Виды диэлектриков

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………………………3

Электроизоляционные масла………………………………………………………………...4

Жидкие синтетические диэлектрики………………………………………………………..7

Газообразные диэлектрики…………………………………………………………………..9

Битумы……………………………………………………………………………………….10

Смолы………………………………………………………………………………………...11

Воскообразные диэлектрики………………………………………………………………..16

Лаки и компаунды…………………………………………………………………………...17

Волокнистые материалы…………………………………………………………………….25

Текстильные ткани……………………………………………………………………………30

Гибкие пленки………………………………………………………………………………...33

Пластические массы……………………………………………………………………….....34

Эластомеры…………………………………………………………………………………...39

Керамические диэлектрические  материалы………………………………………………..44

Слюды…………………………………………………………………………………………48

Асбест………………………………………………………………………………………....51

Магнитные материалы…………………………………………………………………….....53

Заключение……………………………………………………………………………………55

Библиографический список……………………………………………………………….....56

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение      

Электроизоляционные материалы подразделяются по их агрегатному состоянию на газообразные, жидкие и твердые. В особую группу могут быть выделены твердеющие материалы, которые в исходном состоянии, во время введения их в изготавливаемую изоляцию, являются жидкостями, но потом отвердевают. Большое практическое значение имеет также разделение электроизоляционных материалов в соответствии с их химической природой на органические и неорганические.

Характеристика важная для оценки качества материалов, применяемых для  защитных покровов (шланги кабелей, опрессовка конденсаторов, компаундные заливки, лаковые покрытия деталей) - влагопроницаемость электроизоляционных материалов, т.е. способность их пропускать сквозь себя пары воды. Благодаря наличию мельчайшей пористости большинство материалов обладает поддающейся измерению влагопроницаемостью. Только для стёкол, хорошо обожжённой керамики и металлов влагопроницаемость почти равна нулю. Можно определить количество влаги m (в микро граммах), проходящее за время τ через участок поверхности S слоя изоляционного материала толщиной h [см] под действием разности давлений водяных паров по формуле:

m=П . Это уравнение аналогично уравнению для прохождения через тело электрического тока; разность давлений (р 1 - р 2 ) аналогична разности потенциалов, m/t - величине тока, а h/ПS - сопротивлению тела; коэффициент П, аналогичный удельной объёмной проводимости, есть влагопроницаемость данного материала.

Влагопроницаемость для различных  материалов изменяется в широких  пределах. Например: для парафина значение П равно 0,0007; для полистирола - 0,03; для триацетата целлюлозы - около 1 мкг /(см- ч - мм рт. ст. ). Чтобы уменьшить влагопроницаемость пористых изоляционных материалов широко применяется их пропитка . Необходимо помнить, что пропитка волокнистых целлюлозных материалов и других пористых органических диэлектриков даёт лишь замедление увлажнения материала, не влияя на величину ρ после длительного воздействия влажности. Это связано с тем, что молекулы пропиточных веществ, имеющие весьма большие размеры по сравнению с размерами молекул воды, не в состоянии создать полную непроницаемость пор материала для влаги, а в наиболее мелкие поры пропитываемого материала они вообще не могут проникнуть.

В тропических условиях, при длительном использовании электроаппаратуры, особенно, на органических диэлектриках наблюдается развитие плесени. Плесень ухудшает: удельное поверхностное сопротивление диэлектриков, приводит к росту потерь и ухудшению механической прочности изоляции, вызывает коррозию соприкасающихся с ней металлических частей.

Электроизоляционные материалы и  различные электротехнические изделия  испытывают на тропикостойкость, длительно выдерживая при температуре 40 - 50 °С в воздухе, насыщенном парами воды, и при воздействии культур плесневых грибков (точные условия этих испытаний установлены Международной электротехнической комиссией), после чего определяется степень ухудшения электрических и других свойств исследуемых образцов и отмечается интенсивность роста плесени на них.

С целью повышения плесенеустойчивости органической электрической изоляции в её состав вводят добавки фунгицидов , т.е. веществ, ядовитых для плесневых грибков и задерживающих их развитие, или же покрывают изоляцию лаком, содержащим фунгициды. Имеется большое число рецептур фунгицидов, пригодных для введения в те или иные электроизоляционные материалы. К числу сильнодействующих фунгицидов принадлежат, в частности, некоторые органические соединения, содержащие азот, хлор, ртуть .

