виды диэлектриков. Виды диэлектриков. Реферат по дисциплине Материаловедение, электрорадиоматериалы и компоненты Виды диэлектриков

• Название: Реферат по дисциплине Материаловедение, электрорадиоматериалы и компоненты Виды диэлектриков
• Анкор: виды диэлектриков
• Дата: 27.01.2023
• Размер: 104.53 Kb.
• Имя файла: Виды диэлектриков.docx
• Тип: Реферат; #908042
• страница: 1 из 8

Министерство образования Красноярского края

краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Красноярский колледж радиоэлектроники и информационных технологий»

Реферат по дисциплине

«Материаловедение, электрорадиоматериалы и компоненты»

Виды диэлектриков.

Выполнил : студент учебной группы ТО-1.20 Плеснев В.Ю.

Проверил: преподаватель Садовская Л.Ю.

2020 год
Содержание
Введение

Электроизоляционные масла

Жидкие синтетические диэлектрики

Газообразные диэлектрики

Битумы

Смолы

Воскообразные диэлектрики

Лаки и компаунды

Волокнистые материалы

Текстильные ткани

Гибкие пленки

Пластические массы

Эластомеры

Керамические диэлектрические материалы

Слюды

Асбест

Заключение

Источники информации
Введение

Электроизоляционные материалы подразделяются по их агрегатному состоянию на газообразные, жидкие и твердые. В особую группу могут быть выделены твердеющие материалы, которые в исходном состоянии, во время введения их в изготавливаемую изоляцию, являются жидкостями, но потом отвердевают. Большое практическое значение имеет также разделение электроизоляционных материалов в соответствии с их химической природой на органические и неорганические.

Характеристика важная для оценки качества материалов, применяемых для защитных покровов (шланги кабелей, опрессовка конденсаторов, компаундные заливки, лаковые покрытия деталей) - влагопроницаемость электроизоляционных материалов, т.е. способность их пропускать сквозь себя пары воды. Благодаря наличию мельчайшей пористости большинство материалов обладает поддающейся измерению влагопроницаемостью. Только для стёкол, хорошо обожжённой керамики и металлов влагопроницаемость почти равна нулю. Можно определить количество влаги m (в микро граммах), проходящее за время τ через участок поверхности S слоя изоляционного материала толщиной h [см] под действием разности давлений водяных паров по формуле:

m=П . Это уравнение аналогично уравнению для прохождения через тело электрического тока; разность давлений (р 1 - р 2 ) аналогична разности потенциалов, m/t - величине тока, а h/ПS - сопротивлению тела; коэффициент П, аналогичный удельной объёмной проводимости, есть влагопроницаемость данного материала.

Влагопроницаемость для различных материалов изменяется в широких пределах. Например: для парафина значение П равно 0,0007; для полистирола - 0,03; для триацетата целлюлозы - около 1 мкг /(см- ч - мм рт. ст. ). Чтобы уменьшить влагопроницаемость пористых изоляционных материалов широко применяется их пропитка . Необходимо помнить, что пропитка волокнистых целлюлозных материалов и других пористых органических диэлектриков даёт лишь замедление увлажнения материала, не влияя на величину ρ после длительного воздействия влажности. Это связано с тем, что молекулы пропиточных веществ, имеющие весьма большие размеры по сравнению с размерами молекул воды, не в состоянии создать полную непроницаемость пор материала для влаги, а в наиболее мелкие поры пропитываемого материала они вообще не могут проникнуть.

В тропических условиях, при длительном использовании электроаппаратуры, особенно, на органических диэлектриках наблюдается развитие плесени. Плесень ухудшает: удельное поверхностное сопротивление диэлектриков, приводит к росту потерь и ухудшению механической прочности изоляции, вызывает коррозию соприкасающихся с ней металлических частей.

Электроизоляционные материалы и различные электротехнические изделия испытывают на тропикостойкость, длительно выдерживая при температуре 40 - 50 °С в воздухе, насыщенном парами воды, и при воздействии культур плесневых грибков (точные условия этих испытаний установлены Международной электротехнической комиссией), после чего определяется степень ухудшения электрических и других свойств исследуемых образцов и отмечается интенсивность роста плесени на них.

С целью повышения плесенеустойчивости органической электрической изоляции в её состав вводят добавки фунгицидов , т.е. веществ, ядовитых для плесневых грибков и задерживающих их развитие, или же покрывают изоляцию лаком, содержащим фунгициды. Имеется большое число рецептур фунгицидов, пригодных для введения в те или иные электроизоляционные материалы. К числу сильнодействующих фунгицидов принадлежат, в частности, некоторые органические соединения, содержащие азот, хлор, ртуть .
Электроизоляционные масла.

