Výhody plynů oproti jiným typům dielektrických materiálů jsou vysoký měrný odpor, malý tangens dielektrických ztrát a nízká (téměř jednotná) dielektrická konstanta. Nejdůležitější vlastností plynů je jejich schopnost obnovit elektrickou pevnost po výboji.

Kromě vzduchu se jako elektrická izolace široce používají dvouatomové a tříatomové plyny – dusík, vodík, oxid uhličitý. Elektrické síly těchto plynů se za normálních podmínek od sebe jen málo liší a lze s dostatečnou přesností předpokládat, že se rovna síle vzduchu.

Dusík má téměř stejnou elektrickou sílu jako vzduch a často se místo toho používá k plnění plynových kondenzátorů a jiným účelům, protože neobsahuje kyslík, který má oxidační účinek na materiály, které jsou s ním v kontaktu.

Značný zájem je o vodík, který má velmi vysoký koeficient tepelné vodivosti, a to i přes jeho nižší elektrickou pevnost ve srovnání se vzduchem. Vodík se používá jako elektrické izolační a chladicí médium ve velkých turbogenerátorech.

Požadavky na plyny používané v elektroizolačních konstrukcích nejlépe splňuje plyn SFXNUMX.6 a freon CCl2F2.

plyn SFXNUMX nebo fluorid sírový (SP6) má elektrickou sílu přibližně 2,5krát vyšší než vzduch. Vzhledem k tomu, že plyn SF5,1 má nízký bod varu a vysokou hustotu, přibližně 2krát těžší než vzduch, lze jej bez zkapalnění stlačit na tlak 800 MPa. Plyn SFXNUMX je netoxický, chemicky odolný, nerozkládá se při zahřátí na XNUMX o C. Jeho přednosti jsou zvláště velké při vysokých tlacích. Plyn SFXNUMX má nejen vyšší elektrickou pevnost než vzduch, ale také výrazně vyšší schopnost zhášení oblouku. Rostoucím tempem proto postupuje vývoj a tvorba spínačů a rozvaděčů s SFXNUMX, které vedle spínačů zahrnují odpojovače, zkratovače, proudové a napěťové transformátory a použití plynu SFXNUMX ve vysokonapěťových kabelech. Výhody kabelu SFXNUMX ve srovnání s kabelem papír-olej jsou nízká elektrická kapacita a dielektrické ztráty, dobré chlazení. Díky těmto výhodám lze po kabelech SFXNUMX přenášet velmi vysoké výkony.

8.2 Kapalná dielektrika

Kapalná dielektrika jsou elektrické izolační kapaliny používané ve vysokonapěťových elektrických zařízeních a také v jednotkách elektronických zařízení. Použití elektroizolačních kapalin umožňuje zajistit spolehlivý a dlouhodobý provoz elektrické izolace napájených konstrukčních prvků a odvádět z nich teplo vznikající při provozu.

Jako kapalné dielektrikum se používají ropné oleje, které se získávají frakční destilací ropy. Izolované frakce jsou komplexní směsí uhlovodíků parafinové, naftenické a aromatické řady s malou příměsí dalších složek obsahujících atomy síry, kyslíku a dusíku.

V transformátorových olejích dosahuje obsah naftenických uhlovodíků 75-80%. Nezbytnou součástí elektroizolačních ropných olejů jsou také aromatické uhlovodíky, jejichž obsah je omezen na určité optimum (zpravidla 10-12 %), zajišťující největší zvýšení životnosti. Nadměrné množství aromatických uhlovodíků zvyšuje tečnu dielektrických ztrát.

Pro získání transformátorového oleje vhodného k použití je nutné vyčistit olejový destilát, který zbude po destilaci lehkých ropných produktů z ropy: benzín, petrolej, nafta.

Destilát se čistí kyselinou sírovou, poté se neutralizuje alkálií, promyje se vodou a suší se při 75-85 °C, přičemž se profukuje vzduchem. K odstranění nečistot a mechanických nečistot jsou oleje filtrovány přes adsorbenty – látky s vysoce vyvinutým povrchem.

