Синтетические жидкие диэлектрики

ГАЗООБРАЗНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

Воздух и все газы при малой степени ионизации являются диэлектриками. Электропроводность газов отображают вольт-амперной характеристикой:

I. - ток пропорционален напряжению, соблюдается закон Ома, свободные заряженные частицы постепенно втягиваются в направленное движение. II. - ток не зависит от напряжения. Все свободные заряженные частицы движутся направленно и скорость их растёт. III- скорость заряженных частиц резко возрастает, происходит явление ударной ионизации, заканчивающееся пробоем газа – точка П (I→∞; U→0)

Различают:

а) пробой в однородном поле (например: между параллельными пластинами, где напряжённость поля везде одинакова) – происходит сразу в виде искры, возникающей в любом месте. Искра может перейти в дугу при достаточной мощности источника тока; б) пробой в неоднородном поле (например: между остриём и пластиной) - происходит в несколько стадий: сначала ионизируется газ у острия и возникает коронирующий разряд (голубое свечение). При повышении напряжения, разряд переходит в кистевой и заканчивается искрой. При этом выделяются активные окислители: озон (О₃) и окись азота (NO).

Во избежание возникновения коронирующего разряда в высоковольтных установках, острые кромки электродов скругляют или закрывают металлическими экранами.

Основные газообразные диэлектрики:

1) Воздух Е_пр ≈ 3 кВ/мм.

2) Элегаз (SF₆) Е_пр ≈ 7-8 кВ/мм

3) Фреон (CСl₂F₂) Е_пр ≈ 7-8 кВ/мм.

4) Водород – имеет наивысшую среди газов теплопроводность и используется в электроустановках как охлаждающая среда; Е_пр ≈ 1,8 кВ/мм.

ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

Применяют в трансформаторах, масляных выключателях, кабелях, конденсаторах (для пропитки пористой изоляции, как охлаждающая среда, и искрогаситель).

Наиболее распространены нефтяные масла, полученные дробной перегонкой нефти, реже применяют синтетические жидкости.

Нефтяные масла

а) трансформаторное – маловязкое, прозрачное, желтоватое. Температура застывания –45⁰С, вспышки паров +135⁰С, электрическая прочность E_пр > 16 кВ/мм. В процессе эксплуатации масло стареет, при этом ухудшаются его свойства. Продукты старения: нерастворимые (шлам) - налипают на стенки бака ухудшая теплообмен; растворимые (свободные кислоты) – разъедают изоляцию и ухудшают электроизоляционные свойства. Периодически масло меняют. Отработанное масло – подвергают частичной или полной очистке – регенерации. При этом выполняют фильтрование, центрифугирование, химическую обработку (кислотно-щелочную) и сушку под вакуумом;

б) конденсаторное масло – получают дополнительной очисткой и отстаиванием трансформаторного. Eпр > 20 кВ/мм, ε_r = 2,1…2,3. Применяют для заливки высоковольтных конденсаторов с бумажной изоляцией;

в) кабельные масла:

Ø маловязкие – применяют в маслонаполненных кабелях низкого давления до 3 атм.;

Ø средневязкие (С-110, С-220) – предназначены для высоковольтных кабелей (110 кВ и выше), при давлении ~ 14 атм.- имеют наиболее стабильные параметры.

Ø вязкое масло – сильно загущённое канифолью. Применяют для пропитки бумажной изоляции кабелей напряжением до 35 кВ.

Синтетические жидкие диэлектрики

а) совол (С₁₂H₅Cl₅) – негорючая, густая бесцветная жидкость с резким запахом. Eпр ≈ 14кВ/мм, ε_r = 5,2, загустевает при температуре ниже + 5 ⁰С. Применяют для пропитки бумажной изоляции в конденсаторах;

б) совтол – совол разбавленный трихлорбензолом. Температура застывания ниже – 40 ⁰С. Применяется в конденсаторах и специальных трансформаторах. Данные жидкости - токсичны, негорючи, однако их пары могут воспламеняться при температуре 200 … 300⁰;

в) кремнийорганические (ПМСЖ) и фторорганические жидкости – негорючие, температура застывания – 60 ⁰С , имеют стабильные параметры, применяются ограниченно из –за высокой стоимости.

ТВЕРДЕЮЩИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

1) Воскообразные – применяют для пропитки пористых материалов, заливки ВЧ катушек, а также в составе компаундов.

а) парафин – получают перегонкой парафинистой нефти, температура плавления 50 … 55 ⁰С. E_пр = 20 … 25 кВ/мм, усадка до 15 %;

б) церезин – получают переработкой минерала озокерита (горного воска). Температура плавления 65 … 80 ⁰С, усадка 5 …7 %.

