2.5.Механічні характеристики матеріалів.

Більшість електротехнічних матеріалів виконує кілька функцій, у тому числі й функції конструкційних матеріалів. Тому часто для електротехнічних матеріалів знати числові значення міцності на розрив, стиск, вигин. Багато матеріалів мають підвищену крихкість, тобто легко руйнуються динамічними навантаженнями. Для рідких діелектриків – масел, лаків важливою механічною характеристикою є в'язкість.

2.6 Вологостні властивості діелектриків.

2.6.1. Загальні характеристики вологості повітря

Електротехнічне встаткування завжди працює в контакті з атмосферним повітрям, зазнає дії різноманітних факторів, наприклад перепадам температури. Атмосферне повітря має досить складний хімічний склад і одним з найбільш істотних компонентів є водяні пари. Вода є гарним розчинником, легко проникає в пори й впливає на стан і експлуатаційні властивості всіх матеріалів. Наприклад, при підвищеній вологості швидше протікають процеси корозії конструкційних матеріалів, окисняться контакти й провідники, знижується електрична міцність діелектриків.

Зміст водяної пари в атмосфері оцінюють таким показником як абсолютна вологість повітря. Цей показник чисельно дорівнює масі водяної пари, що втримується в одиниці об'єму повітря (кг/м³). Кожній температурі відповідає певне максимальне значення абсолютної вологості m_нас. Більшої кількості води повітря містити не може, вода випадає у вигляді роси. Абсолютна вологість, необхідна для насичення повітря, різко зростає зі збільшенням температури. Відносна вологість повітря показує процентний вміст у повітрі водяної пари стосовно максимально можливого: φ = m/ m_нас 100%.

При нормальній температурі 20°С и нормальному атмосферному тиску значення m_нас рівняється 17,3 г/м³. При проведенні різних випробувань і вимірів установлюється так звана нормальна вологість повітря, відповідна до відносної вологості φ = 65%.

Вода є сильно дипольним діелектриком з відносно низьким питомим опором порядку 10³-10⁴ Ом*м. Тому влучення води в діелектрик веде до різкого погіршення електричної міцності ізоляції. Особливо помітний вплив вологи при підвищених температурах. Тому в особливий клас виконання виділяється встаткування, призначене для роботи в тропічних умовах, тобто в умовах підвищеної вологості й підвищених температур.

Електроізоляційні матеріали в більшій або меншому ступені мають властивості гігроскопічності, тобто здатністю усмоктувати в себе вологу з навколишнього середовища, і вологопроникливістю, тобто здатністю пропускати через себе пари води.

2.6.2 Гігроскопічність діелектриків.

У першу чергу вплив підвищеної вологості повітря відбивається на зменшенні поверхневого опору діелектриків. Це пов'язане з появою на їхній поверхні великих водяних крапель і плівок. Здатність діелектриків змочуватися водою характеризується крайовим кутом змочування Θ краплі води, нанесеної на плоску поверхню – показати на малюнку. Чим менше Θ – тем сильніше змочування, для поверхонь, що змочуються, Θ <°90 С, для, що змочуються - Θ >°90, рис.2.1.

Рис.2.1. Змочувані та незмочувані поверхні

При наявності в діелектрику об'ємної пористості або при нещільній структурі волога попадає й усередину матеріалу.

Для захисту поверхні електроізоляційних деталей від дії атмосферної вологості їх покривають спеціальними лаками, що не змочуються водою.

Діелектрик, поміщений у середовище з деяким іншим рівнем вологості, протягом деякого часу досягає рівноважний із середовищем стану в результаті процесів зволоження або сушіння. Для волокнистих діелектриків установлюється кондиційна вологість, відповідна до рівноважної вологості матеріалу, якщо він перебуває в повітрі в нормальних умовах. Наприклад, для кабельного паперу кондиційна вологість установлюється рівної 8%. На гігроскопічність матеріалу найважливіший вплив виявляє будова матеріалу і його хімічний склад. Сильно пористі матеріали, природно, більш гігроскопічні, чому матеріали щільної будови. Для ілюстрації приведемо відомості про розміри пор ( в ангстремах, 10^-10 м) для деяких матеріалів, табл.2.2.

Табл.2.2. Розміри пор у діелектриках.

Макропори в кераміку	103 – 106
Капіляри у волокнах целюлози	1000
Пори в стінках волокна	10-100
Міжмолекулярні пори	10-50
Внутрішнмолекулярні пори	До 10

Для порівняння вкажемо, що ефективний діаметр молекули води рівний приблизно 3 ангстрема. Тому уникнути гігроскопічності матеріалів, особливо органічних, з великими молекулами, практично неможливо.

Кількість поглиненої діелектриком води не повністю відбиває ступінь зміни властивостей матеріалу при зволоженні. Якщо поглинена волога утворює подовжені нитки або плівки, які можуть пронизувати міжелектродний проміжок, то навіть незначна кількість вологи приводить до різкого зниження електричної міцності ізоляції. Якщо ж вода розподіляється за обсягом матеріалу рівномірно, то вплив вологи буде менш істотним.

Найбільш помітне падіння електричної міцності має місце для діелектриків, що містять розчинні у воді домішки, що створюють електроліти з високою питомою провідністю.

Ще один ефект. При зволоженні діелектрика в ньому значно збільшуються діелектричні втрати в зміннім електричнім полі, що приводить до додаткового нагрівання ізоляції, але може приводити й до додаткового просушування ізоляції.