Следующим свойством является предел прочности при статистическом изгибе (δU ). Определяется на образцах представляющих собой бруски, образец помещают в испытательную машину, где он свободно опирается концами на две стальные опоры. Изгибающиеся усилия прикладываются к середине образца и плавно увеличиваются с таким расчетом, чтобы напряжение в сечении бруска возрастало со скоростью 100 - 150 кг/см2 в минуту до тех пор, пока не разрушится образец или не потечет. Предел прочности при статистическом изгибе определяется по формуле:
где: РU - изгибающее усилие,
L - расстояние между стальными опорами в испытательной машине,
b - ширина образца,h - толщина образца.И последнее свойство, которое мы рассмотрим - это удельная ударная вязкость позволяющая определить и оценить сопротивление материала к ударному изгибу. Чем меньше величина удельное ударной вязкости, тем более хрупок данный материал. Испытание на хрупкость провозят с помощью испытательного прибора – копра, где образец материала (брусок) свободно опирается на две стальные опоры копра. Расстояние между опорами равно 70мм, копер снабжен тяжелым стальным маятником с бойком. Последний имеет форму клина с углом 15º при вершине. Боек закруглен по радиусу 3мм. Маятник может вращаться вокруг стальной оси. Его центр тяжести совпадает с серединой бойка. Стальной маятник освобождают, и он при падении ударом бойка разрушает образец материала, при ударном изгибе затратив при этом часть своей энергии, маятник взлетает на некоторую высоту. При этом энергия, затраченная на разрушение образца материала равна произведению силы на разность высот. Удельную ударную вязкость вычисляют как отношение работы затраченной при разрушении образца к площади его первоначального поперечного сечения.Находят по формуле:
Мы рассмотрели основные механические свойства изоляционных материалов, но диэлектрики обладают также и физико-химическими свойствами, о которых пойдет речь далее.
Изоляционные материалы имеют физико-химические свойства, из которых основными являются кислотное число, вязкость, кинематическая вязкость, водопоглощаемость, химическая стойкость, тропическая стойкость и радиационная стойкость. Итак, кислотное число это количество миллиграммов едкого калия (KOH) которое необходимо для нейтрализации свободных кислот содержащихся в 1 грамме жидкого диэлектрика. Кислотное число определяется у электроизоляционных жидкостей, а также у лаков, эмалей, компаундов.
Чем выше кислотное число, тем больше свободных кислот в жидком диэлектрике, а значит тем выше его проводимость, так как кислоты под действием электрического напряжения легко распадаются на ноны. Кроме того кислоты могут разрушать изоляционные материалы, например - бумагу и другие, с которыми соприкасается жидкий диэлектрик.
В ГОСТе для кислоты строго установлены допустимые пределы, например для трансформаторного масла 0,05 мг КОН на 1гр масла. Вязкость представляет собой коэффициент внутреннего трения при относительном перемещении частиц жидкости.
Вязкость определяет пропитывающую способность жидких диэлектриков. Чем меньше вязкость, тем глубже проникают частицы лаков и компаундов в поры волокнистой изоляции обмоток и наоборот.
В технике используются кинематической иуловной вязкостью.
Кинематическая вязкость измеряется в стоксах. Сотая доля стокса называется санистокс. Для определения кинематической вязкости используют прибор капиллярный вискозиметр, изготовленный из стекла. Искомую кинематическую вязкость вычисляют по формуле:
С - постоянная вискозиметраτ - время истечения испытуемой жидкости.
Водопоглащаемость позволяет оценить способность диэлектрика противостоять воздействию воды, которая, проникая в поры материала, вызывает снижение его электрических, характеристик. Для оценки образцы диэлектриков сушат 24 часа, потом взвешивают, после чего опускают на 24 часа в воду, потом опять взвешивают. Водопоглащение находят по следующей формуле:
Водопоглащаемость позволяет определить степень устойчивости диэлектрика к воздействию на него паров воды - при работе электроизоляционного материала во влажной атмосфере. Влагопоглащаемость вычисляют по формуле:
Химическая стойкость позволяет оценить степень стойкости диэлектриков при воздействии на них растворителей, окислителей и других разрушающих агентов (кислоты, щелочи их растворы и пары). Для определения стойкости диэлектрика подробно исследуют изменения механических и электрических характеристик, его образцов, находившихся долгое время под воздействием тех или иных реагентов.
