Конспект лекции
Волокнистые материалы
В электротехнике весьма широко применяются волокнистые материалы, т.е. материалы, которые состоят преимущественно (или целиком) из частиц удлиненной формы волокон. В некоторых из этих материалов, а именно в текстильных, волокнистое строение совершенно очевидно. В других волокнистых материалах таких, как дерево, бумага, картон, волокнистое строение может быть изучено с помощью микроскопа при небольшом увеличении.-В электротехнике весьма широко применяются волокнистые материалы, т.е. материалы, которые состоят преимущественно (или целиком) из частиц удлиненной формы
Преимущества многих волокнистых материалов: дешевизна, довольно большая механическая прочность и гибкость, удобство обработки. Недостатками их являются:
- невысокие электрическая прочность и теплопроводность (из-за наличия промежутков между волокнами, заполненными воздухом); более высокая, чем у массивного материала того же химического состава (так как развитая поверхность волокон легко поглощает влагу, проникающую в промежутки между ними).-- гигроскопичность. Свойства волокнистых материалов могут быть существенно улучшены путем пропитки, поэтому эти материалы в электрической изоляции обычно применяют в пропитанном состоянии.
Дерево
Благодаря своей распространенности, дешевизне и легкости механической обработки дерево явилось одним из первых электроизоляционных и конструкционных материалов, получивших применение в электротехнике. Дерево обладает неплохими механическими свойствами, в особенности, если учесть его легкость: прочность дерева, отнесенная не к геометрическим размерам, а к массе, не ниже, чем у стали. Недостатки дерева: 1) высокая гигроскопичность, обусловливающая резкое снижение электроизоляционных свойств дерева при его увлажнении, а также коробление и растрескивание деталей, изготовленных из влажного дерева, при его высушивании (вследствие того, что влажное дерево при сушке дает уменьшение размеров, неодинаковое в различных направлениях); 2) низкая нагревостойкость, а также горючесть.
Свойства дерева улучшаются при его пропитке парафином, льняным маслом, различными смолами и т.д. Для плотных пород дерева (наиболее широко применяются в электротехнике береза, бук и граб) увеличение массы при пропитке составляет от 60 до 70%. Наиболее интенсивно дерево всасывает влагу вдоль волокон, и поэтому торцы досок должны быть защищены особенно тщательно, их следует после пропитки дополнительно лакировать. Если деревянные детали предназначаются для работы в трансформаторном масле, то их после сушки пропитывают тем же маслом.
Дерево в электротехнике применяется для изготовления штанг приводов разъединителей и масляных выключателей, рукояток рубильников, опорных и крепежных деталей трансформаторов высокого и низкого напряжения, пазовых клиньев электрических машин, фанерного шпона для производства клееных материалов, деревянных опор линий электропередачи и связи и т.п.
Бумаги и картоны
Бумаги и картоны- это листовые или рулонные (ролевые) материалы коротковолокнистого строения, состоящие в основном из целлюлозы. Для производства бумаг обычно применяют древесную целлюлозу.
При изготовлении же бумаг для электрической изоляции, а также особо прочных упаковочных и тому подобных бумаг применяется сульфатная и натронная целлюлоза.
Кабельная бумага 110 кВ и более. Объемная масса неуплотненных кабельных бумаг двух различных марок составляет 0,76 или 0,87, а уплотненных бумаг 1,09-1,10 Мг/м- 35 кВ и выше, КВМ и КВМУ - от 15 до 240 мкм). Бумаги марок К и КМ применяются для силовых кабелей напряжением до 35 кВ, KB и КВУ - уплотненная) и цифрами от 015 до 240 (обозначающими номинальную толщину бумаги - высоковольтная, У - многослойная, В - кабельная, М -согласно нормативной документации выпускается различных марок, обозначаемых буквами К, KM, KB, КВУ, КВМ и КВМУ (эти буквы обозначают: К 3. Уплотненные бумаги, пропитанные нефтяным маслом, имеют более высокую диэлектрическую проницаемость (примерно 4,3), чем неуплотненные (примерно 3,5). В связи с этим в конструкциях кабелей на напряжение выше 35 кВ используется следующая комбинация уплотненных и неуплотненных бумаг: ближайшие к жиле слои ее выполняются из уплотненной бумаги, а последующие слои из неуплотненной, поэтому при удалении от жилы диэлектрическая проницаемость изоляции уменьшается, что (имеется в виду работа кабеля под переменным напряжением) обеспечивает более равномерное распределение напряженности электрического поля в изоляции.
