Изоляционный материал для модификации электрического поля при воздействии импульсного напряжения

Радзивилов Е. Ю., Юдин А. С. Изоляционный материал для модификации электрического поля при воздействии импульсного напряжения // Вестник Бурятского государственного университета. Химия. Физика. 2025. Вып. 2. С. 36–40.

Современные механические способы обработки и переработки горных пород, такие как бурение, дробление и резание, практически исчерпали потенциал увеличения производительности и надежности, а также времени жизни рабочего инструмента. Анализ публикаций показывает высокую эффективность и интерес применения электроразрядных (ЭР) технологий для разрушения крепких горных пород [1–8]. Такие технологии по сравнению с традиционными способами механического разрушения материалов обладают значительными преимуществами: низкие энергетические затраты, избирательность разрушения неоднородных структур, отсутствие потребности в дорогостоящих твердосплавных и алмазных инструментах, широкие возможности регулирования энерговклада и автоматизации процесса [9].

Вместе с тем не решена одна из важных проблем ЭР-технологий — изоляция. До сих пор не найден материал, который удовлетворял бы всем требованиям таких технологий и в первую очередь требованию длительной работы при импульсном напряжении, особенно с использованием воды в качестве рабочей среды.

Для решения данной проблемы предлагается модифицировать изоляцию, получив при этом заданное значение диэлектрической проницаемости. Изоляция с повышенной диэлектрической проницаемостью обеспечит более равномерное распределение электрического поля на поверхности за счет увеличения накопленных зарядов, что приведет к увеличению срока её службы.

В данной работе модификация силиконовой резиновой смеси ИРП 1338 осуществлялась путем механического смешивания данного силикона с порошком BaTiO 3 и BaTiO 3 , смешанного с сажей в планетарной мельнице. Процесс осуществлялся на прорезиненных валках при комнатной температуре с минимизацией образования воздушных пузырьков. Доля введенного титаната бария составила 65% общей массы (обр. № 26), а титаната бария с сажей — 42.9% общей массы (обр. № 27).

Затем образцы отверждали в печи (первый этап — 10 мин при 151°C, второй этап — 4 ч при 200 °C) с дальнейшим испытанием на электрическую прочность и диэлектрическую проницаемость. Результаты эксперимента представлены в таблице 1.

Результаты эксперимента

Таблица 1

В ходе исследования изучалось распределение электрического поля на поверхности изоляционного материала под действием импульсного напряжения в системе «жидкость — твердая изоляция». Полученные результаты позволили определить, насколько диэлектрическая проницаемость модифицированного образца способствует более равномерному распределению электрического поля и снижению локальных перенапряжений.

Снижение напряжения на поверхности модифицированного изоляционного материала (ИРП 1338 с 65% BaTiO 3 ) при использовании технической воды в качестве рабочей жидкости примерно на 31% способно существенно стимулиро-

ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА.

вать развитие и внедрение электроразрядных технологий, например, в технологию бурения.

3б

3а

3в

Рис. 1. Осциллограммы падения напряжения на поверхности образца в конфигурации твердая изоляция — жидкость, где образец: 1) чистый ИРП 1338; 2) ИРП 1338 с BaTiO 3 ; 3) ИРП 1338 с BaTiO 3 , смешанный с сажей; жидкость: а) техническая вода; б) дистиллированная вода; в) ПМС-100

Таблица 2

Падение напряжение на поверхности образца

Уменьшение напряжения на изоляции при сокращении длительности фронта импульса положительно влияет на срок службы высоковольтных электродов. Однако это приводит к необходимости увеличения напряжения в электроразряд-ных технологиях для разрушения твердых тел, что ведет за собой увеличение затрат. Исходя из этого, необходимо подбирать оптимальный баланс между уменьшением фронта волны и увеличением напряжения.