2. Види рідких діелектриків
2.1 Нафтові електроізоляційні масла
2.2 Синтетичні рідкі діелектрики
2.3 Природні смоли
2.4 Рослинні масла
Список використаної літератури
Діелектрик (ізолятор) - речовина, погано проводить або зовсім не проводить електричний струм. Щільність вільних носіїв заряду в діелектрику не перевищує 108 шт / смі. Основна властивість діелектрика полягає в здатності поляризуватися в зовнішньому електричному полі.
Фізичним параметром, який характеризує діелектрик, є діелектрична проникність. Діелектрична проникність може мати дисперсію.
До діелектриків відносяться повітря та інші гази, скло, різні смоли, пластмаси неодмінно сухі. Хімічно чиста вода також є діелектриком.
1.1 Фізичні властивості
До них відносяться електрети, п'єзоелектрики, піроелектрики, сегнетоеластиків, сегнетоелектрики, релаксори і сегнетомагнетікі. При застосуванні діелектриків - одного з найбільш великих класів електротехнічних матеріалів - досить чітко визначилася необхідність використання як пасивних, так і активних властивостей цих матеріалів. Пасивні властивості діелектричних матеріалів використовуються, коли їх застосовують в якості електроізоляційних матеріалів і діелектриків конденсаторів звичайних типів. Електроізоляційними матеріалами називають діелектрики, які не допускають витоку електричних зарядів, тобто з їх допомогою відділяють електричні ланцюги один від одного або струмопровідні частини пристроїв, приладів і апаратів від провідних, але не струмоведучих частин (від корпусу, від землі). У цих випадках діелектрична проникність матеріалу не грає особливої ролі або вона повинна бути якомога меншою, щоб не вносити в схеми паразитних ємностей. Якщо матеріал використовується в якості діелектрика конденсатора певної ємності і найменших розмірів, то за інших рівних умов бажано, щоб цей матеріал мав велику діелектричну проникність.
Активними (керованими) діелектриками є сегнетоелектрики, п'єзоелектрики, піроелектрики, електролюмінофори, матеріали для випромінювачів і затворів в лазерній техніці, електрети і ін. Умовно до провідників відносять матеріали з питомим електричним опором з <10-5 Ом·м, а к диэлектрикам -- материалы, у которых с> 108 Ом · м. При цьому треба зауважити, що питомий опір хороших провідників може становити всього 10-8 Ом · м, а у кращих діелектриків перевершувати 1016 Ом · м. Питомий опір напівпровідників в залежності від будови і складу матеріалів, а також від умов їх експлуатації може змінюватися в межах 10-5--108 Ом · м.
Поряд з електричними матеріалами попит на діелектричні матеріали росте день за днем. Це пов'язано зі збільшенням потужності державних промислових підприємств, приватних підприємств і зі зростанням державних і недержавних громадських організацій і установ. Великий попит на діелектричні матеріали, також, пов'язаний зі збільшенням кількості різноманітних електроприладів і засобів зв'язку [1-3]. У техніці використовують різні види діелектриків, які виготовляються в процесі переробки природних ресурсів і хімічних матеріалів. Застосовувані в народному господарстві діелектричні матеріали умовно можна класифікувати у вигляді, показаному на ріс.Как відомо, діелектричні властивості матеріалів визначаються розташуванням атомів і молекул в кристалічній решітці. Хімічні елементи, що входять до складу матеріалу, а також структура, симетрія і ступінь впорядкованості кристалічної решітки, визначають як діелектричні властивості матеріалів, так і їх залежність від зовнішніх факторів, включаючи температуру.
1.2 Класифікація діелектричних матеріалів
Залежно від зазначених факторів, кожен окремо взятий діелектричний матеріал може по-різному проявляти свої ізоляційні властивості, що визначають область його застосування. Відзначимо, що в даний час відсутній єдиний підхід в оцінці діелектричних матеріалів. У даній роботі систематизовані відомості про існуючі діелектричних матеріалах, проаналізовано їх переваги та недоліки. Складена структурна схема, в якій подано класифікацію діелектричних матеріалів. Схема будувалася на основі поділу всього безлічі діелектричних матеріалів за специфічними особливостями способів їх переробки і ізготовленія.Еслі зупинитися на сукупності діелектричних матеріалів, наведених на рис. то можна відзначити наступне. У народному господарстві широко використовуються діелектричні матеріали, що складаються з органічних і неорганічних елементів.