Резкое падение прочности свидетельствует о низкой стойкости диэлектрика к этому растворителю.
Тропическая стойкость определяется у электроизоляционных материале в применяемых в тропическом климате. Их испытывают на влагоустойчивость, теплоустойчивость, на устойчивость к плесневым грибкам, на устойчивость к солнечной радиации. Радиационная стойкость - характеристика позволяющая оценить степень стойкости диэлектриков к воздействию жестких излучений (α, β, γ) радиоактивных веществ ядерных установок и других источников.
Под действием радиации многие твердые вещества размягчаются. Очень немногие из материалов оказываются устойчивыми к радиации. К таким относится фарфор, слюда, кварцевое стекло.
ВОПРОС №5. Изоляционные лаки, эмали, компаунды. Классификация, особенность применения. Асбест: строение, состав, характеристика, применение.
ОТВЕТ: Изоляционные лаки.
Лаки представляют собой коллоидные растворы различных пленкообразующих веществ в специально подобранных органических растворителях. Пленкообразующими называют такие вещества, которые в результате испарения растворителей процессов отвердевания (полимеризации) способны образовывать твердую пленку.
К пленкообразующим веществам относятся смолы природные и синтетические. Чтобы создать электроизоляционный лак, удовлетворяющий ряду требований, подбирают несколько пленкообразующих веществ, которые составляют основу лака. Для полного растворения и высыхания лака применяют растворители. Для разбавления загустевших лаков в них вводят разбавители, которые отличаются от растворителей меньшей испаряемостью, кроме того, они могут растворять лаковую основу только в смеси с растворителем. В качестве разбавителей применяют бензин, лаковый керосин, скипидар. В состав лака еще могут входить пластификаторы и сиккативы.
Пластификаторы - вещества, придающие луковой пленке пластичность. К ним относятся: касторовое масло, жирные кислоты и другие маслообразованные жидкости.
Сиккативы представляют собой жидкие или твердые вещества, вводимые в некоторые лаки, чтобы ускорить их высыхание. При сушке лака нанесенного на поверхность содержащиеся в нем органические вещества улетучиваются (растворители), а пленкообразующие вещества в результате процесса полимеризации образуют твердую лаковую пленку. Эта пленка в зависимости от свойств пленкообразующих веществ может быть гибкой или не гибкой, или хрупкой. По своему назначению лаки делятся на: пропиточные, покровные и клеящие.ПРОПИТОЧНЫЕ - применяют для пропитки обмоток в электрических машинах и аппаратах с целью цементации витков обмотки, а также с целью устранения пористости в изоляции обмоток.
ПОКРОВНЫЕ лаки применяют для создания на поверхности уже пропитанных обмоток влагостойких и маслостойких лаковых покрытий.
КЛЕЯЩИЕ лаки применяют для склеивания различных электроизоляционных материалов, пластических масс, керамики.
Следует заметить, что один и тот же лак может применяться в качестве пропиточного и покровного.
По способу сушки лаки бывают воздушной и печной сушки. По лаковой основе лаки делятся на: смоляные, масляные, маслобитумные и эфироцеллюлозные.
Основные характеристики некоторых электроизоляционных лаков.МАСЛЯНЫЕ лаки: Марка лака № 152, время сушки - 1час при температуре 150ºС; термоэластичная пленка образуется за 1- 3 часа при температуре 105ºС; Электрическая характеристика: при 20ºС Р ом.см 1012 до 1014; Епр кв/мм 50 - 60.
Применяют при ремонтах электрических машин.
МАСЛОБИТНЫЕ лаки: Марка - БТ - 95, время сушки 16 - 18 часов при температуре 150ºС, термоэластичная пленка образуется через 15 - 18 часов при температуре 150ºС; электрическая характеристика при 20ºС Р ом. см 1013 до 1014; Епр кв/мм 70 – 75;Применяется для клейки слюды.
