Вопрос 6.3.2.1. Электроизоляционные бумаги и картоны

Целлюлоза. Химический состав целлюлозы (С₆Н₁₀О₅)_n и состоит из остатков b-глюкозы, которые соединяются в линейные макромолекулы:

Конденсаторную бумагу выпускают следующих марок: КОН - обычная, СКОН - специальная улучшенного качества, МКОН - с малыми диэлектрическими поте-рями, ЭМКОН - с высокой электрической прочностью и малыми потерями, АНКОН - адсорбентная, с малыми диэлектрическими потерями и повышенной электрической прочностью. В зависимости от плотности известны следующие марки бумаги: МКОН-08, КОН-1, КОН-2, СКОН-2 и другие; цифра указывает плотность бумаги (0,8 - 800 кг/м³; 1 - 1000 кг/м³; 2 - 1200 кг/м³; 3- 1300 кг/м³). Конденсаторная бумага в зависимости от марки имеет номинальную толщину от 4 до 30 мкм. Электрическая прочность непропитанных бумажных материалов составляет от 19·10³ до 65·10³ кВ/м, тангенс угла диэлектрических потерь - 0,0009 - 0,0018, причем, чем выше плотность, тем он больше. Предел прочности при рас-тяжении равен 10 МПа. При температуре 110 - 120 °С бумага заметно окисляется и механическая прочность ее снижается, а при 150 - 160 °С быстро разрушается.

У непропитанной конденсаторной бумаги Е_пр составляет 35·10³ - 40·10³ кВ/м (h =

0,01 мм), после пропитки нефтяным конденсаторным маслом Е_пр возрастает до 25·10⁴ - 30·10⁴ кВ/м. Рабочую напряженность для бумажного конденсатора после пропитки нефтяным конденсаторным маслом: при постоянном напряжении 25·10³ - 35·10³ кВ/м и переменном (50 Гц) - 12·10³ - 15·10³ кВ/м; для бумаги, хорошо просушенной перед пропиткой маслом, e » 3,7; tgd » (2 - 3)×10-3 при 50 Гц.

Кабельная бумага.

Маркировка данного типа бумаги начинается с буквы К - кабельная, за ней следуют литеры, обозначающие качество, а именно: КМ, КВ, КВУ и т. д. Цифры указывают номинальную толщину бумаги в микрометрах (от 15 до 240 мкм) и при маркировке ставятся после букв.

Для изоляции силовых кабелей на напряжение до 35 кВ включительно и обмоточных проводов для трансформаторов на напряжение до 150 кВ используют кабельную бу-магу, обозначенную буквами К, М и П. Для изоляции кабелей на напряжение от 110 до 500 кВ используют кабельную бумагу, отмеченную буквами К, В, М, С и У. Буквы означают виды кабельной бумаги: К - обычная (однослойная), М - многослойная, П - более прочная к разрушающему механическому воздействию, В - высоковольтная, С - стабилизированная, У - уплотненная. Плотность неуплотненных бумаг составляет 760 или 870 кг/м³, а уплотненных - 1090 - 1100 кг/м³. Пробивная напряженность непропи-танных кабельных бумаг лежит в диапазоне от 6·10³ до 9·10³ кВ/м; а тангенс угла ди-электрических потерь колеблется от 0,0023 до 0,0027. Рабочая длительная напряжен-ность электрического поля бумажно-масляной изоляции = 3·10³ - 4·10³ кВ/м (для мас-ло- и газонаполненного кабеля до 10·10³ - 12·10³ кВ/м).

Электроизоляционные бумаги используются в качестве основы бумажно-пропитанной изоляции (БПИ). БПИ представляет собой слои бумаги, пропитанные различными мине-ральными маслами, и масляные прослойки, заполняющие пустоты между пластами.

Электротехнические картоны.

Толщина (0,1 - 6,0 мм). При малой толщине (0,1 - 0,8 мм) электрокартон выпускают в виде рулонов, при большой - в листах. Картоны бывают двух типов: воздушные и мас-ляные. Первые являются более твердыми и упругими, а вторые имеют более рыхлую структуру и мягкие. В зависимости от толщины масляные картоны (A, AM, Б, В, Г) поставляются в рулонах (от 0,1 до 0,9 мм) и листах (1 - 6 мм). Епр непропитанных картонов равна 7,5·10³ - 11,0·10³ кВ/м (чем больше толщина, тем ниже Епр). В пропи-танном состоянии электрическая прочность равна 38·10³ - 60·10³ кВ/м. Плотность картона от 900 до 1200 кг/м³.

Электроизоляционные картоны, наряду с кабельной бумагой и маслами составляют маслобарьерную или маслонаполненную изоляцию (МБИ или МНИ). Картоны про-питывают трансформаторным маслом. Из электрокартона выполняют барьеры, а слоя-ми кабельной бумаги покрывают электроды. Если электроды сложной формы, то они покрываются тонким слоем полимерного материала. Простые электроды изолируют слоями бумажной ленты. Производство маслонаполненной изоляции состоит из сбор-ки конструкции, сушки при 100 - 120 °С и пропитки дегазированным маслом. Пос-ледние две операции выполняют под вакуумом

Вопрос 6.3.2.2. Пластические массы (пластмассы) - искусственно созданный полимерный материал. Пластмасса - органический (углеводородный) или элементоорганический полимерный материал на основе олиго- или макромолекулярных веществ, находящихся в период формования в пластическом, вязкотекучем или высокоэластическом, а при эксплуатации в стеклообразном, кристаллическом или смешанном состояниях.

