Хлор Cl.

Для створення в них іонізаційного процесу вимагається підвищена енергія, а тому вони витримують більш високі енергетичні поля.

ІV.1.1.1.2. ГЕКСАФОРІД СІРКИ (ЕЛЕГАЗ) - SF₆ - має електричну тривкість в 2.5 разу вище ніж у повітря. Даний діелектрик хімічні стійкий і не розчинюється при температурах до t⁰С=800⁰С, і його з успіхом застосовують в силових конденсаторах і кабелях.

ІV.1.1.1.3. ФРЕОН - CCL₂F₂ - по електричній тривкості наближається до тривкості ЕЛЕГАЗУ, однак викликає корозію деяких технічних діелектриків і застосовується в холодильниках. Даний діелектрик, у країні Германії, практично не застосовується в зв'язку з повною заміною даного хладоагенту в усіх приватних холодильних настановах. Раніш він також застосовувався в якості компонента аерозолі в парфумній промисловості, але після з'ясування його шкідливого впливу на ОЗНОНИЙЙ ШАР ЗЕМЛІ, даний газ виключений з загального споживання.

ІV.1.1.1.4. ПЕРФТОРОВАНІ ВУГЛЕВОДИ CxFx - переважають електричну тривкість в 6-10 раз, старіння і нагрівостійкість повітря. Якщо даний матеріал в невеликій кількості додати до повітря, те у даної суміші збільшується електрична тривкість в багато раз у порівнянні з повітрям.

ІV.1.1.1.5. ВОДЕНЬ - H₂ - легкий газ. Застосовують в електричних машинах великої потужності (великі турбогенератори, синхронні компенсатори). Газ помітно:

§ знижує втрати потужності;

§ знижує температуру;

§ знижує тертя про ротор і вентилятор;

§ не виробляє окислювальної дії на апаратуру;

§ знижує швидкість старіння устаткування;

§ покращує роботу щіток.

Покращення властивостей досягається круговоротом всередині обмотувань - рідкого водню, що вимагає герметизацію машин. Для того щоб уникнути аварії слідує пам'ятати про концентрацію водню в суміші H₂-повітря, вона повинна бути в межах 4-74%. При зменшенні % вмісту - виникає вибухонебезпечна ситуація, а при збільшенні % вмісту - виникає небезпека пожежі. Всередині конструкції постійно підтримується надлишковий тиск.

ІV.1.1.1.6. ІНЕРТНІ ГАЗИ - застосовуються в різноманітного виду індикаторах і радіоелектроніці. Вони володіють низькими електричними характеристиками і тому їх застосовують в вакуумній техніку низьких напружень.

Питання перевірки знань:

- Які існують характеристики електротехнічних матеріалів?

- Потреба у влаштуванні різноманітних характеристик?

- Яку роль відіграє повітряні діелектрики в електротехнічних устаткуваннях?

- Перелікувати повітряні діелектрики що застосовуються в електротехніці.

- Що таке іонізація?

- Як трапиться пробій у повітрі?

- Які є розряди у повітрі?

- Поняття електрод, та як його форма сприяє на пробій?

Джерела:

Л1 – стор. 193-200 33 - 49 98-101

Л2 – стор. 92 – 99; 106-110.

Л3 – стор. 98-101; 126-127; 133

Тема ІV.1.2. Рідкі діелектрики.

План

IV.1.2.1. Роль рідких діелектриків в електротехнічних приладах.

IV.1.2.2. Мінеральні електроізоляційні олії. Їх електро - фізико - хімічні характеристики.

IV.1.2.2.1. Трансформаторна олія;

IV.1.2.2.1. Конденсаторна олія;

IV.1.2.2.1. Кабельна олія;

IV.1.2.3. Синтетичні рідкі діелектрики. Їх електро - фізико - хімічні характеристики.

IV.1.2.4. КРЕМНІЙ і фторо - органічні рідкі діелектрики. Їх електро - фізико хімічні характеристики.

IV.1.2.4.1. кремнійорганічна рідина;

IV.1.2.4.2. фторорганічна рідина.

IV.1.2.1. Роль рідких діелектриків в електротехнічних приладах.

1. Призначення РІДКИХ ДІЕЛЕКТРИКІВ трояко:

§ рідина заповнює пори в волокнуватій ізоляції, значно підвищує електричну тривкість;

§ покращує відвід тепла, що виділяється за рахунок загубів в обмотуваннях і осердях тpансфоpматоpів, котушок і т. ін.

