Требования к диэлектрикам

Жидкие диэлектрики, классификация, применение.

Современное технологическое оборудование для нормального функционирования часто нуждается в каких-то вспомогательных специфических материалах и веществах. Жидкие диэлектрики можно отнести именно к таким особым веществам. К ним предъявляется ряд требований: низкая вязкость, экологическая безопасность, нетоксичность, хорошее биоразложение, высокая газостойкость, низкая температура застывания, удовлетворительная стабильность при низких температурах, заранее известное значение взаимной растворимости полипропиленовой плёнки и пропитывающего вещества, незначительное набухание и растворение в пропитывающем веществе, высокую смачиваемость полипропиленовой плёнки.

Например, в трансформаторах ЖД выступают в качестве дополнительного охлаждения и отводят образующееся тепло. Для этих целей подходят жидкие диэлектрики, обладающие низкой вязкостью и высокой теплоёмкостью.

В некоторых устройствах более важны другие свойства используемых смачивающих материалов: негорючесть и отсутствие образования газообразных продуктов разложения. Различные диэлектрики обладают теми или иными полезными свойствами, но не в одном типе не сочетаются все позитивные качественные характеристики одновременно. Наиболее значимыми параметрами ЖД считаются диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность, электропроводность.

Классифицируют жидких диэлектриков по нескольким признакам:

  • трансформаторов;
  • По химической основе:
    • По максимально допустимой рабочей температуре жидкие диэлектрики разделены на несколько групп для температур от 70°С до 250 °С. Для температур до 95 градусов подходят нефтяные масла, тогда как для более высоких температур используются только синтетические ЖД.
    • Для обеспечения требований экологичности в последнее время полихлорированные дифенилы (ПХД) практически полностью вытеснены заменителями, которые характеризуются значительно большей степенью горючести. Для обеспечения безопасности эксплуатации таких жидких диэлектриков конструкция оборудования проектируется таким образом, чтобы снизить вероятность опасного его повреждения в чрезвычайных ситуациях.

      Территория электротехнической информации WEBSOR

      Классификация диэлектриков

      Основы > Электротехнические материалы > Диэлектрики

      ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ

      Электроизоляционными материалами или диэлектриками называются вещества, с помощью которых осуществляется изоляция элементов или частей электрооборудования, находящихся под разными электрическими потенциалами. По сравнению с проводниковыми материалами (проводниками) диэлектрики обладают значительно большим электрическим сопротивлением. Характерным свойством диэлектриков является возможность создания в них сильных электрических полей и накопления электрической энергии. Это свойство диэлектриков используется в электрических конденсаторах и других устройствах.
      Согласно агрегатному состоянию диэлектрики делятся на газообразные, жидкие и твердые . Особенно большой является группа твердых диэлектриков (высокополимеры, пластмассы, керамика и др.). Согласно химическому составу диэлектрики делятся на органические и неорганические . Основным элементом в молекулах всех органических диэлектриков является углерод. В неорганических диэлектриках углерода не содержится. Наибольшей нагревостойкостью обладают неорганические диэлектрики (слюда, керамика и др.).
      По способу получения диэлектрики делятся на естественные (природные) и синтетические. Наиболее многочисленной является группа синтетических электроизоляционных материалов. В результате органического синтеза могут быть созданы диэлектрики с заданным комплексом необходимых электрических и физико-химических свойств. Поэтому группа синтетических электроизоляционных материалов имеет очень широкую область применения в электротехнике.
      С точки зрения строения молекул диэлектрики обычно делят на нейтральные и полярные .
      Нейтральные диэлектрики состоят из электрически нейтральных атомов и молекул, которые до воздействия на них электрического поля не обладают электрическими моментами. Нейтральные атомы и молекулы приобретают электрические моменты только под действием электрического поля — в процессе деформационных поляризаций. Среди нейтральных диэлектриков иногда выделяют группу ионных кристаллических диэлектриков (слюда, кварц, отдельные виды керамики и др.), в которых каждая пара ионов составляет нейтральную частицу — молекулу. Ионы располагаются в узлах кристаллической решетки. Каждый ион находится в колебательном тепловом движении около центра равновесия — узла кристаллической решетки.
      Полярные или дипольные диэлектрики состоят преимущественно из полярных молекул — диполей. Последние вследствие асимметрии своего строения обладают начальным электрическим моментом (до воздействия электрического поля). При воздействии электрического поля полярные молекулы ориентируются, стараясь расположить свои оси в направлении электрического поля.
      Полярные диэлектрики отличаются повышенными значениями диэлектрической проницаемости e и несколько повышенной проводимостью и гигроскопичностью по сравнению с нейтральными диэлектриками.

      Нейтральными диэлектриками являются водород, бензол, четыреххлористый углерод, полиэтилен, полистирол, парафин и др. К полярным диэлектрикам относятся касторовое масло, совол, совтол, бакелиты, галовакс и др. Иногда выделяют еще группу слабо полярных диэлектриков, молекулы которых обладают относительно небольшим начальным электрическим моментом. К слабо полярным диэлектрикам можно отнести совтол, поливинилхлорид, многие кремнийорганические электроизоляционные материалы и др.

      На рис. 5-1 и 5-5 представлены типичные температурные зависимости e и tg d нейтрального и полярного жидких диэлектриков.

      Многочисленную группу твердых диэлектриков обычно делят на ряд подгрупп в зависимости от их состава, структуры и технологических особенностей этих материалов. Так, выделяют керамические диэлектрики, воскообразные, пленочные, минеральные и др.

      Зависимость e от температуры для электроизоляционных жидкостей.
      1 — нейтральная жидкость; 2 — полярная жидкость.

      Диэлектрики, используемые во внешней изоляции

      Диэлектрики, из которых изготавливаются изоляторы, должны отвечать ряду требований.