Čerstvý transformátorový (kondenzátorový) olej má obvykle slámově žlutou barvu a čím hlubší čištění, tím světlejší olej. Použité oleje mají tmavou barvu v důsledku akumulace oxidačních produktů.

Kondenzátorový olej se získává z málo tuhnoucích vysoce kvalitních olejů nebo dodatečným čištěním transformátorového oleje adsorbenty. Nebezpečí požáru se posuzuje podle bodu vzplanutí par transformátorového oleje smíchaného se vzduchem, který by neměl být nižší než 135-140 oC.

U vysokonapěťových olejových spínačů je důležitým parametrem oleje bod tuhnutí. Olej v těchto elektrických zařízeních slouží k chlazení obloukového kanálu a jeho rychlému uhašení v okamžiku přerušení kontaktů. Zatímco běžný transformátorový olej má bod tuhnutí asi –45 °C, speciální „arktický“ olej určený pro provoz v otevřených rozvodnách na Dálném severu má bod tuhnutí –70 °C (třída ATM-65).

Nejdůležitější vlastnosti pro praktické použití transformátorového oleje jsou standardizovány podle GOST982-80. Z těchto vlastností je nutné znát kinematickou viskozitu při teplotách 20 a 50 o C, protože při zvýšení viskozity nad přípustné meze se teplo hůře odvádí z vinutí a magnetického obvodu transformátoru, což může vést k tzv. snížení životnosti elektrické izolace. Standardizováno je i tzv. číslo kyselosti – počet gramů KOH, který dokáže zcela neutralizovat všechny kyselé produkty obsahující 1 kg oleje. Tento ukazatel je důležitý pro zohlednění stárnutí oleje během jeho provozu a pro různé značky oleje by neměl překročit 0,03-0,1 g KOH na 1 kg. Pro výpočet transformátorových expandérů, do kterých při stoupající teplotě projde část oleje z nádrže transformátoru, je také důležité vzít v úvahu hustotu oleje, která je 0,85-0,9 mg/m 3 a teplotní koeficient objemového expanze, která má hodnotu asi 0,00065 K – 1 . Schopnost oleje odebírat teplo z magnetického obvodu a vinutí transformátoru v něm ponořeného závisí na měrné tepelné kapacitě, která je při normální teplotě přibližně 1,5 J/(kg K), součinitel tepelné vodivosti je asi 1 W (m K). Obě tyto vlastnosti se zvyšují s rostoucí teplotou.

ČTĚTE VÍCE
Jak vizuálně odlišit porcelánové dlaždice od keramických dlaždic?

Transformátorový olej, dobře očištěný od nečistot a vlhkosti, má podle svých dielektrických vlastností vlastnosti nepolárního dielektrika. Hodnota dielektrické konstanty při 20°C je 2,2-2,3, tgδ při frekvenci 50 Hz pro transformátorový olej by neměla překročit 0,003. Hodnota tgδ je určena vodivostí a závisí na stupni čištění transformátorového oleje. Získání olejů se sníženými dielektrickými ztrátami (hodnota tgδ asi 0,002-0,0005) pro kabely a kondenzátory vyžaduje velmi dobré čištění pomocí adsorbentů. Elektrický odpor čerstvého transformátorového oleje při normální teplotě nepřesahuje 10 13 Ohm m.

Důležitou vlastností oleje je jeho elektrická pevnost, která je extrémně citlivá na vlhkost. Pravidla pro technický provoz elektráren (PTE) stanoví určité normy elektrické pevnosti pro čistý a suchý transformátorový olej připravený k nalití do zařízení a pro olej, který byl v provozu.

Odbourávání oleje se provádí ve standardním jiskřišti mezi kovovými kotoučovými elektrodami o průměru 25 mm se zaoblenými hranami ponořenými v oleji, se vzdáleností mezi nimi 2,5 mm. Průrazné napětí technicky čistých olejů ve standardním jiskřišti je 50-60 kV při 50 Hz a přibližně 120 kV při vystavení pulznímu napětí. Příměs vody v oleji snižuje průrazné napětí. Pokud je voda v oleji ve formě emulze, to znamená ve formě drobných kapiček, které jsou vtaženy do míst, kde je vysoká intenzita pole, pak v tomto místě začíná vývoj rozpadu. Nárůst průrazného napětí s rostoucí teplotou se vysvětluje přechodem vody ze suspenze do molekulárně rozpuštěného stavu. Nárůst průrazného napětí při poklesu teploty pod 0 °C se vysvětluje tvorbou ledu a zvýšením viskozity oleje.

