Пропиточные материалы

Кроме гигроскопичности, большоепрактическое значение имеет влагопроницаемость электроизоляционных материалов, т.еспособность их пропускать сквозь себя пары воды. Этахарактеристика чрезвычайно важна для оценки качества материалов, применяемых длязащитных покровов шланги кабелей, опрессовка конденсаторов, компаундные заливки,лаковые покрытия деталей . Благодаря наличию мельчайшей пористости большинство материаловобладает поддающейся измерению влагопроницаемостью.

Толькодля ст кол, хорошо обожж нной керамики и металлов влагопроницаемость почти равнанулю.Количество влаги m в микро граммах , проходящее за время t черезучасток поверхности S см 2 слояизоляционного материала толщиной h см под действием разности давлений водяныхпаров р1 и р2 мм. рт . ст. с двух сторон слоя, равно m П Это уравнение аналогично уравнению дляпрохождения через тело электрического тока разностьдавлений р1 - р2 аналогична разности потенциалов, m t - величине тока, а

h ПS -сопротивлению тела коэффициент П, аналогичный удельной объ мнойпроводимости, есть влагопроницаемость данного материала.Для различных материалов влагопроницаемость изменяется в весьма широких пределах. Так, дляпарафина значение П равно 0,0007 для полистирола- 0,03 для триацетата целлюлозы - около 1 мкг см- ч - мм рт. ст. .Для уменьшения гигроскопичности и влагопроницаемостипористых изоляционных материалов широко применяется

их пропитка. Необходимо иметь в виду, чтопропитка целлюлозных волокнистых материалов и других пористых органических диэлектриковда т лишь замедление увлажнения материала, не влияя на величину r после длительного воздействия влажности это объясняется тем,что молекулы пропиточных веществ, имеющие весьма большие размеры по сравнению сразмерами молекул воды, не в состоянии создать полную непроницаемость пор материаладля влаги, а в наиболее мелкие поры пропитываемого материала они вообще не могутпроникнуть.

При длительном использовании электроаппаратуры,особенно в тропических условиях, на органических диэлектриках наблюдается развитиеплесени. Появление плесени ухудшает удельное поверхностное сопротивление диэлектриков, приводит к росту потерь и можеттакже ухудшить механическую прочность изоляции и вызвать коррозию соприкасающихсяс ней металлических частей. Наиболее уязвимы для развития плесени целлюлозные материалы,в том числе и пропитанные гетинакс , текстолит , канифоль, масляные лаки и др.

Наиболее стойкими к образованию плесени являются неорганические диэлектрики - керамика,ст кла, слюда, кремнийорганические материалы и некоторые из органических, напримерэпоксидные смолы, фторопласт - 4, полиэтилен, полистирол. В тропиках приходится считаться также свозможностью повреждения электрической изоляции, кабельных оболочек термитами иживотными. В ряде случаев весьма опасны для электроизоляционных и других материаловдаже транспортировка и хранение

на складах в тропических условиях.Для испытания на тропикостойкостьэлектроизоляционные материалы и различные электротехнические изделия длительно выдерживаютпри температуре 40 - 500С в воздухе, насыщенном парами воды, и при воздействиикультур плесневых грибков точные условия этих испытаний установлены Международнойэлектротехнической комиссией , после чего определяется степень ухудшения электрическихи других свойств исследуемых образцов и отмечается интенсивность роста плесени наних.

С целью повышения плесенеустойчивости органическойэлектрической изоляции в е состав вводят добавки фунгицидов, т.е. веществ,ядовитых для плесневых грибков и задерживающих их развитие, или же покрывают изоляциюлаком, содержащим фунгициды. Имеется большое число рецептур фунгицидов, пригодныхдля введения в те или иные электроизоляционные материалы. К числу сильнодействующихфунгицидов принадлежат, в частности, некоторые органические соединения, содержащиеазот, хлор, ртуть.

Нефтяные электроизоляционныемасла. Трансформаторное масло, которым заливают силовые трансформаторы, из всех жидкихэлектроизоляционных материалов находит наибольшее применение в электротехнике. Егоназначение двояко во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции, а такжепромежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительноповышает электрическую прочность изоляции во-вторых, оно улучшает отвод теплоты,выделяемой за сч т потерь в обмотках и сердечнике трансформатора.