      1. Они должны иметь высокую механическую прочность , поскольку изоляторы, являясь элементом конструкции, несут значительную нагрузку. Изоляторы ЛЭП несут нагрузку от тяжения проводов, исчисляемую тоннами, а иногда и десятками тонн. Опорные изоляторы, на которых крепятся шины РУ, выдерживают громадные нагрузки от электродинамических сил, возникающих между шинами при коротких замыканиях.

      2. Диэлектрики должны иметь высокую электрическую прочность, позволяющую создавать экономичные и надежные конструкции изоляторов. Нарушение электрической прочности изолятора может происходить или при пробое твердого диэлектрика, из которого он изготовлен, или в результате развития разряда в воздухе вдоль внешней поверхности изолятора. Разряд по поверхности при условии быстрого отключения напряжения не причиняет изолятору повреждений, а пробой твердого диэлектрика означает выход изолятора из строя. Поэтому пробивное напряжение твердого диэлектрика в изоляторе в 1,5 раза выше, чем напряжение перекрытия по поверхности, которым и определяется электрическая прочность изолятора.

      3. Диэлектрики должны быть негигроскопичны и не должны изменять своих свойств под действием различных метеорологических факторов.

      4. Так как при дожде и увлажненных загрязнениях на поверхностях изоляторов длительное время могут существовать частичные электрические дуги, диэлектрики должны обладать высокой трекингостойкостью.

      5. Диэлектрики должны быть высокотехнологичными, т.е. допускать применение высокопроизводительных технологических процессов.

      Всем указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют глазурированный электротехнический фарфор и электротехническое стекло, получившие широкое распространение, а также некоторые пластмассы.

      Сравнительные характеристики стекла и фарфора можно представить следующим образом.

      Электрическая прочность 30-40 кВ/мм 45 кВ/мм

      в однородном поле при

      толщине образца 1,5 мм

      при сжатии 450 Мпа 400-450 Мпа

      при изгибе 70 Мпа 80 Мпа

      при растяжении 30 Мпа 25-30 Мпа

      Изоляторы из закаленного стекла имеют ряд преимуществ перед фарфоровыми: технологический процесс их изготовления полностью автоматизирован; прозрачность стекла позволяет легко обнаружить при внешнем осмотре мелкие трещины и другие внутренние дефекты; повреждение стекла приводит к разрушению диэлектрической части подвесного изолятора, которое легко обнаружить при осмотре ЛЭП эксплуатационным персоналом.

      Полимерные изоляторы наружной установки изготовляются из эпоксидных компаундов на основе циклоолифатических смол, из кремнийорганической резины, из полиэфирных смол с минеральным наполнителем и добавкой фторопласта. Такие изоляторы имеют высокую электрическую прочность и достаточную трекингостойкость. Высокая механическая прочность полимерных изоляторов достигается посредством армирования их стеклопластиком. Применение полимерных изоляторов на ЛЭП позволяет существенно уменьшить массу подвесных изоляторов.

      В закрытых распределительных устройствах (ЗРУ) изоляторы не подвержены влиянию атмосферных осадков, поэтому для их изготовления в некоторых случаях используется бакелизированная бумага. Для уменьшения гигроскопичности такие изоляторы порываются снаружи водостойкими лаками. Однако наибольшее распространение для внутренней установки получили изоляторы из фарфора и стекла, отличающиеся от изоляторов наружной установки более простой формой.

      Условия развития разряда по поверхности изоляторов открытых распределительных устройств (ОРУ) существенно изменяются, если на их поверхностях имеются увлажненные загрязнения или же они смачиваются дождем. Разрядные напряжения значительно уменьшаются. При измерениях мокроразрядных и влагоразрядных напряжений искусственный дождь и увлажненные загрязнения создаются по стандартным методикам. Это обеспечивает возможность сопоставления результатов, полученных в разное время или в разных лабораториях, и объективность оценки изоляторов различной конструкции.

      Дата добавления: 2016-06-22 ; просмотров: 964 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

      Требования к диэлектрикам

      К диэлектрикам, из которых изготавливают изоляторы, предъявляется ряд требований. Прежде всего, они должны иметь высокую механическую прочность, так как нагрузки на изоляторы, например оттяжения проводов или от электродинамических усилий на шины при коротком замыкании, могут быть очень большими.

      Эти диэлектрики должны обладать высокой электрической прочностью, малыми диэлектрическими потерями, большим объемным сопротивлением и еще некоторыми свойствами, позволяющими при относительно небольших размерах изоляторов обеспечивать высокое качество их внутренней изоляции.

      Здесь лишь отметим, что в проходных изоляторах на напряжения 35 кВ и выше для создания внутренней изоляции используют комбинации из нескольких, в том числе и жидких, диэлектриков; опорные и линейные изоляторы, как правило, изготовляют из одного диэлектрика.

      Особые требования предъявляются к диэлектрикам для изоляторов наружной установки. Такие диэлектрики должны выдерживать резкие смены температуры и длительное воздействие солнечной радиации, должны быть стойкими к слабым электролитам, образующимся при увлажнении загрязнений с водорастворимыми примесями, не должны ощутимо увлажняться при смачивании дождем или при длительном пребывании во влажном воздухе. Они должны иметь очень гладкие поверхности, чтобы на них не скапливались загрязнения и происходила «самоочистка» при дожде и ветре.

      При дожде и увлажненных загрязнениях на поверхностях изоляторов длительное время могут существовать частичные электрические дуги, под действием которых у нестойких материалов со временем происходит обугливание поверхности и образуются разветвленные, проводящие следы – треки. Поэтому диэлектрики для изоляторов наружной установки должны иметь высокую трекингостойкость.

