Основные виды жидких диэлектриков

В качестве жидких электроизоляционных материалов в элек­тротехнических устройствах применяют нефтяные масла (конден­саторное, трансформаторное, кабельное) и синтетические жидко­сти (хлорированные углеводороды, кремний- и фторорганические жидкости, сложные эфиры различных типов).

Нефтяные электроизоляционные масла. Основную часть этих масел составляют углеводородные компоненты. Кроме того, в их составе присутствуют и другие компоненты (в количестве до 1%), содержащие атомы серы, кислорода или азота. Нефтяные электро­изоляционные масла получают путем тщательной очистки остаточных фракций нефти. Эти масла обладают рядом положительных свойств, которые и обеспечили им весьма широкое применение:

а) достаточно высокая электрическая прочность;

б) малый тангенс диэлектрических потерь при хорошей очистке масел;

в)  дешевизна.

Конденсаторное масло. Основные параметры этого мас­ла приведены в табл. 15.1.

Его применяют для пропитки изоляции в бумажных и пленочных конденсаторах. При пропитке бумажно­го диэлектрика повышаются его диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность и снижается величина диэлектрических потерь, что дает возможность уменьшить габариты, массу и стоимость конденсатора при заданном рабочем напряжении, частоте и емкости.

Трансформаторные и кабельные масла имеют пониженные электрические свойства по сравнению с конденсаторными и исполь­зуются в мощных электротехнических устройствах.

К недостаткам нефтяных масел можно отнести: а) пожаро- и взрывоопасность; б) ограниченный интервал рабочих температур; в) склонность к электрическому старению.

Синтетические жидкие диэлектрики по некоторым свойствам превосходят нефтяные электроизоляционные масла. Рассмотрим важнейшие из них.

Хлорированные углеводороды получают из различ­ных углеводородов (дифенила, бензола) путем замены в их моле­кулах части атомов водорода атомами хлора. Наиболее известны­ми представителями этой группы являются совол и совтол-10. Атомы в молекулах этих материалов расположены несимметрично, поэтому совол и совтол-10 являются полярными диэлектриками (табл. 15.1).

Совол применяют взамен конденсаторного масла для пропитки и заливки изоляции бумажных конденсатором, что позволяет снизить их объем при равной реактивной мощности примерно в дна раза. Совол является негорючим веществом. Недостатки: высокая температура застывания (+5° С) и значительная вязкость к области рабочих температур, не позволяющие использовать совол в чистом виде для за­ливки трансформаторов.

Кремнийорганические жидкости обладают малыми диэлектрическими потеря­ми, низкой гигроскопичностью, повышенной нагревостойкостью (кратковременно до 250°С), низкой температурой застывания (от -60 до -140°С). Применяют их для пропитки изоляций конденсаторов, предназначенных для ра­боты в области высоких частот, при повышенных температурах, а также для заполнения электроприборов. Фторорганические жидкости можно рассматривать как производные углеводородов, в молекулах которых атомы водо­рода частично или полностью замещены атомами фтора. Фторорганические жидкости применяют для пропитки и залив­ки в конденсаторы и трансформаторы, для испытания элементов радиоэлектроники при низких и высоких температурах. К недостат­кам этих жидкостей необходимо отнести высокую стоимость.

 

Газообразные диэлектрики

Воз­дух наиболее широко используется как электроизоляционный материал. Он также проникает во все поры твердых материалов и насыщает жид­кости.

Воздух в основе своей представляет собой смесь азота и кис­лорода с примесью других газов. Типовой состав сухого воздуха (в процентах по объему) следующий: азот (N2) - 78,08%; кисло­род (О2) - 20,95%; углекислый газ (СО2) - 0,03%; водород и инертные газы (Аг, Не, Ne, Кr, Хе) - 0,94%. Электрические свой­ства воздуха приведены в табл. 15.2.

Воздух с точки зрения диэлектрических потерь можно рассматри­вать как идеальный диэлектрик. Однако недостатком воздуха, как диэлектрика, является низкая электрическая прочность.

Газообразные вещества имеют малую плотность вследствие больших расстояний между молекулами. Ввиду этого поляризация всех газов незначительна, а диэлектрическая проницаемость всех газjв, в том числе b воздуха, близка к единице (1,000072—1,00138).

Диэлектрические потери в газах вызваны в основном электропроводностью, так как ори­ентация дипольных молекул газов при их по­ляризации не сопровождается диэлектриче­скими потерями. Все газы отличаются весьма малой электропроводностью, и тангенс угла диэлектрических потерь у них ничтожно мал tgδ≈4·10^-6.

Особенностью пробоя газа в неоднородном поле является воз­никновение частичного разряда в виде короны, сопровождаемого свечением и разрушением молекул газа. При дальнейшем повыше­нии напряжения корона перерастает в кистевой разряд, который затем переходит в искровой разряд. В случае большой мощности разряда образуется дуга (дуговой разряд) с образованием плаз­ мы. Дуговой разряд сопровождается, кроме того, химическими про­цессами образования озона и оксидов азота.

Применение газов в качестве электрической изоляции. В этим случае к газам предъявляют следующие требования: они должны быть химически инертными, при ионизации не образовывать особо активных веществ, способных разрушить твердые материалы или вызвать коррозию материала. В высоковольтных устройствах для повышения электрической прочности газы часто используют при повышенном давлении. Более широко в герметизированных устройствах используют азот, который обладает практически одинаковой с воздухом элек­трической прочностью, но он менее активен, чем воздух, содержа­щий кислород.

Широкое применение в герметизированных электрических ус­тановках получили газы с высокими молекулярной массой и плот­ностью, прежде всего элегаз (шестифтористая сера SF₆). Элек­трическая прочность элегаза примерно в 2,5 раза выше, чем возду­ха. Он применяется в образцовых конденсаторах, рассчитанных на напряжения до 500 кВ, в газонаполненных кабелях, в высоковольт­ных выключателях, рассчитанных на рабочее напряжение 750 кВ, где выполняет роль дугогасящего материала, а использование его в трансформаторах для электронных устройств позволяет снизить габариты и вес последних. К одному из недостатков элегаза сле­дует отнести его сравнительно высокую стоимость. В целях удешев­ления газовой изоляции часто применяют элегаз в смеси с более дешевым азотом.

В газоразрядных приборах и осветительных лампах в основном применяют инертные газы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон. Наиболее широко применяют аргон, поскольку он обладает сово­купностью благоприятных свойств: относительно низким потенциа­лом ионизации, химической инертностью, невысокой теплопровод­ностью и более простой по сравнению с другими инертными газа­ми технологией получения и очистки.

 

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться: