Таблица 3.1. Основные технические данные электропроводных композиций

Параметр

Вид композиционного материала

Морганайт Бетэл

(Англия) (СССР)

Удельное электрическое сопротивление, 0,38-10" 0,1-10* Ом • см

Допустимая энергия рассеяния (/= 50 Гц, 150 50 - 500 Т = 0,04 с), Дж/см

Нелинейность вольт-амперной 0,9 - 0,99 0,95 - 0,99 характеристики О

Температурный коэффициент сопротив- -{10 - 15) Ю"" -(5 - 30)-Ю"" ления, 1/К

Допустимое превышение температуры, К 493 523

Объемная масса, кг/см (2 - 2,5) • 10" (1,6-2,3)-10"

Механическая прочность при осевом - 10-50 сжатии, МПа

мой аппаратуры (выключателей, реле) без их существенной модификации. Кроме того, эти же факторы позволяют расширить функциональные возможности как самих резисторов, так и другого оборудования, например, использовать демпфирующие резисторы в цепях разрядников установок продольной емкостной компенсации (УПК) не только для демпфирования переходных процессов в установке при пробое разрядника, но и для повышения динамической устойчивости линий электропередачи, а также для ограничения токов при включении УПК [11]. Таким образом, создание и внедрение бетэловых ре-зисторов не только позволило решить ряд сложных проблем, возникших на данном этапе развижя энергетики, но и открыло новое, весьма перспективное направление создания и совершенствования электросетевой техники и оборудования. В то же время технико-экономическая эффективность и технологичность бетэловых резисторов обеспечили быстрые темпы разработки их конструкций и промышленной технологии их изготовления. Учитывая же, что бетэл является сравнительно новым электротехническим материалом, систематическое описание которого отсутствует в специальной литературе, считаем необходимы.. устранить указанный недостаток.

Настоящая глава посвящена описанию принципов получения нового электротехнического композиционного материала на основе неорганического вяжущего бетона электропроводного (бетэла), а также силовых бетэловых резисторов, получивших наибольшее распространение в электроэнергетических схемах. Кроме того, описан новый вид резисторов на основе токопроводящих смесей.

ai. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТЭЛА

Обычный бетон представляет собой искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения рационально составленной смеси минерального вяжущего вещества, воды и мелкого и крупного заполнителей. Структура бетона характеризуется большим удельным содержанием твердой фазы, представленной крупным и мелким заполнителями, сцементированными прослойками цементирующего вещества и системы макро- и микрокапилляров, а также крупных пор и неплотностей [42]. Поровое пространство в бетоне в зависимости от температурно-влажностного состояния окружающей среды может быть заполнено воздухом, паровоздушной смесью, жидкой фазой, представляющей собой водный раствор легкорастворимых компонентов цементного камня, или твердой фазой - кристаллами льда.

Электрическая проводимость бетона как гетерогенного тела складывается из электрических проводимостей всех структурообразующих элементов, однако вклад каждого из них резко различен.

Твердая фаза бетона представляет собой зерна заполнителей, являющихся, как правило, кристаллическими горными породами, сцементированные цементным камнем, представляющим собой совокупность гидросиликатов и гидроалюминатов кальция с непрореагировав-шими клинкерными минералами. В [44, 45] показано, что кристаллическая решетка последних весьма несовершенна, что отражается на всех физико-химических их свойствах, в том числе и электрической проводимости, и делается вьшод, что последнюю можно отнести к ионному типу. Причем процесс гидратации не меняет ее характера [44].

Как видно из данных [45], приведенных в табл. 3.2, электрическое сопротивление клинкерных минералов колеблется в двух, а их гидратов - в пределах трех порядков. В основе этого явления лежит способность гидратированных соединений образовывать дискретные (гидроалюминаты) или непрерывные (гидросиликаты) ряды гидратов, обусловливая тем самым широкие пределы изменения свойств вещества, в том числе его электрической проводимости. Наиболее заметно этот параметр меняется у низкоосновных силикатов кальция в зависимости от их основности, проходя через минимум при отношении СаО iSiOj = 1-Расчеты внутренней электрической прочности показали, что в группе гидросилкатов кальция - CSH(B), тоберморит, ксонотлит, гиллебран-дит - увеличение происходит в ряду от CSH(B) к гиллебрандиту. При этом первые два гидросиликата, особенно CSH(B), образуются при температуре твердения менее 373 К, а последние - только при 448 К, т.е. при автоклавном твердении [45]. Таким образом, условия твердения влияют на электрические свойства цементного камня, в том числе и его электрическую проводимость. На этот параметр будет оказывать влияние и исходный состав цемента. В частности, увеличение содержания двухкальциевого силиката способствует росту электрического сопротивления продуктов твердения [44].

Таблица 3.2

В группе алюминатных соединений наибольшей электрической проводимостью обладает сульфогидроалюминат кальция. У гидроалюминатов, образующихся при твердении глиноземистого цемента, электрическое сопротивление растет по мере их перекристаллизации в форму Сз AH [45]. Однако этот процесс сопровождается падением прочности материала, что является препятствием на пути применения этого цемента для получения электротехнических бетонов, эксплуатация которых должна производиться преимущественно в воздушно-сухих условиях и может сопровождаться тепловыми ударами.

Диапазон удельных электрических сопротивлений отдельных кристаллогидратов цементного камня в воздушно-сухом состоянии 10* -5-10 Ом-м. У затвердевшего цементного камня этот параметр в воздушно-сухом состоянии также не снижается ниже 10* Ом-м и в зависимости от исходного минералогического состава цемента, степе-