Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Широкое и разнообразное применение древесины во всех отраслях народного хозяйства объясняется редким сочетанием в этом природном материале многих положительных качеств. Растёт потребность в древесине, широко используемой в качестве изолирующих и опорно-поддерживающих конструкций контактной сети, ВСЛ CIHS, в цепях ГГЭ, опорных и крепёжных деталей трансформаторов, пазовых клиньев электрических машин, сырья для химической и химико-механической переработки в листовые и плитные материалы - бумага, картон, древесностружечные и древесноволокнистые плиты и другие композиты. Электрические свойства древесины играют большую роль при решении проблемы грозоупоріюсти линий электропередачи 35-^220 кВ и более на деревянных опорах и их возгораемости от токов утечки и т.п. Вместе с тем, своеобразные и ещё мало изученные особенности древесины не позволяют использовать её с должным эффектом, вызывают необходимость обеспечения специалистов различных отраслей народного хозяйства достоверной информацией о харакгеристиках физико-мехшшческих свойств конструкционной древесины, особенно, в электросетевом строительстве. Глубокие и всесторонние исследования древесины необходимы для совершенствования и создания новых электроизоляционных материалов, применяемых в системах электрической изоляции, разработки рациональных типов (ТВО, ТСО, ДО, ДІЮ и др.) опорно-поддерживающих конструкций воздушных линий; улучшения природных свойств и изыскания новых областей применения древесины.
Одним из важных моментов рационального и экономичного использовшшя лесных материалов является повышение срока службы изделий и объектов, выполненных из древесшпл. Древесина в эксплуатации подвержена воздействию и разрушению разнообразными факторами:
климатическими, агрессивными средами (атмосферными, почвенными, биологическими, подводными) и др. Поэтому недооценка роли химической защиты древесины приносит народному хозяйству значительный ущерб. По литературным данным, ежегодные потери из-за неполноты защитных работ оцениваются в 1.5 млрд.р. Для заготовки 20 млн.м3 древесины, идущей на противогнилостный ремонт, ежегодно неоправданно вырубается 300 тыс.га леса.
Придавая большое значение проблеме рационального и экономичного использования Совет Министров СССР принял в 1984 году постановление "Об улучшении использования лесосырьевых ресурсов" и "О дополнительных мерах эффективности использования древесины и отходов в народном хозяйстве", которыми предусмотрено увеличение объёмов химической защиты древесины и расширение научно-исследовательских работ в области защиты древесины и материалов на её основе от увлажнения, биоразрушения и возгорания, в том числе совершенствование защитных средств и методов консервирования.
Необходимость расширения использования древесины в качестве изолирующих несущих конструкций и проведение научных исследований электрических свойств деревянных конструкций ВЛ с учётом природно-климатических нагрузок, отмечается как важнейшая задача в решении Межреспубликанской научно-технической конференции "Совершенствование методов зксішуатации и разработка способов защиты от возгорания воздушных линий электропередачи железных дорог в районах с загрязненной атмосферой (27-29 сентября 1989 г., Ташкент).
Представленные в диссертационной работе исследования проводились автором во время выполнения ПИР по приказам Министерства путей сообщения СССР (Проблема 054.01.02.10 "Разработка и внедрение высокоэффективных техпологическігх процессов и технических средств в хозястве электрификации и энергетики"), Среднеазиатской железной дороги,
5
линейных предприятий (ЭЧ), госбюджетной тематике и
хозяйственным договорам с Центральным научно-исследовательским
институтом механической обработки древесины (ЩШИМОД, Архангельск).
Работа с 1985 г. выполнялась в Ташкентском институте инженеров
железнодорожного транспорта завершена в Самарском институте инженеров
железнодорожного транспорта имени М.Т. Елизарова в 1998 г.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является разработка метода расчета электрического сопротивления. натуральной и консервированной древесины сосны на базе комшгексных экспериментальных исследований с учётом температурно-влажностных факторов влияния.
1. Анализ результатов исследования физических процессов
взаимодействия температурно-влажностных и других факторов с твёрдым
капиллярно-пористым коллоидным материалом, влияющих на электрические
параметры и характеристики натуральной и консервироватгаой древесины
сосны.
2. Исследование влияния температурно-влажностных режимов на
гигроскопичность (влагопоглощеіше) и электрическое сопротивление
натуральной и консервированной древесины.
