Вопрос 52 Термические свойства твёрдых диэлектриков

К основным термическим свойствам относятся:
- температура плавления – определяют для кристаллических материалов;
- температура размягчения – определяют для аморфных материалов (смолы, битумы), это температура, при которой вязкость материала становится малой. При увеличении температуры материал теряет прочность и деформируется.
- температурные коэффициенты линейного (ТКЛР) и объёмного (ТКОР) расширения – важны для стекол, керамики. Лучше, если ТКЛР мал, тогда материал обладает большой нагревостойкостью;
- нагревостойкостью называется способность электроизоляционных материалов без вреда для них выдерживать как кратковременно, так и длительно воздействие высокой температуры, а также резкие изменения температуры. При воздействии высоких температур происходит тепловое старение материала – то есть необратимое ухудшение свойств материала (при кратковременном воздействии – обратимое). Процессы теплового старения определяют допустимую для материала рабочую температуру, связанную с заданным сроком службы. Нагревостойкость важна для органических материалов. С повышением температуры срок службы понижается (срок службы машины – 15-20 лет; повышение рабочей температуры на 10 ^оС снижает срок службы в 2 раза).
Критерием нагревостойкости является температура, значение которой определяется по допустимому снижению важнейших параметров. По величине длительно допустимой рабочей температуры электроизоляционный материалы делятся на 7 классов нагревостойкости.

Класс	Температура, характе­ризующая класс, К (оС)	Материалы, соответствующие данному классу
Y	363 (90)	Волокнистые материалы из хлопка, шелка, полиамидов, пластмассы на пропитанные связующим составом, поливинилхлорид, натуральный каучук
A	378 (105)	Волокнистые материалы, пропитанные лаками, поливинилацеталевые лаки, полиамидные смолы
E	393 (120)	Синтетические волокна, пленки, смолы, слоистые пластики, поликарбонатные пленки, эпоксидные лаки
B	403 (130)	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна с органическими связующими, политрифторхлорэтилен
F	428 (155)	Те же материалы с синтетическими связующими, поли­эфирамидные лаки
Y	453 (180)	Те же материалы с кремнийорганическими связующими, кремнийорганические эластомеры, асботкани, пряжа
C	Более 453 (180)	Слюда, стекло, керамика, кварц, асбоцемент, электротех­нический шифер, политетрафторэтилен (тефлон), микалекс, полиамиды

- теплостойкость – способность материала сохранять форму при нагреве и механических нагрузках, определяют ее по прибору и методике Мартенса (при постоянной скорости нагрева определяют температуру, при которой указатель прогиба покажет 6 мм – стандартное значение);
- морозостойкость, холодостойкость – способность материала противостоять действию низких температур – оценивается разными способами (по появлению трещин, потери эластичности и др.).
- теплопроводность изоляции электрических машин – чем она больше, тем меньше греются обмотки, измеряется в Вт/(м^{. о}С);
- теплоёмкость изоляции С, измеряется в Дж/(кг^{. о}С).

 

Вопрос 53. Классификация жидких диэлектриков

Жидкие диэлектрики

Подразделяются на 3 группы:

1) нефтяные масла;

2) синтетические жидкости;

3) растительные масла.

Жидкие диэлектрики используют для пропитки кабелей высокого напряжения, конденсаторов, для заливки трансформаторов, выключателей и вводов. Кроме этого они выполняют функции теплоносителя в трансформаторах, дугогасителя в выключателях и др.

Нефтяные масла

Нефтяные масла представляют собой смесь углеводородов парафинового (С_nН_2n+2) и нафтенового (С_nН_2n) рядов. Они широко применяются в электротехнике в качестве трансформаторного, кабельного и конденсаторного масел. Масло, заполняя промежутки и поры внутри электротехнических установок и изделий, повышает электрическую прочность изоляции и улучшает теплоотвод от изделий.

Трансформаторное масло получают из нефти путем перегонки. Электрические свойства трансформаторного масла в значительной степени зависят от качества очистки масла от примесей, содержания в нем воды и степени обезгаживания. Диэлектрическая проницаемость масла 2,2, удельное электрическое сопротивление 10¹³ Ом·м.

Назначение трансформаторных масел – повышать электрическую прочность изоляции; отводить тепло; способствовать дугогашению в масляных выключателях, улучшать качество электроизоляции в электротехнических изделиях: реостатах, бумажных конденсаторах, кабелях с бумажной изоляцией, силовых кабелях - путем заливки и пропитки.

