Ток поверхностной проводимости зависит от степени увлажнения и загрязнения их поверхности. Чем сильнее увлажнена и загрязнена поверхность диэлектрика, тем меньшим удельным поверхностным сопротивлением ρп он обладает.
| металлические электроды |
| твёрдый диэлектрик |
| + |
| - |
| Iо |
| Iп |
| канал повышенной проводимости – место теплового пробоя |
Является важной характеристикой при оценке материалов в линейных изоляторах (изоляторы из стекла покрывают кремнейорганическими соединениями).
Пробой твёрдых диэлектриков.
1. Объёмный пробой.
Электрический пробой.
Начинается с ударной ионизации, возникающей при больших напряжениях, приложенных к диэлектрику. Процесс ударной ионизации сходен с процессом ударной ионизации в газах, но протекает при значительно больших напряжённостях электрического поля.
Электрический пробой твёрдых диэлектриков на практике встречается редко и может возникать в тех случаях, когда потери энергии в них незначительны, и обеспечен хороший отвод тепла. При электрическом пробое электрическая прочность мало зависит от толщины и его температуры.
Тепловой пробой.
Это явление теплового разрушения диэлектрика (расплавление, прожигание) по каналу, соединяющему два противоположных электроду диэлектрика.
Часть объема диэлектрика может обладать повышенной электрической проводимостью, вследствие чего в этом месте (канале) будет проходить заметный ток. Этот ток вызовет выделение тепла и нагрев канала, что приведёт к понижению его электрического сопротивления и к возрастанию тока. При повышении напряжения ток в канале ещё больше возрастёт, а выделяемое им тепло может вызвать сплошное прожигание или расплавление диэлектрика.
С повышением температуры или увеличением толщины диэлектрика электрическая прочность уменьшается, т.к. отвод теплоты от него будет затруднён, это приведёт к тепловому пробою при меньшей напряжённости электрического поля.
После снятия напряжения пробитый промежуток не восстанавливается.
Поверхностный пробой.
Зависит от свойств твёрдого диэлектрика, формы образца и электродов, и пробивной способности окружающей среды.
ТВЁРДЫЕ ПОЛИМЕРИЗАЦИОННЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
Полимеризация – это процесс соединения молекул исходного мономерного вещества без изменения его элементарного состава в большие молекулы высокополимерного вещества.
Свойства (общие): горючие и термопластичные (после формирования изделия размягчаются при нагревании).
1. Полистирол. Твёрдый прозрачный материал.
Свойства:
- не высокая ударная вязкость (хрупок), в значительно устраняется в смеси с синтетическими каучуками;
- не растворяется в минеральных маслах, растворяется только в неполярных растворителях: бензоле, толуоле, ксилоле, четыреххлористом углероде (формулы).
Применение: каркасы катушек, изоляционные панели, основания и изоляторы для электроизмерительных приборов, плёнки для изоляции жил высокочастотных кабелей.
2. Полиэтилен. Твёрдый материал белого или светло серого цвета, несколько жирный на ощупь.
Свойства:
- склонность к растрескиванию при повышенных механических нагрузках, для устранения подвергают вулканизации;
- не высокая нагревостойкость (900С), для устранения подвергают вулканизации;
- не растворяется ни в одном из растворителей при комнатной температуре, при 700С и выше они растворяется в ксилоле, четыреххлористом углероде, хлорированных углеводородах и минеральных маслах;
- не стоек к солнечному свету (разлагается), для повышения светостойкости вводят сажу и другие красители.
Применение:
- высокого давления (процесс получения протекает при давлении 1,5∙108 Па и температуре 180-2000С в присутствии кислорода (0,05%)) для электроизоляционных плёнок;
- среднего давления (при давлении 3∙106 Па и температуре 130-1400С) и низкого давления (при давлении 1-5∙105 Па и температуре 600С с применением специальных катализаторов) для не гибких электроизоляционных изделий, каркасов, плат и др.
3. Поливинилхлорид. Порошок белого цвета.
Свойства:
- высокая механическая прочность, особенно к ударным нагрузкам, поддаётся всем видам механической обработки (сверлению, фрезерованию и др.);
- малая холодостойкость (-10…-45);
- не растворяется в минеральных маслах и многих растворителях, щелочах и кислотах.
Применение: жёсткий винипласт: платы, трубы, баки для аккумуляторов; плёночный пластикат: изоляция монтажных проводов, защитные оболочки шлангов и кабелей, липкая лента.
4. Полиметилметакрилат (органическое стекло). Твёрдый прозрачный материал.
Свойства:
- поддаётся всем видам механической обработки (сверлению, фрезерованию и др.);
- не растворяется в минеральных маслах, в разбавленных кислотах и щелочах, бензине, растворяется в ароматических углеводородах (бензоле, толуоле, ксилоле), хлорированных углеводородах (хлорбензоле, трихлорбензоле и др.), ацетоне и некоторых других;
- очень высокая прозрачность (пропускает до 92% лучей видимой области спектра).