Při provozu olejových transformátorů nebo jiných elektrických zařízení obsahujících olej dochází k postupnému zhoršování provozních parametrů oleje: tgδ, barva, kyselost, viskozita, bod tuhnutí atd. Zhoršení těchto vlastností je způsobeno jevem „stárnutí“, které je doprovázeno změnami chemických a elektrických parametrů. K nejintenzivnějším procesům stárnutí oleje dochází, když teplota oleje stoupne nad 95 °C při současném vystavení elektrickému poli, světlu, vysokoenergetickému záření a přítomnosti určitých materiálů a sloučenin, které jsou katalyzátory stárnutí. Aktivními katalyzátory jsou měď a její slitiny, dále soli mědi, železa, kobaltu a organické kyseliny, rozpustné v oleji. Na začátku procesu stárnutí oleje se tvoří částečně rozpustné znečišťující produkty – pryskyřice a kyseliny a postupem času se objevují těžké nerozpustné sedimenty, které se ve formě „bahna“ nebo „kalu“ ukládají na dně nádrže. , na méně zahřívaných částech transformátoru a v místech se zvýšenými napěťovými poli. Vrstva kalu výrazně zhoršuje odvod tepla z ohřátých dílů a nízkomolekulární kyseliny obsažené ve starém oleji ničí izolaci vinutí a způsobují korozi kovů. Elektrické pole urychluje proces stárnutí oleje a mění povahu produktů oxidace oleje. Když některé typy ropy stárnou v elektrickém poli, lze také pozorovat vývoj plynu, který lze eliminovat výběrem složení ropy.

Pro zvýšení odolnosti olejů vůči procesům stárnutí je jejich složení voleno tak, aby neobsahovalo přírodní oxidační katalyzátory a zadržovalo sloučeniny zpomalující oxidaci. Takové látky se nazývají inhibitory. Do olejů se zavádějí i syntetické inhibitory – ionol, DVRS v koncentraci 0,1 až 0,5 %. Zavedení ionolu zpomaluje proces stárnutí oleje 2-3krát. K prodloužení životnosti oleje v zařízení se používají různé metody. Nejběžnější metodou je utěsnění zařízení, které eliminuje přímý kontakt oleje se vzdušným kyslíkem. Tato technika se používá při výrobě kabelů, kondenzátorů a transformátorů. V transformátorech se navíc pro zpomalení hromadění produktů oxidace oleje používá metoda přirozené cirkulace oleje přes tzv. termosifonový filtr, který lze periodicky vyměňovat za čerstvý naplněný adsorbentem. Takové filtry jsou trvale připojeny k transformátoru. Pro transformátory různých velikostí bylo vyvinuto asi 20 typů termosifonů. Zvláštností termosifonových filtrů je schopnost obnovit olej v transformátoru bez jeho vypnutí. Aby se zabránilo oxidaci a smáčení oleje v transformátorech, bývá volný prostor mezi povrchem oleje a uzávěrem nádrže nebo konzervátoru vyplněn dusíkem.

ČTĚTE VÍCE
Lze použít kalové čerpadlo pro kanalizaci?

U elektrických zařízení s napětím nad 35 kV se oleje čistí od vlhkosti, plynů a lehkých nečistot v nich obsažených tepelnou vakuovou úpravou ve speciálních zařízeních. Oleje se suší pomocí umělých zeolitů, které jsou také známé jako molekulární síta. Oleje s číslem kyselosti pod 0,4 mg KOH na 1 g se podrobují čištění přírodními a syntetickými adsorbenty při teplotě 50-60 °C.

Základní vlastnosti regenerovaného oleje musí odpovídat normám pro čerstvé oleje.

Kromě transformátorového oleje se v elektrotechnickém průmyslu používají i jiné druhy ropných olejů. Patří mezi ně kondenzátor, kabel a oleje pro olejové spínače a zařízení pro regulaci napětí zátěže stykačů.

