
- •Экзаменационные вопросы по дисциплине «Электротехнические материалы». Содержание:
- •Классификация материалов.
- •Диэлектрик в электрическом поле.
- •Поляризация диэлектриков и диэлектрическая проницаемость.
- •Основные виды поляризации диэлектриков.
- •Зависимость проницаемости от давления и температуры.
- •Классификация диэлектриков по виду поляризации.
- •Истинное сопротивление диэлектриков.
- •Объёмная и поверхностная проводимости.
- •Пробой диэлектриков. Пробивное напряжение и электрическая прочность диэлектриков.
- •Пробой газов.
- •Пробой жидких диэлектриков.
- •Пробой твёрдых диэлектриков.
- •Химические свойства диэлектриков.
- •Влажностные свойства диэлектриков.
- •Гигроскопичность, влагопроницаемость.
- •Тепловые свойства диэлектриков.
- •Механические свойства диэлектриков.
- •Классификация диэлектрических материалов.
- •Газообразные диэлектрики.
- •Жидкие диэлектрики.
- •Синтетические масла.
- •Органические полимеры.
- •Природные смолы.
- •Синтетические смолы.
- •Эпоксидные смолы.
- •Электроизоляционные лаки.
- •Компаунды.
- •Волокнистые материалы.
- •Текстильные материалы. Лакоткани.
- •Слоистые пластики.
- •Эластомеры.
- •Неорганические материалы. Стёкла.
- •Керамические диэлектрические материалы.
- •Слюда и слюдяные материалы.
- •Асбест и асбестовые материалы.
- •Проводниковые материалы.
- •Материалы высокой проводимости.
- •Сплавы высокого сопротивления.
- •Магнитные материалы. Общие сведения.
- •Классификация магнитных материалов.
- •Магнитомягкие материалы.
- •Магнитотвёрдые материалы.
Жидкие диэлектрики.
Жидкие диэлектрики, применяемые в электротехнических устройствах, это главным образом нефтяные электроизоляционные масла: трансформаторные, конденсаторные, кабельные, это синтетические жидкие диэлектрики: хлорированные углеводороды, кремнийорганические и фторорганические жидкости. Ими заполняют внутреннее пространство силовых трансформаторов, реакторов, масляных выключателей, конденсаторов, кабелей и других элементов электрооборудования. Часто заполнение электрооборудования жидкими диэлектриками проводят под вакуумом, при этом они хорошо пропитывают пористую изоляцию обмоток и намного повышают электрическую прочность. Кроме того, жидкие диэлектрики играют роль теплопроводящей среды. По верхнему пределу допустимой температуры жидкие диэлектрики подразделяются на работающие: 1) до 95 оС – все нефтяные масла; 2) до 135 оС – синтетические углеводороды, эфиры кремневой, фосфорной, органических кислот, полиорганосилоксаны; 3) до 200 оС – фторуглеводороды, хлор (фтор)-органосилоксаны; 4) до 250 оС – полифенилэфиры и специальные полиорганосилоксаны. Жидкие диэлектрики электроизоляционного назначения должны обладать высокой электрической прочностью, высоким электрическим сопротивлением, минимальным tgδ, стабильностью свойств при эксплуатации и хранении, низкой вязкостью, экономичностью, иногда – негорючестью. Диэлектрические потери в жидких диэлектриках обусловлены как дипольной поляризацией, так и потерями от проводимости. Носителями электрического заряда являются собственные ионы или ионы примесей, а также молионы. Молионы – это заряженные частицы, представляющие собой группы (ассоциаты) молекул коллоидных размеров. Ионная проводимость сопровождается электролизом, молионная проводимость - электрофорезом. Электрофорез отличается от электролиза тем, что при нём не наблюдается образования новых веществ, а лишь меняется относительная концентрация дисперсной фазы в различных слоях жидкости. С ростом температуры электрическая проводимость растёт, электрическая прочность падает.
Синтетические масла.
В тех случаях, когда необходима полная пожарная и взрывобезопасность, нефтяные масла использовать нельзя. Для этих целей разработан целый ряд синтетических жидких диэлектриков.
Хлорированные углеводороды получают из самых разных углеводородов, но наибольшее распространение имеют хлорированные дифенилы С6Н5 – С6Н5 со средней степенью хлорирования п от 3 до 6 (ХД). ХД при п = 5 называется совол. Хлорированные дифенилы содержат сильно электроотрицательные атомы хлора, а их молекулы не симметричны, поэтому являются полярными соединениями, и, соответственно, их ε равняется 5 при 50 Гц и 20 оС, а при 90 оС ε = 4,1. ХД обладают сравнительно высокой вязкостью и достаточно высокой температурой застывания, поэтому их разбавляют хлорированными углеводородами с меньшей вязкостью, например, хлорбензолами. Так, совол, являющийся смесью 90% совола и 10 % трихлорбензола С6Н3С13, имеет вязкость в 3 раза ниже (25 мм2/с), чем совол. Существенным недостатком ХД является их токсичность, они вызывают раздражение слизистых оболочек.
Кремнийорганические (полиорганосилоксановые) жидкости (ПОСЖ) обладают малым tgδ, низкой гигроскопичностью, низкой температурой замерзания (-60 оС), повышенной нагревостойкостью и высокой стойкостью к окислению. Молекулы ПОСЖ содержат так называемую силоксановую группировку: чередующиеся Si – O – Si – O – Si - Так как кремний четырёхвалентен, каждый атом Si соединён ещё с двумя радикалами: - СН3, С2Н5, С6Н5 и др. Соответственно такие жидкости будут называться полиметилсилоксановыми, полиэтилсилоксановыми, полифенилсилоксановыми и т.п. ПОСЖ имеют ε от 2,5 до 3,3 и tgδ от 0,0001 до 0,0003 (при 1 Гц и 20 оС). Наивысшая допустимая рабочая температура доходит до 250 оС (длительно) и до 350 оС (кратковременно). Вязкость этих жидкостей ниже, чем у хлорированных углеводородов.
Фторорганические жидкости (ФОСЖ) имеют малый tgδ, ничтожно малую гигроскопичность и высокую нагревостойкость – выше 200 оС. Кроме того, они абсолютно негорючи. Диэлектрическая проницаемость ФОСЖ от 2,26 до 2,76, tgδ от (0,6 – 6)·10-4, ρ v порядка 1012 Ом·м, пробивное напряжение при 60 Гц 30 – 49 кВ.