Трансформаторное и другие электроизоляционные масла нефтяного происхождения обладают рядом преимуществ, которые и обеспечили им весьма широкое применение. Они сравнительно дешевы и могут изготавливаться заводами нефтеперерабатывающей промышленности в больших количествах. При хорошей очистке их tgδ мал, а электрическая прочность достаточно высока.
Трансформаторное масло- это жидкость от почти бесцветного до темно- желтого цвета, по химическому составу представляющая собой смесь различных углеводородов. По средним фактическим данным (при различных способах очистки) кинематическая вязкость этого масла составляет (17-18)10^-6 м²/с при температуре 20 °С и (6,5-6,7)-КГ⁶ м²/с при 50°С; кислотное число 0,03-0,1 г КОН/кг; температура вспышки паров 135-140°С; температура застывания около -45°С. Ограничение вязкости очень важно, т.к. слишком вязкое масло хуже отводило бы теплопотерь от обмоток и магнитопровода трансформатора. Из всех жидких электроизоляционных материалов находит наибольшее применение в электротехнике, им заливают силовые трансформаторы.

Его применяют: во-первых, для заполнения пор в волокнистой изоляции, а также промежутков между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышая электрическую прочность изоляции;

во-вторых, оно улучшает отвод теплоты, выделяемой за счёт потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Лишь некоторые силовые и измерительные трансформаторы выполняются без заливки маслом (“ сухие трансформаторы ”);

в-третьих, для изготовления масляных выключателей высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги; это способствует охлаждению канала дуги и быстрому её гашению.

в-четвертых, для заливки маслонаполненных вводов, некоторых типов реакторов, реостатов и других электрических аппаратов.

Трансформаторное масло - горючая жидкость. Большие количества масла представляют собой большую пожароопасность.

Трансформаторные масла получают из нефти посредством её ступенчатой перегонки с выделением на каждой ступени определённой (по температуре кипения) фракции и последующей тщательной очистки от химических нестойких примесей в результате обработки серной кислотой, а затем щёлочью, промывки водой и сушки. Плотность трансформаторного масла 0,87-0,90 Мг/м³. его температурный коэффициент объемного расширения 0,00065-0,00066 К^-1 (эта величина важна для расчета расширителей трансформаторов). При нормальной температуре удельная теплоемкость масла примерно 1,5 кДж/(кг-К), а теплопроводность - порядка 1 Вт/(м - К).

Электрическая прочность масла - величина, чрезвычайно чувствительная к его увлажнению. Незначительная примесь воды в масле резко снижает его электрическую прочность. Это объясняется тем, что воды (около 80) значительно выше, чем масла (чистого масла около 2,2). Под действием сил электрического поля капельки эмульгированной в масле воды втягиваются в места, где напряжённость электрического поля особенно велика и где, собственно и начинается развитие пробоя. Ещё более резко понижается электрическая прочность масла, если в нём, кроме воды содержатся волокнистые примеси. Волокна бумаги, хлопчатобумажной пряжи, легко впитывают в себя влагу из масла, причём значительно возрастает их r. Под действием сил поля увлажнённые волокна не только втягиваются в места, где поле сильнее, но и располагаются по направлению силовых линий, что весьма облегчает пробой масла.

Вода легко может попасть в масло при его перевозке, хранении, переливки в недостаточно просушенную тару и т.п., поэтому для сушки масла имеется несколько способов: пропускание под давлением сквозь фильтровальную бумагу в специальных установках - фильтропрессах; воздействие на масло центробежной силы в центрифуге, причём вода, имеющая плотность больше, чем у масла, отжимается с периферии сосуда и отделяется от масла; обработка адсорбентами; распыление нагретого масла в камере, заполненной азотом и т.п. При сушке электрическая плотность увлажнённого масла восстанавливается.

Конденсаторное масло служит для пропитки бумажных конденсаторов, в особенности силовых, предназначенных для компенсации индуктивного фазового сдвига. При пропитке бумажного диэлектрика повышаются как его, так и Е ПР ; то и другое даёт возможность уменьшить габаритные размеры, массу и стоимость конденсатора при заданном рабочем напряжении, частоте и ёмкости.

Нефтяное конденсаторное масло имеет плотность 0,86 - 0,89 Мг/м 3 , температуру застывания минус 45 0 С, и tg 0,002 (при частоте 1 кГц). Вазелиновое конденсаторное масло по плотности и электрическим свойствам близко к нефтяному, но имеет более высокую температуру застывания (-5 0 С). Электрическая прочность конденсаторных масел не менее 20 МВ/м.

Кабельные масла используются в производстве силовых электрических кабелей; Пропитывая бумажную изоляцию этих кабелей, они повышают её электрическую прочность, а также способствуют отводу теплоты потерь. Кабельные масла бывают различных типов. Для пропитки изоляции силовых кабелей на рабочие напряжения до 35 кВ в свинцовых или алюминиевых оболочках (кабели с вязкой пропиткой) применяется масло марки КМ-25 с кинематической вязкостью не менее 23 мм 2 /c при 100 0 С, температурой застывания не выше минус 10 0 С и температурой вспышки не ниже +220 0 С. Для увеличения вязкости к этому маслу дополнительно добавляется канифоль или же синтетический загуститель.

