Нагревостойкие органические материалы реферат

Обновлено: 05.07.2024

Нагревостойкость – это способность электрической изоляции выдерживать длительное время действие повышенной температуры без недопустимого ухудшения ее свойств и характеристик.

Качество изоляции при действии на нее повышенной температуры оценивается:

- для неорганических диэлектриков изменением величин (в сторону уменьшения) и (в сторону увеличения);

- для органических диэлектриков изменением величин предела прочности при растяжении и предела прочности при изгибе , а кроме этого степенью погружения иглы в изоляционный материал под давлением при нагреве и изменением величин и .

Степень нагревостойкости изоляционного материала может быть оценена величинами его температуры вспышки и температуры воспламенения.

Температура вспышки – это температура, при которой изоляционный материал вспыхивает в парах воздуха при поднесении к нему небольшого пламени.

Температура воспламенения – температура, которая больше температуры вспышки и при которой изоляционный материал при поднесении к нему пламени загорается.

В эксплуатации эти температуры должны быть по возможности выше.

В соответствии с рекомендациями МЭК (Международной электротехнической комиссии) изоляционные материалы делятся на классы нагревостойкости (Y-E – чисто органические изоляционные материалы, B-H – комбинированные изоляционные материалы, C – неорганические изоляционные материалы).

Таблица 1 – Классы нагревостойкости диэлектриков

Класс нагревостойкости	Y	A	E	B	F	H	C
Допустимая рабочая температура,	>180

К классу нагревостойкости Y относятся материалы на основе бумаги или ткани (пряжа, ткани, ленты, бумаги, картоны, древесина), которые не пропитаны и не погружены в жидкий изоляционный материал.

К классу нагревостойкости А относятся те же материалы, но при условии, что они пропитаны жидким изоляционным материалом или погружены в него (провод с хлопчатобумажной изоляцией в пропитанной лаком обмотке электрической машины или же в погруженной в электроизоляционное масло обмотке маслонаполненного трансформатора; лакоткани на хлопчатобумажной или шелковой основе и масляных или битумно-масляных лаках; лакобумаги на тех же лаках).

К классу нагревостойкости Е относятся материалы на основе пластмасс с использованием органических связующих на основе различных смол, компаундов, лаков и т.п. (гетинакс, текстолит, пресс-порошки с наполнением древесной мукой, полиэтилентерефталатные пленки, эпоксидные, полиэфирные и полиуретановые смолы и компаунды, изоляция эмалированных проводов на полиуретановых и эпоксидных лаках и т.д.).

К классу нагревостойкости В относятся материалы неорганического происхождения с использованием органических связующих (щепаная слюда, асбестовые и стекловолокнистые материалы, миканиты (в том числе с бумажной или тканевой органической подложкой), стеклолакоткани, стеклотекстолиты на фенолформальдегидных термореактивных смолах, эпоксидные компаунды с неорганическими наполнителями).

К классу нагревостойкости F относятся неорганические материалы с использованием органических связующих повышенной нагревостойкости (стекловолокно без подложки или с неорганической подложкой, с применением органических связующих и пропитывающих материалов повышенной нагревостойкости: эпоксидных, термореактивных полиэфирных, кремнийорганических).

К классу нагревостойкости H относятся неорганические материалы, у которых в качестве связующего вещества применяются кремнийорганические смолы особо высокой нагревостойкости.

К классу нагревостойкости С относятся неорганические материалы, которые не содержат в себе склеивающих или пропитывающих органических связующих (асбест, стекло, слюда, стекловолокно, кварц, микалекс, нагревостойкие миканиты, непропитанный асбоцемент и т.п.). Исключением являются материалы органического происхождения: фторопласт-4 (политетрафторэтилен) и материалы на основе полиимидов (волокна, пленки, изоляция эмалированных проводов и т.п.).

§ 57. Нагревостойкие высокополимерные диэлектрики
Одной из важнейших задач электроматериаловедения является разработка электроизоляционных органических материалов с повышенной нагревостойкостью. Применение таких материалов в изоляции электрических машин и аппаратов позволяет повысить их температуру нагрева и девает возможным увеличение мощности машин и аппаратов, не изменяя их веса и габаритов.
Рассмотренные ранее высокополимерные органические диэлектрики могут длительно использоваться при температурах до 90—105° С и только некоторые из них, например лавсан — до 120° С и глифталевые смолы до 130° С. Таким образом, подавляющее
большинство органических диэлектриков может длительно работать при температурах, не превышающих 90—105° (классы нагревостойкости Y и Л). При превышении же указанных температур органические диэлектрики в результате теплового старения быстро разрушаются.
Высокой нагревостойкостью обладают электроизоляционные материалы неорганического происхождения, например электрокерамические материалы (фарфор, стеатит), но из них невозможно изготовить гибкие виды изоляции. Как показали исследования, основной причиной низкой нагревостойкости высокополимерных органических диэлектриков является сравнительно малая энергия химической связи между атомами углерода, составляющими основы молекул органических диэлектриков. Так, например, энергия химической связи между атомами: углерод — углерод (С—С) равна 58,6 ккал/моль.
При нагревании диэлектриков в процессе их использования до температуры, при которой тепловая энергия будет свыше энергии химической связи, они будут претерпевать тепловое старение, т. е. разрушаться. Надо было изыскать новые виды диэлектриков, которые бы состояли из молекул с большей энергией связи.
В результате многочисленных исследований были разработаны новые кремнийорганические высокополимерные диэлектрики *. В основе молекул этих диэлектриков находится силоксановая группировка атомов — Si — О — Si — (кремний — кислород — кремний), энергия связи которой равна 89,6 ккал моль. Вследствие этого кремнийорганические диэлектрики обладают более высокой нагревостойкостью по сравнению с органическими диэлектриками, рассмотренными ранее.