-
Разработка метода расчета электрического сопротивления натуральной и консервированной древесины, ВЛ эксплуатирующейся в различных температурно-влажностных режимах.
-
Определение критерия влагостойкости электроизоляционных твёрдопористых волокнистых материалов на базе древесины.
5.Аиализ причин и опенка отказов несущих и поїщерживающих конструкций ВЛ системы продольного электроснабжения.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные научные положения проблемы
исследования электрического сопротивления органических
электроизоляционных материалов в диссертации решены при разработке
6
теоретического метода расчёта электрического сопротивления
твёрдопористых волокнистых материалов на базе природной древесины.
ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Для решения поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием фундаментальных законов и положений теоретических основ электротехники, теории электроматериаловедения, методов математического моделирования и математических методов обработки научных результатов, теории электрических сетей и систем, основных положений теории электроснабжения элсктрофицированных железных дорог, эксплуатации и надежности воздушных линий электропередачи.
В экспериментальном разделе работы использованы стандартные методы испытаний электроизоляционных органических материалов, современные техника и средства измерений.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ. Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
- разработан метод расчёта электрического сопротивления натуральной и
консервированной древесины с учетом влияний различных температурно-
влажностных режимов среды;
исследована гигроскопичность (влагопоглощение) натуральной и консервироватгои древесины в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха;
впервые проведены комплексные исследования электрического сопротивления натуральной и консервированной . древесины в двух температурно-влажностных режимах при изменении в широком диапазоне температуры и относительной влажности воздуха;
- обоснован критерий влагостойкости электроизолиционных материалов
на основе твёрдопористых волокнистых диэлектриков природного
происхождения - древесины.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Проведённые теоретические и экспериментальные исследования натуральной и консервированной древесины сосны позволили обосновать критерий её влагостойкости, дать качествешгуга и количествешгуго оценку гигроскопичности и электрическому сопротивлению древесины, пропитанной следующими химическими защитными препаратами: органическими, неорганическими (минеральными), фенольными, фтористыми, хлорцинковыми, медьсодержащими и хромсодержашими; установить и выбрать для защиты несущих и опорно-подцерживающих конструкций ВЛ эффективные химические защитные средства, повышающие электроизоляционные свойства древесины в сложных почвенно-климатических условиях эксплуатации и воздействия токов утечки, предложить математическую модель ожидаемого числа возгораний деревяшіьіх элементов ВЛ 10 кВ системы продольного электроснабжения.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Диссертация и её разделы докладывались на всесоюзных, республикански, межвузовских и кафедральных научно-технических конференциях: "Перспективные системы и совершенствование устройств электрической тяги на железнодорожном транспорте и электромашиностроение"(Ленщ1град.1991 г.), НТК молодых учёных и специалистов Средней Азии по экологическим проблемам бассейна Аральского моря "Актуальные вопросы экологии бассейна Арала" (Нукус, 1991 г.); научно-технических конференциях ТашИИТа (Ташкент, 1988 - 1995 гг.); технических советах служб электроснабжения Среднеазиатской (Ташкент, 1989 - 1992 гг.) и Туркменской (Ашхабад, 1990 - 1993 гг.) железных дорог.
ІГУБЛИКАЦИИ. Основные результаты исследований нашли отражение в 6 печатных работах, оігубликованньїх в журналах "Электричество", "Электрическая и тепловозная тяга", межвузовских сборниках научных статей и тезисах НТК.
8
ОБЪЁМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация
состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка использованной
литературы. Работа содержит 105 страниц основного текста, в том числе
рисунков 53, таблиц 23, списка литературы на 7 страницах, а также
приложения на 44 страницах.
1. Общая когщенция комплексных экспериментальных исследований
гигроскопичности (влагопоглощения) и электрического сопротивления
натуральной и консервированной древссшш сосны в зависимости от
изменения в широком диапазоне температуры и относительной влажности
воздуха в двух температурно-влажностных режимах испытания, вида и
концентрации химических защитных препаратов защиты древесины.
2. Метод расчёта электрического сопротивления натуральной и
консервированной древесины сосны с учётом воздействия температурно-
влажностного фактора среды, вида и концентрации химической пропитки.
3. Критерий влагостойкости твёрдопористых волокнистых
электроизоляционных материалов на основе натуральной и
консервированной древесины.