 

 

 

 

 

 

Электроизоляционные масла.

Трансформаторное и другие электроизоляционные масла нефтяного происхождения обладают рядом преимуществ, которые и обеспечили им весьма широкое применение. Они сравнительно дешевы и могут изготавливаться заводами нефтеперерабатывающей промышленности в больших количествах. При хорошей очистке их tgδ мал, а электрическая прочность достаточно высока.

 

Трансформаторное  масло- это жидкость от почти бесцветного до темно- желтого цвета, по химическому составу представляющая собой смесь различных углеводородов. По средним фактическим данным (при различных способах очистки) кинематическая вязкость этого масла составляет (17-18)10^-6 м²/с при температуре 20 °С и (6,5-6,7)-КГ⁶ м²/с при 50°С; кислотное число 0,03-0,1 г КОН/кг; температура вспышки паров 135-140°С; температура застывания около -45°С. Ограничение вязкости очень важно, т.к. слишком вязкое масло хуже отводило бы теплопотерь от обмоток и магнитопровода трансформатора. Из всех жидких электроизоляционных материалов находит наибольшее применение в электротехнике, им заливают силовые трансформаторы.

Его применяют: во-первых, для заполнения пор в волокнистой изоляции, а  также промежутков между проводами  обмоток и между обмотками  и баком трансформатора, значительно  повышая электрическую прочность  изоляции;

во-вторых, оно улучшает отвод теплоты, выделяемой за счёт потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Лишь некоторые силовые и измерительные трансформаторы выполняются без заливки маслом (“ сухие трансформаторы ”);

в-третьих, для изготовления масляных выключателей высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги; это способствует охлаждению канала дуги и быстрому её гашению.

в-четвертых, для заливки маслонаполненных вводов, некоторых типов реакторов, реостатов и других электрических аппаратов.

Трансформаторное масло - горючая  жидкость. Большие количества масла представляют собой большую пожароопасность.

Трансформаторные масла получают из нефти посредством её ступенчатой  перегонки с выделением на каждой ступени определённой (по температуре кипения) фракции и последующей тщательной очистки от химических нестойких примесей в результате обработки серной кислотой, а затем щёлочью, промывки водой и сушки. Плотность трансформаторного масла 0,87-0,90 Мг/м³. его температурный коэффициент объемного расширения 0,00065-0,00066 К^-1  (эта величина важна для расчета расширителей трансформаторов). При нормальной температуре удельная теплоемкость  масла примерно 1,5 кДж/(кг-К), а теплопроводность - порядка 1 Вт/(м - К).                                   

Электрическая прочность масла - величина, чрезвычайно чувствительная к его  увлажнению. Незначительная примесь  воды в масле резко снижает его электрическую прочность. Это объясняется тем, что воды (около 80) значительно выше, чем масла (чистого масла около 2,2). Под действием сил электрического поля капельки эмульгированной в масле воды втягиваются в места, где напряжённость электрического поля особенно велика и где, собственно и начинается развитие пробоя. Ещё более резко понижается электрическая прочность масла, если в нём, кроме воды содержатся волокнистые примеси. Волокна бумаги, хлопчатобумажной пряжи, легко впитывают в себя влагу из масла, причём значительно возрастает их r. Под действием сил поля увлажнённые волокна не только втягиваются в места, где поле сильнее, но и располагаются по направлению силовых линий, что весьма облегчает пробой масла.

Вода легко может попасть в масло при его перевозке, хранении, переливки в недостаточно просушенную тару и т.п., поэтому для сушки масла имеется несколько способов: пропускание под давлением сквозь фильтровальную бумагу в специальных установках - фильтропрессах; воздействие на масло центробежной силы в центрифуге, причём вода, имеющая плотность больше, чем у масла, отжимается с периферии сосуда и отделяется от масла; обработка адсорбентами; распыление нагретого масла в камере, заполненной азотом и т.п. При сушке электрическая плотность увлажнённого масла восстанавливается.

Конденсаторное масло служит для пропитки бумажных конденсаторов, в особенности силовых, предназначенных для компенсации индуктивного фазового сдвига. При пропитке бумажного диэлектрика повышаются как его, так и Е ПР ; то и другое даёт возможность уменьшить габаритные размеры, массу и стоимость конденсатора при заданном рабочем напряжении, частоте и ёмкости.

