Стекло и стеклянные изоляторы.

 

Неорганическое стекло является деше­вым материалом, так как оно изготовляется из очень доступных веществ: кварцевого песка (SiО2), соды (Na₂CO₃), доломита (СаСО₃ MgCO₃), мела (СаСО₃) и некото­рых других. Смесь этих веществ,взятых в определенном соотношении, называется шихтой. Шихта загружается в стекловарен­ную печь и при нагревании до 1350— 16ОО°С плавится, образуя жидкую стекломассу, из которой изготовляют различные стеклянные изделия.

Главным стеклообразующим веществом является кварцевый песок, который содер­жит 98% SiO₂. Практически стекло можно получать из одного кварцевого песка, одна­ко расплавить его можно только при очень высокой температуре (около 2000°С). Для этого нужно иметь дорогостоящие печи и другое сложное оборудование. Правда, чистые кварцевые стёкла обладают рядом ценных свойств: очень высокими электроизоляционными свойствами, стойкостью к влаге (гидролитическая стойкость) и имеют очень малый коэффициент линейного расширения (5·10^-7/°С); это обусловливает исключительно высокую термостойкость кварцевого стекла. Так, изделия из кварцевого стекла, нагретые до красного каления и погруженные в холодную воду, не растрескиваются. Различают прозрачное кварцевое стекло, изготовляемое из расплавленных кристаллов горного хрусталя, и непрозрачное кварцевое стекло, получаемое из расплавленного кварцевого песка.

Некоторые термостойкие электроизоляционные изделия (не­большие изоляторы) изготовляют из чистого кварцевого стекла.

Основные характеристики этого материала следующие: удельный вес 2,2 г/см³; p_υ= 10¹⁶÷10¹⁸ Ом / см; e = 3,2÷3,5; tg δ = 0,0003; Е_пр = 20÷35 кВ/мм.

Для получения же остальных видов стекла составляют ших­ту, в которой, кроме кварцевого песка, содержатся вещества, снижающие температуру его плавления. К этим веществам отно­сятся: сода, мел, доломит, сурик и некоторые другие.

В состав шихты вводят также вещества, предотвращающие кристаллизацию стекол. Это глинозем (А1₂Оз), борный ангидрид (В₂О₃) и др.

При нагревании шихты из нее вначале испаряется влага, а затем происходит разложение составных частей. Так, сода раз­лагается на окись натрия и углекислый газ, мел — на окись каль­ция и углекислый газ, сурик — на окись свинца и кислород и т. д. Газы улетучиваются в атмосферу, а остающиеся окислы натрия, калия, кальция и др. вступают в химические реакция с кварцевым песком (SiO₂), образуя сложные соединения, назы­ваемые силикатами. Поэтому неорганические стекла называют силикатными.

При температурах 1350—1600°С силикаты плавятся, образуя вязкую жидкость — стекломассу, из которой изготовляют раз­личные стеклянные изделия. Так, посредством выдувания в ме­таллические формы получают ламповые баллоны, посредством вытягивания изготовляют листовое стекло, трубки и стеклянные нити и др., а посредством прессования получают стеклянные изо­ляторы и другие изделия.

Удельный вес стекол колеблется в пределах от 2 до 8 г/см³ в зависимости от состава.

По своему химическому составу все силикатные стекла мож­но разделить на четыре группы: щелочные, щелочные с содержа­нием тяжелых окислов, бесщелочные, малощелочные.

Щелочные стекла сравнительно легкоплавкие (1350°С), со­держат большое количество щелочных окислов, преимуществен­но Na₂O и частично К₂О. К этой группе стекол принадлежат оконное, посудное и бутылочное. Щелочные стекла обладают низкими значениями электрических характеристик и имеют большой коэффициент линейного расширения, что обусловливает их низкую термостойкость.

 

Рис. 135.Схема обдувочного звена автомата для закалки стеклянных изоляторов.