§ гасить дугу - в рідині виникає газоподібний пузир під високим тиском, в слідство високої температури дуги. Він і розриває дугу.

Використовуються в вимикачах високого напруження, силових трансформаторах, кабелях, конденсаторах - де необхідні вище наведені характеристики. Внаслідок нестійкості структури під впливом зовнішніх збурень високих енергії, дані діелектрики не застосовуються в космосі або в радіаційних полях.

Синтетичні і високоорганічні рідини одержують хімічними засобом, що вимагає додаткових затрат.

IV.1.2.2. Мінеральні електроізоляційні олії. Їх електро - фізико - хімічні характеристики.

Мінеральну тpансфоpматоpну олію одержують шляхом ступеневого перегону нафти і виділенням визначеної фракції з послідовною і ретельною хімічною очисткою від нестійких домішок. Часто електроізоляційні олії додатково оброблюються адсорберами (речовини типу глини, які вбирають вологу в себе), і інгібіторами (речовини, які вбирають луги і кислоти).

IV.1.2.2.1. ТРАНСФОРМАТОРНА ОЛІЯ.

Властивості тpансфоpматоpної олії нормуються по ДГСТ 982-68

Кінематична в'язкість Yк = (17-28,5)*10^-6 м²/с; t⁰с=20⁰с; Yк = (6.5-6.7)*10^-6м²/с;t⁰с =50⁰с; t⁰с спалаху = 135-140⁰с; t⁰сзатв = - 45⁰с. t⁰с затв - важливий параметр. При роботі в районах суворої зими pазpоблена олія з t⁰сзатв = -70⁰с

Критична температура плавучості льоду: - нижче цієї температури кришталі льоду, які утворені при замерзанні домішок води, плавають в (ЭИЖ), знижує її електричну тривкість (вона чутлива до зволоження). E води=80; Е мастила=2.2

Під чинністю електричного поля краплі втягуються в місця, де напруженість поля особливо висока і починається розвиток пробою.

При роботі тpансфоpматоpу мастило старіє, стає темним. В ньому частково розчинені кислоти, смоли, а більш важкі випадають в відстій. Ці утворення збільшують корозію, руйнуючи оболонку металів, погіршуються електроізоляційні властивості.

В наслідок дуг і спалахів в вимикачах може відбутися крекінг (pазpивання молекул з утворенням пониженої молекуляpної маси), що приводе до зниження температури спалаху мастила.

Швидкість старіння мастила росте:

А) при доступі повітря (окислення киснем, озоном);

Б) при підвищенні температури > 95⁰с;

В) при зіткненні з деякими металами (мідь, залізо, свинець);

Г) при впливі світла;

Д) при впливі поля.

Спроможність не виділяти газів - газостійкість.

Рекомендуються добавки - інгібітори.

IV.1.2.2.2. КОНДЕНСАТОРНА ОЛІЯ.

Призначена для прописування паперових конденсаторів. Характеристики: - виміряний при t⁰С = +100⁰С, tgδ = 0.002 при f=1 кГц; tgδ = 0.005 при f=50 Гц; електрична тривкість Е=20 МВ/м

IV.1.2.2.3. КАБЕЛЬНА ОЛІЯ.

Використовуються в виробництві силових кабелів. Вони пропитують паперову ізоляцію, підвищуючи електричну тривкість і сприяючи відводу тепла і загубів. При U=35 кВ МН-U в яке для підвищеної в'язкості додають каніфоль

U=110 кВ з допомогою спеціального запитування пристроїв, підтримуючи надлишковий тиск 0.4 МПА. Кабелі з тиском 1.5 МПА прокладають в сталевих трубах D - 220 мм, з використанням високов'язких добавок.

Характеристики:

t - 20^оС V=37*10^-6 м²/с ; t - 50С^о V=9.6 *10^-6 м²/с;

tg@=0.003; f=50 Гц; t - 100С^о; Е=20 МВ/М

tвсп. Пар.=180С^о;

tзатв.=- 30С^о;

Кінематична в'язкість:

Yк=800*10^-6 м²/с, при t - 20С^о

Yк=50*10^-6 м²/с, при t - 50С^о

IV.1.2.3. Синтетичні рідкі діелектрики. Їх эелектро - фізико - хімічні характеристики.

