43) Керамические изоляционные материалы

Эти материалы получают из глинистых продуктов путем спекания при высокой температуре. Они представляют собой кристаллическую фазу и нерастворимы в воде. Формируются керамические изделия из пластичной массы при комнатной температуре. Дальнейший обжиг, сопровождающийся объемной усадкой, приводит к тому, что утрачиваются пластичные свойства исходного сырья, изделие становится твердым и стабильным по форме.

Фарфор и стеатит. Фарфор представляет собой силикат алюминия, в его состав входят 40 - 50 % каолина и глины (пластификатора), 20 - 30% оксида алюминия и 30% полевого шпата. Эта смесь дает высокопрочный фарфор (глинистый или глиноземистый фарфор) с лучшими механическими свойствами, чем применявшийся ранее кварцевый фарфор.

Стеатит представляет собой силикат магния. Затруднительная обработка, вызванная отсутствием связующего материала, является причиной того, что изделия из стеатита имеют малые размеры, и поэтому для изготовления больших изоляторов на высокие напряжения предпочитают использовать фарфор. Стеатит по сравнению с фарфором обладает лучшими механическими характеристиками и меньшими диэлектрическими потерями.

Фарфор в электроэнергетике используется в качестве изоляции воздушных линий электропередачи, газовых выключателей. Из фарфора изготавливаются опорные изоляторы разъединителей и сборных шин, вводы силовых трансформаторов, изоляционные конструкции измерительных трансформаторов напряжения и тока, изоляционные корпуса оборудования и т.д.

44) Резиновые смеси состоят из каучука (натурального или синтетического), вулканизирующего вещества (тиурама), ускорителей вулканизации (каптакса, алтакса, ДФГ и др.), активаторов вулканизации (окиси цинка, кальция, магния и др.), наполнителей (каолина, мела, талька и др.), мягчителей (парафина, петролатума, вазелина, битума, канифоли, стеариновой или олеиновой кислоты, дибутилфталата, трикрезилфосфата, глифталевых смол и др.), противостарителей (неозона Д и др.), красителей (лака и пигментов, окиси цинка и титана, технического углерода) и других специальных материалов.

В кабелях и проводах с резиновой изоляцией допускают применение сепаратора из полиэтилентерефталатной (лавсановой), бумажной лент или хлопчатобумажной пряжи между токопроводящей жилой и изоляцией. Сепаратор предохраняет токопроводящую жилу от окисления, проникновения резины в промежутки между проволока жилы, обеспечивает их большую гибкость и меньший расход материалов, облегчает разделку концов проводов.

45) Для изоляции и оболочек кабелей и проводов применяется композиция полиэтилена, выпускаемая по ГОСТ 16336–70. Эти композиции могут быть выполнены на базе полиэтилена низкой плотности, получаемого полимеризацией этилена при высоком давлении в трубчатых реакторах и в реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа, и полиэтилена высокой плотности, получаемого при низком давлении с применением комплексных металлоорганических катализаторов.      Композиция полиэтилена выпускается со стабилизаторами и другими добавками. На основе базовых марок высшего и первого сорта полиэтилена низкой плотности 10203–003, 10702–020, 15303–003 и 17802–015 и рецептур добавок 01, 02, 04, 05, 09 и 10 выпускаются композиции полиэтилена для кабельной промышленности. Композиции полиэтилена высокой плотности выпускаются на основе базовых марок полиэтилена 20406–007 и 20606–012 и рецептур добавок 07—12, 19 и 21. Высокие физико-механические свойства полиэтилена и особенно малая его влагопроницаемость, а также стойкость против воздействия агрессивных сред послужили основанием успешного применения его в качестве оболочки кабелей. Полиэтилен в 12,2 раза легче свинца. Благодаря гладкой поверхности полиэтиленовой оболочки и большой ее механической прочности облегчается затягивание кабеля в трубопровод. Для увеличения светостойкости применяют полиэтилен с присадкой 2% газовой канальной сажи. Высокая импульсная прочность полиэтилена позволила создать кабели с уменьшенной повреждаемостью от грозовых перенапряжений, а также от перенапряжений при авариях в высоковольтных линиях передач.     Полиэтиленовая оболочка в зависимости от свойств полиэтилена и технологии наложения может иметь усадку. Наложение полиэтиленовой оболочки с вытяжкой недопустимо. При нагревании или под воздействием различных сред в оболочке могут образовываться трещины. Полиэтилен с индексом расплава 0,3 г/10 мин и менее практически стоек к растрескиванию. Наличие в полиэтилене низко-молекулярных фракций снижает его стойкость к растрескиванию. 