2) Битумы – искусственные , температура размягчения: 25 … 90 ⁰С и природные (асфальтиты): температура размягчения 150 … 220 ⁰С, E_пр = 10…25 кВ/мм, неморозостойкие. Применяют для компаундов и масляно-битумных лаков.

3) Лаки – коллоидные растворы плёнкообразующих веществ в летучих растворителях.

Плёнкообразующие: смолы (природные и искусственные), битумы, высыхающие масла (льняное, тунговое), эфиры, целлюлозы.

Растворители: спирты, ацетон, бензин, бензол, толуол.

В состав лаков также входят пластификаторы и сиккативы (ускорители твердения), а в состав эмалей - красители (пигменты).

Различают лаки: пропиточные, клеящие и покровные.

По способу сушки: холодной и горячей (печной).

4) Компаунды- твердеющие электроизоляционные составы не содержащие летучих растворителей. Обеспечивают затвердевшей массе малую пористость.

По назначению делят на пропиточные, заливочные и обмазочные.

Термопластичные компаунды изготавливают:

а) на основе битумов (битум + минеральное масло + канифоль). Их нагревостойкость 60 … 100⁰С, E_пр = 15 … 20 кВ/мм - применяют для пропитки обмоток;

б) воскообразные (парафин или церезин + канифоль или синтетическая смола) - применяют в радиотехнике.

Термореактивные:

а) на основе эпоксидных смол с добавкой талька или кварца. Затвердевшая масса имеет высокую прочность и плотность. Теплостойкость 80 … 110 ⁰С, E_пр = 20 … 50 кВ/мм;

б) на основе кремнийорганических смол. Нагревостойкость до 200⁰С, E_пр = 10 …30 кВ/мм. Применяют для пропитки обмоток электрических машин в нагрево- и влагостойком исполнении.

Технология пропитки обмоток

Компаунд нагревают до 150 … 170 ⁰С. Обмотки помещают в пропиточный котёл и сушат под вакуумом при 100 … 180 ⁰С, а затем в котёл впускают разогретый компаунд и постепенно повышают давление до 6 … 8 атм. Пропитанные обмотки сушат.

ТВЁРДЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

1) Электротехнические бумаги – для их изготовления применяют чистую сульфатную целлюлозу.

а) кабельная бумага – применяется для изоляции в кабелях высокого напряжения. Механически прочная, толщиной 0,05 … 0,17 мм, E_пр = 6 … 9 кВ/мм – в непропитанном и 70 … 80 кВ/мм в пропитанном маслом виде. Выпускают одно-, трех – и четырёхслойную, обычную и уплотнённую;

б) конденсаторная - изготавливается толщиной 0,004 … 0,03 мм. Плотная, механически прочная, E_пр = 20 … 50 кВ/мм – в непропитанном и 250 … 300 кВ/мм – в пропитанном маслом виде. ε_r = 3,7, рабочая температура до 100⁰С. Выпускают в бобинах;

в) пропиточная и намоточная- имеют пониженную плотность, хорошо впитывают синтетическую смолу, предназначены для изготовления листового пластика – гетинакса и намоточных бумажно-бакелитовых изделий;

г) микалентная бумага – предназначена для изготовления гибкой слюдяной ленты. Имеет повышенную прочность, изготавливается из длинноволокнистого хлопка;

д) крепировальная бумага – гофрированная, поэтому обладает гибкостью и хорошо растягивается (до 60 %). Предназначена для изолирования отводов в масляных трансформаторах.

2) Электроизоляционные картоны - выпускают толщиной 0,1 …8 мм.

а) воздушные - предназначены для работы на воздухе. Твёрдые, плотные, с глянцевой поверхностью. E_пр = 8 …13 кВ/мм;

б) масляные - более рыхлые, толщиной 0,5 … 3 мм. Предназначены для изоляции в маслонаполненных аппаратах. Е_пр = 20 … 60 кВ/мм – в пропитанном виде;

в) фибра – изготавливается из специальной непроклеенной бумаги. Бумагу пропускают через ванну с подогретым до ~ 50⁰С раствором ZnCl_2,при этом на её поверхности появляется клейкое вещество. Затем бумагу наматывают на барабан, сушат, разрезают и прессуют изделия, Е_пр = 5 … 7 кВ/мм. Применяют в низковольтном оборудовании, и также для корпусов высоковольтных разрядников.

3) Текстильные материалы- вырабатываются из хлопкового, льняного, шёлкового и стекловолокна.

а) пряжу –используют для заполнения пустот в кабелях, для оплёток проводов и кабелей;

б) ленты – для изоляции обмоток электрических машин, а также в виде липкой прорезиненной изоленты;

в) лакоткани – состоят из тканевой основы пропитанной электроизоляционном лаком. Применяют для изоляции обмоток.

Выпускают также лакированные трубки для изоляции выводов.

