3.14. Тепловые характеристики электроизоляционных материалов.

Диэлектрики в электрических машинах и аппаратах работают, как правило, при повышенных температурах. Тепловые характеристики позволяют предвидеть поведение изоляционных материалов при их нагреве и установить для них предельную допустимую рабочую температуру.

Удельная теплоёмкость [Дж/(кг·град)] — количество энергии, необходимой для нагрева 1 кг материала на 1 градус.

Теплопроводность — [Дж/( с·кг·град )] — перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения микрочастиц материала тела.

Использование изоляционного материала с высокими теплопроводностью и теплоёмкостью при прочих равных условиях снижает его температуру и уменьшает скорость нагрева.

Теплостойкость — способность материала сохранять форму при одновременном воздействии нагрева и механических нагрузок. Эта характеристика наиболее актуальна для термопластичных полимерных материалов. Её получают при помощи аппарата Мартенса (рис. 3.40) [4].

О бразец материала стандартных размеров закрепляют в аппарате при помощи зацепов. Перемещением груза по горизонтальной рейке задают определённый изгибающий момент P l , затем устройство помещают в термостат и нагревают со скоростью 50 ^оС/ч, наблюдая за перемещением указателя вдоль линейки. Когда указатель опустится на 6 мм или образец сломается, термометр показывает температуру размягчения материала по Мартенсу.

Т

Рис. 3.40. Аппарат Мартенса для определения термостойкости пластмасс : 1 — указатель; 2 — линейка; 3 — термометр; 4 — термостат; 5, 6 — верхний и нижний зацепы; 7 — груз

емпература размягчения аморфных диэлектриков (смолы, битумы, мастики) определяется методом «кольца и шара» [1, 5] с помощью прибора, состоящего из кольца, заполненного испытуемым материалом, на поверхности которого установлен стальной шарик. Описанную конструкцию подогревают. При нагреве диэлектрик размягчается, шарик продавливает его своим весом и опускается вниз. Температурой размягчения считают показания термометра в момент, когда шарик опустился на 25 мм.

Температура каплепадения аморфного диэлектрика определяется при помощи термометра Убеллоде [1, 5], оснащённого чашечкой с калиброванным отверстием в донышке, заполненной испытуемым материалом. Прибор Убеллоде нагревают на водяной или масляной бане. Температурой каплепадения аморфного диэлектрика считают показания термометра в момент падения первой капли материала из отверстия в донышке чашечки.

Нагревостойкость — способность диэлектрика длительно выдерживать предельно допустимую температуру без опасного ухудшения его электроизоляционных свойств. Нагревостойкость оценивают по температуре, при которой электроизоляционный материал обеспечивает экономически обоснованный срок службы электроустановки с изготовленными из него деталями.

Государственным стандартом установлены 9 классов нагревостойкости изоляционных материалов (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Классы нагревостойкости изоляционных материалов ( ГОСТ 8865–87)

Класс нагревостойкости	Предельная допустимая температура, ОС	Изоляционные материалы, входящие в класс нагревостойкости
Y	90	Органические диэлектрики (полистирол, полиэтилен), волокнистые непропитанные материалы (бумаги, картоны, хлопчатобумажные ткани, натуральный шёлк)
A	105	Пропитанные лаками и другими составами хлопчатобумажные и шёлковые ткани (лакоткани), многие пластмассы (гетинакс, текстолит и др.)
E	120	Триацетатцеллюлозные и лавсановые плёнки, стеклотекстолит на бакелитовой смоле
B	130	Клееёные слюдяные материалы (миканиты), материалы на основе стекловолокна, проклеенного составами классов нагревостойкости A или E (бакелитовые смолы, лаки на их основе)
F	155	Материалы на основе слюды, асбеста или стекловолокна, склеенные или пропитанные лаками повышенной нагревостойкости (полиуретановыми лаками, эпоксидными смолами)
H	180	Кремнийорганические лаки и резины, слюдяные и стекловолоконные материалы, склеенные кремнийорганическими лаками и смолами
200	200	Полиимиды, композиционные материалы из стеклянного или асбестового волокна и нагревостойких органических и некоторых кремнийорганических связующих
220	220	Некоторые виды полиимидов, фторопластов и пластмасс из кремнезёмных нитей и кремнийорганических и других нагревостойких связующих
250	250	Диэлектрики неорганического происхождения (керамики, стёкла, слюда без органических клеящих и пропиточных составов), высокополимерные диэлектрики (фторопласт-4 , пластмассы неорганического состава)

Температура вспышки паров жидких диэлектриков — минимальная температура, при которой выделяемые жидкостью пары вспыхивают под действием открытого пламени.

Испытания проводят при помощи прибора ПВНО (рис.3.41). Испытуемую жидкость с определённой скоростью (1…12) ^оС/мин в зависимости от свойств жидкости подогревают на воздушной бане. Через каждый градус в крышке сосуда с жидкостью открывают контрольное отверстие, в которое направляют язычок газового пламени испытательной горелки . Температура, при которой вспыхивают пары жидкости, отмечается по термометру, помещённому в жидкость.

Г орючесть — способность твёрдых изоляционных материалов воспламеняться и продолжать гореть после отведения пламени поджигающей газовой горелки.

Температурные коэффициенты линейного и объёмного расширения изоляционных материалов необходимо учитывать при возможных изменениях температуры в процессе эксплуатации электроустановок. В связи с этим у маслонаполненных аппаратов предусматривают расширительные ёмкости, принимающие избыток изоляционной жидкости, когда она увеличивается в объёме при нагреве. Стёкла, керамики, полимеры и другие материалы, обладающие значительными температурными коэффициентами, могут растрескиваться при термоударах — значительных перепадах температур за весьма короткое время.

Х

Рис. 3.41. Прибор ПВНО для определения температуры вспышки паров жидких диэлектриков: 1 — испытательная горелка; 2 — термометр; 3 — гибкий вал привода мешалки; 4 — ручка открывания контрольного отверстия; 5 — сосуд с испытуемой жидкостью; 6 — привод заслонки контрольного отверстия; 7 — корпус воздушной бани; 8 — газовая горелка; 9 — мешалка; 10 — контрольное отверстие

олодостойкость — позволяет оценить способность изоляционного материала противостоять действию низких температур. При низких температурах пластмассы, лаковые плёнки, резины могут утратить механическую прочность, эластичность, гибкость, покрываться трещинами.

Трекингостойкость — способность материала не образовывать очагов искрения при частичном увлажнении и загрязнении поверхности, не создавать устойчивых путей протекания тока после перекрытия её разрядом.