1-8. Электроизоляционные материалы

Электроизоляционными называются вещества — диэлектрики, обладающие ничтожной электрической проводимостью, способные поляризоваться в электрическом поле. В них возможно длительное существование электростатического поля и накопление потенциальной электрической энергии.

Электроизоляционные материалы применяются для изоляции проводниковых элементов или частей электрических машин, аппаратов, приборов и т. д., находящихся под разными потенциалами.

К электроизоляционным материалам предъявляются весьма разнообразные требования, главные из которых:

1) достаточная электрическая прочность (см. ниже); 2) большие удельные объемное и поверхностное сопротивления (см. § 2-4); 3) высокая диэлектрическая проницаемость; 4) малые диэлектрические потери. Кроме того, имеют значение механические, термические и другие свойства.

В соответствии с разнообразием требований в электротехнике применяются много различных электроизоляционных материалов.

Электроизоляционные материалы можно раздёлить на группы по разным признакам, например: 1) по их агрегатному состоянию — на газообразные, жидкие, твердые;

2) по их химической природе - на органические и неорганические; 3) по их нагревостойкости — на классы и т. д.

а) Газообразные диэлектрики. Главным из газообразных изоляторов является воздух. При нормальной температуре (+20° С) и нормальном давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) электрическая прочность воздуха ( В/см) меньше, чем у большинства жидких и твердых диэлектриков. Поэтому иногда наблюдается пробой воздушного промежутка непосредственно у поверхности изолятора, который называется поверхностным разрядом.

Из других газов в качестве изоляции применяются водород, углекислый газ, азот и инертные газы: аргон, неон и др.

б) Жидкие диэлектрики. К. жидким диэлектрикам относятся: минеральные масла, синтетические жидкости, смолы, лаки.

Минеральные масла являются продуктами перегонки нефти и представляют собой смеси жидких углеводородов. Они применяются в масляных трансформаторах, масляных выключателях, кабелях и конденсаторах.

В трансформаторах масло служит для изоляции токове-Дущих частей и для охлаждения путем конвекции, т. е. переноса тепла при циркуляции масла.

В масляных выключателях масло способствует гашению электрической дуги при разрыве цепи.

В кабелях и конденсаторах масло применяется для пропитки бумажной изоляции.

Масло должно иметь высокую электрическую прочность Она резко падает при наличии влаги, поэтому перед заливкой и периодически при эксплуатации масло должно высушиваться и очищаться.

Некоторые характеристики масла даны в табл. 1-1.

Таблица 1-1. Характеристика некоторых электроизоляционных материалов

Искусственный жидкий диэлектрик совол, представляющий смесь молекул дифенила разной степени хлорирования, применяется взамен минерального масла для пропитки и заполнения конденсаторов, при этом емкость конденсаторов повышается в 2 раза.

Для заполнения трансформаторов применяют совтол, который представляет собой совол, разбавленный трихлорбензолом. Так как он негорюч, то залитые им трансформаторы безопасны в пожарном отношении.

Смолы при низких температурах — это аморфные стеклообразные массы. При нагреве они размягчаются и становятся пластичными, а затем жидкими. Смолы не гигроскопичны и не растворяются в воде, но растворяются в спирте и других растворителях. Смолы являются важнейшей составной частью многих лаков, компаундов, пластмасс, пленок.

Природные смолы — это продукт жизнедеятельности некоторых насекомых (например, шеллак) или растений — смолоносов. Наибольшее значение имеют синтетические смолы, например полиэтилен, поливинилхлорид (см. табл. 1-1), которые применяются для изоляции проводов, кабелей, для защитных покрытий, для изготовления лаков.

Лаки представляют собой растворы пленкообразующих веществ: смол, битумов, высыхающих растительных масел (например льняного), эфиров целлюлозы.

В процессе сушки происходит образование лаковой пленки. Лаки применяются для пропитки обмоток с целью защиты от влаги и химически активной среды, а также для склеивания листочков слюды между собой или с бумагой и тканью.

в) Твердые диэлектрики. Твердые диэлектрики составляют наиболее многочисленную группу изоляционных материалов (см. табл. 1-1).

1. Волокнистые органические материалы: бумаги, картон, фибра, ткани изготовляются из волокон древесины, хлопка, капрона.

Они обладают гибкостью, достаточной механической прочностью и гигроскопичностью, для уменьшения которой применяется пропитка минеральным маслом или компаундом.

Бумага изготовляется в основном из древесины. Промышленность выпускает бумагу кабельную, конденсаторную, намоточную для изготовления бакелитовых изделий, оклеечную для изоляции листов электротехнической стали и др.

Электрокартон (прессшпан) изготовляется из целлюлозы и подвергается прессованию. Он широко применяется для прокладок в электрических машинах, трансформаторах и других электротехнических изделиях.

Фибра изготовляется из пористой бумаги путем обработки ее хлористым цинком. Применяется для изготовления панелей, стоек, втулок и т. д.

Гетинакс — это много слоев прессованной бумаги, пропитанных бакелитовым лаком.

Текстолит представляет собой прессованную многослойную ткань, пропитанную бакелитовым лаком. После пропитки материал подвергается нагреванию, после которого лак отвердевает.

2. Пластмассы — материалы, состоящие из двух составных частей — связующей и наполнителя. Связующей служат смолы или битумы, а также жидкое стекло или цемент.

Пластмассы широко применяются в электротехнике в качестве изоляционных и конструкционных материалов.

3. Эластомерами называют материалы, обладающие свойствами эластичности, т. е. сильно удлиняться при растяжении и принимать прежние размеры при снятии нагрузки.

Каучук натуральный и синтетический обладает высокой эластичностью и малой проницаемостью для влаги и газов.

Резина — эластичный материал, получается путем введения в каучук серы.

При содержании серы 1—3% получается мягкая эластичная резина, при содержании серы 25—50% получается твердая резина — эбонит, неэластичный, но хорошо поддающийся обработке материал.

Последнее время резина с успехом заменяется пластмассами — эластомерами, например поливинилхлоридом, полиэтиленом, более стойкими к действию щелочей, кислот, минеральных масел.

3. Стекло получается плавлением кремнезема с окислами натрия, калия, кальция, с последующим охлаждением. Обычное стекло обладает хрупкостью. Специальные сорта стекла, например, сталинит, имеет высокую прочность.

Стекло в электротехнике применяется для изготовления изоляторов, а также колб ламп накаливания и электронных ламп.

Стеклянное волокно и стеклопряжа применяются, например, в качестве изоляции проводов, предназначенных для работы при высокой температуре.

4. Электрофарфор изготовляется из каолина, огнеупорной глины, кварца, полевого шпата. Фарфоровые изделия покрываются глазурью для уменьшения гигроскопичности и обжигаются.

Фарфор имеет высокие механическую и электрическую прочность и нагревостойкость. Он широко применяется для изготовления низковольтных и высоковольтных изоляторов.

5. Слюда — это минерал кристаллической структуры, легко расщепляющийся на тонкие листочки. Она обладает высокими нагревостойкостью, влагостойкостью и прекрасными электроизоляционными свойствами (см. табл. 1-1).

Миканит — склеённые лаком или смолой листочки слюды — применяется для различных прокладок и для изготовления фасонных деталей путем формовки.

6. Парафин — продукт переработки нефти — не гигроскопичен, плавится при 55° С. Применяется для пропитки бумаги, картона, дерева с целью уменьшения их гигроскопичности.