Контрольные вопросы:

1. На какие группы можно разделить диэлектрики по назначению, по агрегатному состоянию, по химической основе?

2. Что из себя представляет поляризация диэлектрика?

3. Чем оценивается степень поляризованности диэлектрика?

4. Как определить относительную диэлектрическую проницаемость через заряд и емкость конденсатора?

5. Перечислить виды поляризации. В чем их суть?

6. Как определяется объемная и поверхностная проводимость диэлектрика?

7. Что такое диэлектрические потери?

8. Что такое ток абсорбции, ток смещения, сквозной ток диэлектрика?

9. Чему равен тангенс угла диэлектрических потерь?

10. Что такое диэлектрическая прочность?

5.1.2 Механические свойства диэлектрика.

К основным механическим свойствам диэлектрика относятся упругость, прочность и вязкость. Упругость при небольших механических напряжениях выполняется закон Гука, который устанавливает линейную зависимость между механическими напряжениями и упругой механической деформацией. После снятия нагрузок форма об­разца восстанавливается.

Прочность. С некоторого значения механического напряжения происходит холодное пластическое течение материала, и после снятия напря­жения форма образца не восстанавливается. Напряжение назы­вают пределом текучести.

Дальнейшее повышение механического напряжения приводит к разрушению образца при напряжении , которое называется пре­делом прочности.

Прочность материалов характеризуют пределами прочности при растяжении , сжатии и изгибе .

Механическая прочность зависит от типа связей молекул веще­ства: она максимальна в кристаллах с ковалентной связью и мини­мальна в кристаллах с молекулярной связью.

Для металлов все три предела прочности близки, а для диэлект­риков могут сильно отличаться: >> , .

Материалы, в которых пластическая деформация не наблюдает­ся и образец разрушается (например, стекло, керамика), называют­ся хрупкими. Для таких материалов справедливо равенство = . Хрупкие материалы легко разрушаются под действием вибраций и динамических нагрузок.

Материалы, в которых участок пластической деформации - очень широк, называются пластичными.

Вязкость. Вязкость присуща материалам, которые находятся в жидком агрегатном состоянии; она характеризует сопротивление их течению.

Различают динамическую и кинематическую вязкости. Ди­намическая вязкость измеряется в паскалях, умноженных на секун­ду (Па·с). Кинематическая вязкость определяется отношением ди­намической вязкости к плотности жидкости D и измеряется в квад­ратных метрах на секунду (м²/с).

Вязкость сильно уменьшается с повышением температуры. Это осо­бенно важно для заливочных и пропиточных электроизоляционных материалов. Заливку таких материалов производят в нагретом состо­янии, когда они могут быстро заполнить мельчайшие отверстия.

5.1.3 Тепловые свойства

К основным тепловым свойствам диэлектрика относят нагрево-стойкость, теплопроводность, тепловое расширение и холодостой­кость (морозостойкость).

Нагревостойкость - это способность диэлектрика функ­ционировать при повышенных температурах или при резкой смене температур без недопустимого ухудшения его свойств.

В зависимости от вида материала и условий его эксплуатации длительное или кратковременное воздействие повышенной темпе­ратуры вызывает в диэлектрике различные изменения. Например: у лаковых покрытий, резко снижается эластичность, У трансфор­маторного масла старение проявляется в образовании продуктов окисления.

Нагревостойкость определяется той температурой, при которой происходит недопустимое изменение эксплуатационных характери­стик диэлектрика.

Одним из наиболее применяемых методов оценки нагревостой­кости электроизоляционных материалов является определение теп­лостойкости по Мартенсу. Испытываемые образцы, к которым при­ложено изгибающее усилие 5 МПа, помещают в термостат и нагре­вают со скоростью 1 К/с. Температура, при которой образец про­гнется на 6 мм от первоначального положения или сломается, пред­ставляет собой теплостойкость по Мартенсу.

Для электроизоляционных материалов установлено семь клас­сов нагревостойкости и соответствующая им максимальная рабо­чая температура.

У диэлектриков кристаллического строения (слюда, парафин и др.) переход из твердого в жидкое состояние происходит при четко выраженной температуре плавления Т_пл. У аморфных диэлектри­ков (смолы, битум и др.) переход из твердого состояния в жидкое происходит постепенно (в широком интервале температур) и харак­теризуется температурой размягчения Т_раз.