* Большие работы по изысканию и разработке высокополимерных кремнийорганических диэлектриков проведены акад К. А. Андриановым и его сотрудниками.
Температуру устанавливают в зависимости от класса нагревостойкости изоляции обмоток,

Гигроскопичность (влагопоглощение) пленок относительно большая и составляет в среднем 1,0% за 24 ч нахождения пленок в парах воды при 20° С. Поэтому обмоточные провода с пленочной полиимидной изоляцией необходимо пропитывать нагревостойкими и водостойкими лаками (кремнийорганическими и другими). В зависимости от исходных веществ можно получать полиимиды с различной структурой их молекул, а следовательно, и свойствами. Так, описанные полиимидные пленки ПМ представляют собой термореактивные пленки, не размягчаемые при нагревании и не обладающие способностью свариваться. Пленки же, изготовленные из другого полиимида (ДФ-ФГ), представляют собой термопластичное вещество с температурой размягчения 470° С. Эти полиимидные пленки могут свариваться друг с другом и формоваться (в нагретом состоянии) в различные изделия.
Полиимидные пленки применяют в качестве нагревостойкой изоляции обмоточных проводов. Накладываемая на провода полиимидная пленка подклеивается к проводу с помощью клеящего полиимидного лака.
Полиимидные пленки применяют в качестве пазовой изоляции в электрических машинах нагревостойкого исполнения.
На основе термопластичных полиимидов изготовляют различные пластмассовые изделия электроизоляционного и конструкционного назначения. Для этого используются как чистые полиимиды, так и наполненные стекловолокном и другими нагревостойкими наполнителями. Переработку полиимидов в изделия осуществляют литьем и прессованием при температурах 350—400° С.
Отличительными особенностями полиимидных пластмасс являются очень хорошая технологичность — легкость переработки в изделия благодаря большой текучести полиимидов, малой объемной усадка и стабильности свойств при переработке.
Полиимидные пластмассы обладают высокой нагревостойкостью (220—250'С), хорошими электрическими характеристиками и большими значениями механических характеристик. Так удельная ударная вязкость у ненаполненных полиимидов составляет
35—50 -а у наполненных стекловолокном 110—140-
Водопоглощение полиимидных пластмассовых изделий не превосходит 0,8% после кипячения в воде в течение 24 ч. Все пластмассы на основе полиимидов обладают очень высокой радиационной стойкостью.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Реферативная работа

Характеристики электроизоляционных материалов……………………….4

Электроизоляционные материалы…………………………………………. 8

По агрегатному состоянию……………………………………………….8

Природные неорганические……………………………………. 11

Электроизоляционными материалами, или диэлектриками, называют такие материалы, с помощью которых осуществляют изоляцию, т. е. препятствуют утечке электрического тока между какими-либо токопроводящими частями, находящимися под разными электрическими потенциалами. Диэлектрики имеют очень большое электрическое сопротивление.

С электрическими установками приходится сталкиваться практически всем работающим. Электрический ток представляет большую потенциальную опасность для человека. Статистика показывает, что хотя число электротравм невелико и составляет всего 0.5. 1% от общего числа травм на производстве, однако среди причин смертельных несчастных случаев на долю электротравм уже приходится 20…40%. Это связано со следующими причинами:

органы чувств человека не могут на расстоянии обнаружить наличия электрического напряжения на оборудовании.

электрический ток через нервную систему проходит сквозь все тело.

после легких ударов током человек способен сразу продолжить работу, поэтому эти удары не фиксируются даже как микротравмы.

Проходя через тело человека, электрический ток оказывает на него сложное воздействие, являющееся совокупностью термического (нагрев тканей), электролитического (разложение крови и плазмы) и биологического (раздражение и возбуждение нервных волокон) воздействий. Наиболее сложным является биологическое действие, свойственное только живым организмам. Любое из этих воздействий может привести к электротравме. Различают местные электротравмы и электрические удары. Приблизительно 55% случаев носят смешанный характер. Электроизоляционные материалы (диэлектрики) играют важную роль в безопасности обслуживающего персонала от поражения электрическим током.

Электроизоляционные материалы можно подразделить:

по агрегатному состоянию:

по происхождению:

Характеристики электроизоляционных материалов

В современном электромашиностроении широко применяют разнообразные электроизоляционные материалы. Важнейшими электрическими характеристиками электроизоляционных материалов являются электрическая прочность, удельное электрическое сопротивление (объемное и поверхностное), диэлектрическая проницаемость и значение диэлектрических потерь. Однако для практических целей немаловажное значение имеют и другие характеристики этих материалов: механическая прочность, гибкость и эластичность, нагревостойкость, морозостойкость, гигроскопичность.

1.1 Электрические характеристики

Электрическая прочность характеризуется напряженностью однородного электростатического поля, при которой наступает пробой. Эта величина численно равна напряжению, при котором наступает пробой электроизоляционного материала толщиной в единицу длины.