У науці неорганічні хімічні матеріали відомі як сполуки вуглецю з іншими елементами. Оскільки вуглець має підвищену здатність освіти хімічних сполук, то його роль можна помітити в створенні речовин з ланцюжковими або розгалуженими молекулами, які можуть утворюватися тільки з атомів вуглецю або з атомів вуглецю, між якими розташовані атоми інших елементов.К органічним діелектричним матеріалами можна віднести:
З розвитком електротехнічної промисловості паралельно розвивалося виготовлення діелектричних матеріалів з мінералів. Технологія виготовлення мінеральних діелектриків і їх різновидів, настільки вдосконалена, що ці діелектричні матеріали через дешевизну і високих діелектричних показників почали відтісняти натуральні і хімічні діелектричні матеріали. До мінеральних діелектричним матеріалами можна віднести:
- скло (конденсаторні, установчі, лампові, лужні, безлужне і інші скла.) - аморфна речовина, яка представляє собою складну систему різних окислів. Через те, що до складу скла входять такі оксиди, як SiO2, CaO, Al2O3 і т.д. діелектричні властивості скла помітно покращуються;
- стеклоемаль - це матеріал, який наноситься тонким шаром на поверхню металевих та інших предметів з метою захисту їх від корозії;
- скловолокно - скляні нитки, з яких згодом тчуть скляні тканини;
- світловоди - светопроводящий вид скловолокна, тобто джгут, скручений з волокон, що мають серцевину і оболонку з стекол різного складу;
- ситалли - кристали, до складу яких входять силікати;
- керамічні матеріали (фарфор, стеатит);
- слюда (міканіти, слюдопласт, мікалексу);
- азбест (асбоцемент) - назва групи мінералів, що володіють волокнистою будовою, що представляють собою волокнисту різновид мінералу хризотил - 3MgO * 2SiO2 * 2H2O.
З представленого короткого огляду діелектричних матеріалів можна побачити їх різноманітність. Слід зазначити, що, незважаючи на таку велику різноманітність існуючих діелектричних матеріалів, вони не завжди можуть замінити один одного. У багатьох випадках область використання діелектричних матеріалів в основному залежить від їх дешевизну, зручності використання, фізико-механічних та інших другорядних свойств.В деяких випадках, до застосовуваних електроізоляційних матеріалів пред'являються найрізноманітніші вимоги.
Крім іншого електричного властивостей, велику роль відіграють механічні, теплові та інші фізико-хімічні властивості, включаючи здатність матеріалів піддаватися тим чи іншим видам обробки при виготовленні з них необхідних виробів, а також вартість і дефіцитність матеріалів. Тому, для різних випадків застосування вибирають різні матеріали.
2. Види рідких діелектриків
2.1 Нафтові електроізоляційні масла
Трансформаторне масло, яким заливають силові трансформатори, з усіх рідких електроізоляційних матеріалів знаходить найбільше застосування в електротехніці. Його призначення двояко. по-перше, масло, заповнюючи пори в волокнистої ізоляції, а також проміжки між проводами обмоток і між обмотками і баком трансформатора, значно підвищує електричну міцність ізоляції; по-друге, воно покращує відведення теплоти, що виділяється за рахунок втрат в обмотках і сердечнику трансформатора. Лише деякі силові і вимірювальні трансформатори виконуються без заливки маслом ( "сухі трансформатори"). Ще одна важлива область застосування трансформаторного масла - масляні вимикачі високої напруги.
У цих апаратах розрив електричної дуги між розбіжними контактами вимикача відбувається в маслі або в що знаходяться під підвищеним тиском газах, що виділяються маслом під дією високої температури дуги; це сприяє охолодженню каналу дуги і швидкому її гасінню. Трансформаторне масло застосовується також для заливки маслонаповнених вводів, деяких типів реакторів, реостатів та інших електричних апаратів.
Трансформаторні, а також інші нафтові ( "мінеральні") електроізоляційні масла отримують з нафти за допомогою її ступінчастою перегонки з виділенням на кожному ступені певної (по температурі кипіння) фракції і подальшої ретельного очищення від хімічних нестійких домішок в результаті обробки сірчаною кислотою, а потім лугом, промивання водою і сушки.