Syntetická kapalná dielektrika. Používají se v případech, kdy je potřeba zajistit dlouhodobý a spolehlivý provoz elektrických zařízení vysokého napětí při zvýšené tepelné zátěži a síle elektrického pole, v požárním nebo výbušném prostředí. Kapalná dielektrika se také používají k plnění utěsněných pouzder, ve kterých jsou umístěny jednotky elektronických zařízení.

Nejpoužívanější jsou syntetické kapaliny na bázi chlorovaných uhlovodíků, což je způsobeno jejich vysokou tepelnou stabilitou, elektrickou stabilitou, nehořlavostí, zvýšenou dielektrickou konstantou a relativně nízkou cenou. Vzhledem k toxicitě chlorovaných uhlovodíků však bylo jejich použití zpočátku omezeno a nyní je téměř všeobecně zakázáno, i když značné množství z nich se stále používá.

Chlorované uhlovodíky lze vyrobit chlorací bifenylu C6Н5-S6Н5. V tomto případě je možné získat produkty s různým stupněm chlorace: tri-, tetra-, penta- a hexachlorbifenyly. Se zvyšujícím se stupněm chlorace se zvyšuje molekulová hmotnost, hustota, viskozita, bod tuhnutí a bod varu. Současně se zvyšuje i ohrožení životního prostředí, takže při výrobě kondenzátorů byl pentachlorbifenyl (Sovtol) nahrazen trichlorbifenylem, i když má zvýšenou viskozitu při nízkých teplotách.

Pro použití ve výkonových transformátorech se používá především Sovtol-10, což je směs 90% pentachlorbifenylu a 10% trichlorbenzenu, která má viskozitu v rozsahu provozních teplot blízkou viskozitě transformátorového oleje. Z hlediska viskozitně-teplotních vlastností je však Sovtol-10 výrazně horší než hexol, což je směs 20 % pentachlorbifenylu a 80 % hexachlorbutadienu. Hexol netvrdne při teplotách do -60°C a je méně náchylný ke znečištění. Hodnoty tangens dielektrické ztráty pro trichlorbifenyl, Sovtol-10 a hexol při 90°C jsou v rozmezí 0,015-0,03. Měrný objemový odpor polychlorovaných bifenylů při provozních teplotách je v rozmezí 3·10 9 -10 12 Ohm·m. Nejméně polární vlastnosti se projevují u hexolu, u kterého ε při 70°C nepřesahuje 2,7-2,9. Elektrická pevnost většiny kapalin na bázi chloridových uhlovodíků při 20°C nepřesahuje 18-22MV/m.

Kapalná dielektrika na bázi organokřemičitých sloučenin (polyorganosiloxany). Jsou netoxické a šetrné k životnímu prostředí. Tyto kapaliny jsou polymery s nízkým stupněm polymerace, jejichž molekuly obsahují opakující se siloxanovou skupinu, jejíž atomy křemíku jsou spojeny s organickými radikály, v závislosti na struktuře radikálu (methyl-, ethyl-, fenyl-) přímo spojené s atomem křemíku se hlavní skupiny organokřemičitých kapalin nazývají: polymethylsiloxan (PMSG), polyethylsiloxan (PESZH), polyfenylsiloxan (PSFZH), polymethylfenylsiloxan (PMSG). Bod vzplanutí par těchto kapalin je standardizován minimálně 300 o C. Bod tuhnutí je pod -60 °C. Při teplotách vyšších než je bod vzplanutí par se tyto kapaliny samovolně vznítí bez kontaktu s otevřeným plamenem. Z hlediska dielektrických charakteristik se polyorganosiloxanové kapaliny blíží nepolárním dielektrikům. Pro polyethylsiloxanové kapaliny tedy tg2=(3-10)·4-24; e=25-10; ρ=11-10 Ohm m, Uпр ≥ 45 kV.

Polyorganosiloxanové kapaliny se používají v pulzních transformátorech, speciálních kondenzátorech, rádiových a elektronických zařízeních a v některých dalších případech.

