Электроизоляционные материалы

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Электроизоляционные материалы Электроизоляционные материалы можно разделить на группы по разным признакам, например 1) по их агрегатному состоянию на газообразные, жидкие, твердые; 2) по их химической природе на органические и неорганические; 3) на классы по их нагревостойкости и т. д.

Газообразные диэлектрики

Воздух является естественным изолятором. В отдельных частях установок, например в воздушных линиях электропередач между опорами, воздух является единственной изоляцией между голыми проводами.

Электрическая прочность воздуха, как и других газов, зависит от температуры, давления и ряда других обстоятельств. При нормальной температуре (+20° С) и нормальном давлении воздух обладает электрической прочностью 30 кв/см, меньшей, чем большинство жидких и твердых диэлектриков. Вследствие этого иногда наблюдается пробой воздушного промежутка непосредственно у поверхности твердого. диэлектрика (изолятора), который называется поверхностиым разрядом. Поверхностный разряд предпочтительней, чем пробой изолятора, так как прочность воздуха восстанавливается, а пробитый изолятор выходит из строя и требует замены.

Из других газов находят применение водород, углекислый газ, азот и инертные газы: аргон и неон — два последних для заполнения колб электроламп.

Водород применяется вместо воздуха для охлаждения крупных электрических машин, так как применение его дает значительное улучшение охлаждения вследствие его большой теплопроводности и теплоемкости.

Жидкие диэлектрики

К жидким диэлектрикам относятся: минеральные масла, синтетические жидкости, смолы, лаки.

Минеральные масла являются продуктами перегонки нефти. Они представляют собой смеси жидких углеводородов. Основное их применение: масляные трансформаторы, масляные выключатели, силовые кабели, конденсаторы.

В трансформаторах масло служит для изоляции токоведущих частей и для охлаждения, которое осуществляется путем конвекции, т. е. переноса тепла при циркуляции масла.

В масляных выключателях масло является средой, которая способствует гашению электрической дуги при разрыве цепи.

В кабелях с рабочим напряжением до 35 кв масло применяется для пропитки изоляции. В кабелях с рабочим напряжением от 100 кв и выше маслом наполняются каналы для него, идущие вдоль всего кабеля.

Масло должно иметь высокую электрическую прочность (100—200 кв/см). Она резко падает при наличии в нем влаги, поэтому перед заливкой и периодически при эксплуатации масло должно высушиваться и очищаться. Диэлектрическая проницаемость масла ε = ÷ 2,3; удельное объемное сопротивление его ρυ = 1014 ÷ 1015 ом см.

В последнее время довольно широкое применение получили искусственные жидкие диэлектрики.

С о в о л представляет смесь молекул дифенила разной степени хлорирования. Этот синтетический жидкий диэлектрик применяется для пропитки и заполнения конденсаторов, так как его диэлектрическая проницаемость в 2 с лишним раза больше, чем у минерального масла и, следовательно, повышает емкость конденсаторов примерно в 2 раза.

Вследствие большой вязкости совол не пригоден для заполнения трансформаторов, для этой цели применяют совтол. Он представляет совол, разбавленный трихлорбензолом.

С о в т о л, так же как и совол, негорюч и залитые им трансформаторы безопасны в пожарном отношении.

Смолы при низких температурах — аморфные стеклообразные массы. При нагреве они размягчаются и становятся пластичными, а затем жидкими. Смолы не гигроскопичны и не растворяются в воде, но растворяются в спирте и других растворителях.

Смолы являются важнейшей составной частью многих лаков, компаундов пластмасс, пленок. Они бывают природные и искусственные.

Природные смолы представляют собой продукт жизнедеятельности некоторых животных организмов, например шеллак, или растений — смолоносов. Наибольшее значение имеют синтетические смолы, например полиэтилен, поливинилхлорид. Поливинилхлорид — полимер хлористого винила, применяется для изоляции проводов, кабелей, для защитных покрытий, для изготовления лаков.

Диэлектрическая проницаемость искусственных смол Е = 4 ÷ 9электрическая прочность Uпp = 150 ÷ 400 кв/см; удельное объемное сопротивление ρυ1013÷ 1014 омсм.

Лаки представляют собой растворы пленкообразующих веществ: смол битумов, высыхающих растительных масел, например льняного, эфиров целлюлозы. В процессе сушки происходит образование лаковой пленки. По назначению лаки делятся на пропиточные, покровные и клеящие. Пропиточные лаки применяются для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов с тем, чтобы повысить их влагостойкость. Покровные лаки служат для получения защитных покрытий от воздействия окружающей среды. Клеящие лаки предназначены для склеивания листочков слюды друг с другом, с бумагой или тканью (миканит, микалента).

Эмали это лаки с введенными в них неорганическими наполнителями, повышающими твердость, механическую прочность влагостойкость эмалевых пленок. Эмаль лаки это специальная группа лаков, предназначенная для создания тонких (0,05 мм) и гибких изоляционных покрытий на обмоточных проводах (провода с эмалевой изоляцией).

Твердые диэлектрики

Твердые диэлектрики составляют многочисленную группу изоляционных материалов. Рассмотрим некоторые наиболее широко применяемые. Ради компактности часть сведений о них дана в табл. 4-1.