Механические свойства имеют следующие особенности:

1) низкие модули упругости, которые в 100 - 1000 раз меньше, чем у металлов;

2) при нагревании уменьшается прочность материала, пластмассы становятся более вязкими и склонными к ползучести. При охлаждении до температур ниже -25 °С прочность их растет, но одновременно увеличивается хрупкость и чувствительность к надрезам;

3) при длительном действии нагрузки уменьшается прочность пластмасс и появляется ползу-честь. С ростом напряжений она растет. Из-за ползучести приходится ограничивать допускае-мые напряжения, чтобы сохранить размеры изделий неизменными;

4) при увеличении скорости деформирования повышается жесткость пластмасс, так как не ус-певает развиваться высокоэластичная деформация и возрастает склонность к хрупкому разру-шению (охрупчивание);

5) пластмассы на основе полимеров с ориентированным строением молекул анизотропны. Прочность их максимальна вдоль ориентированных вытянутых составляющих, а в поперечном направлении она более низкая. Слоистые пластики имеют максимальную прочность вдоль листов наполнителя, они сравнительно легко раскалываются и расслаиваются параллельно им;

6) при переменных нагрузках пластмассы имеют высокую долговечность и большую демпфи-рующую способность, которая выше, чем у многих сталей и сплавов. Материалы с большим механическим гистерезисом используются для изготовления звуко- и вибропоглощающих изделий.

Полиэтилен (-CH₂-CH₂-)_n. Полимер имеет высокие электроизоляционные свойства: его удельное сопротивление составляет 10¹⁵ Ом·м, диэлектрическая проницаемость при частоте электрического поля в 1 МГц равна 2,2 - 2,4; малый tgd, а именно (2 - 4)·10^-4, электрическая прочность полимера составляет (45 - 55)·10³ кВ/м, а Е_пр полиэтиленовой пленки толщиной от 2 до 20 мкм равна 150·10³ кВ/м.

Полипропилен (-СН₂-СН-СН₃-)_n.

Полистирол (-СН₂-СН-С₆Н₅-)_n. Полистирол является одним из лучших диэлектриков. Его удельное сопротивление составляет 10¹⁵ - 10¹⁶·Ом·м, диэлектрическая проницаемость при частоте электрического поля в 1 МГц равна 2,5 - 2,6. Он имеет малый tgd, а именно (2 - 4)·10^-4. Электрическая прочность полимера составляет 25·10³ кВ/м, а Е_пр полистирольной пленки толщиной от 2 до 20 мкм равна 110·10³ кВ/м.

Фторопласт-4 - политетрафторэтилен (-CF₂-CF₂-)_n. Это наиболее высококачественный диэлектрик. Его удельное сопротивление составляет 10¹⁵ - 10¹⁸·Ом·м, диэлектрическая проницаемость при частоте электрического поля в 1 МГц равна 1,9 - 2,2; малый tgd, а именно (2,0 - 2,5)·10^-4; электрическая прочность полимера составляет (25 – 27)·10³ кВ/м, а Е_пр политетрафторэтиленовой пленки толщиной от 2 до 20 мкм равна 250·10³ кВ/м.

Фторопласт-3 (фторлон-3) - политрифторхлорэтилен (-CF₂-CFCl-)_n.

Фторлон-3 используют как низкочастотный диэлектрик: его удельное сопротивление составляет 1,2·10¹⁶·Ом·м; диэлектрическая проницаемость при частоте электрического поля в 1 МГц равна 2,5 - 2,7; tgd составляет 0,01; электрическая прочность полимера равна (13 - 15)·10³ кВ/м.

Органическое стекло - полиметилметакрилат (плексиглас)[-CH₂–C(CH₃)-COOCH₃-]_n.

Поливинилхлорид (ПВХ) - (-СН₂-СНС1-)_n. Удельное сопротивление составляет 10¹¹ - 10¹³·Ом·м и практически не меняется при повышении температуры эксплуатации до 90 °С, диэлектрическая проницаемость при частоте электрического поля в 1 МГц равна 3,1 - 3,4; tgd составляет 0,015 - 0,018; электрическая прочность полимера равна 35 - 45·10³ кВ/м.

Полиамиды - NH-CO-(CH₂)m-NH-CO-(CH₂)_n-: капрон, найлон, амид и др.

Полиуретаны содержат уретановую группу (-NH-COO-). Электроизоляционные свойства, не изменяются в условиях повышенных влажности и температур: удельное сопротивление составляет 10¹² - 10¹³·Ом·м, диэлектрическая проницаемость при частоте электрического поля в 50 Гц равна 3,0 - 4,6; tgd составляет (8 - 12)·10^-3; электрическая прочность равна 20 - 25·10³ кВ/м.

Полиимиды - ароматические гетероциклические полимеры, синтезируемые реакцией поликонденсации. Цепь макромолекул содержит имидные циклы и ароматические ядра, соединенные гибкими связями -О-, -СО-, а именно –С(О)–NН–С(О)–. Удельное сопротив-ление составляет 10¹⁵ - 10¹⁶·Ом·м, диэлектрическая проницаемость при частоте электри-ческого поля в 50 Гц равна 3,5; tgd составляет (1,2 - 3,0)·10^-3; электрическая прочность равна 22 - 30·10³ кВ/м, широкий диапазон рабочих температур (от -270 до +300 °С дли-тельно и 500 °С - кратковременно).