При определенной концентрации пары некоторых электроизо­ляционных жидкостей воспламеняются. Температура, при которой смесь паров жидкости с воздухом вспыхивает от внесенного пламе­ни горелки, называется температурой вспышки паров.

Теплопроводность - это способность диэлектрика про­водить теплоту.

Теплота, возникающая при прохождении электрического тока в проводниках, окруженных диэлектрическим изолятором, передается изолятору. Вследствие диэлектрических потерь теплота выделяется в самом изоляторе. Суммарные тепловые потери проводника и изоля­тора передаются в окружающую среду. От способности изоляции проводить теплоту зависят нагревание проводника и электрическая прочность

Таблица 5.1 Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов

Класс нагрево-стойкости	Предельно допустимая рабочая температура Траб , °С	Диэлектрики
Y	90	Органические диэлектрики; непропитан-ные волокнистые материалы на основе цел­люлозы и шелка (древесина, бумага, картон, фибра, пряжа); полистирол, полиэтилен
A	105	Те же волокнистые материалы, но пропи­танные полиамидными смолами, масляно-смоляными и поливинилацетатными лаками
E	120	Слоистые пластики (гетинакс, текстолит), пластмассы с органическим наполнителем
B	130	Материалы с большим содержанием неор­ганических компонентов (стекло, ткань, стеклотекстолит)
F	155	Материалы на основе слюды, стекловолок­на, асбеста в сочетании со связующими с по­вышенной нагревостойкостью (кремнийор-ганических, эпоксидных смол)
H	180	Кремнийорганические лаки, резины, ком­позиционные материалы из слюды, асбеста, склеенных с помощью нагревостойких крем-нийорганических смол
G	Выше 180	Неорганические материалы без склеиваю­щих или пропитывающих органических со­ставов (слюда, стекло, кварц, асбест); из орга­нических - только фторопласт-4 и полиамиды

изоляции. Особое значение имеет теплопроводность срав­нительно толстой изоляции в устройствах высокого напряжения.

Количественно теплопроводность оценивается коэффициентом теплопроводности γ_т, который определяется количеством теплоты, прошедшей через единицу площади в единицу времени при гради­енте температуры 1 К/м.

Таблица 5.2 Ориентировочные значения коэфициента теплопроводности некоторых материалов

Материал	γт, Вт/(м*К)
Воздух (в малых зазорах)	0,05
Полистирол	0,08...0,16
Бумага	0,10
Лакоткань	0,13
Гетинакс	0,35
Фарфор	1,6
Графит	18
Оксид алюминия А12О3	25...30
Железо	68
Медь Cu	290

Наименьшим значением коэффициента теплопроводности обладают пористые диэлектрики с газовыми включениями. Для повышения их теплопроводности применяют пропитку или уплотнение материала под давлением.

Тепловое расширение - это свойство диэлектрика из­менять свои линейные размеры под действием температуры. Теп­ловое расширение оценивается температурным коэффициентом ли­нейного расширения ТК.

Холодостойкость - это способность электрической изо­ляции работать при низких температурах без недопустимого ухуд­шения эксплуатационных характеристик.

При понижении температуры электроизоляционные свойства диэлектриков, как правило, повышаются. Однако ряд механичес­ких свойств может ухудшаться. Органические диэлектрики в обла­сти низких температур растрескиваются, теряют гибкость.

Ориентировочные значения предельно допустимых низких ра­бочих температур некоторых диэлектриков следующие: -269 °С для фторопласта-4, -(5О...6О)°С для лавсана, -(40...70)°С для полиэти­лена; -40°С для полистирола, -20°С для капрона, -(5...15)°С для полипропилена.

Таблица 5.3. Температурный коэффициент линейного расширения диэлектриков

Материал	ТК*10-6K-1	Материал	ТК*10-6K-1
Органические материалы:		Неорганические материалы:
поливинилхлорид	160	слюда мусковит (вдоль слоев спайности)	13 - 14
полиэтилен	145
фторопласт-4	100	стекло	9
органическое стекло	70	фарфор	3,5
полистирол	68	кварцевое стекло	0,55