Kapalná dielektrika na bázi organofluorových sloučenin. Vyznačují se nehořlavostí, vysokou chemickou, oxidační a tepelnou stabilitou, vysokými elektrickými vlastnostmi a vlastnostmi přenosu tepla. Z hlediska chemického složení jsou to uhlovodíky, aminy, ethery a další sloučeniny, ve kterých jsou atomy vodíku částečně nebo zcela nahrazeny atomy fluoru nebo chloru (v organofluorových sloučeninách). Pokud jsou atomy vodíku zcela nahrazeny atomy fluoru, pak se takové sloučeniny nazývají perforovaný. Některé fluorované uhlovodíky a chlorfluoruhlovodíky našly použití jako chladiva a jsou tzv freony (dříve se jim říkalo freony). Některé typy chladiv se používají jako kapalná dielektrika. Fluorokarbonové kapaliny se používají k plnění malých transformátorů, jednotek elektronických zařízení a dalších elektrických zařízení v případech, kdy jsou provozní teploty u jiných typů kapalných dielektrik vysoké. Některá perfluorovaná kapalná dielektrika lze použít k vytvoření odpařovacího chlazení ve výkonových transformátorech.

ČTĚTE VÍCE
Co by mělo obsahovat zásady zpracování osobních údajů?

Na základě jejich dielektrických vlastností lze fluorované uhlovodíky klasifikovat jako nepolární sloučeniny. Takže pro freon-112, freon-113, freon-114 je hodnota tgδ=0,0001-0,0002, ρ=10-12 Ohm cm, ε=10-14 2,2, Uпр=28-49kV ve standardním svodiči.

Směs freonů a vzduchu je odolná proti výbuchu. Freony jsou uznávány jako netoxické sloučeniny, avšak v místnosti naplněné jejich výpary je možná smrt teplokrevných živočichů udušením, zřejmě způsobeným nedostatkem kyslíku. Při vysokých teplotách se freony rozkládají a uvolňují toxické produkty.

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:

Cíl: Upevnit a zobecnit teoretické znalosti o tepelných, fyzikálně-chemických a elektrických vlastnostech dielektrických materiálů.

Электротехническими называются материалы, характеризующиеся определёнными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике согласно этим свойствам. По поведению в электрическом поле электротехнические материалы подразделяют на проводники, полупроводники и диэлектрики. Диэлектрики – наиболее обширный класс электротехнических материалов, основным электрическим свойством которых является способность к электрической поляризации, и сохранять электростатическое поле. К диэлектрикам условно относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ? > 108 Ом·м. С точки зрения зонной теории, диэлектриками условно называют вещества с шириной запрещенной зоны превышающей 3 эВ.

Na základě funkcí vykonávaných v přístrojích a zařízeních lze dielektrické materiály rozdělit na elektroizolační materiály (pasivní dielektrika) a aktivní dielektrika. Pasivní dielektrika se používají jako elektrické izolační a kondenzátorové materiály, které zabraňují úniku elektrických nábojů. Aktivní nebo řízené jsou dielektrické materiály, jejichž elektrické vlastnosti závisí na vnějších faktorech (teplota, tlak, intenzita pole atd.), které mohou měnit charakteristiky elektrických zařízení a přístrojů. Patří sem feroelektrika, piezoelektrika, elektroluminofory, materiály kvantové elektroniky atd.

Podle stavu agregace se dielektrické materiály dělí na pevné, kapalné a plynné. Na základě své chemické povahy se dělí na organická, anorganická a organoprvková dielektrika.

Na základě jejich elektronické struktury se rozlišují nepolární, polární a iontová dielektrika. Nepolární dielektrika jsou plyny, kapaliny a pevné látky, které mají převážně pouze elektronickou polarizaci. Patří mezi ně vodík, benzen, síra a polyethylen. Polární dielektrika jsou organické kapalné, polotekuté a pevné látky, které mají elektronovou i dipólově relaxační polarizaci. Patří sem organokřemičité sloučeniny, nylon, fenolformaldehydové pryskyřice. Iontová dielektrika jsou materiály s iontovou, elektronickou a relaxační polarizací. Patří sem křemen, slída, korund, TiO2, sklo, keramika.

