- •Лекция №10
- •Вопросы лекции:
- •Газообразные диэлектрики.
- •Электропроводность газов обычно не хуже 10-13 См/м, причем, основным фактором вызывающим проводимость в
- •давлении 1 атм., температуре 20 С, электроды, создающие однородное поле, площадью 1 см2,
- •Теплопроводность газов также невелика по сравнению с теплопроводностью твердых тел и жидкостей, наибольшее
- •применение газообразных диэлектриков.
- •Электроотрицательными называются газы, молекулы которых обладают сродством к электрону, это означает, что при
- •Другие полезные свойства элегаза:
- •Применение: В устройствах элегаз обычно используется под давлением в несколько атмосфер.
- •10. 2. Жидкие диэлектрики.
- •Трансформаторное масло, являясь смесью веществ, имеет в своем составе небольшое количество полярных молекул,
- •Электропроводность жидкостей определяется ионизацией молекул, наличием в жидкости примесей особого сорта: ионофоров и
- •Электрическая прочность - также, как и электропроводность, в значительной степени является технологической характеристикой
- •Является ли электрическая прочность “истинной” характеристикой жидкости - вопрос достаточно принципиальный.
- •Используемые и перспективные жидкие диэлектрики.
- •Трансформаторное масло содержит следующие основные компоненты.
- •Парафины и циклопарафины обеспечивают низкую электропроводность и высокую электрическую прочность. Ароматические углеводороды уменьшают
- •Углеводороды парафинового ряда, кроме высокой химической устойчивости обладают высокой температурой вспышки и рядом
- •Ароматические углеводороды разделяются на углеводороды симметричного строения (бензол, нафталин, антрацен) и ароматики с
- •Основные физико-химические свойства масла.
- •Температурой застывания называется температура, при которой масло загустевает настолько, что при наклонении пробирки
- •Из других теплофизических характеристик отметим сравнительно небольшую теплопроводность от 0.09 до 0.14 Вт/(м
- •Удельное сопротивление масла нормируется при температуре 90 С и напряженности поля 0.5 МВ/м,
- •Трансформатор может работать без ремонта 10-15 лет, а масло уже через год требует
- •Конденсаторные масла.
- •Касторовое масло растительного происхождения, оно получается из семян клещевины. Основная область использования -
- •Кабельные масла предназначены для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей. Основой их также является
- •Второй тип жидких диэлектриков - трудногорючие
- •В связи с этим хлордифенилам пытаются найти замену. Так, например, в России и
- •Фторорганические жидкости
- •Общие характеристики твердых диэлектриков
- •Механизмы поляризации у них резко различаются:
- •- доменная поляризация у сегнетоэлектриков - при этом максимальна и может достигать 10000-
- •Некоторые термины, специфичные для твердых диэлектриков:
- •Виды диэлектриков. Применение твердых диэлектриков в энергетике :
- •Органические диэлектрики:
- •Применение в энергетике:
- •-машин, аппаратов - бумага, картон, лаки, компаунды, полимеры;
- •Для ориентировки целесообразно разделить основные диэлектрические материалы на
- •Радиационно-стойкая изоляция: неорганические пленки, керамика, стеклотекстолит, слюдинитовые материалы, некоторые виды полимеров (полиимиды, полиэтилен).
- •Морозостойкая изоляция. Это требование характерно, в основном для резин, т.к. при понижении температуры
- •Свойства наиболее применяемых диэлектриков.
- •По технологическим признакам полимерные материалы делятся на 2 класса - термопласты и реактопласты
- •Его основные параметры: удельное сопротивление 1014-1015 Ом м, удельное поверхностное сопротивление 1015 Ом,
- •Реактопласты - при нагревании не размягчаются, после достижения некоторой температуры начинаются разрушаться. Изделия
- •Эпоксидные полимеры обладают хорошей механической прочностью, удовлетворительными электрофизическими характеристиками. Они являются полярными диэлектриками.
- •Бумага и картон
- •Электротехнический картон используется в качестве диэлектрических дистанцирующих прокладок, шайб, распорок и т.п. Картон,
- •Материалы для изоляторов.
- •Основу кремнийорганических резин составляют
- •Из электрофизических и теплофизических свойств композиционного материала отметим:
- •электрическая прочность
- •Электротехнический фарфор
- •Основные параметры фарфора:
- •Электротехническое стекло
- •Основные параметры стекла:
- •Обычное, щелочное стекло непригодно для изготовления изоляторов ввиду растрескивания, помутнения и т.п. в
- •Слюдяные материалы
- •Слюда используется в качестве электрической изоляции, как в виде щипаных тонких пластинок, в.т.ч.
- •Слюдиниты - листовые материалы, изготовленные из слюдяной бумаги на основе мусковита. Иногда их
- •Слюдопласты - листовые материалы, изготовленные из слюдяной бумаги на основе флогопита и пропитанные
- •Название диэлектрика
- •Название диэлектрика
Лекция №10
Газообразные, жидкие и твердые диэлектрики.