      Наконец, диэлектрики должны быть удобными для массового изготовления изоляторов, т. е. допускать применение высокопроизводительных технологических процессов и иметь невысокую стоимость.

      В наилучшей степени этим требованиям удовлетворяют глазурованный электротехнический фарфор и стекла специальных составов. Они пока не имеют себе равных по трекингостойкости, практически не увлажняются, очень стойки к различным атмосферным воздействиям.

      Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине 1,5 мм составляет 30–40 кВ/мм, но уменьшается с ростом толщины; у стекол она несколько ниже.

      Механическая прочность фарфора и стекла сильно зависит от вида нагрузки. Так, на сжатие прочность фарфора составляет около 45 кПа, а на растяжение — всего лишь 3 кПа. Примерно в таком же соотношении находятся эти прочности и у стекол. Поэтому изоляторы стремятся конструировать так, чтобы фарфор в них работал в основном на сжатие. Стеклянные изоляторы в процессе изготовления подвергают закалке, т. е. нагревают до температуры около 700°С, а затем обдувают холодным воздухом. Во время закалки наружные слои стекла приобретают остаточное напряжение сжатия, что увеличивает механическую прочность на разрыв, так как часть разрывающего усилия тратится на преодоление остаточного напряжения сжатия. Изоляторы из закаленного стекла по механической прочности не уступают фарфоровым, поэтому они широко применяются во многих странах.

      Характеристики электроизоляционных материалов

      Электроизоляционными материалами называют материалы, с помощью которых осуществляют изоляцию токопроводящих частей. Они обладают: высоким удельным сопротивлением, электрической прочностью — способностью материала противостоять разрушению его электрическим напряжением и электрическими потерями, характеризующимися тангенсом угла потерь, нагревостойкостыо, характеризующейся температурой, предельно допустимой для данного диэлектрика при его длительном использовании в электрооборудовании.

      Электроизоляционные материалы — диэлектрики могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

      Назначение электроизоляционных материалов в электрических заключается в создании между частями, имеющими разные электрические потенциалы, такой среды, которая препятствовала бы прохождению тока между этими частями.

      Различают электрические, механические, физико-химические и тепловые характеристики диэлектриков.

      Электрические характеристики диэлектриков

      Объемное сопротивление — сопротивление диэлектрика при прохождении через него постоянного тока. Для плоского диэлектрика оно равно:

      где ?v — удельное объемное сопротивление диэлектрика, представляющее собой сопротивление куба с ребром 1 см при прохождении постоянного тока через две противоположные грани диэлектрика, Ом-см, S — площадь сечения диэлектрика, через которое проходит ток (площадь электродов), см2, d — толщина диэлектрика (расстояние между электродами), см.

      Поверхностное сопротивление диэлектрика

      Поверхностное сопротивление — сопротивление диэлектрика при прохождении тока по его поверхности. Это сопротивление составляет:

      Rs = ?s (l / S) , Ом

      где ps — удельное поверхностное сопротивление диэлектрика, представляющее собой сопротивление квадрата (любых размеров) при прохождении постоянного тока от одной его стороны к противоположной, Ом, l — длина поверхности диэлектрика (в направлении прохождения тока), см, S — ширина поверхности диэлектрика (в направлении, перпендикулярном прохождению тока), см.

      Как известно, емкость конденсатора — диэлектрика, заключенного между двумя параллельно расположенными и находящимися друг против друга металлическими обкладками (электродами), составляет:

      С = ( ? S) / (4? l) , см,

      где ? — относительная диэлектрическая проницаемость материала, равная отношению емкости конденсатора с данным диэлектриком к емкости конденсатора таких же геометрических размеров, но диэлектриком которого является воздух (вернее вакуум); S — площадь электрода конденсатора, см2, l — толщина диэлектрика, заключенного между электродами, см.

      Угол диэлектрических потерь

      Потеря мощности в диэлектрике при приложении к нему переменного тока составляет:

      где U — приложенное напряжение, Ia — активная составляющая тока, проходящего через диэлектрик, А.

      Как известно: Ia = I р / tg ? = I р х tg ?, А, I р = U2?fC

      где I р — реактивная составляющая тока, проходящего через диэлектрик, А, С — емкость конденсатора, см, f — частота тока, гц, ? — угол, на который вектор тока, проходящий через диэлектрик, опережает вектор напряжения, приложенного к этому диэлектрику, град, ? — угол, дополняющий ? до 90° (угол диэлектрических потерь, град).

      Таким образом, величина потери мощности определяется:

      Pa = U 2 2?fC tg ?, Вт

      Большое практическое значение имеет вопрос зависимости tg ? от величины приложенного напряжения (кривая ионизации).

      При однородной изоляции, не имеющей расслоений и растрескиваний, tg ? почти не зависит от величины приложенного напряжения; при наличии расслоений и растрескиваний с увеличением приложенного напряжения tg ? резко возрастает из-за ионизации промежутков, заключенных внутри изоляции.

      Периодическое измерение у гла диэлектрических потерь ( tg ?) и его сравнивание с результатами предыдущих замеров характеризуют состояние изоляции, степень и интенсивность ее старения.

      Электрическая прочность диэлектрика

      В электроустановках диэлектрики, образующие изоляцию обмоток, должны противостоять действию электрического поля. Интенсивность (напряженность) тюля возрастает с увеличением напряжения, создающего это поле, и, когда напряженность поля достигает критической величины, диэлектрик теряет свои электроизоляционные свойства происходит так называемый пробой диэлектрика .

      Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением , а соответствующая ему напряженность поля — электрической прочностью диэлектрика .

      Численное значение электрической прочности равно отношению величины пробивного напряжения к толщине диэлектрика в месте пробоя:

      E пр = U пр / l , кВ / мм,

      где U пр — пробивное напряжение, кВ, l — толщина изоляции в месте пробоя, мм.

