Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков, страница 14

Из органических материалов к этому классу относятся только фторопласт-4 иматериалы на основе полиимидов (пленки, волокна, изоляция и т.д).Холодостойкость. Многие электроизоляционные материалы при низкихтемпературах теряют присущую им при нормальных условиях гибкость и эластичность.Поэтому для изоляции оборудования, работающего при низких температурах, напримерот -60 до -70°С, важна холодостойкость, т.е способность работать при такихтемператуарах без ухудшения эксплуатационных характеристик и надежности.Механические свойства диэлектриковПараметры электротехнических изделий или аппаратуры и компонентоврадиоэлектроникив значительной степени зависят от механических свойствматериалов− прочности на растяжение, сжатие, изгиб, удар, от твердости,эластичности.

К материалам, применяемых в различных видахтранспорта,авиационно-космической технике и т.д. предъявляют также требование вибрационнойустойчивости при различных частотах колебаний и амплитудах.В системе единиц СИ значения предела прочности при растяжении σр ,сжатии σс ,и изгибе σи выражаются в паскалях1 Па=1 Н/м2≈10-5 кгс/см2 .65Анизотропные, слоистые и волокнистые диэлектрики имеют различные значениямеханической прочности при приложения нагрузки в разных направлениях. В то времякак в металлах механические характеристики на сжатие, разрыв, изгиб одного порядкав некоторых диэлектриках напряжения сжатия значительно превышают напряжениярастяжения.

Например, у кварцевого стекла разница примерно в 4 раза (σс≈200 МПа).У некоторых материалов под действием нагрузки, прикладываемой в течениедлительного времени, например у фторопласта-4, наблюдается пластическое илихолодное течение, связанное с изменением формы и размеров, что нежелательно приэксплуатации.Многие электроизоляционные материалы (стекла, керамика, некоторыепластмассы) отличаются хрупкостью, т.е способностью разрушаться без заметнойпластической деформации. Хрупкость материала можно оценить, подвергая материалиспытанию на ударный изгиб.

При этом определяется параметр, называемый ударнойвязкостью σуд (энергия затраченная на излом образца, отнесенная к площадипоперечного сечения образца). В системе СИ σуд измеряется в Дж/м2.Для керамических материалов ударная вязкость составляет всего 2−5 кДж/м2 в товремя как у полиэтилена она превышает 100 кДж/м2.Вязкость жидких и полужидких электроизоляционных материалов является важноймеханической характеристикой. Вязкость − это свойство вещества оказыватьсопротивление перемещению одной части относительно другой.Динамическая вязкость (коэффициент внутреннего трения) η в системе СИизмеряется в паскалях, умноженных на секунды, в системе СГС в сантипуазах:1 Па⋅с= 10 П=1000 сП.Кинематическая вязкость ηк =η/d, м2/с, где d − плотность.

Соотношение междусистемами единиц в СИ и СГС следующее:1 м2/с=104 Ст.Газообразные диэлектрикиПреимуществами газов перед остальными видами электроизоляционныхматериалов являются высокое удельное электрическое сопротивление, малый тангенсугла диэлектрических потерь, малая, близкая к единице диэлектрическаяпроницаемость. Наиболее же ценным свойством газов является их способностьвосстанавливать электрическую прочность после разряда. Кроме воздуха в качествеэлектрической изоляции широко используют двух- и трехатомные газы - азот, водород,углекислый газ. Электрические прочности этих газов при нормальных условиях малоотличаются друг от друга и могут с достаточной точностью приниматься равнымипрочности воздуха.ГазПлотность кг/м3Азот1.25Температуракипения, oC-196Гексафторид серы (элегаз)6.70-642.36.33 (при -30oC)-302.49.01-782.0--20.43.05Дихлорфторметан (фреон-12)ГексафторэтанТрифторметилпентафторсераEпр.г/Епр.в1.066В таблице приведены отношения электрической прочности некоторых газов Епр.г кэлектрической прочности воздуха Епр.в, которое принято за единицу, а также даны точкикипения газов при нормальном давлении.Наилучшим образом требованиям к газам, применяемым в электроизоляционныхконструкциях, удовлетворяет элегаз и фреон.

Зависимость Епр/p от произведения p.h (hрасстояние между электродами, p -давление) в однородном поле для воздуха, элегазаи фреона -12 показана на рисунке.Рис. 5.1. Зависимость Епр/р от произведения ph воднородном поле для воздуха, элегаза и фреонаГексафторэтан нельзя использовать при повышенных давлениях из-за низкихкритических параметров (Ркр=3.3МПа; Ткр=-24оС).Следует отметить нежелательность использования фторсодержащих газов из-заих отрицательного воздействия на озоновый слой ЗемлиЛучше всего требованиям к газам, применяемым в электроизоляционныхконструкциях, удовлетворяют элегаз SF6 и фреон СС12F2. Гексафторэтан нельзяиспользовать при повышенных давлениях из-за низких критических параметров (Р кр=3,3 Мпа, Т = –24оС).Азот имеет с воздухом практически одинаковую электрическую прочность и частоприменяется вместо него для заполнения газовых конденсаторов и других целей, таккак не содержит кислорода, оказывающего окисляющее влияние на соприкасающиеся сним материалы.Значительный интерес представляет водород, имеющий весьма высокийкоэффициент теплопроводности, несмотря на его меньшую электрическую прочностьпо сравнению с воздухом.