Электрическая прочность определяется по формуле:

где U – напряжение кВ, h - толщина образца электроизоляционного материала, мм.

Удельное сопротивление. В реальном диэлектрике всегда имеется некоторое количество свободных электронов и ионов. Под действием электрического поля эти электроны и ионы перемещаются внутри диэлектрика, образуя так называемый ток утечки. Ток утечки при нормальных условиях работы электрической установки должен быть очень малым по сравнению с рабочими токами, протекающими по ее токоведущим частям (проводам, шинам, кабелям). В соответствии с этим различают объемные и поверхностные токи утечки, а также удельное объемное сопротивление диэлектрика и его удельное поверхностное сопротивление v. Удельное объемное сопротивление измеряют, как и у проводниковых материалов, в омметрах (Ом*м); оно равно сопротивлению куба из данного материала с ребром 1 м при прохождении тока от одной его грани к противоположной. Удельное поверхностное сопротивление измеряют в омах, оно представляет собой сопротивление квадрата, вырезанного из поверхности изоляции данного материала, при прохождении тока от одной его стороны к противоположной.

Диэлектрическая проницаемость безразмерная величина e, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия F между электрическими зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействия Fo в вакууме:

Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком, количественно характеризуя свойство диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.

Значение относительной диэлектрической проницаемости вещества, характеризующее степень его поляризуемости, определяется механизмами поляризации. Однако величина в большой мере зависит и от агрегатного состояния вещества, так как при переходах из одного состояния в другое существенно меняется плотность вещества, его вязкость.

Диэлектрическими потерями называют энергию, рассеиваемую в единицу времени в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающую нагрев диэлектрика.

Потери энергии в диэлектриках наблюдаются как при переменном напряжении, так и при постоянном, поскольку в материале обнаруживаются сквозной ток, обусловленный проводимостью. При постоянном напряжении, когда нет периодической поляризации, качество материала характеризуется значениями удельных объемного и поверхностного сопротивления. При переменном напряжении необходимо использовать какую-то другую характеристику качества материала, так как в этом случае, кроме сквозной электропроводимости, возникает ряд добавочных причин, вызывающих потери энергии в диэлектрике.

Механическая прочность электроизоляционных и других материалов оценивается при помощи следующих характеристик:

предел прочности материала при растяжении;

относительное удлинение при растяжении;

предел прочности материала при сжатии;

предел прочности материала при статическом изгибе;

Нагревостойкость — способность изоляционных материалов выдерживать кратковременно или длительно действие высокой температуры без ухудшения свойств в течение всего срока службы. В соответствии с ГОСТом 8865-70 по наибольшим длительно допустимым рабочим температурам все диэлектрики, применяемые для изоляции электрических машин и аппаратов, разделяют на семь классов нагревостойкости, °С: У—90 0 ; А — 105 0 ; Е— 120 0 ; В — 130 0 ; F— 155 0 ; R — 180; С >180 0 . Это значит, что при данных температурах изоляция электрооборудования будет работать установленный целесообразный срок службы.

Морозостойкость . Во многих случаях эксплуатации важна морозостойкость, т.е. способность изоляции работать без ухудшения эксплуатационной надежности при низких температурах, например от -60 до -70 0 С. При низких температурах, как правило, электрические свойства изоляционных материалов улучшаются, однако многие материалы, гибкие и эластичные в нормальных условиях, при низких температурах становятся хрупкими и жесткими, что создает затруднения для работы изоляции. Испытания электроизоляционных материалов и изделий из них на действие низких температур нередко проводятся при одновременном воздействии вибраций.

Теплопроводимость. Практическое значение теплопроводимости объясняется тем, что тепло, выделяющееся вследствие потерь мощности в окруженных электрической изоляции проводниках и магнитопроводах, а также вследствие диэлектрических потерь в изоляции, переходит в окружающую среду через различные материалы. Теплопроводимость влияет на электрическую прочность при тепловом пробое и на стойкость материала к тепловым импульсам.

2.1 По агрегатному состоянию

Газообразные диэлектрики делят на две группы: естественные и искусственные.

Естественные газообразные диэлектрики . Наибольшее применение из них в силу своей распространенности получил воздух, даже в тех случаях, когда его присутствие в изоляции нежелательно.

Воздух — смесь газов с электрической прочностью £ПР = 3,2 кВ/мм (при 0,1 МПа и 20°С), плотностью— 1,293 кг/м3. Епр воздуха зависит в основном от расстояния между электродами, давления, температуры и влажности. Приведенная величина соответствует +20°С, давлению 0,1 МПа и расстоянию между электродами 10 мм. Ток утечки через воздух крайне мал, поэтому tgδ его практически равен нулю.

В воздушных линиях электропередачи, сухих трансформаторах, коммутационных аппаратах, распределительных устройствах и т.п. воздух является основной изоляцией. Во многих электрических объектах он играет роль дополнительной изоляции к твердым и жидким диэлектрикам.

Азот по электрическим характеристикам близок к воздуху, однако в отличие от него не содержит кислорода, который оказывает окисляющее воздействие на соприкасающиеся с ним материалы.

