3.Физико-химические свойства диэлектриков.

Электроизоляцион­ные материалы имеют различную стойкость к разрушению (кор­розии) при контактировании с водой, кислотами, щелочами, соле­выми растворами, маслами, топливом, газами. При определении химостойкости образцы длительное время выдерживаются в ус­ловиях, наиболее близких к эксплуатационным, после чего опре­деляют изменение их внешнего вида, массы, электрических и дру­гих параметров. Например, в нефтяных маслах при эксплуатации происходит коррозия погруженных в масло изоляции и металлов, в процессе которой образуются кислоты, и масло стареет. Кисло­ты содержатся и в плохо очищенных маслах. Количество кислоты в масле характеризуется кислотным числом, равным количеству граммов едкого кали (КОН), необходимого для нейтрализации всех свободных кислот, содержащихся в 1 кг испытуемого материала.

Влагостойкость диэлектрика определяется его способностью сорбировать влагу из окружающей среды (влажного воздуха). В процессе выдержки во влажной атмосфере контролируют изменение таких параметров диэлектрика, как ρ, Е_пр, tgδ, сопротивление изоля­ции изделия R_из и другие. Параллельно определяют влагопоглощение образца, %:

w_пр = 100 (m₁ – m)/m,

где т - начальная масса образца, m₁ - масса образца после его вы­держки в течение времени t во влажной атмосфере.

Водостойкость и водопоглощение определяются по изменению таких же параметров диэлектрика в процессе выдержки его в дис­тиллированной воде.

Под действием ионизирующих излучений (ИИ) могут происхо­дить необратимые изменения структуры диэлектрика, которые называют радиолизом. В полимерах радиолиз приводит к структури­рованию - образованию связей между молекулами, а также и к деструкции - разрушению молекул. В результате изменяются физико-химические свойства полимеров (температура плавления кристал­лических полимеров, термопластичность, химическая стойкость, растворимость), механические свойства (разрушающее напряжение, модуль упругости, хрупкость), электрические свойства (ρ, ρ_s, Е_пр). Радиолиз керамических диэлектриков происходит в результате поглощения значительно больших доз ИИ. В процессе действия ИЙ контролируются изменения прежде всего механических свойств диэлектрика. Во многих случаях необратимые изменения механических свойств определяют изменения электрических свойств.

Тропикостойкость диэлектрика определяется по изменению ρ, Е_пр, tgδ и механической прочности, а также других параметров под воздействием тропических климатических факторов. Для районов с тропическим влажным или сухим климатом, с тропическим морским климатом характерными являются следующие факторы: холод, жара, влага, солнечная радиация, атмосфера, загрязненная морской солью, пустынной или степной пылью, песком, пеплом, химическими соединениями; воздействие микроорганизмов - плесневых грибов, бактерий, вредителей животного мира - термитов, муравьев, тараканов, грызунов и других представителей фауны.

Газообразные диэлектрики

Преимуществами газов перед остальными видами диэлектрических материалов являются высокое удельное сопротивление, малый тангенс угла диэлектрических потерь, малая (близкая к единице) диэлектрическая проницаемость. Наиболее важным свойством газов является их способность восстанавливать электрическую проч­ность после разряда.

Кроме воздуха в качестве электрической изоляции широко ис­пользуют двух- и трехатомные газы - азот, водород, углекислый газ. Электрические прочности этих газов при нормальных услови­ях мало отличаются друг от друга и могут с достаточной точнос­тью приниматься равными прочности воздуха. В табл. 4.3 приве­дены отношения электрической прочности Е_пр.г некоторых газов, включая и высокопрочные, к электрической прочности воздуха Е_пр.в, которая принята за единицу; даны точки кипения газов при нор­мальном давлении.

Лучше всего требованиям к газам, применяемым в электроизо­ляционных конструкциях, удовлетворяют элегаз SF₆ и фреон CC1₂F₂. Гексафторэтан нельзя использовать при повышенных давлениях из-за низких критических параметров (Р_кр = 3,3 МПа, Т = - 24 °С)

Азот имеет с воздухом одинаковую электрическую прочность и, часто применяется вместо него для заполнения газовых конденсаторов и других целей, так как не содержит кислорода, оказывающего окисляющее воздействие на соприкасающиеся с ним материалы.

Таблица 4.3

Газ	Плотность, кг/м3	Температура кипения, °С	Епр.г /Епр.в
Азот	1,25	-196	1,0
Гексафторид серы (элегаз)	6,70	-64	2,3
Дихлорфторметан (фреон-12)	6,33*	-30	2,4
Гeксафторэтан	9,01	-78	2,0
Трифторметиентафторсера	-	-20,4	3,05

Значительный интерес представляет водород, имеющий весьма высокий коэффициент теплопроводности, несмотря на его мень­шую электрическую прочность по сравнению с воздухом. Водород применяется в качестве электроизоляционной и охлаждающей сре­ды в крупных турбогенераторах.

Элегаз, или гексафторид серы (SF₆) имеет электрическую проч­ность примерно в 2,5 раза выше, чем у воздуха. Поскольку элегаз обладает низкой температурой кипения и высокой плотностью, примерно в 5,1 раза тяжелее воздуха, он может быть сжат до давле­ния 2 МПа без сжижения. Элегаз нетоксичен, химически стоек, не разлагается при нагревании до температуры 800 °С.

Применение элегаза в силовых трансформаторах целесообраз­но в тех случаях, когда имеют место особые требования пожаробе­зопасности. В небольших количествах такие трансформаторы экс­плуатируются в Японии. В США были созданы отдельные образ­цы трансформаторов с применением принудительной циркуляции элегаза, однако в этом случае усложняется конструкция трансфор­матора и снижается надежность его работы.

В высоковольтной технике находят применение инертные газы, например гелий, который используется как добавка к высокопроч­ным сжатым газам для повышения их дугогасительной способности.