В маслонаполненных кабелях используются менее вязкие масла. Так, масло марки МН-4 применяется для маслонаполненных кабелей на напряжения 110-220 кВ, в которых во время эксплуатации с помощью подпитывающих устройств поддерживается избыточное давление 0,3 - 0,4 МПа.

Для маслонаполненных кабелей высокого давления (до 1,5 МПа) на напряжения от 110-500 кВ, прокладываемых в стальных трубах, применяется особо тщательно очищенное масло марки С-200.
Растительные масла.

Растительные масла - вязкие жидкости, получаемые из семян различных растений. Из этих масел особенно важны высыхающие масла, способные под воздействием нагрева, освещения, соприкосновения с кислородом воздуха и других факторов переходить в твёрдое состояние.

Тонкий слой масла, налитый на поверхность какого-либо материала, высыхает и образует твёрдую, блестящую, прочно пристающую к подложке электроизоляционную плёнку. Высыхание масел является сложным химическим процессом, связанным с поглощением маслом некоторого количества кислорода из воздуха. Скорость высыхания масел увеличивается с повышением температуры, при освещении, а также в присутствии катализаторов химических реакций высыхания - сиккативов. В качестве сиккативов используют соединения свинца, кальция, кобальта и др.

Отверждённые плёнки высыхающих масел в тяжёлых углеводородах, например в трансформаторном масле, не растворяются даже при нагреве, так что являются практически маслостойкими, но к ароматическим углеводородам, например бензолу, они менее стойки. При нагреве отверждённая плёнка не размягчается. Наиболее распространённые высыхающие масла - льняное и тунговое.

Тунговое (древесное) масло получают из семян тунгового дерева, которое разводится на Дальнем Востоке и на Кавказе. Тунговое масло не является пищевым и даже токсично. Плотность тунгового масла - 94 МГ/м ³ , температура застывания - от 0 до минус 5 ⁰ С. по сравнению с льняным маслом туговое высыхает быстрее и более равномерно. Высыхающие масла применяются в энергопромышленности для изготовления электроизоляционных масляных лалов, лакотканей для пропитки дерева и для других целей.

Льняное масло золотисто - жёлтого цвета получается из семян льна. Его плотность 0,93-0,94 Мг/м 3 , температура застывания - около -20 0 С.

Тунговое масло высыхает быстрее, чем льняное. Оно даже в толстом слое высыхает более равномерно и даёт водонепроницаемую плёнку, чем льняное. Высыхающие масла применяются в электропромышленности для изготовления электроизоляционных масляных лаков, лакотканей, для пропитки дерева и для других целей. В последнее время наблюдается тенденция к замене высыхающих масел синтетическими материалами. Невысыхающие масла могут применяться в качестве жидких диэлектриков.

Касторовое масло получается из семян клещевины; иногда используется для пропитки бумажных конденсаторов. Плотность касторового масла 0,95-0,97 МГ/м 3 , температура застывания от - 10 до - 18 0 С; r равно 4,0 - 4,5 при температуре 20 0 С; tg 0,01 - 0,03, Е_ПР =15-20 МВ/м. Касторовое масло не растворяется в бензине, но растворяется в этиловом спирте. В отличие от нефтяных масел касторовое не вызывает набухания обычной резины.
Жидкие синтетические диэлектрики.
Для пропитки конденсаторов с целью получения повышенной ёмкости в данных габаритных размерах конденсатора желательно иметь жидкий полярный диэлектрик с более высоким, чем у неполярных нефтяных масел, значением r. Нефтяные масла склонны к электрическому старению, т.е. они, могут ухудшать свои свойства под действием электрического поля высокой напряжённости. Жидкие синтетические диэлектрики, по свойствам превосходят нефтяные электроизоляционные масла. Помимо синтетических электроизоляционных жидкостей существуют и синтетические жидкости углеводородного состава. Эти неполярные жидкости в ряде случаев обладают более ценными свойствами (лучшие электроизоляционные свойства, стойкость к тепловому старению, газостойкость) по сравнению с маслами, получаемыми из нефти.

Рассмотрим наиболее важные:

Хлорированные углеводороды (получаются из различных углеводородов путём замены в их молекулах некоторых (или даже всех) атомов водорода атомами хлора). Широкое применение имеют полярные продукты хлорирования дифенила, имеющие общий состав С 12 Н 10-n CL n (n - степень хлорирования от 3 до 6).