ГЛИФТАЛЕВЫЕ лаки: Марка лака ГФ - 95, время сушки 2 часа при т-ре 105ºС, термоэластичная пленка образуется за период от 10 до 48 часов при т-ре 105ºС. Электрическая характеристика: при 20ºС Р ом. см 1014 до 1015, Епр кв/мм
70 - 75. Это пропиточный и покровной лак для обмоток трансформаторов, работающих в масле.
КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ лаки: Марка К-35, время сушки 2 - З часа при т-ре 20ºС и 10 часов при 105ºС, термоэластичная пленка образуется при температуре 200ºС за 75 – 90 часов. Электрическая характеристика: при 20ºС Р ОМ. СМ 1014 - 1015, Епр КВ/ММ 50 – 100. Применяется как покровный и пропиточный лак высокой нагревостойкости для обмоток тропического исполнения.
ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ Эмали представляют собой лаки с введенными в них мелко раздробленными веществами - пигментами.
В качестве пигментов применяют неорганические вещества преимущественно окислы металлов (окись цинка, железный сурик и др.) и их смеси. Пигментирующие вещества, введенные в лак, тщательно перемешивают в краскотерочных машинах до получения однородной массы. В процессе высыхания эмалей пигменты вступают в химические реакции с лаковой основой, образуя плотное покрытие с повышенной твердостью. Изоляционные эмали являются покровными материалами. Ими покрывают любые части обмоток электрических машин и аппаратов с целью защиты их от смазочных масел, влаги и других воздействий, 0сновой многих эмалей являются масляно-глифталевые лаки характеризующиеся высокой клеящей способностью и высокой нагревостойкостью. Некоторое применение находят эмали на основе перхлорвиниловых смол. В отличие от поливинилхлоридных смол перхлорвиниловые смолы обладают хорошей растворимостью во многих растворителях (ацетон, хлорбензол, толуол). Эмалевые покрытия на основе перхлорвиниловых смол отличаются стойкостью к воде, минеральным маслам, бензинам, кислотам, щелочам. Они отличаются также атмосферостойкостью и обладают хорошими электроизоляционными свойствами. Применяют для лобовых частей обмоток в электромашинах, а так же пластмассовых деталей для защиты от влаги. Сушатся 2 часа при тем-ре 20ºС. Недостатки перхлорвиниловых покрытий являются слабое прилипание к металлам и низкая нагревостойкость - 85ºС.
Эмали на эпоксидных лаках отличаются хорошим прилипанием и повышенной нагревостойкостью.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ЭМАЛЕЙ
Марка эмали СПД, изготовленная на глифталевом лаке, время высыхания 3 часа при т-ре 150ºС, термопластичная пленка образуется за 10 часов при Т-ре 150ºС, электрические характеристики при 20ºС Р ом.см 1013 - 1014, Епр 50 – 60.
Применяются для покрытия вращающихся и неподвижных обмоток.
Эмаль ЭП-91 изготовлена на основе эпоксидного лака, высыхает за 2 часа при температурере 180ºС, термопластичность 6 часов при 150ºС, Р ом.см 1014 - 1015, Епр 50 – 70.
Эмаль обладает повышенной стойкостью к влаге и минеральному маслу.
ЭМАЛЬ ПЭК-14 изготовлена на основе кремнийорганического лака
высыхает за 2 часа при т-ре 200°С, термопластичность 120 часов при температуре 200°С, Р ом.см 1013 - 1015, Епр 40-80.
Применяется для покрытия обмоток (электрических машин и аппаратов) пропитанных кремнийорганическими лаками.
КОМПАУНДЫ
Компаунды - это электроизоляционные составы, изготовляемые из некоторых исходных веществ: смол, битумов.
В момент применения компаунды представляют собой жидкости, которые постепенно отвердевают, превращаясь в монолитный твердый диэлектрик.. В отличие от лаков и эмалей компаунды не содержат летучих растворителей. Отсутствие в компаундах растворителей обеспечивает ему монолитность после его отвердевания. Согласно своему назначению компаунды разделяются на пропиточные, заливочные и обмазочные.