Трансформаторне масло - це рідина від майже прозорого до темно - жовтого кольору, за хімічним складом представляє собою суміш різних вуглеводнів. Трансформаторне масло - горюча рідина. Електрична міцність масла - величина, надзвичайно чутлива до його зволоженню. Незначна домішка води в маслі різко знижує його електричну міцність. Це пояснюється тим, що води (близько 80) значно вище, ніж масла (чистого масла близько 2,2). Під дією сил електричного поля крапельки емульгованої в маслі води втягуються в місця, де напруженість електричного поля особливо велика і де, власне і починається розвиток пробою. Ще більш різко знижується електрична міцність масла, якщо в ньому, крім води містяться волокнисті домішки.
Волокна паперу, бавовняної пряжі, легко вбирають в себе вологу з масла, причому значно зростає їх # 63; r. Під дією сил поля зволожені волокна не тільки втягуються в місця, де поле сильніше, але і розташовуються по напрямку силових ліній, що вельми полегшує пробій масла.
Кабельні масла використовуються у виробництві силових електричних кабелів; Просочуючи паперову ізоляцію цих кабелів, вони підвищують її електричну міцність, а також сприяють відведенню теплоти втрат. Кабельні масла бувають різних типів. Для просочення ізоляції силових кабелів на робочі напруги до 35 кВ в свинцевих або алюмінієвих оболонках (кабелі з в'язкою просоченням) застосовується масло марки КМ-25 з кінематичною в'язкістю не менше 23 мм 2 / c при 1000С, температурою застигання не вище мінус 100С і температурою спалаху не нижче + 2200С. Для збільшення в'язкості до цього маслу додатково додається каніфоль або ж синтетичний загущувач.
У маслонаповнених кабелях використовуються менш в'язкі масла. Так, масло марки МН-4 застосовується для маслонаповнених кабелів на напруги 110-220 кВ, в яких під час експлуатації за допомогою підживлюють пристроїв підтримується надлишковий тиск 0,3 - 0,4 МПа.
Для маслонаповнених кабелів високого тиску (до 1,5 МПа) на напруги від 110-500 кВ, що прокладаються в сталевих трубах, застосовується особливо ретельно очищене масло марки С-200.
2.2 Синтетичні рідкі діелектрики
Нафтові масла схильні до електричного старіння, тобто вони можуть погіршувати свої властивості під дією електричного поля високої напруженості. Для просочення конденсаторів з метою отримання підвищеної ємності в даних габаритних розмірах конденсатора бажано мати полярний рідкий діелектрик з більш високим, ніж у неполярних нафтових масел, значенням # 63; r є синтетичні рідкі діелектрики, з тих чи інших властивостей перевершують нафтові електроізоляційні масла. Розглянемо найважливіші з них.
Хлоровані вуглеводні виходять з різних вуглеводнів шляхом заміни в їх молекулах деяких (або навіть усіх) атомів водню атомами хлору. Найбільш широке застосування мають полярні продукти хлорування дифеніл, що мають загальний склад С12Н10-nCLn (n - ступінь хлорування від 3 до 6).
Хлоровані дифеніли володіють # 63; r. підвищеної в порівнянні з неполярними нафтовими маслами. З цього заміна масел на хлоровані дифеніли при просочуванні конденсаторів зменшує обсяг конденсатора (при цій же електричної ємності) майже в 2 рази. Перевагою хлорованих дифенілів є його негорючість. Однак хлоровані дифеніли мають і свої недоліки. Вони сильно токсичні, через що застосування їх для просочення конденсаторів в деяких країнах заборонено законом. На їх електроізоляційні властивості досить значно впливають домішки, наявність яких позначається на втратах наскрізної електропровідності при підвищеній температурі. Недоліком є також помітне зниження їх # 63; r і, отже ємності просочених хлорованими дифенілами конденсаторів при знижених температурах. Хлоровані дифеніли володіють порівняно високою в'язкістю, що в деяких випадках викликає необхідність розведення їх менш в'язкими хлоровані вуглеводнями.
Кремній органічні рідини мають малий tg, низькою гігроскопічністю і підвищеної нагревостойкостью. Для них характерна слабовираженная залежність в'язкості від температури. Ці рідини досить дорогі.
Пари деяких фтороорганіческіх рідин мають високу для газоподібних діелектриків електричну міцність.