Водород — очень легкий газ с высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью, что делает его весьма полезным для использования в качестве охлаждающей среды вместо воздуха. Применение его в электрических машинах снижает потери электрической мощности на трение и вентиляцию, а отсутствие окисляющего фактора замедляет старение органической изоляции.

Гелий — инертный газ, используется в качестве низкотемпературного хладагента, например, для получения сверхпроводимости.

Искусственные газообразные диэлектрики . К ним относятся элегаз, хладоген 12 и др. Из них в ремонтной практике определенный интерес представляет элегаз. Он нетоксичен, химически стоек, не разлагается при нагреве до 800°С, распространен в конденсаторах, кабелях и пр.

В электровакуумных лампах и приборах широко применяются инертные газы и пары ртути, в качестве охлаждающей среды — водород, для получения сверхпроводимости — жидкий гелий.

Для неполярных жидкостей ε невелика и близка к значению квадрата показателя преломления света n

Для нейтральных жидкостей ε уменьшается с ростом температуры, что связано с уменьшением плотности жидкости с ростом температуры, а, значит, и уменьшением концентрации молекул.

В дипольных (полярных) жидкостях одновременно протекают и электронная, и дипольно – релаксационная поляризации. ε тем больше, чем больше электрический момент диполей μ и чем больше число молекул в единице объема. Диэлектрическая проницаемость полярных жидкостей больше чем у неполярных. Например, ε касторового масла = 4,5.

Температурная зависимость ε полярных жидкостей характеризуется дипольным максимумом в области резкого изменения вязкости жидкости. С ростом частоты электрического поля диэлектрическая проницаемость полярных жидкостей снижается до значений, определяемых электронной поляризацией.

В твердых диэлектриках возможны все виды поляризации.

Для нейтральных диэлектриков ε = n2, что подтверждается ниже

приведенными результатами для неполярных диэлектриков при температуре 20 ºС.

Ионные кристаллы с плотной упаковкой частиц обладают электронной и ионной поляризацией. ε изменяется в широких диапазонах. С ростом температуры ε обычно растет. В неорганических аморфных диэлектриках (стеклах) ε изменяется в пределах от 4 до 20, возрастает с ростом температуры, хотя в ряде случаев (рутил TiO2, титанат кальция CaTiO3) может и уменьшаться.

Органические полярные диэлектрики имеют дипольно – релаксационную поляризацию. ε изменяется в широких пределах, но обычно имеет значение 4 – 10. Диэлектрическая проницаемость зависит от температуры, частоты приложенного напряжения, подчиняясь, в целом, закономерностям, проявляющимся у полярных жидкостей.

2.2.1 Природные неорганические

К природным минеральным неорганическим диэлектрикам относятся слюда и асбест.

Слюда обладает высокими электроизоляционными свойствами, нагревостойкостью, механической прочностью, гибкостью. В тонких слоях многие виды слюды прозрачны.

Слюда встречается в виде кристаллов, которые легко расщепляются на тонкие пластинки по параллельным друг другу плоскостям. По химическому составу слюда – водный алюмосиликат. Важнейшие виды слюды: мусковит, состав которого приближенно может быть выражен формулой

Фактический состав природных слюд много сложнее из-за присутствия в них примесей.

По сравнению с флогопитом мусковит обладает лучшими электроизоляционными свойствами, более прочен механически, тверд, гибок и упруг. Допустимая рабочая температура слюд ограничивается выделением входящей в их состав воды (у мусковитов обычно при 500 - 600 °С, у флогопитов – при 800 - 900 °С), что связано с потерей прозрачности, увеличением толщины (“вспучиванием”) и разрушением кристаллической структуры; обезвоженные слюды плавятся при температуре 1250 - 1300°С

Значение ε слюд составляет 6 – 8; tg δ ~ 10-4; ρ =1011 – 1014 Ом·м.

По применению в радиоэлектронике различают конденсаторную слюду – прямоугольные пластинки мусковита, применяемые в качестве диэлектрика в слюдяных конденсаторах; телевизионную слюду – пластинки мусковита, образующие диэлектрическую основу фотокатодов и мишеней в передающих телевизионных трубках.

Слюдяные детали для электронных приборов – штампованные фасованные детали, служащие для крепления и электрической изоляции внутренней арматуры в электронных приборах.

Асбест – неорганический природный волокнистый материал, состоящий в основном из минерала хризотила 3MgO·2SiO2·2H2O. Для улучшения механических свойств к асбестовому волокну добавляют в небольших количествах хлопчатобумажное. Из асбестовых нитей получают шнуры, ткани, бумагу и другие изделия.

Основным преимуществом асбеста является высокая нагревостойкость: он разрушается, теряя кристаллизационную воду лишь при 450 - 700 °С (температура плавления 1450 - 1500 °С). Значение ρ=106 – 1010 Ом·м. Асбестовые электроизоляционные материалы применяют главным образом для высокотемпературной электроизоляции, а также теплоизоляции.