Хлорированные дифенилы обладают, повышенной по сравнению с неполярными нефтяными маслами, поэтому замена масел на хлорированные дифенилы при пропитке конденсаторов уменьшает объём конденсатора ( при этой же электрической ёмкости ) почти в 2 раза. Преимуществом хлорированных дифенилов является его не горючесть.

Однако хлорированные дифенилы имеют и свои недостатки: они сильно токсичны, (из-за этого применение их для пропитки конденсаторов в некоторых странах запрещено законом); на их электроизоляционные свойства весьма значительно влияют примеси (наличие которых сказывается на потерях сквозной электропроводности при повышенной температуре); заметное снижение их r и, следовательно ёмкости пропитанных хлорированными дифенилами конденсаторов при пониженных температурах; хлорированные дифенилы обладают сравнительно высокой вязкостью, что в некоторых случаях вызывает необходимость разбавления их менее вязкими хлорированными углеводородами.

Фторорганические жидкости имеют малый tg φ, ничтожно малую гигроскопичность и высокую нагревостойкость. Некоторые фторорганические жидкости могут длительно работать при температуре 200 ⁰ С и выше. Пары некоторых фторорганических жидкостей имеют высокую для газообразных диэлектриков электрическую прочность.

Свойства характерные для фторорганических жидкостей малая вязкость, низкое поверхностное натяжение (что благоприятствует пропитке пористой изоляции), высокий температурный коэффициент объёмного расширения, высокая летучесть. Последнее обстоятельство требует герметизации аппаратов заливаемых фторорганическими жидкостями.

Фторорганические жидкости способны обеспечить интенсивный отвод теплоты потерь от охлаждаемых ими обмоток и магнитопроводов, чем нефтяные масла или кремнийорганические жидкости. Существуют специальные конструкции малогабаритных электротехнических устройств с заливкой фторорганическими жидкостями, в которых для улучшения отвода теплоты используется испарение жидкости с последующей конденсацией её в охладителе и возвратом в устройство (кипящая изоляция); при этом теплота испарения отнимается от охлаждаемых обмоток, а наличие в пространстве над жидкостью фторорганических паров, особенно под повышенным давлением, значительно увеличивает электрическую прочность газовой среды в аппарате.

Важным преимуществом фторорганических жидкостей по сравнению с кремнийорганическими является полная не горючесть и высокая дугостойкость (кремнийорганические жидкости, как и нефтяные масла, сравнительно легко загораются и горят сильно коптящим пламенем). Как и кремнийорганические соединения, фторорганические жидкости пока ещё весьма дорогие.

Кремнийорганические жидкости обладают малым tgδ, низкой гигроскопичностью и повышенной нагревостойкостью. Для них характерна слабовыраженная зависимость вязкости от температуры. Эти жидкости весьма дорогие.

Прочие синтетические жидкости. Интересны и некоторые другие полярные электроизоляционные жидкости: нитробензол, этиленгликоль и цианоэтилсахароза имеют высокую диэлектрическую проницаемость r =35,39.

Помимо синтетических электроизоляционных жидкостей, отличающихся по химическому составу и свойствам от нефтяных масел, существуют и синтетические жидкости углеводородного состава. Эти неполярные жидкости в некоторых случаях обладают более ценными свойствами (лучшие электроизоляционные свойства, стойкость к тепловому старению, газостойкость) по сравнению с нефтяными маслами. Например, пропитка бумажных конденсаторов полиизобутиленом с низкой степенью полимеризации приводит к повышению постоянной времени само заряда конденсатора примерно на порядок по сравнению с нефтяным конденсаторным маслом или вазелином.

Сравнительно дешёвый отечественный материал (октол) представляет собой смесь полимеров изобутилена и его изомеров, имеющих общий состав С ₄ Н ₈ и получаемых из газообразных продуктов крекинга нефти. Октол имеет молекулярную массу от 400 до 1500 и плотность 0,850-0,875 Мг/м₃; его вязкость при +70°С составляет 1,3-3,0 мПа-с. Значение Е октола 2,3; tgδ около 0,001. октол с успехом применяется для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей на напряжение до 10 кВ. Нитробензол НО-СН₂-СН₃-ОН и цианоэтилсахароза С₃₈Н₁₆ имеют высокую диэлектрическую проницаемость. Для использования в электрической изоляции сильполярные жидкости должны быть чрезвычайно тщательно очищены, так как даже малейшие примеси существенно снижают их ρ и повышают tgδ (менее 0,0001 в диапазоне частот 10⁵-10⁸ Гц). Нитробензол характеризуется сильно выраженным эффектом Керра, поэтому может быть применен в устройствах, использующих этот эффект. Сравнительно слабополярная жидкость - лектрол (эфир себациновой кислоты и бутилового спирта). Строение молекулы НуСа-СОО - (СН) я-СОО-С₄На. имеет весьма низкий tgδ (менее 0,0001 в диапазоне частот 10⁵-10⁸ Гц).