Při výběru dielektrických materiálů je nutné vzít v úvahu jejich mechanické, tepelné, fyzikálně-chemické a elektrické vlastnosti. Mezi hlavní mechanické vlastnosti elektrických materiálů patří: pevnost materiálu v tahu ( р), pevnost materiálu v tlaku ( с), konečná pevnost materiálu při statickém ohýbání ( и) a specifická rázová houževnatost (а) materiál.
Pevnost materiálu v tahu ( р) se vypočítá podle vzorce:

kde Рр destruktivní síla při rozbití vzorku materiálu, N;
S plocha průřezu vzorku před testováním, mm 2. souběžně se stanovením pevnosti materiálu v tahu se stanoví poměrné prodloužení v tahu ер podle vzorce:

kde l počáteční délka vzorku, cm; l 1 konečná délka vzorku, cm.

Pevnost v tlaku с stanoveno na vzorcích ve tvaru válce nebo krychle. Pevnost materiálu v tlaku ( ) se vypočítá podle vzorce:

kde Рр lomová síla při stlačení vzorku materiálu, kg;
Sо plocha průřezu vzorku před testováním, cm2.

Pevnost v tahu při statickém ohybu se stanovuje na vzorcích, které jsou tyče obdélníkového nebo kruhového průřezu. Statická pevnost v ohybu и stanoveno na vzorcích, které jsou tyčemi obdélníkového nebo kruhového průřezu:

ČTĚTE VÍCE
Co dělat, když jsou dveře zaseknuté a nejdou otevřít?

Kde L – vzdálenost mezi ocelovými podpěrami ve zkušebním stroji, cm; b – šířka vzorku, cm; h – tloušťka vzorku, cm.

Specifická rázová houževnatost a počítá se jako poměr práce vynaložené na zničení vzorku k ploše jeho původního průřezu:

kde G – hmotnost kyvadla, h 1 počáteční výška, do které je beranidlo zvednuto, h 2 výška, do které beranidlo po dopadu vyletělo, m; So průřezová plocha vzorku.

Mezi tepelné vlastnosti dielektrik patří tepelná odolnost, tepelná odolnost (podle metody Martens et al.), bod vzplanutí par (kapalná dielektrika), bod měknutí (amorfní dielektrika). Tepelná odolnost je schopnost elektroizolačních materiálů a výrobků odolávat zvýšeným teplotám po dobu srovnatelnou s dobou běžného provozu výrobku bez zničení nebo zhoršení důležitých vlastností. Pro elektrické izolační materiály používané v elektrických strojích a zařízeních bylo stanoveno sedm tříd tepelné odolnosti. Tepelná odolnost je určena stanovením závislosti trvanlivosti na teplotě, která je dána Arrheniovou rovnicí:

Kde L – životnost nebo odolnost, А и V – parametry tohoto materiálu.

U mnoha pevných dielektrik, zejména různých plastů, je velmi důležitá schopnost udržet si svůj tvar pod vlivem mechanického zatížení a zvýšené teploty. odolnost vůči teplu. Tato hodnota se určuje pomocí Martensova přístroje a zaznamenává se zakřivením polymerů a plastů při zatížení. U ropných a syntetických olejů (kapalná dielektrika) je měřítkem tepelné odolnosti bod vzplanutí par, teplota vznícení a tepelné stárnutí. Teplota měknutí se stanovuje pro materiály s amorfní strukturou (pryskyřice, bitumen apod.) Pro charakterizaci fyzikálně-chemických vlastností dielektrik se používají hodnoty: číslo kyselosti, viskozita, odolnost proti vlhkosti, chemická odolnost, tropická odolnost, mrazuvzdornost.

Číslo kyselosti udává počet miligramů hydroxidu draselného (KOH) potřebných k neutralizaci volných kyselin obsažených v 1 g kapalného dielektrika. Číslo kyselosti je určeno pro elektroizolační oleje, stejně jako pro laky, směsi a další materiály.