46) Поливинилхлоридные (ПВХ) пластикаты - смесь поливинилхлоридной смолы с пластификаторами, стабилизаторами и другими добавками. Для изготовления ПВХ пластиката применяют суспензионные смолы. Пластификаторы (эфиры фталевой, фосфорной и себациновой кислот) придают ПВХ пластику эластичность и облегчают процесс его переработки, но ухудшают его химическую стойкость, нагревостойкость и электроизоляционные свойства. Более высокими электроизоляционными свойствами обладают пластификаторы совол и диоктилфталат. Поливинилхлоридные пластикаты на основе себациновой, адипиновой и фталевой кислот обладают более низкой летучестью, высокой стойкостью против старения и действия масел. В изоляционные ПВХ пластикаты вводят антиоксиданты (дифенилпропан), обеспечивающие длительное сохранение высокого удельного электрического сопротивления, гибкости при низких температурах и нагревостойкости. Для удешевления ПВХ пластикатов и придания большей стойкости против горения в них вводят хлорированные парафины. Введение в ПВХ пластикаты стабилизаторов (углекислого свинца и солей стеариновой кислоты, кальция, кадмия, бария, стронция и др., а также стеаратов свинца в композиции с эпоксидными смолами) значительно повышает температуру его разложения. Для получения цветного ПВХ пластиката в него вводят окрашивающие добавки, главным образом пигментные красители. Для удешевления и получения ряда специфических свойств ПВХ пластикат может содержать наполнители (каолин, сажу, карбонат кальция, тальк, шиферную и кварцевую муку, двуокись кремния, основной карбонат свинца и др.). Под воздействием температуры, солнечной радиации, пребывания в различных средах и т.д. ПВХ пластикаты за счет улетучивания пластификатора стареют - происходит снижение их эластичности и холодостойкости.

47) Фторопласт (тефлон, политетрафторэтилен, фторополимер, галон, полифон, гостафлон, флуон, сорефлон, алгофлон) - это фторуглеродный полимер, получаемый полимеризацией газа тетрафторэтилена. В тонком слое фторопласт прозрачен, а в толстом - молочно-белый. Фторопласт хорошо обрабатывается сверлением, шлифованием, точением и фрезерованием. Механическую прочность фторопласт сохраняет в области температур от -190oС до +250oС.

Фторопласт морозостоек и теплостоек, остаётся эластичным от -70o до +270oC, устойчив к радиации и коррозии, негорюч, не подвержен действию грибков. У него низкая адгезия, в следствие чего фторопласт не смачивается водой, органическим растворителями и жирами, имеет совершенно низкий коэффициент трения скольжения. Фторопласт имеет очень высокую химическую стойкость, не поддаётся разрушению при воздействии кислот и щелочей. Свои химические свойства фторопласт сохраняет вплоть до +300oС.

Диэлектрические свойства фторопласта не изменяются до +200oC. У фторопласта крайне низкие диэлектрические потери и изменения диэлектрической проницаемости от температуры и частоты, высокая устойчивость к дуге, что позволяет эффективно применять фторопласт в электротехнике и радиотехнике.

При нагревании фторопласта выше 327 градусов цельсия у него исчезает кристаллическая структура, становится аморфным и прозрачным и увеличивается в размерах на 20 %, а при температуре 415 градусов разлагается.

