Реферат Тепловые свойства диэлектриков. К важнейшим тепловым свойствам диэлектриков относятся нагревостойкость, холодостойкость, теплопроводность и тепловое расширение
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
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 высокой температуры называют нагревостойкостью. Нагревостойкость неорганических диэлектриков определяют, как правило, по началу существенного изменения электрических свойств, например по заметному росту tg δ или снижению удельного электрического сопротивления. Нагревостойкость оценивают соответствующими значениями температуры (в ° 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 (определение «теплостойкости»). Однако и для них возможно определение нагревостойкости по электрическим характеристикам. В качестве примера давно существующего способа оценки нагревостойкости электроизоляционных материалов можно отметить способ Мартенса. По этому способу нагревостойкость пластмасс и подобных материалов характеризуют таким значением температуры, при котором изгибающее напряжение 5 МПа вызывает заметную деформацию испытуемого образца. При этом скорость повышения температуры должна составлять около 1 К/мин. Как видим, метод Мартенса является условным методом определения кратковременной нагревостойкости по изменению механических свойств материала. Для различных диэлектриков по этому методу получаются следующие численные значения: Эбонит . . . ………..65—75° С Полистирол ……….70—85° С Гетинакс …………..150—180° С В качестве примера употребляющегося в практике способа оценки температуры размягчения электроизоляционных материалов можно отетить способ кольца и шара. Испытуемый материал (битум или другие подобные ему пластичные легкоплавкие вещества) заливают в металлическое кольцо и помещают на него стальной шарик определенного диаметра; отмечается температура, при которой испытуемый материал настолько размягчается, что шарик может его продавить и пройти сквозь кольцо. Легко видеть, что этот способ определения температуры размягчения и ему подобные в значительной мере условны, так как форма и размеры образца, характер и значение механической нагрузки, скорость возрастания температуры и предельные деформации выбираются произвольно. Температурой вспышки называют температуру жидкости, при нагреве до которой смесь паров ее с воздухом вспыхивает при поднесении к ней небольшого пламени. Температура воспламенения— еще 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 учетом коэффициента запаса, зависящего от условий эксплуатации, необходимой степени надежности и срока службы изоляции. Если ухудшение качества изоляции может обнаружиться лишь при длительном воздействии повышенной температуры вследствие медленно протекающих химических процессов, это явление называют тепловым старением изоляции. Старение может проявляться, например, у лаковых пленок и целлюлозных материалов в виде повышения твердости и хрупкости, образования трещин и т. п. Для проверки стойкости электроизоляционных материалов к тепловому старению образцы этих материалов длительно выдерживают при сравнительно невысокой температуре, не вызывающей немедленного разрушения материала. Свойства образцов, старевших определенное время, сравнивают со свойствами исходного материала. Согласно ГОСТу предусматривается 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 (в течение ряда лет) работающего в нормальных для данного вида электрооборудования эксплуатационных условиях: Класс нагревостойкости . . Y А Е В F Н С Наибольшая допустимая ра- бочая температура, °С .........90 105 120 130 155 180 Более 180 К классу Y относятся волокнистые материалы на основе целлюлозы и шелка (пряжа, ткани, ленты, бумаги, картоны, древесина и т. п.), если они не пропитаны и не погружены в жидкий электроизоляционный материал. К классу А относятся те же самые органические волокнистые материалы, если они работают в готовой изоляции, будучи пропитаны лаками либо компаундами или же погружены в жидкий электроизоляционный материал, т. е. защищены от непосредственного соприкосновения с кислородом воздуха, который ускоряет тепловое старение материалов (провод с хлопчатобумажной изоляцией в пропитанной лаком обмотке электрической машины или же и 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 А относятся также ацетобутиратцеллюлозные и полиамидные пленки, 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 пленки, эпоксидные, полиэфирные и полиуретановые смолы и компаунды, изоляция эмалированных проводов на поли уретановых и эпоксидных лаках и т. д. Таким образом, к классам нагревостойкости Y, А и Е относятся главным образом 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, стеклотекстолита на фенолоформальдегидных 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 нагревостойкости С относятся чисто неорганические материалы, совершенно без склеивающих или пропитывающих органических составов. Таковы 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 (пленки, волокна, изоляция эмалированных проводов и т. п.). Во многих случаях эксплуатации изоляции важна холодостойкость, т. е. способность изоляции работать без ухудшения эксплуатационной надежности при низких температурах, например от —60 до —70° С. При низких температурах, как правило, электрические свойства изоляционных материалов улучшаются, однако многие материалы, гибкие и эластичные в нормальных условиях, при низких температурах становятся весьма 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. Практическое значение теплопроводности объясняется тем, что тепло, выделяющееся вследствие потерь мощности в окруженных электрической изоляцией проводниках и магнитопроводах, а также вследствие диэлектрических потерь в изоляции, переходит в окружающую среду через различные материалы. Теплопроводность материалов характеризуют теплопроводностью γТ, входящей в уравнение Фурье  где ΔРТ – мощность теплового потока сквозь площадку ΔS, dT/dl – градиент температуры Таблица 9 Значения теплопроводности некоторых диэлектриков  Тепловое расширение диэлектриков, как и других материалов, оценивают температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), измеряемым в К-1:  Материалы, обладающие малыми значениями ТКЛР, имеют, как правило, наиболее высокую нагревостойкость и наоборот. Таблица 10 Температурный коэффициент линейного расширения некоторых диэлектриков +  Список используемой литературы 1. Никулин, Николай Васильевич. Производство электрокерамических изделий: учебное пособие / Н. В. Никулин, В. В. Кортнев. -- 3-е изд., перераб. и доп. -- М. : Высшая школа, 1976. -- 255 с. 2. Постников, Николай Павлович. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для техникумов / Н. П. Постников, Г. М. Рубашов. -- Л. : Стройиздат, 1980. -- 376 с. : ил. -- Библиогр.: с. 372. 2. Радченко В.Д. Техника высоких напряжений устройств электрической тяги. М.: Транспорт, 1975. – 360 с. 3. Егоров В.В. Техника высоких напряжений. Перенапряжения в устройствах электрической тяги. Профилактические испытания изоляции: Учебное пособие для вузов ж-д. транспорта. – М.: Маршрут, 2004. – 188 с. |