2.2.2 Природные органические

К природным (естественным) смолам принадлежат продукты жизнедеятельности животных или растительных организмов. Из естественных смол в производстве электроизоляционных лаков и компаундов наиболее широко применяется канифоль, значительно меньше шеллак и копалы. Природные растительные смолы получают упариванием растительных соков, которые вытекают из растений естественным путем или при надрезании стеблей и стволов. Их можно экстрагировать из растительного сырья такими растворителями, как спирт и эфир. К растительным смолам относится, например, сосновая канифоль, а также смола, получаемая из клубней скаммонии (вьюнка смолоносного Convolvulus scammony), и ископаемые окаменелые смолы янтарь и копал. Смолы животного происхождения редки. Одна из них, шеллак, представляет собой выделения лаковых червецов, живущих на растениях семейства мимозовых в Индии. Некоторые растительные смолы используют в медицине; так, смола скаммонии применяется как слабительное. Другие смолы, например, шеллак, входят в состав политур. Имеется множество сортов синтетических смол, и спользуемых для получения пластмасс.

Канифоль (гарпиус) - хрупкая прозрачная в тонком слое смола, получаемая из смолы (живицы) хвойных деревьев, преимущественно сосны, способом отгонки жидких составных частей -- терпентинного масла (скипидара). Состав живицы может колебаться в зависимости от условий местности и сорта живицы. Другой способ добывания канифоли -- экстракционный, заключающийся в том, что куски дерева, пни, ветви обрабатываются растворителями, которые затем подвергаются разгонке. Существуют также смолы деревьев других хвойных пород, например, кедра, пихты и лиственницы. Их обычно называют бальзамами. Пихтовый бальзам (канадский бальзам), отличается очень высокой степенью прозрачности и нормированным показателем преломления. Его применяют в качестве клея для склеивания оптических линз. По химическому составу канифоль состоит главным образом из абиетиновой кислоты (С 20 Н 30 О 2 ) и ее изомеров, остальное -- неомыляемые, зола, влага и механические примеси. Содержание кислот в канифоли составляет 85 -90%. Канифоль хорошо растворима в спирте, бензоле, скипидаре, минеральных и растительных маслах

Электроизоляционные материалы, предназначены для работы в электрических и магнитных полях. Электроизоляционные материалы в современной электротехнике занимают одно из главных мест. Всем известно, что надежность работы электрических машин, аппаратов и электрических установок в основном зависит от качества и правильного выбора соответствующих электроизоляционных материалов. Анализ аварий электрических машин и аппаратов показывает, что большинство из них происходит вследствие выхода из строя электроизоляции, состоящей из электроизоляционных материалов.

При рациональном выборе электроизоляционных, магнитных и других материалов можно создать надежное в эксплуатации электрооборудование при малых габаритах и весе. Но для реализации этих качеств необходимы знания свойств всех групп электроизоляционных материалов.

1. Опишите свойства нагревостойких диэлектриков, область их применения.

2. Объясните механизм пробоя жидких диэлектриков.

3. Что происходит при контакте двух полупроводников с разным типом проводимости. Начертите вольт - амперную характеристику полупроводникового диода с кратким объяснением этой характеристики.

5. Опишите требования, предъявляемые к контактам и материалам, которые применяются для создания качественного контакта.

1. Опишите свойства нагревостойких диэлектриков, область их применения.

К важнейшим тепловым свойствам диэлектриков относятся нагревостойкость, холодостойкость, теплопроводность, и тепловое расширение.

Способность электроизоляционных материалов и изделий без вреда для них как кратковременно, так и длительно выдерживать воздействие высоких температур, называют нагревостойкостью.

Нагревостойкость неорганических диэлектриков определяется, как правило, по началу существенного изменения электрических свойств, например по заметному росту угла диэлектрических потерь (tg ) или снижению удельного электрического сопротивления. Нагревостойкость оценивают соответствующими значениями температуры (в о С), при которой появились эти изменения.

Нагревостойкость органических диэлектриков часто определяют по началу механических деформаций растяжения или изгиба, погружению иглы в материал под давлением при нагреве. Однако и для них возможно определение нагревостойкости по электрическим характеристикам.

Способы оценки нагревостойкости (например способ Мартенса), температуры размягчения материалов (способ кольца и шара и др.) достаточно условны, так как форма и размеры образца, характер и значение механической нагрузки, скорость возрастания температуры и предельные деформации выбираются произвольно.

Температуру жидкости, при нагреве до которой смесь паров её с воздухом вспыхивает при поднесении к ней небольшого пламени, называется температурой вспышки. Температура воспламенения – ещё более высокая температура, при которой при поднесении пламени испытуемая жидкость загорается.

Эти характеристики представляют особый интерес при оценке качества трансформаторного масла, а также растворителей, применяемых в производстве электроизоляционных лаков.

Вопрос о наивысшей допустимой рабочей температуре решается на основании тщательного изучения кратковременной и длительной нагревостойкости материала с учётом коэффициента запаса, зависящего от условий эксплуатации, степени надёжности и срока службы изоляции.

Если ухудшение качества изоляции может обнаружиться только при длительном воздействии повышенной температуры, то это явление называют тепловым старением изоляции. Старение может проявляться, например, у лаковых плёнок и целлюлозных материалов в виде повышения твёрдости и хрупкости, образовании трещин и т. п.

Скорость старения зависит от температуры, при которой работает изоляция электрических машин и других электроизоляционных конструкций.

Помимо температуры, влияние на скорость старения могут оказывать изменение давления воздуха или концентрация кислорода, присутствие озона (более сильного, чем кислород, окислителя), а также химических реагентов, замедляющих или ускоряющих старение. Тепловое старение ускоряется от освещения ультрафиолетовыми лучами, от воздействия электрического поля, механических нагрузок и т. п.

