При пробое газообразных диэлектриков в однородном электрическом поле пробивные напряжения на постоянном и переменном токе (до частот 10000 Гц) практически не отличаются по величине.
Кроме отмеченных случаев, газы используются как диэлектрики в образцовых конденсаторах, газонаполненных кабелях, высоковольтных выключателях и т. д.
Литература: [3], с. 87-93.
3. 4. Жидкие диэлектрики.
В качестве жидких электроизоляционных материалов в электротехнических устройствах применяют минеральные масла и синтетические жидкие диэлектрики. Следует изучить электропроводность и пробой жидких диэлектриков, уяснить влияние степени чистоты жидкости на ее электрическую прочность.
Минеральное (или нефтяное) масло получают в результате ступенчатой и последующей обработки нефти. По характеру использования нефтяные масла могут быть разделены на три группы:
трансформаторные масла, используемые для силовых трансформаторов и высоковольтных выключателей;
кабельные масла, применяемые для пропитки бумажной изоляции высоковольтных кабелей;
конденсаторные масла, используемые для пропитки изоляции конденсаторов.
Необходимо ознакомиться со свойствами каждого из видов масел, их достоинствами, недостатками; рассмотреть способы очистки, сушки и регенерации минеральных масел.
Помимо нефтяных масел, находят применение синтетические жидкие электроизоляционные материалы.
Совол - это прозрачная бесцветная жидкость, по химическому составу отвечающая формуле С12H5Сl5 (пентахлордифенил). Электрическая прочность совола близка к прочности трансформаторного масла. Совол используется для заливки конденсаторов. Из-за большой вязкости в трансформаторах он не применяется. Для масляных выключателей совол также не пригоден, потому что при разрыве электрической дуги в нем выделяется много сажи. Аналогичными свойствами обладает совтол, то есть совол, разбавленный трихлорбензолом (С6H3Cl3). Благодаря меньшей вязкости он может использоваться для заливки трансформаторов. Оба материала токсичны.
В трансформаторах применяется гексол, представляющий собой смесь 80% гексахлорбутадиена и 20% -совола.
Широкое применение находят кремнийорганические и фторорганические соединения, в числе которых имеются жидкости.
В зависимости от особенностей структуры и химического состава различают четыре основных вида кремнийорганических диэлектриков: полиметилсилоксановые (ПМСЖ), полиэтилсилоксановые (ПЭСЖ), полиметилфенилсилоксановые (ПМФСЖ), полихлорорганосилоксановые (ПХОСЖ) или полифторорганосилоксановые (ПФОСЖ). Кремнийорганические диэлектрики обладают большой стабильностью электрических и физико-химических параметров, весьма малым углом диэлектрических потерь, низкой гигроскопичностью и повышенной нагревостойкостью (наивысшая допускаемая рабочая температура некоторых из этих жидкостей доходит до 250°С).
Однако кремнийорганические жидкости дороги, что ограничивает их применение.
Фторорганические жидкости имеют малый tgδ, ничтожно малую гигроскопичность и высокую нагревостойкость. Отдельные фторорганические жидкости могут длительно работать при температуре 200°С и выше.
Фторорганические жидкости обладают высокой стабильностью электрических и физико-химических характеристик, однако дороги, что ограничивает их применение.
Литература: [3], с. 93-104.
3. 5. Полимеры.
Значительное место среди электроизоляционных материалов принадлежит органическим соединениям (на основе углерода), главным образом искусственным (синтетическим) высокомолекулярным материалам. Это объясняется тем, что многие из них обладают ценными свойствами и могут быть получены из дешевого, легко доступного сырья: нефти, природного газа, угля.
Многие из этих высокомолекулярных соединений являются полимерами, молекулы которых состоят из значительного количества групп атомов, имеющих одинаковое сравнительно простое строение (мономеры).
Синтетические полимеры могут быть получены двумя способами: поляризацией и поликонденсацией.
Полимеризация - это такая химическая реакция, при которой из низкомолекулярного соединения (мономера) получается высокомолекулярное соединение без изменения элементарного химического состава вещества.
Поликонденсация - это химическая реакция между разнородными мономерами, сопровождающаяся обычно выделением побочных продуктов: воды, Водорода, аммиака, хлористого водорода и других, способных в той или иной мере сказываться на свойствах конечного продукта.
Полимеры могут классифицироваться по их поведению при нагревании. Некоторые из них при нагревании плавятся, а при охлаждении затвердевают. Они растворяются в определенных растворителях. Такие материалы называются термопластичными. В отличие от них термореактивные материалы или реактопласты при нагревании не плавятся и не имеют способности растворяться.
