3.19. Требования к электроизоляционным материалам

Перечень требований, предъявляемых к электроизоляционным материалам, весьма обширен.

Высокие электроизоляционные качества: максимальные поверхностное и объёмное сопротивления, наименьшие диэлектрические потери в изоляции электроустановок, работающих в переменном электрическом поле.

Высокая электрическая прочность, позволяющая изоляции малой толщины работать в электрических полях высокой напряжённости.

Высокая теплостойкость — способность изоляции сохранять свои электроизоляционные качества при высоких температурах, что позволяет экономить проводниковые материалы, уменьшая сечения токоведущих деталей электроустановки при увеличенной плотности тока в проводниках.

Высокая теплопроводность изоляции обеспечивает активный отвод тепла от токоведущей детали в охлаждающую среду и снижение температуры как самой изоляции, так и токоведущей детали.

Малая гигроскопичность изоляционного материала для сохранения механических и электрических качеств в условиях высокой влажности окружающей среды и в воде.

Стойкость к механическим воздействиям (изгибам, трению, вибрации, царапанию и др.) — важное качество изоляционного материала применительно к соответствующим условиям эксплуатации электроустановок.

Высокая технологичность материала, упрощающая и удешевляющая процессы нанесения изоляции на токоведущие детали, изготовления изоляционных деталей и их обработки.

Холодостойкость, химостойкость, тропикостойкость — требования к изоляционным материалам, определяемые характерными условиями эксплуатации электроустановки.

Низкая стоимость — весьма важная характеристика изоляционного материала, позволяющая на основании технико-экономических расчётов оценить возможности его использования.

Совместить все положительные качества в одном изоляционном материале невозможно. При выборе материала приходится руководствоваться главенствующими в каждом конкретном случае качествами и неизбежно жертвовать другими.

3.20. Газообразные диэлектрики

Газообразные диэлектрики — все газы и воздух, являющийся смесью газов и паров воды. Они используются как изоляция в конденсаторах, выключателях, трансформаторах, в газонаполненных кабелях, на линиях электропередачи и в других электроустановках.

Во многих электрических аппаратах газы являются охлаждающей средой, поэтому их теплопроводность и теплоёмкость должны быть возможно более высокими.

В высоковольтных аппаратах для повышения электрической прочности используются газы при высоком давлении, в связи с чем они должны иметь достаточно низкую температуру перехода в жидкое состояние.

Стоимость газа влияет на решение вопроса экономической целесообразности его применения.

Характеристики газообразных диэлектриков приведены в табл. 3.3.

Воздух — наиболее распространённый дешёвый газообразный диэлектрик. Его недостатками являются относительно низкая электрическая прочность, образование агрессивных озона и окислов азота при пробое и горении в нём дуги.

Водород превосходит остальные газы по тепловым характеристикам. Его часто используют как охлаждающую среду в крупных генераторах и электрических машинах. Электрическая прочность водорода невысока, при утечках водорода из систем охлаждения возможно образование взрывоопасного гремучего газа.

Элегаз (гексафторид серы) — электроотрицательный газ, молекулы которого присоединяют к себе свободные электроны и становятся малоподвижными отрицательными ионами, чем объясняется высокая электрическая прочность элегаза. При повышении давления она увеличивается и при 0,5 МПа становится соизмеримой с электрической прочностью трансформаторного масла.

Его теплопроводность — 0,0136 мкВт/(м·град) и удельная теплоёмкость — 0,6 кДж/(кг·град) ниже, чем у воздуха, но за счёт высокой плотности и способности образовывать мощные конвективные потоки элегаз обладает хорошими охлаждающими качествами.

Элегаз успешно гасит дугу. Им заполняют герметические оболочки высоковольтных выключателей, конденсаторов, трансформаторов и кабелей.

Элегаз относительно дорог, и к нему часто добавляют до 40 % азота, что почти не уменьшает электрическую прочность газа, но значительно его удешевляет.

Таблица 3.3

Основные характеристики газообразных диэлектриков

Параметры	Воздух	Азот , N2	Углекис-лый газ , CO2	Водород, Н2	Элегаз, SF6
Плотность, кг/м3 Температура сжижения, ОС Электрическая прочность, кВ/мм Теплоёмкость (относительно воздуха) Теплопроводность (относительно воздуха) Теплопередача от твёрдого тела к газу (относительно воздуха)	1,29 –192 3,0 1 1 1	0,97 –195,8 3,0 1,05 1,08 1,03	1,53 –78,5 2,7 0,85 0,64 1,13	0,07 –252,8 1,8 14,35 6,8 1,51	5,03 –63,8 7,2 0.59 0.7 –

При анализе данных таблицы легко заметить, что газы с повышенной плотностью обладают и более высокой электрической прочностью.

Диэлектрическая проницаемость газов чуть больше единицы, малы и диэлектрические потери в них.