Возможность повышения рабочей температуры изоляции для практики очень важна. В электрических машинах и аппаратах повышение нагрева, которое обычно ограничивается именно материалами электрической изоляции, даёт возможность получить большую мощность при тех же габаритах или же при сохранении мощности уменьшить размеры и стоимость изделия.

ГОСТ предусматривает разделение электроизоляционных материалов для электрических машин, трансформаторов и аппаратов на классы нагревостойкости, для которых фиксируются наибольшие допустимые рабочие температуры при использовании этих материалов в электрооборудовании общего применения, длительно работающего в нормальных для данного вида электрооборудования эксплуатационных условиях..

наибольшая допустимая рабочая температура, о С

При этих температурах обеспечиваются целесообразные сроки службы электрооборудования.

К классу Y относятся волокнистые материалы на основе целлюлозы и шёлка (пряжа, ткани, ленты, бумаги, картоны, древесина и т.п.), если они не пропитаны и не погружены в жидкий электроизоляционный слой.

К классу А относятся те же органические волокнистые материалы, если они работают пропитанными лаками либо компаундами или погружены в жидкий электроизоляционный материал, то есть защищены от непосредственного соприкосновения с кислородом воздуха, который ускоряет тепловое старение материалов. К классу А относятся также полиамидные плёнки, литые полиамидные смолы, изоляция эмаль-проводов на масляно-смоляных и поливинилацеталевых лаках и т.п.

К классу Е принадлежат пластические массы с органическим наполнителем и термореактивным связующим типа фенолоформальдегидных и подобных им смол (гетинакс, текстолит, пресс-порошки с наполнением древесной мукой и т.п.), полиэтилентерефталатные плёнки, эпоксидные, полиэфирные и полиуретановые смолы и компаунды, изоляция эмалированных проводов на полиуретановых и эпоксидных лаках и т.д.

Таким образом к классам Y, А, Е относятся в основном чисто органические электроизоляционные материалы.

В класс В входят материалы, для которых характерно большое содержание неорганических компонентов, например щепаная слюда, асбестовые и стекловолокнистые материалы в сочетании с органическими связующими и пропитывающими материалами; таковы большинство миканитов (в том числе с бумажной или тканевой органической подложкой), стеклолакоткани, стеклотекстолиты, на фенолформальдегидных термореактивных смолах, эпоксидные компаунды с неорганическими наполнителями и т.п.

К классу F принадлежат миканиты, изделия на основе стекловолокна без подложки или с неорганической подложкой, с применением органических связующих и пропитывающих материалов повышенной нагревостойкости; эпоксидных, термореактивных полиэфирных, кремнийорганических.

Материалы класса Н получаются при использовании кремнийорганических смол особо высокой нагревостойкости.

К классу С относятся чисто неорганические материалы, совершенно без склеивающих или пропитывающих органических составов. Это слюда, стекло и стекловолокнистые материалы, кварц, асбест, микалекс, непропитанный асбоцемент, шифер, нагревостойкие (на неорганических связующих) миканиты и т.п. Из всех органических электроизоляционных материалов к классу нагревостойкости С относятся только политетрафторэтилен (фторопласт 4) и материалы на основе полиимидов (плёнки, волокна, изоляция эмалированных проводов и т.п.).

Для ряда диэлектриков, в особенности хрупких (стёкла, керамические материалы и пр.), важна стойкость по отношению к резким сменам температуры (термоударам), в результате которых в материале могут образоваться трещины.

Большинство рассмотренных высокополимерных органических диэлектриков может работать при температуре до +90С - +130С. При повышении температуры в результате теплового старения они быстро разрушаются.

Высокой нагревостойкостью обладают электроизоляционные материалы неорганического происхождения – электрокерамические материалы – фарфор, стеатит, но из них невозможно изготовить гибкие изоляторы.

Из искусственных нагревостойких диэлектриков следует отметить кремнийорганические смолы, основу строения молекул которых составляет силоксановая цепочка чередующихся атомов Si и О.

Кремнийорганические смолы могут быть как термопластичными, так и термореактивными материалами (рис.39).

Эти материалы характеризуются:

Е_пр=80-120 МВ/м для лаков;

Используются в виде пластмасс, резины, лаков и др.

Применяются при температуре -60 - +180С;

Фторопласт (политетрафторэтилен) – неполярный диэлектрик (С₂F₄), зарубежное название – тефлон – (F₂C==CF₂), имеет стабильные свойства в широком диапазоне частот.

плотность -2200 кг/м 3 ;

Е_пр=27 МВ/м, у пленок Е_пр=100-180 МВ/м.

Обладает исключительно высокой нагревостойкостью (до +250С) и холодостойкостью (до -269С). При нагреве до 415С материал не размягчается, но начинается его термическое разложение с выделением токсичного фтора.

Недостатками его являются текучесть при комнатной температуре, радиационная нестойкость.

Химически стоек, превосходя золото и платину, негорюч, практически негигроскопичен и не смачивается водой и другими жидкостями.

Полиамиды – капрон, нейлон.

Полиамиды обладают высокой механической прочностью и эластичностью, растворимы лишь в ограниченном числе растворителей (крезоле, феноле). Их широко применяют для изготовления синтетических волокон, гибких пленок, пластических масс.

Капрон размягчается при температуре 215-220С, нейлон при более высокой температуре.