Применение: циферблаты, смотровые окна, корпуса, диэлектрические детали.
5. Капрон.
Свойства:
- холодная текучесть – под действием постоянной нагрузки медленно деформируется, если деформация до 3%, то после снятия нагрузки она исчезнет;
- тропикостойкий.
Применение: нити для изготовления тканых материалов.
ТВЁРДЫЕ ПОЛИКОНДЕНСАЦИОННЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
Поликонденсация – это процесс соединения молекул нескольких исходных мономерных веществ в большие молекулы высокополимерного вещества.
1. Фенолоформальдегидные смолы (бакелиты). Твёрдые хрупкие вещества коричневого цвета.
Свойства:
- не стойки к электрическим искрам, обогащается углеродом, и создаются науглероженные токопроводящие дорожки;
- термореактивные (после формирования изделия не размягчается при нагревании);
- влагостойки;
- не растворяются в минеральных маслах.
Применение: полуфабрикат электроизоляционных материалов как связующие вещество в пластмассах и для бакелитовых лаках (пропитывают волокнистые основы бумагу, ткани для производства слоистых электроизоляционных материалов – гетинакса, текстолита, стеклотекстолита).
2. Новолачные смолы (новолаки). Твёрдые хрупкие вещества светло-коричневого цвета.
Свойства:
- термопластичные, могут быть переведены в неплавкое и не растворимое состояние, при взаимодействии в нагретом состоянии с уротропином (CH2)6N4;
- растворяются в этиловом спирте и ацетоне (формулы).
Применение: полуфабрикат электроизоляционных материалов для получения быстро прессующихся пластмассовых деталей аппаратов низкого напряжения (основания и крышки выключателей, патронов), а так же конструкционных деталей (кнопки, рукоятки и др.).
3. Глифталевые смолы (глифтали).?????
Свойства:
- стойки к поверхностным разрядам;
- повышенная нагревостойкость (до 1300С);
- термореактивные;
- высокая адгезия (возникновение связи между поверхностями двух разнородных материалов (твёрдых или жидких), приведённых в соприкосновение).
Применение: полуфабрикат электроизоляционных материалов для основы клеящих, пропиточных и покрывных лаков, для клейки слюды в производстве твёрдой и гибкой слюдяной изоляции (миканиты, микаленты), плёнки которые после запекания стойки к воздействию нагретого минерального масла.
4. Полиэтилентерефталат (лавсан). Твёрдый прозрачный материал.
Свойства:
- не стоек к электрической короне;
- стоек к растворителям;
- тропикостоек.
Применение: плёнки в качестве пазовой изоляции в электрических машинах.
5. Эпоксидные смолы. Жидкие или твёрдые вещества жёлтого или светло-коричневого цвета.
Свойства:
- большая механическая прочность;
- водостойкие;
- растворяются в ацетоне и толуоле.
Применение: основы заливочных компаундов (в момент применения жидкость, которая постепенно отвердевает, превращаясь в монолит) с малой объёмной усадкой (0,3-2,0%).
НАГРЕВОСТОЙКИЕ ВЫСОКОПОЛИМЕРНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
1. Кремнийорганические диэлектрики. Твёрдые вещества, получаемые в результате реакции поликонденсации, либо бесцветные, либо от бледно-жёлтого до коричневого цвета.
Свойства:
- низкая ударная вязкость;
- нагревостойкие (180-2200С);
- термореактивные;
- холодостойкие (-600С);
- водостойкие;
- не растворяются в минеральных маслах;
- не науглероживаются под действием электрических искр.
Применение: для производства пластмассы, резины, лаков и др., пропитки волокнистой изоляции.
2. Фторопласт-4. Твёрдое вещество, получаемое в результате реакции полимеризации, белого цвета, жирный на ощупь.
Свойства:
- текучесть при комнатной температуре при механических нагрузках от 15 МПа и выше;
- не горюч;
- высокая нагревостойкость (2500С), при температуре 3270С кристаллическая структура материала переходит в аморфную, и он приобретает прозрачность, при нагреве до 4150С материал не размягчается, но начинается его термическое разложение отщеплением свободного фтора – токсичное вещество белый или красный;
- холодостойкие (-2690С);
- водопоглащение равно нулю и не смачивается водой;
- не растворяется ни в одном из растворителей при комнатной температуре и нагреве;
- не взаимодействуют с концентрированными кислотами и щелочами.
Применение: тонкие плёнки и изделия (платы, каркасы катушек и др.), изоляция кабелей, конденсаторов и трансформаторов специального исполнения.
3. Полиимиды. Вещества, получаемые в результате реакции поликонденсации цвет.