Трансформаторное масло в процессе эксплуатации стареет, что ухудшает его качество. Старению масла способствуют: контакт масла с воздухом, повышенные температуры, соприкосновение с металлами (Сu, Рb, Fе), воздействие света. Для увеличения срока службы масло регенерируют очисткой и удалением продуктов старения, добавлением ингибиторов.

Кабельное и конденсаторное масла отличаются от трансформаторного более высоким качеством очистки.

Синтетические жидкие диэлектрики

Нефтяные масла склонны к электрическому старению, т.е. они могут ухудшать свои свойства под действием электрического поля высокой напряжённости. Для пропитки конденсаторов с целью получения повышенной ёмкости в данных габаритных размерах конденсатора желательно иметь полярный жидкий диэлектрик с более высоким, чем у неполярных нефтяных масел, значением er имеются синтетические жидкие диэлектрики, по тем или иным свойствам превосходящие нефтяные электроизоляционные масла. Рассмотрим важнейшие из них.

Хлорированные углеводороды

Совол – пентахлордифенил С₆Н₂Сl₃ – С₆Н₃Сl₂, получают при хлорировании дифенила С₁₂Н₁₀

С₆Н₅ – С₆Н₅ + 5Сl₂ → С₆Н₂Сl₃ – С₆Н₃Сl₂ + 5НСl

Совол применяется для пропитки и заливки конденсаторов. Обладает более высокой по сравнению с нефтяными маслами диэлектрической проницаемостью. Диэлектрическая проницаемость совола 5,0, удельное электрическое сопротивление 10¹¹ ¸ 10¹²Ом·м. Применяется совол для пропитки бумажных силовых и радиоконденсаторов с повышенной удельной емкостью и невысоким рабочим напряжением.

Совтол – смесь совола с трихлорбензолом. Используется для изоляции взрывобезопасных трансформаторов.

Кремнийорганические жидкости

Наибольшее распространение имеют полидиметилсилоксановые, полидиэтилсилоксановые, полиметилфенилсилоксановые жидкости.

Полисилоксановые жидкости – жидкие кремнийорганические полимеры (полиорганосилоксаны), обладают такими ценными свойствами как: высокая нагревостойкость, химическая инертность, низкая гигроскопичность, низкая температура застывания, высокие электрические характеристики в широком интервале частот и температур.

Жидкие полиорганосилоксаны представляют собой полимерные соединения с низкой степенью полимеризации, молекулы которых содержат силоксанную группировку атомов.

 

Жидкие полиметилсилоксаны получают при гидролизе диметилдихлорсилана в смеси с триметилхлорсиланом.

Образующиеся жидкости бесцветны, растворяются в ароматических углеводородах, дихлорэтане и ряде других органических растворителей, не растворяются в спиртах и ацетоне. Полиметилсилоксаны химически инертны, не оказывают агрессивного действия на металлы и не взаимодействуют с большинством органических диэлектриков и резин. Диэлектрическая проницаемость 2,0 ¸ 2,8, удельное электрическое сопротивление 10¹² Ом·м, электрическая прочность 12 ¸ 20 МВ/м

Жидкие кремнийорганические полимеры находят применение как:

Полидиэтилсилоксаны – получают при гидролизе диэтилдихлорсилана и триэтилхлорсилана. Имеют широкий интервал температур кипения.

Свойства зависят от температуры кипения. Электрические свойства совпадают со свойствами полидиметилсилоксана.

Жидкие полиметилфенилсилоксаны

Получают гидролизом фенилметилдихлорсиланов и др. Масло вязкое. После обработки NаОН вязкость повышается в 3 раза. Выдерживает нагрев в течение 1000 час до 250 °С. Электрические свойства совпадают со свойствами полидиметилсилоксана.

При γ – облучении вязкость кремнийорганических жидкостей сильно возрастает, а диэлектрические характеристики резко ухудшаются. При большой дозе облучения жидкости превращаются в каучукоподобную массу, а затем в твердое хрупкое тело.

Фторорганические жидкости

Фторорганические жидкости – С₈F₁₆ – негорючи и взрывобезопасны, высоконагревостойки (200 °С), обладают малой гигроскопичностью. Пары их имеют высокую электрическую прочность. Жидкости имеют низкую вязкость, летучи. Обладают лучшим теплоотводом, чем нефтяные масла и кремнийорганические жидкости.

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.