Еще более высокой нагревостойкостью обладают ароматические полиамиды – полиуретан. Применяется для змалирования самооблуживающихся проводов. Недостаток – склонность к размягчению эмалевой изоляции при температуре, большей 150 °С.

Полиимиды – нагревостойкие органические диэлектрики, которые можно использовать при температуре +200-+250 °С и кратковременно до +500 °С. Они являются химически стойкими к большинству органических растворителей. На основе полиамидов изготавливают эмаль-лаки для эмалирования обмоточных проводов. Недостатком этих диэлектриков является большое влагопоглощение ~ 1% за 24 часа, поэтому обмоточные провода с пленочной изоляцией необходимо пропитывать водостойкими лаками.

Все пластмассы на основе полиамидов обладают высокой радиационной стойкостью.

Полиамидные материалы характеризуются следующими параметрами:

- плотность – 1280 -1480 кг/м

- б_р =100-180 МПа (для пленок 100-120 МПа);

- Е_пр=22-30 МВ/м (для пленок – 100-150 МВ/м).

Электроизоляционные лаки – коллоидные растворы смол, битумов, высыхающих масел, составляющих так называемую лаковую основу в летучих растворителях. При сушке лака растворитель улетучивается, а лаковая основа переходит в твердое состояние, образуя лаковую пленку. По применению электроизоляционные лаки подразделяются на пропиточные, покрывные и клеящие.

.Пропиточные лаки служат для пропитки пористой и волокнистой изоляции, что повышает пробивное напряжение, увеличивает теплопроводность, уменьшает гигроскопичность, улучшает механические свойства изоляции.

Покрывные лаки служат для образования механически прочной гладкой водостойкой пленки на поверхности предварительно частично пропитанной твердой изоляции. Эта пленка повышает напряжение поверхностного разряда и поверхностное сопротивление изоляции, защищает лакируемое изделие от действия влаги, растворителей и улучшает внешний вид изделия.

Специальные покрывные лаки (эмаль – лаки ) наносят непосредственно на металл, создавая на его поверхности электроизоляционный слой (эмалированные провода, изоляция листов ферромагнетика в расслоенных магнитопроводах).

Клеящие лаки применяют для склеивания твердых электроизоляционных материалов или приклеивания их к металлу. Они должны обеспечить высокую адгезию к склеиваемым материалам.

Электроизоляционные лаки очень многочисленны и разнообразны; это могут быть смоляные лаки (бакелитовые), целлюлозные лаки (нитролаки), масляные лаки, черные (битумные) лаки.

Маркировка лаков состоит из условных букв и цифр, например:

БТ-980 – черный масляно-битумный пропиточный лак;

ГФ-95 – светлый масляно-глифтлевый пропиточный маслостойкий лак;

КО-964 – светлый кремнийорганический лак для пропитки обмоток, работающих в условиях повышенной температуры и влажности.

Первая цифра - 9 - означает, что лак электроизоляционный.

Электроизоляционные компаунды отличаются от лаков отсутствием в них летучего растворителя. В момент применения компаунды представляют собой жидкости, которые, постепенно отвердевая, превращаются в монолитный твердый диэлектрик. Если компаунд в исходном состоянии представляет твердое вещество, то его перед употреблением нагревают, чтобы получить массу достаточно малой вязкости. Компаунды (от английского compaund – смесь) часто представляют смеси различных полимеров или способных к полимеризации веществ, битумов, восков и т.д.

Компаунды разделяют на пропиточные•и заливочные. По сравнению с лаками, они обеспечивают лучшую влагостойкость и влагонепроницаемость изоляции, т.к. при охлаждении и после пропитки затвердевают полностью, лучший отвод тепловых потерь, вследствие чего мощность аппарата •может быть повышена.

Если в компаунд добавить в качестве компонента кварцевый песок, то его удельная теплопроводность будет еще выше.

Компаунды могут быть как термопластичные, так и термореактивные, т.е. не размягчающиеся после отверждения.

К термопластичным относятся битумные компаунды, компаунды на основе термопластичных полимеров (полистирол и др.).они стойки к воде, обладают хорошими электроизоляционными свойствами, дешевы.

Применяются для пропитки неподвижных обмоток электрических машин, т.к. из вращающихся обмоток при их перегреве битумный компаунд может вытекать. Т. к. битум растворим в минеральных маслах и углеводородах (бензин, бензол и т.д.), то компаунды на его основе не могут быть использованы для пропитки обмоток, работающих на трансформаторном масле или подвергающихся воздействию бензина, керосина, например компаунды МБ-70,МБ-90,МБМ-1.

Большой интерес представляют термореактивные компаунды, обладающие более высокой нагревостойкостью по сравнению с термопластичными. Однако. их использование затрудняет ремонт детали при ее электрическом пробое. К термореактивным относятся эпоксидные и полиэфирные компаунды.

Пластические массы (пластмассы) - это, обычно, композиционные

Материалы, способные под действием внешнего давления, часто при одновременном нагреве, приобретать определенную форму, соответствующую очертаниям пресс-формы, используемой для изготовления изделия.

Пластмассы, как правило, являются многокомпонентными 'материалами, cocтoящими из cвязyющeгo и наполнителя.

Связующее - обычно органический полимер, обладающий способностью деформироваться при нагреве и давлении. Иногда применяют и неорганическое связующее – цемент, стекло.