Щелочные стекла с содержанием тяжелых окислов обладают повышенными значениями электрических характеристик. К этой группе стекол относятся флинты (содержат PbO) и кроны (со­держат ВаО). Они применяются для изготовления электроизоляционных изделий (конденсаторы, изоляторы для приборов) и оптических стёкол.

Бесщелочные стёкла либо совершенно не содержат щелочных окислов (как, например, кварце­вое стекло), либо содержат их в очень ограниченном количестве (менее 2%). Из бесщелочных сте­кол изготовляют стеклянное во­локно для электроизоляционных стеклотканей. Эти стекла отлича­ются сравнительно высокой тем­пературой плавления. Для пони­жения ее в состав шихты вводят борный ангидрид (до 10%).

Малощелочное стекло содер­жит щелочных окислов не более 6%. Из этих стекол изготовляют стеклянные изоляторы.

До последнего времени изо­ляторы изготовлялись из электрофарфора. Попытки применить для этой цели стекло оканчива­лись неудачей из-за низких электрических свойств щелочных сте­кол, а также из-за недостаточной механической прочности и тер­мической стойкости стеклянных изоляторов.

В настоящее время разработан состав малощелочного стек­ла и технология производства изоляторов из закаленного стекла.

Согласно этой технологии стекломасса, поступающая из ванной печи с помощью механического питателя, подается в сталь­ную пресс-форму автоматического пресса. С помощьюпуансона происходит прессование изолятора и его внутренней полости.За­тем нагретый изолятор захватывается механической рукой и устанавливается на вращающемся шпинделе закалочного авто­мата (рис. 135). Здесь изолятор равномерно обдуваетсяхолод­ным воздухом, поступающим через верхнее и нижнее сопла. Воз­дух подается вентилятором.

Механическая прочность закаленных стеклянных изолято­ров в 2—3 раза выше, чем незакаленных, и выше, чем у фарфо­ровых изоляторов. Поэтому габариты закаленных стеклянных изоляторов меньше (на 10-20%) по сравнению с фарфоровыми на те же напряжения и механические нагрузки. В то же время любое внешнее повреждение закаленного стеклянного изолятора (сильный удар, пробой) нарушает равновесие между сжимающимися напряжениями во внешнем слое и растягивающими во внутренних слоях. В результате этого изделие рассыпается на мел­кие куски. Так, например, пробои в головке подвесного изолятора вызывает разрушение тарельчатой наружной части изоля­тора. Пробитый изолятор можно легко обнаружить с земли и своевременно заменить новым. Пробитые же фарфоровые изоляторы могут быть обнаружены только при кропотливом обследовании гирлянд изоляторов с помощью специальной измери­тельной штанги. Электрические и механические характеристики стекол приведены в табл. 42.

Одновременно следует отметить, что стеклянные изоляторы имеют несколько пониженную термостойкость, т. е. меньшую сопротивляемость к перепаду температур. Закаленные стеклян­ные изоляторы могут выдерживать перепад температур 45— 50°С, в то время как фарфоровые выдерживают перепад темпе­ратур 70°С. Практика эксплуатации стеклянных изоляторов показала, что их термостойкость обеспечивает длительную ра­боту изоляторов на линиях электропередачи.

 

 

 

 

Стеклянные изоляторы малых габаритов (штыревые на на­пряжение до 10 кВ и некоторые другие) изготовляют не из зака­ленного, а из отожженного стекла. В этом случае изоляторы, отпрессованные на прессах-автоматах, отжигают. При этом тем­пература изоляторов медленно повышается. После этого нагре­тые изоляторы медленно охлаждаются до комнатной темпера­туры.

В процессе отжига у стеклянных изоляторов уничтожаются все внутренние напряжения, возникшие за счёт их неравномерного охлаждения при прессовании.

Технико-экономические преимущества стеклянных изоляторов заключается в том, что их производство может быть полностью механизировано и автоматизировано. Благодаря этому стоимость стеклянных изоляторов при их массовом производ­стве ниже фарфоровых примерно на 20%.