Пропиточные применяются для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов с целью цементации витков обмотки и защиты от влаги.
Обмазочные применяются с целью защиты витков обмотки от влаги и масла. Заливочные компаунды применяются для заливки полостей в кабельных муфтах и воронках, а также в корпусах электрических аппаратов, трансформаторах тока, дросселей.
Компаунды могут быть термоактивными материалами не способные размягчаться после своего отвердевания или термопластичными могущими размягчаться при последующем нагреве. К термопластичным относятся компаунды на основе битума, воскообразных диэлектриков (парафин, церезин) и термопластичных полимеров (полистирол).
Широкое применение получили компаунды на основе битумов, так как последние являются дешевыми материалами стойкими к воде и обладающими хорошими электроизоляционными свойствами. Например: для пропитки обмоток электрических машин широко применяется битумный пропиточный компаунд №225, его характеристика: плотность 0,92 ÷ 1,10 г/см3 температура размягчения (по методу кольца и шара) 98 - 112°С, морозостойкость - 25°С, объемная усадка 7 – 8%Pu = 1013 ÷ 1014 ом.см; Епр = 18 ÷ 20 кв/мм.В результате пропитки получается монолитная изоляция обмоток с повышенной механической и электрической прочностью и стойкая к парам воды.
Большой практический интерес представляют термоактивные компаунды, которые не размягчаются при последующем нагревании. К таким компаундам относится компаунд марки МБК являвшимся одновременно пропиточным и заливочным. Их применяют в интервале температур от -60 до 110°С. При введении наполнителя от –60 до 120°С. В отвердевшем виде компаунды МБК обладают следующими характеристиками; плотность 1,0 г/см3,
δр = 70 ÷ 80 кГ/см2 ; qu=1013 ÷ 1014 ом.см; E = 3,2 ÷ 5,2;
tgδ = 0,03 ÷ 0,09; Епр = 10 ÷15 кВ/мм; Объемная усадка 5-6%.
АСБЕСТ (горный лен)
Асбест представляет собой природный материал, характерным свойством которого является его волокнистое строение. Волокна легко расщепляются на тонкие отдельные волоски диаметром в тысячные доли миллиметра и длиной до несколько сантиметров. Для изготовления различных электроизоляционных материалов (пряжи, лент, картона) используется преимущественно хризолитовый асбест представляющий собой силикат магния(3MgO*2SiO2*2H2O). Волокна асбеста не впитывают воду, но покрываются водяной пленкой. Он содержит химически связанную воду и является гигроскопичным материалом. В результате этой гигроскопичности и наличие в асбесте различных примесей электрические свойства асбестовых материалов не высоки. Основным достоинством асбеста является его высокая нагревостойкость и не горючесть. При т-ре выше 450°С из асбеста начинает удаляться вода и волокна его теряют механическую прочность.
Основные характеристики асбеста
Рu = 109 ом.см;
Епр = 1 ÷ 2 кВ/мм;
Плотность 2,3 ÷ 2,6 г/см3;
δр =300 ÷ 400 кГ/см2,
температура плавления 1150 °С,
рабочая температура 450°С,
влагопоглащение составляет 3-4% за 24 часа.
Из асбестовой пряжи делают асбестовые ткани и ленты. Ткани бывают толщиной 1,2 ÷ 1,9 мм, ширина 1040 мм, длина не менее 25м.
Ленты бывают толщиной 0,25 ÷ 0,6 мм, ширина 13 ÷ 38 мм.
Они служат для изоляции в катушках полюсов и секциях обмоток электрических машин высокого напряжения. Все асбестовые материалы применяют в пропитанном (лаками и компаундами) виде.
В результате пропитки устраняется гигроскопичность асбестовых материалов (бумаги, тканей), и улучшаются их электрические характеристики.
Список литературы
1. Электроматериаловедение Н.Г. Дроздов, Н.В. Никулин.
2. Справочник молодого электрика по электротехническим материалам и изделиям.
Страницы: 1, 2