Нефтяное конденсаторное масло  имеет плотность 0,86 - 0,89 Мг/м 3 , температуру  застывания минус 45 0 С, и tg 0,002 (при частоте 1 кГц). Вазелиновое конденсаторное масло по плотности и электрическим свойствам близко к нефтяному, но имеет более высокую температуру застывания (-5 0 С). Электрическая прочность конденсаторных масел не менее 20 МВ/м.

Кабельные масла используются в производстве силовых электрических кабелей; Пропитывая бумажную изоляцию этих кабелей, они повышают её электрическую прочность, а также способствуют отводу теплоты потерь. Кабельные масла бывают различных типов. Для пропитки изоляции силовых кабелей на рабочие напряжения до 35 кВ в свинцовых или алюминиевых оболочках (кабели с вязкой пропиткой) применяется масло марки КМ-25 с кинематической вязкостью не менее 23 мм 2 /c при 100 0 С, температурой застывания не выше минус 10 0 С и температурой вспышки не ниже +220 0 С. Для увеличения вязкости к этому маслу дополнительно добавляется канифоль или же синтетический загуститель.

В маслонаполненных кабелях используются менее вязкие масла. Так, масло марки  МН-4 применяется для маслонаполненных кабелей на напряжения 110-220 кВ, в которых во время эксплуатации с помощью подпитывающих устройств поддерживается избыточное давление 0,3 - 0,4 МПа.

Для маслонаполненных кабелей высокого давления (до 1,5 МПа) на напряжения от 110-500 кВ, прокладываемых в стальных трубах, применяется особо тщательно очищенное масло марки С-200.

 

Растительные масла.

Растительные масла - вязкие жидкости, получаемые из семян различных растений. Из этих масел особенно важны высыхающие масла, способные под воздействием нагрева, освещения, соприкосновения с кислородом воздуха и других факторов переходить в твёрдое состояние.

Тонкий слой масла, налитый на поверхность  какого-либо материала, высыхает и образует твёрдую, блестящую, прочно пристающую к подложке электроизоляционную плёнку. Высыхание масел является сложным химическим процессом, связанным с поглощением маслом некоторого количества кислорода из воздуха. Скорость высыхания масел увеличивается с повышением температуры, при освещении, а также в присутствии катализаторов химических реакций высыхания - сиккативов. В качестве сиккативов используют соединения свинца, кальция, кобальта и др.

Отверждённые плёнки высыхающих масел в тяжёлых углеводородах, например в трансформаторном масле, не растворяются даже при нагреве, так что являются практически маслостойкими, но к ароматическим углеводородам, например бензолу, они менее стойки. При нагреве отверждённая плёнка не размягчается. Наиболее распространённые высыхающие масла - льняное и тунговое.

Тунговое (древесное) масло получают из семян тунгового дерева, которое разводится на Дальнем Востоке и на Кавказе. Тунговое масло не является пищевым и даже токсично. Плотность тунгового масла - 94 МГ/м ³ , температура застывания - от 0 до минус 5 ⁰ С. по сравнению с льняным маслом туговое высыхает быстрее и более равномерно. Высыхающие масла применяются в энергопромышленности для изготовления электроизоляционных масляных лалов, лакотканей для пропитки дерева и для других целей.

Льняное масло золотисто - жёлтого цвета получается из семян льна. Его плотность 0,93-0,94 Мг/м 3 , температура застывания - около -20 0 С.

Тунговое масло высыхает быстрее, чем льняное. Оно даже в толстом  слое высыхает более равномерно и  даёт водонепроницаемую плёнку, чем  льняное. Высыхающие масла применяются  в электропромышленности для изготовления электроизоляционных масляных лаков, лакотканей, для пропитки дерева и для других целей. В последнее время наблюдается тенденция к замене высыхающих масел синтетическими материалами. Невысыхающие масла могут применяться в качестве жидких диэлектриков.

Касторовое масло получается из семян клещевины; иногда используется для пропитки бумажных конденсаторов. Плотность касторового масла 0,95-0,97 МГ/м 3 , температура застывания от - 10 до - 18 0 С; r равно 4,0 - 4,5 при температуре 20 0 С; tg 0,01 - 0,03, Е_ПР =15-20 МВ/м. Касторовое масло не растворяется в бензине, но растворяется в этиловом спирте. В отличие от нефтяных масел касторовое не вызывает набухания обычной резины.