      Физико-химические характеристики диэлектриков

      Помимо электрических, различают следующие физико-химические характеристики диэлектриков.

      Кислотное число — определяет количество (мг) гидроксида калия (КОН), необходимое для нейтрализации свободных кислот, содержащихся в жидком диэлектрике и ухудшающих его электроизоляционные свойства.

      Вязкость — определяет степень текучести жидкого диэлектрика, от которой зависит проникающая способность лаков при пропитке обмоточных проводов, а также конвекция масла в трансформаторах и т. д.

      Различаются кинематическая вязкость , измеряемая капиллярными вискозиметрами (U-образными стеклянными трубками), и так называемая условная вязкость, определяемая по скорости истечения жидкости из калиброванного отверстия в специальной воронке. Единицей кинематической вязкости является стокс (ст).

      Условная вязкость измеряется градусами Энглера.

      Нагревостойкость — способность материала выполнять свои функции при воздействии рабочей температуры в течение времени, сравнимого с расчетным сроком нормальной эксплуатации электрооборудования.

      Под влиянием нагрева происходит тепловое старение электроизоляционных материалов, в результате которого изоляция перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям.

      Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов (ГОСТ 8865-70). Буква обозначает класс нагревостойкости, а цифры в скобках — температуру, °С

      Y (90) Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и натурального шелка, не пропитанные и не погруженные в жидкий электроизоляционный материал
      А(105) Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или натурального, искусственного и синтетического шелка, пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал
      Е (120) Синтетические материалы (пленки, волокна, смолы, компаунды)
      В (130) Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами
      F (155) Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами
      Н (180) Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами
      С (свыше 180) Слюда, керамические материалы, стекло, кварц или их комбинации без связующих составов или с неорганическими связующими

      Температура размягчения , при которой начинается размягчение твердых диэлектриков, имеющих в холодном состоянии аморфное состояние (смол, битумов). Температура размягчения определяется при выдавливании разогретой изоляции из кольца или трубки с помощью стального шарика или ртути.

      Температура каплепадения , при которой из чашки (имеющей на дне отверстие диаметром 3 мм), в которой разогревается испытуемый материал, отделяется и падает первая капля.

      Температура вспышки паров , при которой смесь паров электроизоляционной жидкости и воздуха воспламеняется от преподнесенного пламени горелки. Чем ниже температура воспламенения жидкости, тем больше ее испаряемость.

      Влагостойкость, химстойкость, морозостойкость и тропикостойкость диэлектриков — стабильность электрических и физико-химических характеристик электроизоляционных материалов при воздействии соответственно влаги, кислот или щелочей низкой температуры в пределах от -45° до -60° С, а также тропического климата, характеризуемого высокой и резко изменяющейся в течение суток температурой воздуха, его высокой влажностью и загрязненностью, наличием плесневых грибков, насекомых и грызунов.

      Дугостойкость и короностойкость диэлектриков — стойкость электроизоляционных материалов к воздействию озона и азота, выделяющихся при тихом разряде — короне, а также стойкость к действию электрических искр и устойчивой дуги.

      Термопластичные и термореактивные свойства диэлектриков

      Термопластичными электроизоляционными материалами являются такие, которые, будучи твердыми в исходном, холодном состоянии, размягчаются при нагреве и растворяются в соответствующих растворителях. После охлаждения эти материалы вновь отвердевают. При повторном нагреве сохраняется их способность к размягчению и растворению в растворителях. Таким образом, нагрев таких материалов не вызывает каких-либо изменений в их молекулярной структуре.

      В противоположность этому так называемые термореактивиые материалы после тепловой обработки при соответствующем режиме отвердевают (запекаются). При повторном нагреве не размягчаются и не растворяются в растворителях, что свидетельствует о прошедших при нагреве необратимых изменениях в их молекулярном строении.

      Механическими характеристиками изоляционных материалов являются: пределы прочности при растяжении, сжатии, статическом и динамическом изгибе, а также твердость.

      Жидкие диэлектрики

      Жидкие диэлектрики можно классифицировать по различным признакам.

      1. По химической природе:

      а) нефтяные масла,

      б) синтетические жидкости (хлорированные и фторированные углеводороды, кремний- или фторорганические жидкости, различного рода производные на ароматической основе, сложные эфиры различных типов, полиизобутилены).

      б) выключателей и контакторных устройств регулирования напряжения под нагрузкой,

      а) до 70 °С (нефтяные масла в конденсаторах),

      г) до 200 °С (некоторые типы фторуглеродов, хлор (фтор) органосилоксаны),

      д) до 250 °С (полифилэфиры и специальные полиорганосилоксаны).

      12) низкая вязкость в диапазоне рабочих температур.

      Жидкие диэлектрики, например, в трансформаторах выполняют дополнительную функцию, являясь охлаждающим агентом и обеспечивая отвод теплоты, выделяющейся внутри электрооборудования, что требует высокой теплоемкости и низкой вязкости при наименьших рабочих температурах.

      Часто отказы электрооборудования сопровождаются искрением, дугообразованием, которые могут воспламенить жидкость, газообразные продукты ее испарения или разложения. Важно, чтобы диэлектрическая жидкость, ее пары или газообразные продукты разложения не воспламенялись при отказе электрооборудования, о ее сопротивлении воспламенению судят по степени ее негорючести.

      Ни одни жидкий диэлектрик не соответствует всем этим требованиям одновременно. Приходится ориентироваться на важнейшие для данного конкретного случая применения требования, компенсируя отдельные недостатки ограничениями в условиях эксплуатации либо внося соответствующие изменения в конструкцию электрооборудования.