Вопросы лекции:
10.1.Газообразные диэлектрики
10.1.1.основные характеристики
10.1.2.электроотрицательные газы, применение в энергетике.
10.2.Жидкие диэлектрики. Применение в энергетике.
10.2.1.общие свойства.
10.2.2.используемые и перспективные жидкие диэлектрики.
10.3.Общие характеристики диэлектриков.
10.4.Виды диэлектриков. Применение твердых диэлектриков. 10.5.Свойства наиболее применяемых диэлектриков.
10.5.1.Полимерные материалы. 10.5.2.Бумага и картон. 10.5.3.Материалы для изоляторов. 10.5.4.Слюдяные материалы.
Газообразные диэлектрики.
Основные характеристики.
Основные характеристики газов, как диэлектриков, это диэлектрическая проницаемость, электропроводность, электрическая прочность. Кроме того, зачастую важны теплофизические характеристики, в первую очередь теплопроводность.
Диэлектрическую проницаемость газов:= 1+n( +3 2 /kT)/ 0
где n- число молекул с поляризуемостью и дипольным моментом в единице объема. Обычно значение близко к 1, отличие от единицы можно обнаружить в 3-4 знаке после запятой. Причина этого - малое число молекул в газовой фазе n.
Электропроводность газов обычно не хуже 10-13 См/м, причем, основным фактором вызывающим проводимость в не очень сильных полях, является ионизирующее излучение. Диэлектрические потери незначительны и их стоит учитывать только в области сильных полей.
Электрическая прочность у газов, сравнительно с прочностью жидкостей и твердых диэлектриков, невелика и сильно зависит как от внешних условий, так и от природы газа. Обычно пробивные характеристики разных газов сопоставляют при нормальных условиях (н.у.),
давлении 1 атм., температуре 20 С, электроды, создающие однородное поле, площадью 1 см2, межэлектродный зазор 1 см. Воздух при н.у. имеет электрическую прочность 30 кВ/см. Коэффициент к, показывающий отношение электрической прочности газа к электрической прочности воздуха составляет для некоторых газов:
• |
водород к = 0.5, |
• |
гелий к = 0.2, |
•элегаз к = 2.9,
•фреон-12 к = 2.4,
•перфторированные углеводородные газы
к= (4-10).
Теплопроводность газов также невелика по сравнению с теплопроводностью твердых тел и жидкостей, наибольшее ее значение
= 0.2 Вт/(м К) - у водорода. Для наиболее популярных газов= 0.03 Вт/(м К)--воздух,= 0.012 Вт/(м К) - элегаз.
Для сравнения - у алюминия = 200 Вт/(м К).
Максимальные температуры эксплуатации газов определяются либо разложением молекул газа, либо увеличением электропроводности за счет диссоциации молекул газа под действием тепловой энергии. Характерные температуры для второго варианта - порядка и более тысячи градусов.
применение газообразных диэлектриков.
Наибольшее применение из газов в энергетике имеет воздух. Это связано с дешевизной, общедоступностью воздуха, простотой создания, обслуживания и ремонта воздушных электроизоляционных систем, возможностью визуального контроля. Объекты, в которых применяется воздух в качестве электрической изоляции - линии электропередач, открытые распределительные устройства, воздушные выключатели и т.п.
Электроотрицательными называются газы, молекулы которых обладают сродством к электрону, это означает, что при захвате электрона и превращении молекулы в отрицательный ион выделяется энергия. Этот процесс приводит к явлению прилипания электронов, и уменьшению, тем самым, эффективного коэффициента ударной ионизации на значение коэффициента прилипанияэфф . Поэтому электроотрицательные газы имеют повышенную электрическую прочность. Из электроотрицательных газов с высокой электрической прочностью наибольшее применение нашел элегаз SF6. Свое название он получил от сокращения “электрический газ”. Уникальные свойства элегаза были открыты в России, его применение также началось в России.
Электрическая прочность элегаза при атмосферном давлении и зазоре 1 см составляет Е = 89 кВ/см. Молекулярная масса 146, характерным является очень большой коэффициент теплового расширения и высокая плотность. Это важно для энергетических установок, в которых проводится охлаждение каких-либо частей устройства, т.к. при большом коэффициенте теплового расширения легко образуется конвективный поток, уносящий тепло. Из теплофизических свойств: температура плавления = -50 С при 2 атм, температура кипения (возгонки) = -63 С. Низкие значения последних параметров означают возможность применения элегаза при низких температурах.
Другие полезные свойства элегаза:
-химическая инертность,
-нетоксичность,
-негорючесть,
-термостойкость (до 800 С),
-взрывобезопасность,
-слабое разложение в разрядах,
-низкая температура сжижения.
В отсутствие примесей элегаз совершенно безвреден для человека. Однако продукты разложения элегаза в результате действия разрядов (например в разряднике или выключателе) токсичны и химически активны.