Реферат: Электроизоляционные материалы
Жидкие синтетические диэлектрики .
Для пропитки конденсаторов с целью получения повышенной ёмкости в данных габаритных размерах конденсатора желательно иметь жидкий полярный диэлектрик с более высоким, чем у неполярных нефтяных масел, значением e r. Нефтяные масла склонны к электрическому старению, т.е. они, могут ухудшать свои свойства под действием электрического поля высокой напряжённости. Жидкие синтетические диэлектрики, по свойствам превосходят нефтяные электроизоляционные масла.
Рассмотрим наиболее важные:
Хлорированные углеводороды (получаются из различных углеводородов путём замены в их молекулах некоторых ( или даже всех ) атомов водорода атомами хлора). Широкое применение имеют полярные продукты хлорирования дифенила , имеющие общий состав С 12 Н 10-n CL n (n - степень хлорирования от 3 до 6).
Хлорированные дифенилы обладают e r , повышенной по сравнению с неполярными нефтяными маслами, поэтому замена масел на хлорированные дифенилы при пропитке конденсаторов уменьшает объём конденсатора ( при этой же электрической ёмкости ) почти в 2 раза. Преимуществом хлорированных дифенилов является его не горючесть.
Однако хлорированные дифенилы имеют и свои недостатки: они сильно токсичны, (из-за этого применение их для пропитки конденсаторов в некоторых странах запрещено законом); на их электроизоляционные свойства весьма значительно влияют примеси (наличие которых сказывается на потерях сквозной электропроводности при повышенной температуре); заметное снижение их e r и, следовательно ёмкости пропитанных хлорированными дифенилами конденсаторов при пониженных температурах; хлорированные дифенилы обладают сравнительно высокой вязкостью, что в некоторых случаях вызывает необходимость разбавления их менее вязкими хлорированными углеводородами.
Фтороорганические жидкости имеют малый tg d , ничтожно малую гигроскопичность и высокую нагревостойкость. Некоторые фтороорганические жидкости могут длительно работать при температуре 200 0 С и выше. Пары некоторых фтороорганических жидкостей имеют высокую для газообразных диэлектриков электрическую прочность.
Свойства характерные для фтороорганических жидкостей малая вязкость, низкое поверхностное натяжение (что благоприятствует пропитке пористой изоляции ), высокий температурный коэффициент объёмного расширения, высокая летучесть. Последнее обстоятельство требует герметизации аппаратов заливаемых фтороорганическими жидкостями.
Фтороорганические жидкости способны обеспечить интенсивный отвод теплоты потерь от охлаждаемых ими обмоток и магнитопроводов, чем нефтяные масла или кремнийорганические жидкости. Существуют специальные конструкции малогабаритных электротехнических устройств с заливкой фтороорганическими жидкостями, в которых для улучшения отвода теплоты используется испарение жидкости с последующей конденсацией её в охладителе и возвратом в устройство ( кипящая изоляция ); при этом теплота испарения отнимается от охлаждаемых обмоток, а наличие в пространстве над жидкостью фтороорганических паров, особенно под повышенным давлением, значительно увеличивает электрическую прочность газовой среды в аппарате.
Важным преимуществом фтороорганических жидкостей по сравнению с кремнийорганическими является полная не горючесть и высокая дугостойкость ( кремнийорганические жидкости, как и нефтяные масла, сравнительно легко загораются и горят сильно коптящим пламенем ). Как и кремнийорганические соединения, фтороорганические жидкости пока ещё весьма дорогие.
Кремнийорганические жидкости обладают малым tg d, низкой гигроскопичностью и повышенной нагревостойкостью. Для них характерна слабовыраженная зависимость вязкости от температуры. Эти жидкости весьма дорогие.
Прочие синтетические жидкости . Интересны и некоторые другие полярные электроизоляционные жидкости: нитробензол, этиленгликоль и цианоэтилсахароза имеют высокую диэлектрическую проницаемость e r =35¸39.
Помимо синтетических электроизоляционных жидкостей, отличающихся по химическому составу и свойствам от нефтяных масел, существуют и синтетические жидкости углеводородного состава. Эти неполярные жидкости в некоторых случаях обладают более ценными свойствами (лучшие электроизоляционные свойства, стойкость к тепловому старению, газостойкость) по сравнению с нефтяными маслами. Например, пропитка бумажных конденсаторов полиизобутиленом с низкой степенью полимеризации приводит к повышению постоянной времени само заряда конденсатора примерно на порядок по сравнению с нефтяным конденсаторным маслом или вазелином.
Сравнительно дешёвый отечественный материал ( октол ) представляет собой смесь полимеров изобутилена и его изомеров, имеющих общий состав С 4 Н 8 и получаемых из газообразных продуктов крекинга нефти. Значение e r октола 2,0 - 2,2; tg d ( при 1кГц ) 0,0001; температура застывания минус 12 0 С.
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.
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 минус 10 до минус 18 0 С ; e r равно 4,0 - 4,5 при температуре 20 0 С; tg d 0,01 - 0,03, Е ПР =15-20 МВ/м. Касторовое масло не растворяется в бензине, но растворяется в этиловом спирте.
Природные смолы.
Канифоль - хрупкая смола, получаемая из живицы ( природной смолы сосны ) после отгонки её жидких составных частей ( скипидара ). Канифоль в основном состоит из органических кислот.
Канифоль растворима в нефтяных маслах ( особенно при нагреве) и других углеводородов, растительных маслах, спирте, скипидаре и прочие.
Канифоль, растворённая в нефтяных маслах, применяется при изготовлении пропиточных и заливочных кабельных компаундов.
Электроизоляционные свойства канифоли : r=10 12 - 10 13 Ом · м; Е ПР = 10 - 15 МВ/м; зависимость e r и tg d от температуры характерна для полярных диэлектриков. Температура размягчения канифоли составляет 50 - 70 0 С. На воздухе канифоль постепенно окисляется, при чём температура размягчения её повышается, а растворимость снижается.
Битумы.
Битумы - аморфные материалы, представляющие собой сложные смеси углеводородов (обычно они содержат некоторое количество кислорода и серы). Они имеют чёрный (или тёмно-коричневый) цвет, при низких температурах хрупки и дают характерный излом в виде раковин.