1. Волокнистые органические материалы: бумага, картон, фибра, ткани изготовляются из волокон древесины, хлопка, натурального шелка. Они обладают гибкостью, достаточной механической прочностью и гигроскопичностью, для уменьшения которой применяется пропитка маслом или компаундом.

Бумаг а изготовляется из древесины путем специальной обработки. Применяется кабельная конденсаторная, пропиточная бумага для изготовления гетинакса,

намоточная для изготовления бакелитовых изделий, оклеенная для изоляции листов стали.

Электрокартон (прессшпан)изготовляется из целлюлозы и подвергается прессованию. Электрокартон марки ЭВ предназначен для работы в воздухе, а марки ЭМ — для работы в масле.

Электрокартон широко применяется для прокладок в пазах электрических машин, каркасов обмоток трансформаторов и различных изделий.

Фибра изготовляется из пористой бумаги путем обработки ее хлористым цинком. Применяется для изготовления панелей, стоек, втулок, каркасов катушек и других электроизделий.

Гетинакс — прессованная бумага, пропитанная бакелитом, изготовляется листами толщиной от 0,2 до 50 мм.

Текстолит — прессованная многослойная ткань, пропитанная резольной смолой.

2. П л а с т м а с с ы — материалы, состоящие из двух составных частей — связующей и наполнителя. Связующей частью служат смолы или битумы, а также стекло (в микалексе) или цемент (в асбестоцементе). Наполнитель может быть порошкообразным или волокнистым.

Для уменьшения хрупкости иногда вводят пластификаторы, а для окраски изделия — красители.

Различают пластмассы горячей и холодной прессовки.

В пресс-формах пластмасса превращается в готовое изделие определенной формы.

Пластмассы широко применяются в электротехнике в качестве изоляционных и конструкционных материалов.

3. Эластомеры. Эластичность — свойство материала сильно удлиняться при растяжении и принимать прежние размеры при снятии нагрузки.

Материалы, обладающие свойствами эластичности, принято называть эластомерами.

Каучук натуральный, получаемый из растений — каучуконосов — обладает высокой эластичностью и малой проницаемостью для влаги и газов.

За последние десятилетия широкое применение получил синтетический каучук. Резина — эластичный материал, получаемый путем обработки каучука серой. При содержании серы 1—3% получается мягкая очень эластичная резина, при содержании серы 25—50% получается твердая резина — эбонит, не обладающий эластичностью, хорошо поддающийся обработке.

Резина широко применяется в электротехнике из-за ее эластичности и высоких электрических свойств.

Резина с малым содержанием серы применяется для изоляции проводов и кабелей. Эбонит применяется для изолирующих деталей.

Недостатком резины является низкая нагревостойкость и неустойчивость к действию минеральных масел.

Последнее время резина с успехом заменяется пластмассами-эластомерами, например поливинилхлоридом, полиэтиленом, более стойкими, чем резина, к действию щелочей, кислот, минеральных масел, бензина.

4. С текло получается плавлением кремнезема (SiО2) с окислами натрия, калия, кальция, с последующим быстрым охлаждением и обработкой для придания изделию нужной формы.

Обычное стекло обладает хрупкостью, специально изготовленные стекла, например сталинит, имеют высокую прочность.

Стекло в электротехнике применяется для изготовления изоляторов и колб ламп накаливания и электронных ламп.

Из стекла можно получить волокно и стеклопряжу, применяемую, например, для изоляции проводов, предназначенных для работы при высокой температуре.

5. Электрофарфор: коалин, огнеупорная глина, кварц, полевой шпат измельчаются, перемешиваются, подвергаются обработке, имеющей целью придать изделию нужную форму, покрываются глазурью для уменьшения гигроскопичности и обжигаются.

Фарфор имеет высокую механическую, электрическую прочность и теплостойкость. Он широко применяется для изготовления низковольтных и высоковольтных изоляторов.

6. Слюда — минерал кристаллической структуры, легко расщепляющийся на тонкие листочки. Она обладает высокой нагревостойкостью, влагостойкостью и высокими электрическими свойствами. Слюда находит широкое применение в электротехнике и радиотехнике.

Миканит — склеенные лаком или смолой листочки слюды. Он применяется для прокладок между коллекторными пластинами, прокладок различного назначения, а также для изготовления фасонных деталей путем формовки.

7. А с б е с т — минерал волокнистого строения. Основное преимущество асбеста — высокая нагревостойкость до 300—400° С. Он обладает гигроскопичностью. Электроизолирующие свойства его невысоки. Из асбеста изготовляют пряжу, ткани, ленты, шнуры, картон.

Асбестоцемент получают холодной прессовкой массы, состоящей из асбестового волокна, цемента и воды. Он обладает высокой нагревостойкостью, механической прочностью и негорючестью.

Асбестоцемент идет на изготовление перегородок щитов, труб и фасонных деталей.

8. Мрамор — горная порода, из которой изготовляются мраморные плиты для панелей щитов и щитков.

9. Парафин продукт переработки нефти — белое воскообразное веществом. Парафин не гигроскопичен, плавится при 55° С.

Применяется для пропитки бумаги, картона, дерева, для уменьшения гигроскопичности.

 

Статья на тему Электроизоляционные материалы