Водород применяется в качестве электроизоляционной иохлаждающей среды в крупных турбогенераторах.Элегаз или гексафторид серы (SF6) имеет электрическую прочность примерно в2,5 раза выше, чем у воздуха. Поскольку элегаз обладает низкой температурой кипенияи высокой плотностью, примерно в 5,1 раза тяжелее воздуха, он может быть сжат додавления 2 Мпа без сжижения. Элегаз нетоксичен, химически стоек, не разлагается принагреве до 800оСОсобенно велики его преимущества при повышенных давлениях. Элегазобладает не только более высокой электрической прочностью, чем воздух, но исущественно более высокой дугогасящей способностью.

Поэтому нарастающими67темпами идут разработка и создание элегазовых выключателей и распределительныхустройств,вкоторыенарядусвыключателямивходятразъединители,короткозамыкатели, трансформаторы тока и напряжения. Элегазовая изоляциянаиболее широко применяется в герметизированных распределительных устройствах(ГРУ) на напряжение 110 кВ и выше. В последнее время наметилась тенденцияпрактического использования элегаза в высоковольтных кабелях, созданы опытныеобразцы. Преимуществами элегазового кабеля по сравнению с бумажно-маслянымявляются малая электрическая емкость и диэлектрические потери, хорошееохлаждение.

Благодаря таким преимуществам по элегазовым кабелям можнопередавать очень большие мощности.В нашей стране такие кабели практически не применяются из-за малойстабильности электрических параметров, но получили достаточно широкоераспространение за рубежом, так как их стоимость меньше, чем у маслонаполненныхкабелей.Применение элегаза в силовых трансформаторах оправдывает себя в техслучаях, когда предъявляются особые требования пожаробезопасности. В небольшихколичествах такие трансформаторы эксплуатируются в Японии.

В США были созданыотдельные образцы трансформаторов с применением принудительной циркуляцииэлегаза, однако в этом случае усложняется конструкция трансформатора и снижаетсянадежность его работы.В высоковольтной технике находят применение инертные газы, например, гелий,который используется как добавка к высокопрочным сжатым газам для повышения ихдугогасительной способности.Жидкие диэлектрикиЖидкие диэлектрики предназначаются для пропитки электрической изоляциитрансформаторов, конденсаторов, кабелей с целью повышения ее электрическойпрочности и отвода тепла путем конвекции, для дугогашения в масляныхвыключателях, заливки маслонаполненных вводов, реакторов, реостатов и другихэлектроаппаратов.Электроизоляционные жидкости по химической природе можно классифицироватьна нефтяные электроизоляционные масла и синтетические жидкости различныхтипов.

По специфике применения они делятся на жидкости для конденсаторов, кабелей,циркулярных систем охлаждения выпрямительных установок и турбогенераторов,масляных выключателей.Нефтяные электроизоляционные масла являются горючими жидкостями ипредставляют большую опасность. Пожарная опасность оценивается по температуревспышки паров жидкого диэлектрика в смеси с воздухом. Эта температура должна бытьне ниже 135-140оС.Из характеристик трансформаторного масла следует отметить кинематическуювязкость при температуре 20 и 50оС, знание которой весьма важно, так как приувеличении вязкости сверх допустимых пределов ухудшается теплоотвод от обмоток имагнитопровода трансформатора, а это может привести к сокращению срока службыэлектрической изоляции.

Стандартом нормировано также кислотное число, котороенеобходимо контролировать для учета старения масла в процессе его эксплуатации.По своим диэлектрическим характеристикам хорошо очищенное от примесей ивлаги трансформаторное масло обладает свойствами неполярного диэлектрика.Пробивное напряжение технически чистых масел в стандартном разряднике составляет50-60КВ при 50Гц и примерно 120КВ при воздействии импульсного напряжения.

С68целью повышения устойчивости масел к процессам старения в масла вводятсинтетические ингибиторы - ионол, ДВРС и др. в концентрации от 0.1 до 0.5.Ингибиторы замедляют процесс старения масла в 2-3 раза. Масла, побывавшиев эксплуатации, подвергаютсярегенерации.

Осушкамасел производитсяискусственными цеолитами, которые известны также под названием "молекулярныесита".Конденсаторные масла отличаются от трансформаторных масел болеетщательной очисткой и меньшими значениями tgδ (до 2.10-4), а также по температуревспышки и вязкости.Наибольшее применение получили синтетические жидкости на основехлорированных углеводородов, что связано с их высокой термической устойчивостью,электрической стабильностью, негорючестью. Однако в связи с токсичностьюхлорированнных углеводородов их применение сначала ограничивалось, а в настоящеевремя почти повсеместно запрещено, хотя в эксплуатации еще имеется ихзначительное количество.Значения тангенса угла диэлектрических потерь для трихлордифенила, совтола10 и гексола при 90оС лежит в пределах 0.015 - 0.03.

Удельное объемноесопротивление полихлордифенилов при рабочих температурах в пределах 3.109-1012Ом.м. Наименее полярные свойства проявляются у гексола, у которого при 70оС непревышает 2.7-2.9. Электрическая прочность большинства жидкостей на основехлористых углеводородов при 20оС не превышает 18-22МВ/м.Жидкие диэлектрики на основе кремнийорганических соединений(полиорганосилоксанов) являются нетоксичными и экологически безопасными. Этижидкости представляют собой полимеры с низкой степенью полимеризации, вмолекулах которых содержится повторяющаяся силоксанная группировка:|- Si - O -,|атомы кремния которой связаны с органическими радикалами.По своим диэлектрическим характеристикам полиорганосилоксановые жидкостиприближаются к неполярным диэлектрикам.