Порівняно дешевий вітчизняний матеріал (октилу) являє собою суміш полімерів изобутилена і його ізомерів, що мають загальний склад С4Н8 і одержуваних з газоподібних продуктів крекінгу нафти.
2.3 Природні смоли
Каніфоль - тендітна смола, що отримується з живиці (природної смоли сосни) після відгону її рідких складових частин (скипидару). Каніфоль в основному складається з органічних кислот.
Каніфоль розчинна в нафтових маслах (особливо при нагріванні) і інших вуглеводнів, рослинних маслах, спирті, скипидарі та інші.
Температура розм'якшення каніфолі становить 50 - 700С. На повітрі каніфоль поступово окислюється, при чому температура розм'якшення її підвищується, а розчинність знижується.
Каніфоль, розчинена в нафтових маслах, застосовується при виготовленні просочувальних і заливальних кабельних компаундів.
2.4 Рослинні масла
Рослинні масла - в'язкі рідини, одержувані з насіння різних рослин. З цих масел особливо важливі висихають масла, здатні під впливом нагрівання, освітлення, зіткнення з киснем повітря і інших чинників переходити в твердий стан. Тонкий шар масла, налитий на поверхню будь-якого матеріалу, висихає і утворює тверду, блискучу, міцно пристає до підкладки електроізоляційну плівку. Висихання масел є складним хімічним процесом, пов'язаним з поглинанням маслом деякої кількості кисню з повітря.
Швидкість висихання масел збільшується з підвищенням температури, при освітленні, а також в присутності каталізаторів хімічних реакцій висихання - сикативів. Як сикативів використовують з'єднання свинцю, кальцію, кобальту та ін.
Отвержденниє плівки олій, що висихають у важких вуглеводнях, наприклад в трансформаторному маслі, не розчиняються навіть при нагріванні, так що є практично маслостойкими, але до ароматичних вуглеводнів, наприклад бензолу, вони менш стійкі. При нагріванні сценарий плівка НЕ розм'якшується. Найбільш поширені висихають масла - льняне і тунгове.
Лляна олія золотисто - жовтого кольору виходить з насіння льону. Його щільність 0,93-0,94 Мг / м3, температура застигання - близько 200С.
Тунгове (деревна) масло отримують з насіння тунгового дерева, яке розлучається на Далекому Сході і на Кавказі. Тунгове масло не є харчовим і навіть токсично. Щільність тунгового масла - 94 МГ / м3. температура застигання - від 0 до мінус 50С.
У порівнянні з лляною олією тунговое висихає швидше. Воно навіть в товстому шарі висихає більш рівномірно і дає водонепроникну плівку, ніж лляне. Висихають масла застосовуються в електропромисловості для виготовлення електроізоляційних масляних лаків, лакотканин, для просочення дерева і для інших цілей. Останнім часом спостерігається тенденція до заміни масел, що висихають синтетичними матеріалами. Висихають масла можуть застосовуватися в якості рідких діелектриків. діелектрик електричний струм
Кетамін виходить з насіння рицини; іноді використовується для просочення паперових конденсаторів. Щільність касторової олії 0,95-0,97 МГ / м3, температура застигання від мінус 10 до мінус 180С; # 63; r дорівнює 4,0 - 4,5 при температурі 200 ° С; tg # 63; # 63; 0,01 - 0,03, ЕПР = 15-20 МВ / м. Кетамін не розчиняється у бензині, але розчиняється в етиловому спирті.
Список використаної літератури
1. Тамм І.Є. "Основи теорії електрики", Москва, видавництво "Наука", головна редакція фізико-математичної літератури, 1976 г.
2. Сивухин Д.В. "Загальний курс фізики. Том 3, електрику ", Москва, видавництво" Наука ", головна редакція фізико-математичної літератури, 1977 р
3. Ландау Л.Д. Ліфшиц Е.М. "Електродинаміка суцільних середовищ", Москва, Державне видавництво фізико-математичної літератури, 1959 р
4. Н.П. Богородицький і ін. Електротехнічні матеріали. видавництво <Энергия>, Л. 1977 р
5. А.С. Зеліченко і ін. Пристрій і ремонт повітряних ліній електропередачі і високовольтних вводів. видавництво <Высшая школа>, М. 1985 р
6. В.В. Бозуткін і ін. Техніка високих напруг. Видавництво Вища школа, М. 1986 р
Розміщено на Allbest.ru