Полимеры различаются также по молекулярной структуре. Молекулы полимеров имеют вид цепочки. Молекулы пространственных полимеров развиты в различных направлениях, что придает всей молекуле большую жесткость, неподвижность.
Кроме общих сведений о высокомолекулярных органических веществах, необходимо изучить наиболее распространенные полимеризационные материалы и их особенности.
Особое внимание следует уделить полистиролу, его получению и разновидностям. Необходимо ознакомиться с электрическими и физико-химическими характеристиками блочного и эмульсионного полистирола, а также областями его применения.
Нужно изучить состав, электрические, физико-химические свойства и применение полиэтилена и поливинилхлорида (полихлорвинила).
Следует изучить основные свойства, виды и применение фторопластов - нагревостойких полимеризационных материалов.
Необходимо изучить состав, структуру, основные характеристики и область применения следующих наиболее распространенных поликонденсационных материалов: фенолформальдегидных смол, бакелитовых, новолачных, полиэфирных смол, эпоксидных полимеров, а также уяснить получение и применение кремнийорганических смол (полиорганосилоксанов). В состав кремнийорганических смол, помимо характерного для органических полимеров углерода, входит кремний.
Основу строения их молекул образует силоксанная группировка чередующихся атомов кремния и кислорода.
Полиорганосилоксаны могут быть как термопластичными и иметь линейное строение, так и термореактивными и образовывать пространственные структуры.
Кремнийорганические полимеры используются в лаках, компаундах, пластмассах, некоторые из них весьма эластичны (кремнийорганические каучуки). Кремнийорганические соединения могут быть получены и в виде жидкостей (см. тему 3. 4).
Кремнийорганики обладают высокой нагревостойкостью. Электроизоляционные свойства кремнийорганических соединений высоки даже при повышенных температурах, поэтому кремнийорганики целесообразно использовать в композиции с нагревостойкими неорганическими материалами (слюда, стеклянное волокно, асбест и пр.) в виде миканитов, стеклотканей, пластмасс. Кроме того, кремнийорганические соединения обладают очень малой гигроскопичностью и практически не смачиваются водой. Однако они дороги, что ограничивает применение.
К природным смолам относятся шеллак, канифоль, копал, янтарь. Следует ознакомиться с получением и применением природных смол.
Литература: [3], с. 113-144.
3. 6. Пластмассы, пленочные материалы.
Пластическими массами называют материалы, способные в нагретом состоянии приобретать пластичность, то есть легко приобретать заданную форму и ее сохранять. Они состоят из связующего вещества, наполнителей, пластификаторов, красителей, стабилизаторов и других материалов. В качестве связующего материала используются термореактивные и термопластические органические полимеры, кремнийорганические и фторорганические полимеры, а также эфиры целлюлозы. Наполнителями служат порошкообразные, волокнистые или листоабразивные вещества. Они улучшают физико-механические свойства пластмасс. Пластификаторы (трикрезилфосфат, диметилфтолат, дибутилфтолат) уменьшают хрупкость и повышают морозостойкость.
В зависимости от физико-химической природы связующего вещества пластмассы и изделия из них разделяют на термопластичные и термореактивные. Изделия из термопластичных материалов при нагревании вновь размягчаются. Они, как правило, наполнителей не имеют. Термореактивные пластмассы необратимы, то есть переработке не подлежат.
При изучении пластмасс необходимо ознакомиться со способами переработки пресспорошков и прессматериалов в изделия, свойствами и областями применения пластмасс в электротехнике.
Слоистые пластики - это термореактивные пластмассы, в которых наполнителями служат бумага, хлопчатобумажная, лавсановая ткань, стеклоткань или асбест. В соответствии с этим получают гетинакс, текстолит, стеклотекстолит или асботекстолит. Ознакомьтесь с маркировкой, характерными особенностями и применением слоистых пластиков.
Древеснослоистые пластики (ДСП) - материалы типа фанеры на бакелитовой смоле более дешевые, чем гетинакс, но с худшими электроизоляционными свойствами и более гигроскопичны.
Пленочные материалы довольно широко применяются в электроизоляционной технике. Они представляют собой тонкие гибкие материалы, изготовляемые из различных термопластических полимеров.
Их можно разделить на два класса: неполярные и полярные. К неполярным относятся полистирольные, полиэтиленовые, полипропиленовые и политетрафторэтиленовые. Полярными пленками являются триацетатцеллюлозная, лавсановая, поликарбонатная, полиамидная, поливинилхлоридная. Необходимо знать типы, свойства и применение пленочных материалов.