      Однако до сего времени в эксплуатации все еще находится большое количество электрооборудования, содержащего экологически опасные ПХД. Эксплуатация такого электрооборудования требует строгого соблюдения специальных инструкций. Принимаются меры к постепенной замене ПХД в трансформаторах экологически безопасными жидкостями. Содержащие ПХД остатки и вышедшее из строя оборудование уничтожаются.

      Требование высокой ? г для конденсаторных жидких диэлектриков удается компенсировать за счет повышения их стойкости к воздействию электрического поля и соответствующего увеличения рабочей напряженности электрического поля.

      Требования к жидким диэлектрикам

      Для того, чтобы оценить ресурс, необходимо авторизоваться.

      Пособие разработано на основании государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста: 654500 — «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» (специальность 180200 — «Электрические и электронные аппараты» ). В данном учебном пособии освещены вопросы, касающиеся проектирования и разработок многоамперных электрических аппаратов различных модификаций с разными системами охлаждения и типами контактных систем, а также особенностям их конструкций и работы. Учебное пособие предназначено для усвоения дисциплин: «Основы теории электрических аппаратов», «Инженерное проектирование и САПР электрических аппаратов», «Особенности конструкций и работы многоамперных электрических аппаратов», которые изучаются студентами электроэнергетических, электромеханических, электротехнологических специальностей и может быть использовано при курсовом и дипломном проектировании.

      Большая Энциклопедия Нефти и Газа

      Жидкий диэлектрик

      Жидкий диэлектрик предназначен для заполнения пор конденсаторной бумаги, чем повышает надежность работы изоляции и улучшает охлаждение секций. [16]

      Жидкие диэлектрики отличаются значительно более высокой электрической прочностью, чем газы, несмотря на большую зависимость электрических свойств жидкостей от загрязнений, которые вчгазообраз-ном состоянии почти не изменяют электрической прочности газа. Основной причиной более высокой прочности жидких диэлектриков является их более высокая ( в 2000 раз) плотность и значительно меньшие расстояния между молекулами. Однако примеси полярных жидких ( эмульсии) или твердых ( суспензии) веществ порождают новые формы теплового или ионизационного ( в случае газообразных включений) пробоя, которые снижают, пробивное напряжение даже неполярных жидкостей, у которых в чистом виде пробой носит характер ударной, ионизации, как у газов, но вследствие значительно меньшей длины свободного пробега ионов для развития процесса ударной ионизации требуется более высокое напряжение. [17]

      Жидкие диэлектрики широко применяются в электротехнике. Так, трансформаторное масло ( нефтяное минеральное масло, представляющее смесь различных углеводородов) используется для заливки силовых трансформаторов. [18]

      Жидкий диэлектрик должен удовлетворять след, основным требованиям: иметь высокую теплопроводность; низкие — давление паров, коэфф. [19]

      Жидкий диэлектрик должен удовлетво — рять след, основным требованиям: иметь высокую теплопроводность; низкие — давление паров, коэфф. [20]

      Жидкие диэлектрики по многим своим свойствам близки к твердым 1иэлектрикам и существенно отличаются от газов. Так, теплоемкость кидких диэлектриков значительно ближе к теплоемкости твердых диэлектриков. Ряд явлений вблизи точки плавления твердых тел указывает на аналогию поведения жидких и твердых диэлектриков. Жидкие и твердые диэлектрики относятся к сильно кон — 1енсированным системам, в которых важную роль играют силы молеку — 1ярного взаимодействия. [21]

      Жидкие диэлектрики разделяются на природные ( трансформаторное и другие нефтяные масла, касторовое масло) и синтетические ( совол и др.. [22]

      Жидкие диэлектрики отличаются более высокой электрической прочностью, чем газы в нормальных условиях. [23]

      Жидкие диэлектрики предназначены для отвода теплоты от обмоток и магнитопроводов в трансформаторах, гашение дуги в масляных выключателях, усиление твердой изоляции в трансформаторах, маслонаполненных вводах, конденсаторах, масло-пропитанных и маслонаполненных кабелях. [25]

      Жидкие диэлектрики ( касторовое масло, кремнийорганические жидкости) применяются в сварочных пушках для изоляции высоковольтных элементов со стороны ввода высоковольтного кабеля, а также интексификации отвода теплоты от теплонагруженных элементов катодного узла. В большинстве сварочных пушек применяют термокатоды, эмитирующие электроны при разогреве до высоких температур. [27]

      Жидкие диэлектрики , например, в трансформаторах выполняют дополнительную функцию, являясь охлаждающим агентом и обеспечивая отвод теплоты, выделяющейся внутри электрооборудования, что требует высокой теплоемкости и низкой вязкости при наименьших рабочих температурах. [28]

      Жидкие диэлектрики на основе полиорга -: носилоксановых соединений имеют постоянно расширяющуюся область применения, особенно в зарубежной практике, связанную с запрещением и ограничением производства ПХД и их заменой в различных электротехнических изде -; лиях на нетоксичные и экологически безопасные кремнийорганические жидкости. [29]

      Жидкие диэлектрики — смеси сложных эфиров — нашли широкое применение за рубежом в производстве бумажных конденсаторов вместо хлордифенилов, чему способствовало большое значение ег — В СССР сложные эфиры под маркой ДОФ выпускают в больших количествах для других целей. Для использования в производстве конденсаторов они требуют известной технологической доработки для достижения стабильности электрических показателей. [30]

      Требования к жидким диэлектрикам

      Жидкие диэлектрики представляют собой электроизоляционные жидкости, используемые в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры. Применение электроизоляционных жидкостей позволяет обеспечить надежную и длительную работу электрической изоляции, находящихся под напряжением элементов конструкций и отводить от них тепло, выделяющееся при работе.

      Электроизоляционные жидкости по химической природе можно классифицировать на нефтяные электроизоляционные масла и синтетические жидкости различных типов. По специфике применения они делятся на жидкости для конденсаторов, кабелей, циркулярных систем охлаждения выпрямительных установок и турбогенераторов, масляных выключателей.