Свойства:
- нагревостойкие (200-2200С);
- холодостойкие (плёнки до -1900С, изделия до -1550С);
- не растворяются в большинстве органических растворителей;
- не взаимодействуют с разбавленными кислотами, минеральными маслами и водой, разрушение вызывают концентрированные кислоты, щелочи и перегретый водяной пар;
Применение: на их основе изготовляют лаки, эмали и плёнки для изоляции обмоточных проводов, которые длительно работают при 2200С; плёнки для пазовой изоляции в электрических машинах нагревостойкого исполнения; пластмассовые изделия электроизоляционного и конструкционного назначения.
ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ РЕЗИНЫ
Основные компоненты электроизоляционных резин.
1. Каучуки натуральный (НК) или синтетический (СК) является основным компонентом резин.
2. Сера или тиурам (органическое соединение, содержащее серу сколько формула, придает резинам более высокую стойкость против теплового старения по сравнению с сернистыми соединениями) 1-3% водят в исходную резиновую смесь, для проведения процесса вулканизации, а для ускорения процесса – сложные органические вещества (каптакс).
При вулканизации молекулы серы (тиурама) вступают в химическую реакцию с молекулами каучука, соединяя их друг с другом. Это придаёт резинам большую механическую прочность и изоляционные свойства по сравнению с каучуками.
При вулканизации часть молекул серы, не прореагировавших с молекулами каучука, оставаясь свободными, могут выделяться на поверхности резины и, соприкасаясь с поверхностью медных жил, вступают с ней в реакцию, образуя серистую медь CuS, вредно действующую на резину. Поэтому серу не рекомендуют для изготовления изоляционной резины, а применяется только при изготовлении шланговых резин. Серистую резиновую изоляцию накладывают на лужёную медную проволоку, покрытую лаком, разделительным слоем металла, не подверженного влиянию серы (олово), или бумагой.
Наполнители.
3.1 Активные, которые повышают механическую прочность (цинковые белила и углеродистая сажа).
3.2 Неактивные, которые вводят для удешевления (мел, тальк и каолин).
4. Мягчители. Улучшают пластичность сырых резин, это облегчает наложение резиновой изоляции на жилы проводов, а также снижают температуру их вулканизации (стеариновая кислота, парафин и др.);
5. Противостарители. Повышают стойкость резиновой изоляции к окислению, тепловому и световому старению (неозон).
6. Красители. Повышают механические характеристики, но понижают изоляционные свойства резин (железный сурик, цинковые белила и др.).
Свойства:
- значительное удлинение без остаточного удлинения после снятия растягивающей нагрузки;
- низкая нагревостойкость, при нагреве резина стареет, становится хрупкой и трескается, для повышения применяют синтетические кремнийорганические каучуки.
- высокая водостойкость и газонепроницаемость;
- низкая химическая стойкость, растворяются в минеральных маслах;
- быстрое старение резины при воздействии на нее света, особенно ультрафиолетового.
Применение: для изоляции жил проводов и кабелей, шланги (электрические характеристики ниже, а механические – выше, некоторые обладают масло и бензостойкостью и не распространяют горение), для защитных перчаток, калош, ковриков и изоляционные трубок, применяемых при монтаже проводов.
ЛАКИ И ЭМАЛИ
Лаки – это коллоидные растворы (состоят из некристаллических частичек, которые по размерам превосходят молекулу) каких либо плёнкообразующих веществ в специально подобранных органических растворителях.
Основные компоненты лаков.
1. Плёнкообразующие вещества. Смолы (природные и синтетические), растительные высыхающие масла, эфиры целлюлозы и др.
2. Растворители. Легкоиспаряющиеся (летучие) жидкости: бензол, толуол, ксилол, спирты, скипидар и др.
3. Разбавители загустевших лаков отличаются от растворителей меньшей испаряемостью: бензин, лаковый керосин, скипидар и др.
4. Пластификаторы. Вещества, придающие лаковой плёнке эластичность: касторовое масло, жирные кислоты льняного масла, и др.
5. Сиккативы. Жидкие или твёрдые вещества, вводимые в некоторые лаки для ускорения их высыхания.
Лаки наносят в жидком состоянии, затем при сушке, содержащиеся нём органические растворители улетучиваются (испаряются), а плёнкообразные вещества в результате процессов полимеризации образуют твёрдую лаковую плёнку, гибкую (эластичную) или негибкую (хрупкую).
Воздушная (холодная) сушка осуществляется при комнатной температуре. Печная (горячая) сушка осуществляется при температурах от 1000С, применяют термореактивные пленкообразующие вещества (фенолформальдегидные, глифталевые и др. смолы), отвердевание которых обусловлено процессами полимеризации при повышенных температурах и имеют более высокие механические и электрические характеристики.
Применение:
- пропиточные для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов с целью цементации (соединения) их витков друг с другом, а так же устранения пористости изоляции, делает обмотку влагостойкой, повышается электрическая прочность и коэффициент теплопроводности;
- покрывные для создания на поверхности пропитанных обмоток влагостойких или маслостойких лаковых покрытий;
- клеящие для склеивания различных электроизоляционных материалов: листочков слюды (слоистая слюдяная изоляция), керамики, пластмасс и др.