Асбест и асбоматериалы

Асбест – природный материал, волокнистого строения, негорючий, нагревостойкость до 600 ⁰С.

На его основе выпускают:

а) асбестовую бумагу и картон, Е_пр = 4 … 6 кВ/мм. Применяют для изготовления асбогетинакса, электро- и теплоизоляционных прокладок;

б) асбоцемент – выпускают в виде волнистых или плоских листов, а также труб. Гигроскопичен, Е_пр = 2 … 3 кВ/мм. Влагостойкость и электрические параметры улучшают пропиткой ( масло, парафин);

в) дроблёный асбест, замешанный на лаке применяют как электроизоляционную замазку.

6) Резины -применяют для изоляции проводов и кабелей, электроизоляционных и эластичных прокладок. Сырьём является натуральный или синтетический каучук. Вулканизацией (т.е. нагревом каучука и серы ~ 140 ⁰С) получают резину. В её состав также вводят наполнители (мел, тальк, кварцевая пыль), смягчители (парафин), ускорители вулканизации и красители (сажа, цинковые белила). Е_пр =15 … 25 кВ/мм. Рабочая температура: - 25…+100⁰С.

Выпускают мягкую резину (до 6 % S), полутвёрдую и твёрдую (до 20 % S), а так же эбонит (30 – 40 % S).

Мягкую используют для изоляции проводов, перчаток, электроизоляционных ковриков и т.п. Эбонит – для баков аккумуляторов и различных электроизоляционных деталей.

В настоящее время применяют различные синтетические каучуки, вырабатываемые из спирта, нефти и других продуктов.

7) Стекло - изготавливают варкой смеси (шихты), состоящей из кварцевого песка, соды, мела, доломита и других компонентов, при температуре 1350 … 1600 ⁰С.

Виды стёкол:

а) щелочные – сравнительно легкоплавкие с высоким содержанием щелочных окислов. Применяют для бытовых изделий;

б) щелочные, содержащие тяжёлые окислы - выпускают двух видов: флинты (PbO) и кроны (BaO); применяют при производстве конденсаторов;

в) малощелочные – содержат до 5 % щелочных окислов. Применяют для высоковольтных изоляторов. Изоляторы подвергают закалке, т.е. после прессования горячие изделия обдувают холодным воздухом, в результате их прочность повышается в 2 – 3 раза; E_пр до 45 кВ/мм;

г) бесщелочные (кварцевые) – тугоплавкие, применяют для изготовления стекловолокна, химической посуды, небольших изоляторов.

8) Электрокерамика - изготавливается из порошкообразной смеси глины, каолина, кварцевого песка, полевого шпата, окислов бария, кальция, титана и др.

Изделия получают сухим прессованием, выдавливанием через мундштук, прессформовкой или на гончарном станке, реже литьём.

Виды электрокерамики:

а) установочная (изоляторная). Основной вид - электрофарфор, Е_пр = 30 кВ/мм, рабочая температура до 100 ⁰С.

Применяют также стеатит - электрокерамику, имеющую повышенную механическую прочность, Е_пр до 40 кВ/мм, рабочую температуру до 250 ⁰С.

Ее используют в радиотехнике и в высоковольтной аппаратуре;

б) конденсаторная керамика. Е_пр = 20 … 25 кВ/мм, ε_r = 12…250. Основой готового материала являются – титанаты (MgTiO₃), станнаты и цирконаты;

в) сегнетокерамика – имеет очень высокую ε_r - до 6 …7 тыс., зависящую от приложенного напряжения, а также обладающую пьезоэффектом (деформация → U- прямой пьезоэффект, и обратный ~ U→ механические колебания той же частоты). Используется в малогабаритных конденсаторах и в различных датчиках.

9) Слюда – минерал слоистой структуры.

Основные виды:

а) мусковит – калиевая светлая слюда, Е_пр = 120…190 кВ/мм, нагревостойкость 500 … 600 ⁰С, ε_r = 6…8. Имеет высокую химическую стойкость;

б) флогопит – калиево-магнезиальная цветная слюда, Е_пр= 90 … 180 кВ/мм, нагревостойкость 800 ...900⁰С. Имеет более низкие механические свойства.

Применяют:

а) щепанную слюду ( толщиной 10 … 45 мкм) – для изготовления миканита, т.е. листового материала, получаемого склейкой щепанной слюды теплостойким лаком. Применяют: прокладочный, коллекторный, гибкий миканит и микаленту;

б) конденсаторную;

в) фасонную – прессованные детали радиоламп и мощных ламп накаливания;

г) отходы (скраб) – используют как наполнитель в пластмассах, резинах, стекле (микалекс), а также для производства слюдяных бумаг: слюдинитов и слюдопластов, применяемых аналогично миканиту (имеют худшие параметры, но значительно дешевле).

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 139; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!