      Нефтяные электроизоляционные масла являются горючими жидкостями и представляют большую опасность. Пожарная опасность оценивается по температуре вспышки паров жидкого диэлектрика в смеси с воздухом. Эта температура должна быть не ниже 135-140 о С .

      Из характеристик трансформаторного масла следует отметить кинематическую вязкость при температуре 20 и 50 о С , знание которой весьма важно, так как при увеличении вязкости сверх допустимых пределов ухудшается теплоотвод от обмоток и магнитопровода трансформатора, а это может привести к сокращению срока службы электрической изоляции. Стандартом нормировано также кислотное число, которое необходимо контролировать для учета старения масла в процессе его эксплуатации.

      По своим диэлектрическим характеристикам хорошо очищенное от примесей и влаги трансформаторное масло обладает свойствами неполярного диэлектрика. Пробивное напряжение технически чистых масел в стандартном разряднике составляет 50-60КВ при 50Гц и примерно 120КВ при воздействии импульсного напряжения. С целью повышения устойчивости масел к процессам старения в масла вводят синтетические ингибиторы — ионол , ДВРС и др. в концентрации от 0.1 до 0.5 .

      Ингибиторы замедляют процесс старения масла в 2-3 раза . Масла, побывавшие в эксплуатации, подвергаются регенерации. Осушка масел производится искусственными цеолитами , которые известны также под названием » молекулярные сита «.

      Конденсаторные масла отличаются от трансформаторных масел более тщательной очисткой и меньшими значениями tg (до 2 . 10 -4 ).

      Конденсаторные масла отличаются от трансформаторных по температуре вспышки и вязкости.

      Наибольшее применение получили синтетические жидкости на основе хлорированных углеводородов, что связано с их высококой термической устойчивостью, электрической стабильностью, негорючестью. Однако в связи с токсичностью хлорированнных углеводородов их применеие сначала ограничивалось, а в настоящее время почти повсеместно запрещено , хотя в эксплуатации еще имеется их значительное количество.

      Значения тангенса угла диэлектрических потерь для трихлордифенила, совтола-10 и гексола при 90 о С лежит в пределах 0.015 — 0.03 . Удельное объемное сопротивление полихлордифенилов при рабочих температурах в пределах 3 . 10 9 -10 12 Ом . м . Наименее полярные свойства проявляются у гексола, у которого при 70 о С не превышает 2.7-2.9 . Электрическая прочность большинства жидкостей на основе хлористых углеводородов при 20 о С не превышает 18-22МВ/м.

      Жидкие диэлектрики на основе кремнийорганических соединений ( полиорганосилоксанов ) являются нетоксичными и экологически безопасными. Эти жидкости представляют собой полимеры с низкой степенью полимеризации, в молекулах которых содержится повторяющаяся силоксанная группировка:

      Жидкие диэлектрики, классификация, применение.

      Современное технологическое оборудование для нормального функционирования часто нуждается в каких-то вспомогательных специфических материалах и веществах. Жидкие диэлектрики можно отнести именно к таким особым веществам. К ним предъявляется ряд требований: низкая вязкость, экологическая безопасность, нетоксичность, хорошее биоразложение, высокая газостойкость, низкая температура застывания, удовлетворительная стабильность при низких температурах, заранее известное значение взаимной растворимости полипропиленовой плёнки и пропитывающего вещества, незначительное набухание и растворение в пропитывающем веществе, высокую смачиваемость полипропиленовой плёнки.

      Для изготовления жидких диэлектриков используются ароматические соединения, фторированные, хлорированные углеводороды, расплавы некоторых халькогенидов, дистиллированная вода, сжиженные газы, кремнийорганические соединения (полиорганосилоксаны). ЖД применяются в электротехнике для пропитывания или заливки в некоторые компоненты радио- и электротехнической аппаратуры.

      Например, в трансформаторах ЖД выступают в качестве дополнительного охлаждения и отводят образующееся тепло. Для этих целей подходят жидкие диэлектрики, обладающие низкой вязкостью и высокой теплоёмкостью.

      Классификация жидких диэлектриков

      1. По степени горючести:
        • горючие;
        • негорючие;
        • По назначению, для:
          • конденсаторов;
          • контакторных устройств управления напряжением при нагрузках;
          • изоляции оборудования высокого напряжения;
          • систем циркуляционного охлаждения;
          • кабелей.
        • синтетические жидкости (полиизобутилены, разнообразные эфиры, углеводороды и др.);
        • нефтяные масла.
        • Презентация по дисциплине материаловедение на тему «Жидкие изоляционные материалы»

          Столичный учебный центр
          г. Москва

          Начальная школа: Новые методы и технологии преподавания в соответствии с ФГОС

          Курс повышения квалификации

          Дошкольное образование: Методическое обеспечение в условиях реализации ФГОС

          Описание презентации по отдельным слайдам:

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Леднева Марина Михайловна преподаватель специальных дисциплин Урень, 2020 г. Тема занятия «Жидкие изоляционные материалы»

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» План занятия Электротехнические масла Материалы с последующим отвердением

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Жидкие диэлектрики Диэлектрическими называются электротехнические материалы с большим сопротивлением прохождению тока. По агрегатному состоянию диэлектрики делятся на твердые, жидкие и газообразные. На пробивную прочность жидких диэлектриков оказывают влияние: температура, влага, газы, механические и химические примеси.

