ется перелом, отражающий переход от нестащюнарного распределения тепловой энергии в объеме, протекающего с накоплением тепла, к ква-эистационарному режиму - равенству вьщеляемой в электропроводной фазе и передаваемой в твердотельную среду тепловой энергии [11]. При этом повыщение удельной энергоемкости в первом случае будет приводить к термомеханическому разрущению материала, а во втором - к недопустимому изменению его удельного электрического сопротивления (старению).

3.4. КОНСТРУКЦИИ БЕТЭЛОВЫХ РЕЗИСТОРОВ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

И ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

На основе результатов исследований свойств бетэла и закономерностей их изменения в зависимости от состава материала и воздействую-.щих нагрузок сформулированы требования к конструкции резисторов и промышленной технологии их изготовления.

Бетэловые резисторы в электроэнергетических схемах находятся под электрической нагрузкой в течение короткого промежутка времени действия коммутационной или защитной аппаратуры. Б этом случае вся энергия, превращаясь в тепловую, полностью поглощается в объеме резистора, нагревая его.

По условиям работы в электротехнических схемах и установках бетэловые резисторы могут быть разделены на два типа, существенно различающихся по своим основным техническим требованиям: допустимой напряженности электрического поля и дтительности его воздействия. Один иэ указанных типов, например резистор для шунтирования дугогасительных камер выключателей, предназначен для работы при повышенных градиентах напряжения (около 1000 Б/см) в течение коротких промежутков времени (30-50 мс), другой - для использования в различных электроэнергетических схемах при воздействии сравнительно слабых электрических полей (менее 500 В/см) в течение более длительного промежутка времени (единицы секунд). Нагрузки, воздействующие на резистор в процессе эксплуатации, имеют вероятностный характер и различаются по длительности и интенсивности. С учетом этого необходимо обеспечить с заданной вероятностью надежную работу бетэловых резисторов и устройств на их основе в течение расчетного срока службы. В результате была разработана методика, основанная на вероятностно-статистическом подходе, позволяющем учесть случайный характер пропускной способности резисторов и воздействующих на них эксплуатационных нагрузок [11].

Отказы бетэловых резисторов под нагрузкой бьши классифицированы на полные и частичные. К первым отнесены отказы в результа-

W Ч в 810 2 Ч 6 810%Ом-см

Рис. 3.6. Изменение пропускной способности бетэловых резисторов в зависимости от уделыюго сопротивления композиции

Рис. 3.7. Зависимость среднего числа импульсов тока, вьщержанных резисторами до отказа, от напряженности поля;

1-Т= 0,5 с; 2 - т=1 с; ? - т=2 с; 4 - Т=4 с

те перекрытия или термомеханического разрушения, ко вторым -вследствие изменения злектрического сопротивления резистора более чем на 20% по сравнению с первоначальным значением (старение).

На основании зависимостей напряженности злектрического поля и удельной знергии рассеяния от начального удельного сопротивления бетзла, длительности приложения среднего числа воздействий напряжения Е =/(Ро. т, п) и W=f (ро, г, п) (рис. 3.6, 3.7), а также статистической обработки данных по полным и частичным отказам определены функции распределения числа включений под нагрузку до отказа в нормальных режимах работы резисторов и среднее число их включений п под нагрузку. В результате была предложена формула для определения среднего ресурса пропускной способности резисторов:

А = пЕ = const,

где /3 - параметр (из эксперимента 3 > 6) [11].

При условии представления ресурса пропускной способности в относительных единицах, а также с учетом того, что эта величина случайная, функция ее распределения повторяет функцию распределения числа включений до отказа.

Установлена взаимосвязь между напряженностью злектрического поля и временем его приложения

Ет" = const,

где т - коэффициент, характеризующий материал; т - длительность воздействия напряжения [ 11 ].

Полученные формулы, основанные на вероятностно-статистическом подходе, позволяющем учесть случайный характер воздействий на бетэловые резисторы, были положены в основу разработки конструктивных рещений как единичных элементов, так и устройств на их основе. Метод основан на сравнении располагаемого и расходуемого ресурсов резисторного устройства и установлении на основе этого сравнения как оптимальных параметров единичных злементов, так и условий компоновки из них всей установки, которые обеспечивают с заданной вероятностью срок службы не меньще необходимого. Иными словами, проектирование резисторного устройства ведется от его параметров в целом к параметрам единичного элемента. Это позволяет при создании мощных резисторных устройств избежать увеличения их массо-габаритных показателей, неизбежного при использовании элементов с дискретными параметрами.

Задачи, возникающие при конструировании резисторов, сводятся к определению объема бетэла, необходимого для поглощения заданного количества энергии и геометрических параметров, обеспечивающих такие их соотнощения, чтобы плотность тока и напряженность электрического поля не превыщали допустимых значений. Кроме того, необходимо учитывать время остывания резистора, а также допустимую энергию, которую "он может рассеять при постоянном протекании через него тока несимметрии или утечки. На основании изложенного, а также с учетом неравномерности злектрического сопротивления отдельных РЭ предложена зависимость для определения геометрических размеров резистора круглого сечения, испытывающего воздействие продолжительного тока, на который в течение нескольких периодов накладывается мощный электрический импульс:

27:,- (г+ l)d тгг /с„ \ 100

- Ъпдх,

где Р - мощность, рассеиваемая резистором в продолжительном режиме, Вт; W - энергия, аккумулированная резистором в кратковременном режиме, Дж; d - коэффициент теплоотдачи, Вт/(см-К); г, I - радиус и высота активной части резистора, см, соотношение между которыми определяется с учетом электрической прочности бетэла и его электрической проводимости; Ср - удельная теплоемкость бетэла, дЖ/(см К); m - разброс между значениями сопротивлений отдельных РЭ, из которых набрана активная часть резистора, %; Гдоп. Ттах " температуры: предельно допустимая для бетэла и максимальная окружающей среды.

Анализ предложенной зависимости показывает, что энергоемкость бетэловых резисторов зависит от предельно допустимой температуры бетэла и его теплоемкости. Значение первого из названных параметров ограничено началом деструктивных процессов в цементном камне,