Лишь некоторыесиловые и измерительные трансформаторы выполняются без заливки маслом сухие трансформаторы . Ещ одна важная область применения трансформаторного масла - масляные выключателивысокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимисяконтактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлениемгазах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги это способствуетохлаждению канала дуги и быстрому е гашению.

Трансформаторное масло применяетсятакже для заливки маслонаполненных вводов, некоторых типов реакторов, реостатови других электрических аппаратов.Трансформаторные, а также другие нефтяные минеральные электроизоляционныемасла получают из нефти посредством е ступенчатой перегонки с выделением на каждойступени определ нной по температуре кипения фракции и последующей тщательнойочистки от химических нестойких примесей в результате обработки серной кислотой,а затем щ лочью, промывки водой и сушки.

Трансформаторное масло - это жидкость отпочти бесцветной до т мно - ж лтого цвета, по химическому составу представляющаясобой смесь различных углеводородов. Трансформаторное масло - горючая жидкость. Электрическаяпрочность масла - величина, чрезвычайно чувствительная к его увлажнению. Незначительнаяпримесь воды в масле резко снижает его электрическую прочность. Это объясняетсятем, что воды около 80 значительно выше, чем масла чистого масла около 2,2 .

Под действием сил электрического поля капельки эмульгированной в масле воды втягиваютсяв места, где напряж нность электрического поля особенно велика и где, собственнои начинается развитие пробоя. Ещ более резко понижается электрическая прочностьмасла, если в н м, кроме воды содержатся волокнистые примеси. Волокна бумаги, хлопчатобумажнойпряжи, легко впитывают в себя влагу из масла, прич м значительно возрастает их er. Под действием сил поля увлажн нные волокна не только втягиваютсяв места, где поле

сильнее, но и располагаются по направлению силовых линий, чтовесьма облегчает пробой масла.Вода легко может попасть в масло при егоперевозке, хранении, переливки в недостаточно просушенную тару и т.п. Для сушкимасла имеется несколько способов пропускание под давлением сквозь фильтровальнуюбумагу в специальных установках - фильтропрессах воздействие на масло центробежнойсилы в центрифуге, прич м вода, имеющая плотность больше, чем у масла, отжимаетсяс периферии сосуда и отделяется от масла обработка

адсорбентами распыление нагретогомасла в камере, заполненной азотом и т.п. При сушке электрическая плотность увлажн нногомасла восстанавливается. Конденсаторное масло служитдля пропитки бумажных конденсаторов, в особенности силовых, предназначенных длякомпенсации индуктивного фазового сдвига. При пропитке бумажного диэлектрика повышаютсякак его , так и ЕПР то и другое да т возможность уменьшить габаритныеразмеры, массу и стоимость конденсатора при

заданном рабочем напряжении, частотеи мкости.Нефтяное конденсаторное масло имеет плотность 0,86 - 0,89 Мг м3,температуру застывания минус 450С, er 2,1 2,3 и tg d 0,002 при частоте1 кГц .Вазелиновое конденсаторное масло по плотности и электрическим свойствамблизко к нефтяному, но имеет более высокую температуру застывания -50С .Электрическая прочность конденсаторных масел не менее 20 МВ м.Кабельные масла используютсяв производстве силовых электрических кабелей

Пропитывая бумажную изоляцию этихкабелей, они повышают е электрическую прочность, а также способствуют отводу теплотыпотерь. Кабельные масла бывают различных типов. Для пропитки изоляции силовых кабелейна рабочие напряжения до 35 кВ в свинцовых или алюминиевых оболочках кабели связкой пропиткой применяется масло марки КМ-25 с кинематической вязкостью не менее23 мм2 c при 1000С, температурой застыванияне выше минус 100С и температурой вспышки не ниже 2200С.