48)Изоляция обеспечивает необходимую электрическую прочность токопроводящих жил по отношению друг к другу и к заземленной оболочке (земле). Применяется бумажная, резиновая и пластмассовая (поливинилхлоридная и полиэтиленовая) изоляция.

Изоляция, наложенная на жилу кабеля, называется изоляцией жилы, а наложенная поверх изолированных скрученных или параллельно уложенных жил многожильного кабеля, называется поясной изоляцией.

Бумажная изоляция кабелей пропитывается вязкими пропиточными составами (маслоканифольными или электроизоляционными синтетическими).

Недостатком кабелей с вязким пропиточным составом является крайне ограниченная возможность прокладки их по наклонным трассам, а именно - разность высот между концевыми их заделками не должна превышать: для кабелей с вязкой пропиткой до 3 кВ бронированных и небронированных в алюминиевой оболочке - 25 м, небронированных в свинцовой оболочке - 20 м, бронированных в свинцовой оболочке - 25 м, для кабелей с вязкой пропиткой 6 кВ бронированных и небронированных в свинцовой оболочке - 15 м, в алюминиевой - 20 м, для кабелей с вязкой пропиткой 10 кВ бронированных и небронированных в свинцовой и алюминиевой оболочке - 15 м.

Кабели с вязким пропиточным составом, свободная часть которого удалена, называют кабелями с обедненно-пропитанной изоляцией. Их применяют при прокладке на вертикальных и наклонных трассах без ограничения разности уровней, если это небронированные и бронированные кабели в алюминиевой оболочке на напряжение до 3 кВ, и с разностью уровней до 100 м - для любых других кабелей с обедненно-пропитанной изоляцией.

Для прокладки по вертикальным и крутонаклонным трассам без ограничения разности уровней изготовляют кабели с бумажной изоляцией, пропитанной особым составом на основе церезина или полиизобутилена. Этот состав имеет повышенную вязкость, вследствие чего при нагреве кабеля, проложенного вертикально или по крутонаклонной трассе, он не стекает вниз. Поэтому кабели с такой изоляцией можно прокладывать на любую высоту, так же как и кабели с пластмассовой и резиновой изоляцией.

Резиновая изоляция выполняется из сплошного слоя резины или из резиновых лент с последующей вулканизацией. Силовые кабели с резиновой изоляцией применяют в сетях переменного тока до 1 кВ и постоянного тока до 10 кВ.

Силовые кабели с пластмассовой изоляцией имеют изоляцию из поливинилхлоридного пластиката в виде сплошного слоя или из композиций полиэтилена. Также используются кабели с изоляцией из самозатухающего (не поддерживающего горения) и вулканизированного полиэтилена.

Экраны применяют для защиты внешних цепей от влияния электромагнитных полей токов, проходящих по кабелю, и для обеспечения симметрии электрического поля вокруг жил кабеля. Экраны выполняют из полупроводящей бумаги и алюминиевой или медной фольги.

Заполнители необходимы для устранения свободных промежутков между конструктивными элементами кабеля с целью герметизации, придания необходимой формы и механической устойчивости конструкции кабеля. В качестве заполнителей применяют жгуты из бумажных лент или кабельной пряжи, нити из пластмассы или резины.

Оболочки силовых кабелей. Алюминиевая, свинцовая, стальная гофрированная, пластмассовая и резиновая негорючая (найритовая) оболочки кабеля предохраняют внутренние элементы кабеля от разрушения влагой кислотами, газами и т. п.

Алюминиевую оболочку силовых кабелей на напряжение до 1 кВ допускается использовать в качестве четвертой (нулевой) жилы в четырехпроводных сетях переменного тока с глухозаземленной нейтралью за исключением установок со взрывоопасной средой и установок, в которых ток в нулевом проводе при нормальных условиях составляет более 75 % тока в фазной жиле.

Защитные покровы силовых кабелей. Так как оболочки кабелей могут повреждаться и даже разрушаться от химических и механических воздействий, их покрывают защитными покровами.

