Г.К. Ефремов Г,А. Исследование методом термодеполяризации радиационных изменений в полиэтилентерефталате II Высокомоле-
кулярные соединения. - 1979. - Т, 21 (Б), - № 5. - С, 334-338.
7. Новиков Г.К., Мецик М,С. Электретный эффект и электрическая релаксация в кристталлах слюды II Изв. вузов, Физиика, - 1991. - № 10, - С, 99-101.
8. Новиков Г.К., Мецик М,С. Электретный эффект в кристаллах слюды II Изв. АН СССР. Неорган, материалы. -1992, - Т. 28. - № 17. - С. 1472-1475.
9. Мецик М.С., Новиков Г.К. Электретный эффект в кристаллах слюды и слюдяных бумагах II Электричество, -1997. - № 3. - С. 43-48,
Г.Д.Крохин
Использование нечеткой информации для математических моделей диагностики функционирующих энергоустановок тепловых электростанций. 1. Формализмы
Введение
В реальных условиях оценивания эффективности энергоустановок ТЭС, выполняемой на основе диагностики их состояния, с целью определения готовности к работе, анализа дефектов и распознавания неисправностей, необходимо использовать и перерабатывать разнообразную информацию. Отдельная часть этой информации может быть очень низкого качества (с неопределенностью, размытостью, с пропусками), заданной неоднозначно, нечетко, неполно, а в пред- и в аварийных ситуациях получаемой только из суждений экспертов, Классификация исходной информации составлена автором работы и представлена на рис. 1, Неопределенность такой информации обусловлена существенными погрешностями измеренных значений параметров, ограниченностью объема наблюдений, неизбежными и значительными погрешностями оценок состояния, неполной адекватностью реальной системы и ее представления, погрешностями принятых решений и целей, свойствами используемой модели. При этом области получаемой неопределенности для разных параметров будут различными, а также зависеть от разных условий работы энергоустановки (рис. 2).
Количественная оценка неопределенности наступления событий, имеющих различную вероятность, которая обращается в нуль при действительном наступлении одного из событий, позволила, по мнению Шеннона К. [1], рассматривать его энтропию как «разумную» количественную меру возможности выбора или меру количества информации, являющейся не противоречивой ранее предложенной мере Хартли Р. [2]. Однако с самим термином «количество информации» связана некоторая неясность, т.к. в неявном виде предполагается, что если известно, что такое количе-
ство информации, то должно быть известно и что такое «информация».
В работах У.Р.Эшби, М.М.Бриллюэна, ААХаркевича, М.Мазура и других ученых сделан вывод о существовании множества видов проявления информации и подмножества логически выводимых форм ее представления. Среди этого информационного множества (далее по тексту - информационное функциональное пространство) существуют некоторые подмножества, занимаемые статистической информацией и информацией из суждений экспертов и их оценок, а также подмножества неопределенности информации о действительном состоянии агрегата, Такие подмножества, или даже их комбинации, и будут соответствовать, согласно определению К.Шеннона, количеству информации о рассматриваемом объекте.
Второй важный вывод получен при анализе систем, для которых понятие информации является методологической основой для обобщения и упрощения [3].
Использование исходной и ретроспективной информации с неопределенностью и размытостью на параметрическом множестве разрабатываемых математических моделей стало особенно важным в связи с тем, что сегодня учет информации всех видов и качества для статистических данных на интервалах пространства элементарных событий становится полезным и необходимым ввиду продления срока эксплуатации основного оборудования ТЭС.
Следствием вышеизложенного является необходимость приведения экспертных суждений и статистических данных к «одной единице измерения». Этому выводу способствует современное развитие методов искусственного интеллекта, методов компьютерной математики, и применение их в энергетике становится