Для увеличения вязкости к этому маслу дополнительно добавляется канифоль или жесинтетический загуститель. В маслонаполненных кабелях используютсяменее вязкие масла. Так, масло марки МН-4 применяется для маслонаполненных кабелейна напряжения 110-220 кВ, в которых во время эксплуатации с помощью подпитывающихустройств поддерживается избыточное давление 0,3 - 0,4 МПа.Для маслонаполненных кабелей высокого давления до 1,5

МПа на напряжения от 110-500 кВ, прокладываемых в стальных трубах, применяетсяособо тщательно очищенное масло марки С-200. Синтетические жидкие диэлектрики. Нефтяные масла склонны к электрическомустарению, т.е. они могут ухудшать свои свойства под действием электрического полявысокой напряж нности. Для пропитки конденсаторов с целью получения повышенной мкостив данных габаритных размерах конденсатора желательно иметь полярный жидкий диэлектрикс более высоким,

чем у неполярных нефтяных масел, значением er имеются синтетические жидкие диэлектрики, по тем или иным свойствампревосходящие нефтяные электроизоляционные масла. Рассмотрим важнейшие из них.Хлорированные углеводородыполучаются из различных углеводородов пут м замены в их молекулах некоторых илидаже всех атомов водорода атомами хлора. Наиболее широкое применение имеют полярныепродукты хлорирования дифенила, имеющие общий состав

С12Н10-nCLn n - степень хлорирования от 3 до 6 .Хлорированные дифенилы обладают er , повышеннойпо сравнению с неполярными нефтяными маслами. По этому замена масел на хлорированныедифенилы при пропитке конденсаторов уменьшает объ м конденсатора при этой же электрической мкости почти в 2 раза. Преимуществом хлорированных дифенилов является его негорючесть. Однако хлорированные дифенилы имеют и свои недостатки.

Они сильно токсичны,из-за чего применение их для пропитки конденсаторов в некоторых странах запрещенозаконом. На их электроизоляционные свойства весьма значительно влияют примеси, наличиекоторых сказывается на потерях сквозной электропроводности при повышенной температуре.Недостатком является также заметное снижение их er и, следовательно мкости пропитанных хлорированнымидифенилами конденсаторов при пониженных температурах. Хлорированные дифенилы обладаютсравнительно высокой вязкостью,

что в некоторых случаях вызывает необходимость разбавленияих менее вязкими хлорированными углеводородами. Кремнийорганические жидкости обладают малым tg d, низкой гигроскопичностью и повышенной нагревостойкостью. Дляних характерна слабовыраженная зависимость вязкости от температуры. Эти жидкостивесьма дорогие. Фтороорганические жидкостиимеют малый tg d , ничтожно малую гигроскопичность и высокую нагревостойкость.Некоторые фтороорганические жидкости могут длительно работать при температуре2000С

и выше. Пары некоторых фтороорганических жидкостей имеют высокуюдля газообразных диэлектриков электрическую прочность.Характерными свойствами фтороорганическихжидкостей является малая вязкость, низкое поверхностное натяжение что благоприятствуетпропитке пористой изоляции , высокий температурный коэффициент объ много расширения,высокая летучесть. Последнее обстоятельство требует герметизации аппаратов заливаемыхфтороорганическими жидкостями. Фтороорганические жидкости способны обеспечить интенсивныйотвод теплоты потерь от охлаждаемых

ими обмоток и магнитопроводов, чем нефтяныемасла или кремнийорганические жидкости. Существуют специальные конструкции малогабаритныхэлектротехнических устройств с заливкой фтороорганическими жидкостями, в которыхдля улучшения отвода теплоты используется испарение жидкости с последующей конденсациейе в охладителе и возвратом в устройство кипящая изоляция при этом теплотаиспарения отнимается от охлаждаемых обмоток, а наличие в пространстве над жидкостьюфтороорганических паров, особенно под повышенным давлением,

значительно увеличиваетэлектрическую прочность газовой среды в аппарате.Важным преимуществом фтороорганическихжидкостей по сравнению с кремнийорганическими является полная не горючесть и высокаядугостойкость кремнийорганические жидкости, как и нефтяные масла, сравнительнолегко загораются и горят сильно коптящим пламенем . Как и кремнийорганические соединения,фтороорганические жидкости пока ещ весьма дорогие.Прочие синтетические жидкости.