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Применение жидких диэлектриков Жидкие диэлектрики применяются в электроизоляционной технике в качестве пропитывающих и заливочных составов при производстве электро и радиотехнической аппаратуры, в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры. По применению они делятся на жидкости для конденсаторов, кабелей, циркулярных систем охлаждения выпрямительных установок и турбогенераторов, масляных выключателей. Электроизоляционные жидкие диэлектрики должны обеспечивать повышение электрической прочности твердой пористой изоляции, отвод тепла от обмоток трансформатора, гашение электрической дуги в масляных выключателях. В импульсном электрическом поле их электрическая прочность возрастает.

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Особенности пробоя жидких диэлектриков Пробой – потеря электрической прочности под действием напряжённости электрического поля – может иметь место как в образцах различных диэлектриков и систем изоляции, так и в электроизоляционных системах любого электротехнического устройства – от мощных генераторов и высоковольтных трансформаторов до любого бытового прибора. В любой изоляции пробой приводит к образованию в ней канала повышенной проводимости, достаточно высокой, чтобы произошло короткое замыкание в данном электротехническом устройстве, создающее аварийную ситуацию, по существу выводящую это устройство из строя. В твёрдой изоляции, как правило, канал пробоя сохраняет высокую проводимость после выключения, приведшего к пробою напряжения. В жидких и газообразных диэлектриках вследствие высокой подвижности их частиц электрическое сопротивление канала пробоя восстанавливается вызвавшего его напряжения практически мгновенно. Пробой жидких диэлектриков может быть вызван разными процессами, определяющимися в основном состоянием жидкости, степенью её дегазации и чистотой.

          Трансформаторное масло Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Трансформаторное масло — это жидкость от почти бесцвет-ной до темно-желтого цвета, по химическому составу представля-ющая собой смесь различных углеводородов. Нефти разных месторождений отличаются по своим параметрам и зависимостям этих параметров от температуры. Трансформаторное масло — самый распространенный жидкий диэлектрик, применяемый в электроснабжении.

          Свойства трансформаторного масла 1. Электроизоляционные свойства масел определяются в основном тангенсом угла диэлектрических потерь. 2. Диэлектрическая прочность трансформаторных масел в основном определяется наличием волокон и воды, поэтому механические примеси и вода в маслах должны полностью отсутствовать. 3. Низкая температура застывания масел (-45 °С и ниже) необходима для сохранения их подвижности в условиях низких температур. 4. Для обеспечения эффективного отвода тепла трансформаторные масла должны обладать наименьшей вязкостью при температуре вспышки не ниже 95, 125, 135 и 150°С для разных марок. 5. Наиболее важное свойство трансформаторных масел — стабильность против окисления, т.е. способность масла сохранять параметры при длительной работе Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум»

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Область применения трансформаторного масла Трансформаторным маслом заливают силовые трансформаторы. Его назначение двояко: во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции, а также промежутки м/у проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изо-ляции; во-вторых, оно улучшает отвод теплоты, выделяемой за счет потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Лишь некоторые силовые и измерительные трансформаторы выполняются без заливки маслом («сухие» трансформаторы). Еще одна важная область применения трансформаторного масла — масля-ные выключатели высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электри-ческой дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги; это способствует охлажде-нию канала дуги и быстрому ее гашению. Трансформаторное масло применяется также для заливки маслонаполнен-ных вводов, некоторых типов реакторов и других электрических аппаратов.

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Конденсаторное масло Оно служит для пропитки бумажных конденсаторов, в особенности силовых, предназначенных для компенсации индуктивного сдвига фаз. При пропитке бумажного диэлектрика повышается как его диэлектрическая проницаемость, так и электрическая прочность; то и другое дает возможность уменьшить габариты, массу и стоимость конденсатора при заданных рабочем напряжении, частоте и емкости. Конденсаторное масло сходно с трансформаторным, но требует особо тщательной очистки адсорбентами.

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Кабельные масла Они используются в производстве силовых электрических кабелей; пропитывая бумажную изоляцию этих кабелей, они повышают ее электрическую прочность, а также способствуют отводу тепла потерь. Кабельные масла бывают различных типов. Для пропитки бумажной изоляции обычных силовых кабелей на рабочие напряжения до 35 кВ в свинцовых или алюминиевых оболочках (кабели с вязкой пропиткой) применяется масло марки МН-4 относительно малой вязкости, в которое для повышения вязкости добавляется синтетический загуститель.

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Смолы Смолы — применяемое в практике, название обширной группы материалов, которые характеризуются некоторым сходством хими-ческой природы (это сложные смеси органических веществ). При достаточно низких температурах смолы —это аморфные, стеклообразные массы, более или менее хрупкие. При нагреве смолы (если они ранее непретерпевали химических изменений) размягчаются, становясь пластичными, а затем жидкими. Применяемые в электроизоляционной технике смолы большей частью нерастворимы в воде и мало гигроскопичны, но растворимы в подходящих по химической природе органических растворителях. Обычно смолы обладают клейкостью и при переходе из жидкого состояния в твердое прочно пристают к соприкасающимся с ними твердым телам. Смолы широко применяются в виде важнейшей составной части лаков, пластических масс, пленок, искусственных и синтетических волокнистых материалов и т. п.

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Классификация и получение смол По своему происхождению смолы делятся на природные, ис-кусственные и синтетические. Природные смолы представляют собой продукты жизнедеятель-ности животных организмов (пример — шеллак) или растений-смолоносов (канифоль); их получают в готовом виде и лишь подвергают сравнительно несложным операциям очистки, переплавки и т. п. Сюда же относятся ископаемые смолы (копалы), представляющие собой остатки разложившихся в земле деревьев-смолоносов.

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Классификация и получение смол Наибольшее значение в электрической изоляции имеют синте-тические смолы — полимеризационные и конденсационные. Общим недостатком конденсационных смол является то, что при их отверждении происходит выделение воды или других низкомолекулярных веществ, остатки которых могут ухудшить электроизоляционные свойства смолы. Кроме того, молекулы конденсационных смол, как правило, содержат полярные группы, что повышает их угол диэлектрических потерь и гигроскопичность; полимеризационные же смолы могут быть и неполярными (примеры: полимеры углеводородного состава, политетрафторэтилен).