Viskozita neboli vnitřní tření je odpor kapalného dielektrika vůči pohybu některých jeho vrstev vůči ostatním, představuje součinitel vnitřního tření při relativním pohybu kapalných částic. Odolnost proti vlhkosti je charakterizována absorpcí vlhkosti a gyroskopičností. Absorpce vlhkosti je schopnost dielektrika absorbovat vodu při provozu ve vlhké atmosféře. Tato hodnota se vypočítá podle vzorce:

kde Gо — hmotnost absolutně suchého vzorku materiálu, g; G3 – hmotnost vzorku materiálu po pobytu ve vlhké atmosféře po dobu jednoho dne nebo déle, g. Čím větší je absorpce vlhkosti, tím nižší jsou jeho izolační vlastnosti.

Chemická odolnost materiálů nám umožňuje vyhodnotit stupeň odolnosti dielektrik při působení rozpouštědel (toluen, benzín, alkoholy, minerální oleje atd.), oxidačních činidel (ozón, chlór, oxidy dusíku atd.) a dalších destruktivních činidel ( kyseliny, zásady, jejich roztoky a páry).

Tropická odolnost je schopnost materiálů odolávat působení tropických podmínek: intenzivnímu slunečnímu záření, vysoké nebo velmi nízké vlhkosti, zvýšené teplotě, plísním a jiným mikroorganismům, hmyzu, hlodavcům atd.

Hlavní elektrické charakteristiky dielektrik jsou elektrický odpor, elektrická vodivost, polarizace, dielektrická konstanta, teplotní koeficient elektrického odporu a dielektrická pevnost.

Elektrický odpor je hlavní elektrická charakteristika elektrických materiálů, Ohm∙m; pro dielektrika se rozlišuje objemový odpor a povrchový odpor:

Poté se měrný objemový odpor dielektrika vypočítá pomocí vzorce:

kde S je plocha horní elektrody, cm 2, rovna:
h je tloušťka dielektrika, cm, kterým prochází objemový elektrický vodivý proud.

Hodnoty měrného objemového odporu elektroizolačních materiálů jsou v mezích: , Specifický povrchový odpor dielektrika je v rozmezí:

Teplotní koeficient elektrického měrného odporu je hodnota, která určuje změnu měrného odporu materiálu při změně teploty o 1 kelvin:

Pro dielektrika má zápornou hodnotu, protože měrný odpor izolačních materiálů klesá s rostoucí teplotou. V oblastech, kde je lineární závislost měrného odporu na teplotě, platí následující vztah:

kde a jsou měrný odpor a teplotní koeficient měrného odporu při teplotě T a je měrný odpor při teplotě T. Experimentální data ukazují, že většina kovů má při pokojové teplotě přibližně 0,004 К -1. U feromagnetických kovů je hodnota o něco vyšší.

ČTĚTE VÍCE
Jakou tapetu vybrat do ložnice, aby místnost působila větší než na fotografii?

Dielektrická konstanta ε charakterizuje vliv prostředí na sílu interakce mezi náboji v něm.

Dielektrické ztráty jsou energie rozptýlené v dielektriku, když je vystaveno poli a způsobuje zahřívání dielektrika. Kvantitativní charakteristikou dielektrických ztrát (činný výkon) je tangens dielektrických ztrát (tg α) v izolačních materiálech pracujících pod střídavým napětím. Jednou z důležitých praktických charakteristik, která určuje schopnost daného elektroizolačního materiálu odolávat průrazu, je dielektrická pevnost. Elektrická síla (Epr) – minimální intenzita pole Epr, při které je pozorován dielektrický průraz:

kde Епр — velikost napětí aplikovaného na dielektrikum, při kterém došlo k průrazu, měřená v kilovoltech, kV/h — tloušťka dielektrika v místě průrazu, mm.

Čím silnější je vrstva elektroizolačního materiálu, tím větší je průrazné napětí. Současně mohou být průrazná napětí vrstev stejné tloušťky různých elektroizolačních materiálů velmi rozdílná. Průrazné napětí je charakteristikou vrstvy elektroizolační struktury (izolace kabelů, elektrického stroje atd.) o určité tloušťce, zatímco elektrická pevnost charakterizuje elektroizolační materiál (getinax, porcelán, plasty).

Plynná a kapalná dielektrika

Cíl: upevnit a zobecnit znalosti o kapalných a plynných dielektrikách.