Представляют интерес и некоторые другие полярные электроизоляционные жидкости. Нитробензол,этиленгликоль и цианоэтилсахароза имеют высокую диэлектрическую проницаемость er 35 39.Помимо синтетических электроизоляционныхжидкостей, отличающихся по химическому составу и свойствам от нефтяных масел, существуюти синтетические жидкости углеводородного состава. Эти неполярные жидкостив некоторых случаях обладают более ценными свойствами лучшие электроизоляционныесвойства,

стойкость к тепловому старению, газостойкость по сравнению с нефтянымимаслами. Так, пропитка бумажных конденсаторов полиизобутиленомс низкой степенью полимеризации приводит к повышению постоянной времени само зарядаконденсатора примерно на порядок по сравнению с нефтяным конденсаторным маслом иливазелином.Сравнительно деш вый отечественный материал октол представляет собой смесь полимеров изобутилена и его изомеров, имеющихобщий состав С4Н8 и получаемых из газообразных продуктов крекинганефти.

Значение erоктола 2,0 - 2,2 tg d при 1кГц 0,0001 температуразастывания минус 120С. Природные смолы. Канифоль - хрупкая смола, получаемая из живицы природной смолы сосны после отгонки е жидких составных частей скипидара . Канифоль в основном состоит из органических кислот. Канифоль растворима в нефтяныхмаслах особенно при нагреве и других углеводородов, растительных маслах, спирте,скипидаре и прочие.Электроизоляционные свойства канифоли r 1012- 1013

Ом м ЕПР 10 - 15 МВ м зависимость er и tg d от температуры характернадля полярных диэлектриков. Температура размягчения канифоли составляет 50 - 700С.На воздухе канифоль постепенно окисляется, при ч м температура размягчения е повышается,а растворимость снижается.Канифоль, раствор нная в нефтяных маслах,применяется при изготовлении пропиточных и заливочных кабельных компаундов. Растительные масла. Растительные масла - вязкие жидкости, получаемыеиз семян различных

растений. Из этих масел особенно важны высыхающие масла, способныепод воздействием нагрева, освещения, соприкосновения с кислородом воздуха и другихфакторов переходить в тв рдое состояние. Тонкий слой масла, налитый на поверхностькакого-либо материала, высыхает и образует тв рдую, блестящую, прочно пристающуюк подложке электроизоляционную пл нку. Высыхание масел является сложным химическимпроцессом, связанным с поглощением маслом некоторого количества

кислорода из воздуха.Скорость высыхания масел увеличиваетсяс повышением температуры, при освещении, а также в присутствии катализаторов химическихреакций высыхания - сиккативов. В качестве сиккативов используют соединения свинца,кальция, кобальта и др. Отвержд нные пл нки высыхающих масел втяж лых углеводородах, например в трансформаторном масле, не растворяются даже принагреве, так что являются практически маслостойкими, но к ароматическим углеводородам,

например бензолу, они менее стойки. При нагреве отвержд нная пл нка не размягчается.Наиболее распростран нные высыхающие масла - льняное и тунговое. Льняное масло золотисто - ж лтого цвета получается из семян льна. Его плотность0,93-0,94 Мг м3, температура застывания - около -200С.Тунговое древесное масло получаютиз семян тунгового дерева, которое разводится на

Дальнем Востоке и на Кавказе. Тунговоемасло не является пищевым и даже токсично. Плотность тунгового масла - 94 МГ м3, температура застывания - от 0 до минус 50С.По сравнению с льняным маслом тунговоевысыхает быстрее. Оно даже в толстом слое высыхает более равномерно и да т водонепроницаемуюпл нку, чем льняное. Высыхающие масла применяются в электропромышленности для изготовленияэлектроизоляционных масляных лаков,

лакотканей, для пропитки дерева и для другихцелей. В последнее время наблюдается тенденция к замене высыхающих масел синтетическимиматериалами. Невысыхающие масла могут применяться в качестве жидких диэлектриков.Касторовое масло получаетсяиз семян клещевины иногда используется для пропитки бумажных конденсаторов. Плотностькасторового масла 0,95-0,97 МГ м3, температуразастывания от минус 10 до минус 180С er равно 4,0