Защитные покровы предохраняют оболочки кабеля от внешних воздействий (коррозии, механических повреждений). К ним относятся подушка, бронепокров и наружный покров. В зависимости от конструкции кабеля применяют один, два или три защитных покрова.

Подушка накладывается на экран или оболочку для их защиты от коррозии и повреждения лентами или проволоками брони. Подушка выполняется из слоев пропитанной кабельной пряжи, поливинилхлоридных, полиамидных и других равноценных лент, крепированной бумаги, битумного состава или битума.

Для защиты от механических повреждений оболочки кабелей обматывают в зависимости от условий эксплуатации стальной ленточной или проволочной броней. Проволочную броню выполняют из круглых или плоских проволок.

Броня из плоских стальных лент защищает кабели только от механических повреждений. Броня из стальных проволок помимо этого воспринимает также и растягивающие усилия. Эти усилия возникают в кабелях при вертикальной прокладке кабелей на большую высоту или по крутонаклонным трассам.

Для предохранения брони кабелей от коррозии ее покрывают наружным покровом, выполненным из слоя кабельной или стеклянной пряжи, пропитанной битумным составом, а в некоторых конструкциях поверх слоев пряжи и битума накладывают выпрессованный поливинилхлоридный или полиэтиленовый шланг.

В шахтах, взрывоопасных и пожароопасных помещениях не допускается применять бронированные кабели обычной конструкции из-за наличия между оболочкой и броней кабеля «подушки» с содержанием горючего битума. В этих случаях должны применяться кабели с негорючей «подушкой» и наружный покров, изготовленный на основе стеклянной пряжи из штапельного стекловолокна

49) Элегаз - электротехнический газ - представляет собой шестифтористую серу SF6 (шестифтор). Элегаз является основным изолятором в элементах ячеек с элегазовой изоляцией.

При рабочих давлениях и обычной температуре элегаз - бесцветный газ, без запаха, не горюч, в 5 раз тяжелее воздуха (плотность 6,7 против 1,29 у воздуха), молекулярная масса также в 5 раз больше, чем у воздуха.

Элегаз не стареет, т. е. не меняет своих свойств с течением времени, при электрическом разряде распадается, но быстро рекомбинирует, восстанавливая первоначальную диэлектрическую прочность.

Высокая электрическая прочность элегаза позволяет сократить изоляционные расстояния при небольшом рабочем давлении газа, в результате этого уменьшается масса и габариты электротехнического оборудования. Это, в свою очередь, дает возможность уменьшить габариты ячеек КРУЭ, что очень важно, например, для условий севера, где каждый кубический метр помещения стоит очень дорого.

Высокая диэлектрическая прочность элегаза обеспечивает высокую степень изоляции при минимальных размерах и расстояниях, а хорошие способность гашения дуги и охлаждаемость элегаза увеличивают отключающую способность коммутационных аппаратов и уменьшают нагрев токоведущих частей.

50) Термореактивные (поликонденсационные) полимерные связующие обычно представляют собой вязкие жидкости или высококонцентрированные водные растворы. Не совсем верно их называют «смолами». Как правило, это олигомеры, которые в процессе отверждения переходят в высокомолекулярное состояние.

Говоря о термореактивных полимерах (реактопластах), необходимо отметить их принципиальное отличие от полимеров термопластичных. Это отличие лежит в основе этих веществ и касается молекулярного строения. До процесса отверждения, молекулы этих двух видов полимеров представляют собой линейную структуру, однако, молекулы термореактивных полимеров способны соединяться друг с другом, проявляя химическую активность. Молекулы термопластичных полимеров остаются инертными.

Молекулы реактопластов чутко реагируют на изменения ряда условий, в частности, температуры, количества отвердителя, что отражается на их химической активности. На сегодняшний день к реактопластам, которые нашли широкое применение в сфере строительства, относят фенолформальдегидные, полиэфирные, карбамидные, полиуретановые и эпоксидные полимеры.