Вопрос 5

БИТУМЫ

Битумы — аморфные материалы, представляющие собой слож­ные смеси углеводородов (обычно они содержат также некоторое количество кислорода и серы) и обладающие характерным комплек­сом свойств. Они имеют черный (или темно-коричневый) цвет, при достаточно низких температурах хрупки и дают характерный излом в виде раковин. Битумы растворяются в углеводородах —легче ароматических (бензол, толуол), несколько труднее в бензине, немаслостойки. В спирте и воде битумы нерастворимы, они имеют малую гигроскопичность и в толстом слое практически водонепро­ницаемы. Битумы термопластичны, плотность их близка к 1 Мг/м3.

Различают битумы искусственные (нефтяные), представляющие собой тяжелые продукты перегонки нефти, и природные (ископаемые), называемые также асфальтами. Залежи асфальтов связаны с нефтя­ными месторождениями, так как в природных условиях асфальты также образовались из нефти. Асфальты обычно "бывают загрязнены минеральными примесями. В электроизоляционной технике из неф­тяных битумов применяют битумы марок БН-Ш, БН-IV и БН-V, а также более тугоплавкие спецбитумы марок В и Г. Температура размягчения (по способу кольца и шара) для них должна быть не ниже определенных значений (от 50 СС для БН-Ш до 125 СС для В).

Температура размягчения асфальтов доходит до 200 СС. Более тугоплавкие битумы, как правило, имеют лучшие электроизоляци­онные свойства, которые медленно ухудшаются при повышении тем­пературы (рис. 6-15); они труднее растворимы и при низких тем­пературах более тверды и хрупки. Температура размягчения би­тума может быть повышена продувкой, т. е. пропусканием воздуха сквозь рас­плавленный битум. Повышение температу­ры размягчения битума происходит при этом вследствие окисления и дополнитель-

ной полимеризации битума. Если, наоборот, температуру размягчения битума требуется снизить, это может быть достигнуто сплавлением битума с небольшим количеством нефтяного масла. Добавление нефтяного масла улучшает холодостойкость битума, т. е. делает его менее хрупким при низких температурах. Битумы—слабо­полярные вещества с ег — 2,5^3,0; tg б около 0,01; £пр = 10 ~ 4-25 МВ/м и р = 1013-И014 Ом-м; эти параметры мало зависят от влажности. Битумы используются для изготовления лаков и ком­паундов.

ВОСКООБРАЗНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

Воскообразные материалы представляют собой твердые легкоплавкие вещества, обладающие кристаллическим строением, низкой механической прочностью и малой гигроскопичностью. Они употребляются для пропитки и заливки. Существенным недостатком их при использовании в качестве пропиточных масс является значи­тельная усадка при застывании, доходящая до 15—20%. Поэтому большая часть объема пор изоляции оказывается заполненной воздухом, что приводит к понижению электрической прочности пропитанной изоляции. В связи с этим воскообразные вещества, в особенности для пропитки изоляции, работающей при высоких напря­жениях, вытесняются жидкими и полужидкими пропиточными массами.

Давший название рассматриваемой группе материалов пчелиный воск для электрической изоляции в настоящее время не употребляется.

Парафин. Это наиболее дешевое и широко известное неполярное воскообразное вещество. Получают его разгонкой и вымораживанием из соответствующей фракции дистиллата парафинистой нефти. Очищенный парафин имеет плотность 0,85— 0,90 Мг/м3 и температуру плавления 50—55 °С. Зависимость ег от температуры для парафина была приведена на рис. 1-5 и обсуждена на стр. 25 учебника. Значе­ние tg б парафина 0,0003—0,0007, ар— более 1016 Ом-м. Парафин не смачивается водой, и его удельное поверхностное сопротивление р.§ не менее 1015 Ом даже при высокой влажности окружающего воздуха; £пр составляет 20—25 МВ/м. При нор­мальной температуре парафин обладает высокой химической стабильностью, но при нагреве до 130—14-0 °С на воздухе легко окисляется, снижая р в 100 раз и более. Парафин иногда применяют для пропитки бумажных конденсаторов низкого напря­жения, для пропитки дерева и картона, для заливки катушек с невысокой рабочей температурой. Парафин, как и другие вещества, состоящие из предельных угле­водородов, нерастворим в воде и спиртах, но растворяется в жидких углеводоро­дах: нефтяных маслах, бензине, бензоле. При испарении растворителя парафин (как и другие воскообразные продукты) не образует сплошной прочной пленки, по­этому он непригоден для изготовления лаков.

Церезин подобно парафину представляет собой смесь твердых углеводородов метанового ряда с общей формулой СпН2п+2, но число атомов углерода в его моле­кулах (п = 39н-53) больше, чем в молекулах парафина (и = Ю-т-36); кроме того, молекулы церезина имеют сильно разветвленные цепочки углеродных атомов в от­личие от слабо разветвленных цепочек молекул парафина. Церезин изготовляют путем очистки минерала озокерита (горного воска), представляющего собой продукт естественного перерождения нефти в условиях доступа воздуха. Преимуществами церезина по сравнению с парафином являются более высокая температура плавления (65—80 °С) и стойкость к окислению; р у церезина несколько больше, a tg б не­сколько меньше, чем у парафина. Поэтому церезин, несмотря на его повышенную стоимость по сравнению с парафином, вытесняет его, в частности при пропитке бумажных и слюдяных конденсаторов.

Синтетический парафин и синтетический церезин. Необходимость повышения рабочих температур бумажных конденсаторов привела к разработке пропиточных воскообразных материалов с температурой плавления 100—130°С. Они предста­вляют собой высокомолекулярные углеводороды, получаемые в качестве побочных продуктов при изготовлении синтетического бензина и масел. Электроизоляционные свойства этих материалов близки к свойствам натурального парафина и натураль­ного церезина.

Вазелин — близкая к собственно воскообразным веществам масса, при нормаль­ной температуре полужидкая (мазеобразная); применяется для пропитки бумажных конденсаторов. Вазелин является смесью твердых и жидких углеводородов, получа­емой из нефти. Свойства конденсаторного вазелина: р не менее 5-1012 Ом-м при 20°С и 5- 10е Ом-м при 100°С; tg б при 1 кГц и тех же температурах— не более 0,0002 и 0,002 соответственно; £пр при 50 Гц и 20 °С не менее 20 МВ/м.