- 4,5 при температуре 200С tg d 0,01 - 0,03, ЕПР 15-20МВ м. Касторовое масло не растворяется в бензине, но растворяетсяв этиловом спирте. Битумы. Битумы - аморфные материалы, представляющиесобой сложные смеси углеводородов обычно они содержат некоторое количество кислородаи серы . Они имеют ч рный или т мно-коричневый цвет, при низких температурах хрупкии дают характерный излом в виде раковин. Битумы растворяются в углеводородах, несколькотруднее

в бензине, не маслостойкие. В спирте и воде битумы не растворимы, они имеютмалую гигроскопичность и в толстом слое практически водонепроницаемы. Битумы термопластичны,плотность их близка к 1 Мг м3. Различаютискусственные нефтяные , представляющие собой тяж лые продукты перегонкинефти, и природные ископаемые , называемые также асфальтами. Температура размягчения асфальта доходитдо 2000С. Более тугоплавкие битумы имеют лучшие электроизоляционные свойства,которые медленно ухудшаются при

повышении температуры Они труднее растворимы ипри низких температурах более тверды и хрупки. Природные асфальты используются вкомпаундах для заливки трансформаторов. Битумы - слабо полярные вещества с er 2,5 - 3,0 tg d около 0,01 ЕПР 10 - 25 МВ м и r 1013- 1014 Ом м Эти параметры мало зависят от влажности. Воскообразные диэлектрики. Представляют собой тв рдые легкоплавкиевещества, обладающие низкой механической

прочностью и малой гигроскопичностью ониупотребляются для пропитки и заливки существенный недостаток - значительная усадкапри застывании, по этому большая часть объ ма пор изоляции оказывается заполненнойвоздухом, что приводит к понижению электрической прочности пропитанной изоляции.Давший название группе материалов пчелиныйвоск для электрической изоляции в настоящее время не используется.Парафин - наиболее деш ваяи широко известная неполярное воскообразное вещество.

Получают его разгонкой и вымораживаниемиз соответствующей фракции дистиллата парафинистой нефти. Имеет плотность 0,85- 0,9 Мг м3. И температуру плавления 50-550С, tg d 0,0003 - 0,0007, r - 1016 Ом м ЕПР 20 - 25 МВ м. При нормальной температуре парафин обладает высокой химическойстабильностью, но при нагреве до 1300С на воздухе легко окисляется, снижаяплотность в 100 раз. Парафин применяют для пропитки бумажных конденсаторов низкогонапряжения, для пропитки дерева и картона,

для заливки катушек с невысокой рабочейтемпературой. Парафин не растворим в воде и спиртах, но растворяется в жидких углеводородах нефтяных маслах, бензине, бензоле.Церезин - смесь тв рдых углеводородовметанового ряда. Изготовляется пут м очистки минерала озокерита горного воска,представляющего собой продукт естественного перерождения нефти в условиях доступавоздуха. Преимущества - более высокая температура плавления 65

- 800С и стойкость к окислению плотность у церезина выше, а тангенс меньше чем у парафина.При пропитке бумажных и слюдяных конденсаторов церезин вытесняет парафин. Синтетический парафин и синтетический церезин - высокомолекулярные углеводороды с температурой плавления100 - 1300С получают при изготовлении синтетического бензина и масел.Электроизоляционные свойства этих материалов близки к свойствам натурального парафинаи натурального

церезина используют при пропитке бумажных конденсаторов.Вазелин - близкая к воскообразнымвеществам масса, мазеобразная применяется для пропитки бумажных конденсаторов.Вазелин - смесь тв рдых и жидких углеводородов получаемых из нефти. tg d при 1 кГц , нормальнойтемпературе не более 0,0002, r -не менее 5 1012 Ом м ЕПР при 50 Гц не менее 20 МВ м. Используемая Литература 1. Электротехническиематериалы

Н.П.Богородский В.В. Пасынков 86 г. 2. Теория диэлектриков А.А.Воробь в Б.М.Тареев. 86 г. 3. Материалы электронной техники В.В.Пасынков В.С. Сорокин. 86 г. 4. Материалыв приборостроении иавтоматике Ю.Н.Пятин 82 г.