Elektroizolační materiály se dělí na plynné, kapalné a pevné. Mezi plynná dielektrika patří vzduch (směs plynů a vodní páry) a různé plyny. Vzduch obklopuje všechny elektrické instalace a jako dielektrikum do značné míry určuje spolehlivost jejich provozu. Dráty vysokonapěťových silových vedení, upevněné na stožárech pomocí porcelánových nebo skleněných izolátorů, jsou od sebe po celé délce izolovány pouze vrstvou vzduchu. Elektricky izolační vlastnosti plynných dielektrik jsou prudce sníženy ionizací kosmickým zářením a ohřevem. Používají se jako dielektrika v plynem plněných kondenzátorech, vysokonapěťových vzduchových jističích a dalších elektrických zařízeních.

Kapalná dielektrika jsou nízkomolekulární organické kapaliny, dělící se na přírodní (ropné oleje, ricinový olej aj.) a syntetické (Sovol, Sovtol aj.) oleje. Tekuté elektroizolační materiály jsou široce používány v elektrických instalacích. Vyplňují vnitřní prostory transformátorů, reaktorů, olejových spínačů atd. Molekuly kapalných dielektrik mají větší pohyblivost ve srovnání s molekulami pevné látky a zvyšující se teplota zvyšuje pohyblivost molekul. Vzhledem k vysoké pohyblivosti molekul při teplotách 70-80 se minerální oleje používají k impregnaci porézních elektroizolačních materiálů (karton, papír, dřevo atd.), což zlepšuje jejich elektrické vlastnosti.

Ropné elektroizolační oleje jsou směsí nasycených (CnН2n + 2), aromatické (CnН2n-6) a naftenické (CnН2n) uhlovodíky. V procesu frakční destilace oleje vzniká motorová nafta, ze které se po různém stupni čištění izolují transformátorové, kabelové a kondenzátorové oleje. Transformátorové oleje se používají pro výkonové transformátory a vysokonapěťové spínače, kabelové oleje se používají k impregnaci papírových izolací vysokonapěťových kabelů, kondenzátorové oleje se používají k impregnaci papírových izolací kondenzátorů. Ke stejnému účelu se v kondenzátorech papírového oleje používají syntetické oleje: sovol (pentachlorbifenyl C6Н2Сl3 – Z6Н3Сl2), Sovtol (směs Sovolu s trichlorbenzenem), organokřemičité kapaliny (oligodimethylsiloxan, oligomethylfenylsiloxan, oligodiethylsiloxanové kapaliny), organofluorové kapaliny (C8F16). Sortiment organokřemičitých kapalin zahrnuje více než 200 značek. Syntetické organokřemičité a organofluorové oleje jsou nehořlavé a nevýbušné, mají nízkou hygroskopičnost a lepší odvod tepla než ropné oleje. Všechny typy oligoorganosiloxanů se vyznačují: širokými teplotními rozsahy existence v kapalném stavu, slabou závislostí termofyzikálních vlastností na teplotě, vysokými dielektrickými vlastnostmi, vysokou tepelnou odolností (200 °C), chemickou inertností.

Při provozu se na stárnutí oleje podílejí zvýšené teploty, kontakt oleje se vzdušným kyslíkem, působení světla, vlhkost, kontakt s kovy jako je železo, měď, olovo. V důsledku toho se tvoří pevné nečistoty podobné pryskyřici, které jako sraženina vypadávají na vinutí a další části transformátoru, což ztěžuje odvod tepla z ohřátých částí. Nečistoty rozpustné v horkém oleji výrazně zhoršují jeho elektrické vlastnosti. Kyseliny vznikající při stárnutí oleje způsobují destrukci izolace vinutí. Pro zvýšení životnosti se proto do oleje zavádějí inhibitory, které zpomalují proces stárnutí, nebo se podrobuje regeneraci čištěním a odstraňováním produktů stárnutí.

Praktická část

2.1. Pomocí referenční literatury (Příloha 2) vyplňte tabulku. 2.1 a z uvedených kapalin vyberte kapalinu s nejnižším bodem vzplanutí par, nejvyšší elektrickou pevností a nejnižší tangens dielektrických ztrát. Uveďte oblast použití této kapaliny.