Телефонная бумага марок КТ и КТУ согласно ГОСТ 3553-73 имеет толщину 50 мкм. Объемная масса телефонных бумаг должна быть малой (не более 0,80…0,82 Мг/м3), чтобы уменьшить емкость изоляции телефонных кабелей (в этих кабелях, работающих при сравнительно низком напряжении, бумага находится в непропитанном состоянии). Телефонная бумага выпускается как натурального (желтоватого, свойственного сульфатной целлюлозе) цвета, так и окрашенной в красный, синий или зеленый цвета (различная расцветка служит для различения жил телефонных кабелей). Телефонная бумага используется, кроме того, для изоляции обмоточных проводов марок ПБ и ПББО.
Пропиточная бумага марок ЭИП-50, ЭИП-63 и ЭИП-75 (числа обозначают массу 1 м2 бумаги в граммах; толщины этих бумаг 0,09; 0,11 и 0,13 мм соответственно) употребляется для изготовления листового гетинакса.
Намоточная бумага марок ЭН-50 и ЭН-70 (числа - номинальная толщина в микронах) более тонкая и плотная по сравнению с пропиточной.
Конденсаторная бумага бумага для силовых конденсаторов. По объемной массе различаются марки: 0,8 (только силкон), 1 и 2. Бумаги марки 0,8 имеют объемную массу около 0,8 Мг/м- весьма важный и ответственный материал: в пропитанном виде она образует диэлектрик бумажных конденсаторов. Выпускается двух видов: КОН - обычная конденсаторная бумага и «силкон» -(ГОСТ 1908-66) 3 1,0 Мг/м-, марки 1 3 от 1,17 до 1,25 Мг/м-и марки 2 3 от 4 до 30 мкм. Конденсаторная бумага выпускается в рулонах (бобинах) шириной от 12 до 750 мм.-. Номинальные толщины различных марок этих бумаг
Малая толщина конденсаторной бумаги позволяет получить высокую удельную (на единицу активного объема) емкость конденсатора, поскольку в первом приближении, при невысоких рабочих напряжениях удельная емкость обратно пропорциональна квадрату толщины диэлектрика. Бумаги и пленки, при этом бумага играет роль фитиля, по которому в процессе пропитки проникает в глубь конденсатора пропиточная масса (пропитка чисто пленочных конденсаторов затруднена).-В последнее время в качестве диэлектрика силовых электрических конденсаторов наряду с конденсаторной бумагой все шире применяют синтетические пленки. Весьма перспективна для этой цели неполярная полипропиленовая пленка, имеющая весьма малый тангенс угла диэлектрических потерь при довольно высокой нагревостойкости. Выпускаются и бумажно-пленочные конденсаторы, диэлектрик которых состоит из двух слоев
Микалентная бумага одна из немногих разновидностей электроизоляционных бумаг, производимых не из древесной целлюлозы щелочной варки, а из длинноволокнистого хлопка. Она имеет толщину 20±2 мкм и массу 1 м-(ГОСТ 6500-64), применяемая в качестве подложки микаленты, равную 17 г, выпускается в рулонах шириной 450 или 900 мм.
Картон: -1) воздушные - более твердые и упругие, предназначенные для работы на воздухе (прокладки для пазов электрических машин, каркасы катушек, шайбы и пр.), и масляные более рыхлой структуры и более мягкие, предназначаемые, в основном, для работы в трансформаторном масле (например, в изоляции маслонаполненных трансформаторов). 2) Масляные картоны хорошо пропитываются маслом и в пропитанном виде имеют высокую электрическую прочность. В рулонах выпускаются только наиболее тонкие электроизоляционные картоны. Обычно же картоны (употребительные толщины до 3 мм, в отдельных случаях выше) выпускаются в листах. Электроизоляционные картоны изготовляются из древесной или хлопковой целлюлозы.-в основном, отличаются от бумаг большей толщиной. Электроизоляционные картоны изготовляются двух типов: воздушные и масляные.
Особые бумаги и картоны
Помимо описанных выше материалов типа бумаг и картонов, изготовляемых из целлюлозы, для электрической изоляции с успехом применяются бумаги из целлюлозы с добавками других волокнистых материалов и даже бумаги, совсем не содержащие целлюлозы. Так, бумаги из смеси целлюлозы с полиэтиленовым волокном имеют тангенс угла диэлектрических потерь и гигроскопичность меньшие, а механическую прочность большую, чем чисто целлюлозные бумаги. Такие бумаги находят применение в изоляции кабелей весьма высокого напряжения.