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Электроизоляционные лаки Большое значение в электроизоляционной технике имеют лаки и компаунды. В процессе изготовления изоляции их используют в жидком виде, но в готовой, работающей изоляции они находятся уже в твердом состоянии. Таким образом, лаки и компаунды являются твердеющими материалами. Лаки- это коллоидные растворы смол, битумов, высыхающих масел, составляющие, так называемую лаковую основу в летучих растворителях. При сушке лака растворитель улетучивается, а лаковая основа переходит в твердое состояние, образуя (в тонком слое) лаковую пленку. По применению электроизоляционные лаки разделяются на три группы: пропиточные, покровные и клеящие. Пропиточные лаки служат для пропитки пористой, и в частности волокнистой изоляции (бумага, картон, пряжа, ткань, изоляция обмоток электрических машин и аппаратов).

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Электроизоляционные лаки Покровные лаки служат для образования механически прочной, глад-кой, блестящей, влагостойкой пленки на поверхности твердой изоляции. Некоторые покровные лаки (эмаль-лаки) наносят не на твердую изо-ляцию, а непосредственно на металл, образуя на его поверхности элек-тризоляционный слой (примеры: изоляция эмалированных проводов, изоляция листов электротехнической стали в расслоенных магнитопро-водах электрических машин). Клеящие лаки применяются для склеивания между собой твердых электроизоляционных материалов или для приклеивания их к металлу. Помимо высоких электроизоляционных свойств и малой гигроскопично-сти, клеящие лаки должны обеспечивать особо высокую адгезию к склеи-ваемым материалам. По режиму сушки различают лаки горячей (печной) сушки, которые требуют для сушки повышенной температуры (обычно более 100° С), и лаки холодной (воздушной) сушки, которые достаточно быстро и хорошо сохнут при комнатной температуре.

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Закрепление пройденного материала Классификация диэлектриков. Особенность применения жидких диэлектриков. Трансформаторные масла, их применение и свойства.

          Министерство образования Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Уренский индустриально-энергетический техникум» Использованная литература Основная литература: 1. Материаловедение: Учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И.Макарова, Г.Г. Мухин и др.; под. общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 5-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 648с.: ил. 2. Алан С.Н. Технология конструкционных материалов / под. ред. А.Н. Ростовцева. – М.: Просвещение, 1986. – 303с.: ил. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. 3.Электротехнические материалы. 7-е изд., переработанное. Л.: Энергия, 1985. – 352с.: ил. 4. Конструкционные и электротехнические материалы / под. ред. В.М. Филикова. – М.: Высшая школа, 1990. – 296с.

          Жидкие диэлектрики

          По специфике применения для:

          д) систем циркуляционного охлаждения и изоляции установок высокого напряжения.

          3. По верхнему пределу допустимой рабочей температуры:

          б) до 95°С (нефтяные масла в трансформаторах, хлорированные углеводороды в конденсаторах),

          в) до 135°С (некоторые синтетические и хлорированные углеводороды, некоторые эфиры кремниевой, фосфорной, органической кислот, полиоргано-силоксаны),

          Классификация по верхнему пределу допустимой температуры зависит также от особенностей эксплуатации жидкого диэлектрика и требуемого срока службы.

          4. По степени горючести:

          Конкретные требования к жидкому диэлектрику определяются конструкцией и условиями применения оборудования, в котором он применяется, степенью экологической опасности. Общие требования можно сформулировать следующим образом:

          1) высокая электрическая прочность,

          4) высокая стабильность в условиях эксплуатации, хранения и технологической обработки,

          5) высокая стойкость к воздействию электрического и теплового полей,

          6) высокая стойкость против окисления,

          7) определенное значение ? г с учетом особенностей электроизоляционной конструкции,

          8) совместимость с применяемыми материалами,

          11) экологическая безопасность,

          12) низкая вязкость в диапазоне рабочих температур.

          Современная техника изготовления силовых конденсаторов привела к изменению требований к пропитывающему веществу: оно осязательно изготавливается на основе ароматических соединений и должно иметь низкую вязкость, хорошую смачиваемость полипропиленовой пленки, незначительные ее растворение и набухание в пропитывающем веществе, наперед заданное значение взаимной растворимости пропитывающего вещества и полипропиленовой пленки, удовлетворительную стабильность при низких температурах, в том числе низкую температуру застывания, высокую газостойкость, нетоксичность, экологическую безопасность и хорошее биоразложение.

          Жидкие диэлектрики, например, в трансформаторах выполняют дополнительную функцию, являясь охлаждающим агентом и обеспечивая отвод теплоты, выделяющейся внутри электрооборудования, что требует высокой теплоемкости и низкой вязкости при наименьших рабочих температурах.

          Часто отказы электрооборудования сопровождаются искрением, дугообразованием, которые могут воспламенить жидкость, газообразные продукты ее испарения или разложения. Важно, чтобы диэлектрическая жидкость, ее пары или газообразные продукты разложения не воспламенялись при отказе электрооборудования, о ее сопротивлении воспламенению судят по степени ее негорючести.

          Например, обеспечение экологической безопасности привело сначала к снижению степени хлорирования и соответственному увеличению пожароопасности, а затем к почти повсеместному запрещению производства и применения полихлорированных дифенилов (ПХД). Практически все существующие их заменители горючи. Этот недостаток удалось в значительной степени компенсировать пересмотром конструкции корпуса электрооборудования в сторону снижения вероятности опасного его повреждения в аварийной ситуации.

          Читайте так же:  Справка о среднем заработке для определения пособия