Наполнитель прочно сцепляется со связующим, может быть порошкообразным, волокнистым, листовым (мелкие опилки, х/б, асбестовое или стеклянное волокно, смола, бумага, ткань и т.д.). Наполнитель обычно удешевляет пластмассу, и в то же -время может улучшать ее характеристики – увеличить прочность, уменьшить хрупкость.

В состав пластмасс иногда вводят пластификаторы, увеличивающие пластичность и уменьшающие хрупкость материала, а также красители, придающие пластмассе определенную окраску и другие добавки( стабилизаторы, отвердители, парообразователи и др.).

Некоторые пластмассы представляют собой чистые полимеры – полиэтилены, поливинилхдориды – винипласты, и др. Такие пластмассы называются ненаполненными пластмассами. Особенности технологии изготовления изделий из пластмасс в основном зависят от рода связующего; различают пластмассы горячей прессовки, требующей нагрева, и пластмассы холодной прессовки, прессующиеся при нормальной температуре.

Для большинства электроизоляционных пластмасс с органическим связующим необходимо горячее прессование. Эти пластмассы разделяются на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Исходными материалами для изготовления большинства изделий из пластических масс служат пресс-порошки. Методами изготовления изделий могут быть прессование под давлением, литье под давлением, сварка.

В качестве конструкционных и электроизоляционных материалов широко применяют слоистые пластики, в которых наполнителем является тот или иной волокнистый материал. К таким относятся гетинакс, текстолит и пр.

Гетинакс получает посредством горячей прессовки бумаги, пропитанной бакелитом. Плотность гетинакса – 1350 - 1450 кг/м 3 ; =5-6;Е_пр=20-40 кВ/м. Слоистая структура гетинакса приводит .к заметной анизотропии свойств. Например, удельное объемное сопротивление вдоль слоев в 50 - 100 раз больше, а электрическая прочность в 5-8 раз меньше, чем поперек слоев.

Текстолит -пластик, аналогичный гетинаксу, но изготовленный из

пропитанной ткани. Он намного дороже, гетинакса и 'применяется, главным образом, для изделий, подвергающихся ударным нагрузкам и работающим на истирание (шестерни).

Стеклотекстолит – слоистый пластик, более нагревостойкий и механически прочный чем гетинакс и текстолит.

Фольгированные материалы представляют слоистые пластики или синтетические пленки, облицованные с одной или с обеих сторон металлической, обычно медной фольгой. Применяют для изготовления печатных плат в различных электротехнических и радиотехнических устройствах, а также для изготовления различных микромашин (с печатными схемами вместо обычных обмоток ).

Намотанные изделия это фасонные слоистые изделия - гатинаксовые (бакелитовые) трубки, цилиндры, стержни и другие детали. Основная область применения – внутренняя изоляция трансформаторов и электрических машин. Механические и электрические свойства намотанных изделий несколько ниже, чем слоистых прессованных . Все слоистые изоляционные пластмассы обладают значительным влагопоглощением (2-8% за 24 часа ), поэтому после механической обработки вскрытые поверхности покрывают соответствующим лаком (бакелитовым, эпоксидным и др.) с последующей запечкой при оптимальной температуре.

Эластомеры – это материалы на основе каучука и близких к нему по свойствам веществ. Натуральный каучук получают из млечного сока (латекса) растений каучуконосов. По химическому составу он представляет полимерный углеводород С₅Н₈.

Из-за малой стойкости к действию как повышенных, так и пониженных температур, а также растворителей чистый натуральный каучук для изготовления электрической изоляции не применяют. Перечисленные недостатки устраняются при вулканизации, т.е. при нагреве после введения в него серы или серосодержащих соединений.

В зависимости от количества серы, добавляемой к каучуку при вулканизации, получают различные продукты: при 1 - 3% серы – мягкую резину, при 30-35% - эбонит - твердый материал, обладающий стойкостью к ударным нагрузкам.

Резину широко применяют для изоляции установочных и монтажных проводов, гибких переносных проводов и кабелей, а также для изготовления перчаток, изоляционных ковриков, калош.

Недостатками являются низкая нагревостойкость, малая стойкость к воздействию нефтяных масел, света, особенно ультрафиолетового. Натуральный каучук практически неполярен. Помимо натурального каучука широко применяют различные виды синтетического каучука (СК), сырьем для которых служат спирт, нефть, природный газ и др. Наиболее распространены бутадиеновый СКВ, бутадиенстирольный СКС4 и бутилкаучук.Они близки по своим свойствам к натуральным.

Помимо основного компонента (НК или СК) в состав электроизоляционных резин входят наполнители – активные цинковые белила, углеродистая сажа, повышающие механическую прочность резины; неактивные – мел , тальк, каолин, снижающие стоимость материала ; мягчители – стеариновая кислота, парафин ,улучшающие пластичность сырых резин и снижающие температуру вулканизации до 140-200 O C, противостарители , повышающие .стойкость :резиновой изоляции к окислению, тепловому и световому старению; иногда вводят красители – железный, сурик и др., но они снижают злектроизоляционные свойства резин.

Обычные резины имеют:

рабочую температуру от – (50-70) о С до + (65-85) о С;

для резин на основе кремнийорганического каучука рабочая температура составляет от - 100 о С до +200 о С.

Читайте также: