Газообразные диэлектрики и их применение

Лекция №13

ГАЗООБРАЗНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ, ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ, ТВЕРДЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

Газообразные диэлектрики и их применение

Преимуществами газов являются высокое удельное сопротивление, малый тангенс угла диэлектрических потерь, малая (~1) диэлектрическая проницаемость. Наиболее важное свойство - востанавление электрической прочности после разряда.

Кроме воздуха в качестве электрической изоляции широко используют двух- и трехатомные газы - азот, водород, углекислый газ. Электрическая прочность у них примерно одинакова и близка к прочности воздуха.

В учебнике Богородицкого Н.П. на стр. 91 (табл. 6-1) приведены свойства воздуха и некоторых широко применяемых в технике газов, а также свойства тех же газов в сжиженном состоянии.

Лучше всего требованиям к газам, применяемым в электроизоляционных конструкциях, удовлетворяют элегаз SF₆ (гексафторид серы) и фреон CCl₂F₂ (дихлорфторэтан). Гексафторэтан нельзя использовать при повышенных давлениях из-за низких критических параметров (P_КР = 3,3 МПа, Т= -24 ⁰С).

Азот применяется часто вместо воздуха для заполнения газовых конденсаторов и др., так как не содержит кислород, который является окислителем.

Водород имеет весьма высокий коэффициент теплопроводности, несмотря на его меньшую электрическую прочность по сравнению с воздухом и применяется в качестве электроизоляционной и охлаждающей среды в крупных турбогенераторах.

Элегаз и гексафторид серы (SF₆) имеют электрическую прочность примерно в 2,5 раза больше чем у воздуха. Поскольку элегаз обладает низкой температурой кипения и высокой плотностью (примерно в 5,1 раза тяжелее воздуха), он может быть сжат до давления 2 МПа без сжижения. Он нетоксичен, химически стоек, не разлагается при нагреве до 800 ⁰C. При повышенных давлениях он обладает существенно более высокой дугогасящей способностью. Применение: элегазовые выключатели, распредустройства в которые входят разъединители, короткозамыкатели, трансформаторы тока и напряжения, элегазовые кабели (высоковольтные).

Гелий - обладает уникальными свойствами: самая низкая температура сжижения; диэлектрическая проницаемость жидкого гелия весьма мала (того же порядка, что и газов); мало различие коэффициентов теплопроводности жидкого и газообразного гелия. Теплота испарения жидкого гелия чрезвычайно низка, что существенно для криогенной техники. Сжиженный гелий применяют в качестве низкотемпературного хладагента, в частности для устройств, в которых используется явление сверхпроводимости.

Иногда в качестве криогенного хладагента применяют жидкий неон (инертный газ, невзрывоопасен), но стоимость его очень высока (в 15000 раз дороже жидкого водорода).