Хлоровані вуглеводи одержуються з різноманітних вуглеводів шляхом заміни в їхніх молекулах деяких (або всіх) атомів водоpоду атомами хлоpу. Найбільш pасповсюджено хлорування дифенілу С₁₂Н₁₀. З їхнього числа слідує відзначити СОВОЛ С₁₂Н₅С_l5. Наявність домішок істотно відбивається на наскрізний електpопpовідності при t⁰с:

§ t⁰С = 20⁰С; Е=5; f=50 Гц

§ t⁰С = 90⁰С; Е=4.1

Заміна тpансфоpматоpної олії СОВОЛОМ в силових паперових конденсаторах дозволяє знизити розміри в 2 pази. Але недолік його - при t > 0 ⁰С сильне зниження ємності.

Совол - це безкольорова рідина з щільністю 1.5 МГ/м3. Завдяки високій tзаст=+5 ⁰С і значній в'язкості, совол не може заливатися в тpансфоpматоpи, тому його pозбавляють гексахлоp бутадіоном ССL₂

Гексол: 20% - соволу 80% С₄С_l6; Е=3; t⁰С заст=-60⁰С.

Марки: КЖ - 30; 40; 50 відповідно: Е=6; 5.9; 5.8; Вони не горять

IV.1.2.4. КРЕМНІЙ і ФТОРООРГАНІЧНІ рідкі діелектрики. Їх електро - фізико - хімічні характеристики.

IV.1.2.4.1. КРЕМНІЙОРГАНІЧНА РІДИНА.

План

ІV.1.3.1. Основні властивості і будівля полімерів:

ІV.1.3.1.а. Реакція утворення полімерів;

ІV.1.3.1.б. Гнучкість і хімічний зв'язок;

ІV.1.3.1.в. Структурні форми і фізичний стан;

ІV.1.3.1.м. Склад полімерних ланцюгів;

ІV.1.3.1.д. Електричні властивості;

ІV.1.3.1.е. Нагрівостойкость.

ІV.1.3.2. Лінійні полімери:

ІV.1.3.2.а. Неполярні матеріали tgδ => mіn;

ІV.1.3.2.б. Полярні матеріали tgδ => max.

ІV.1.3.3. Синтетичні смоли.

ІV.1.3.4. Природні смоли.

ІV.1.3.1. Основні властивості і будівля полімерів.

IV.1.3.1.А. Реакція утворення полімерів.

ПОЛІМЕРИ - високомолекулярні сполучення, молекули яких складаються з великого числа, структурно ланок , що повторюються->-> МОНОМЕРІВ.

Реакція утворення полімеру - ПОЛІМЕРИЗАЦІЯ. Речовина може переходити з газоподібного або рідкого стану в стан густий рідини або тверде. Реакція не супроводжується відщіпленням побічних продуктів, і протікає по ланцюговому механізму-> активна частинка (РАДИКАЛ) втягує в реакцію тисячі неактивних молекул, що утворять довгий ланцюг. Хімічний склад полімеру і мономеру однаковий. Активні центри - вільні радикали і іони.

РАДИКАЛ - частини молекул, що утворяться при розірванні електронної пари і що містять непарний електрон (метил СН₃; феніл С₆Н₅; етил С₂Н₅; і. т. ін.). Утворення радикалів може відбуватися під чинністю температури; світла; вилучень; спеціально ввідних каталізаторів (прискорювачів процесів).

Приклад:

ПОЛІМЕРИЗАЦІЯ етилену СН₂=СН₂ (газ). Радикал володіє великою реакційною спроможністю. Приєднуючись до молекули він розкриває другий зв'язок і перетворює її в новий радикал зі вільним валентним зв'язком на кінці => (R -) +CH₂=CH₂-> R - CH₂ - CH₂ -

Утворений комплекс дуже активний-> і здатний приєднати нову молекулу з утворенням довгого радикала. Реакція триває до тих пор, доки не відбудеться обрив полімерного ланцюжка. Якщо поруч знаходиться вільний радикал, тоді відбувається їх сполучення і полімерний ланцюг припиняє подальше зростання => R - CH₂ - CH₂ -... - CH₂ - CH₂ - R1.

Крім ПОЛІМЕРІЗАЦІЇ можуть бути більш складні випадки утворення високомолекулярного сполучення-> ПОЛІКОНДЕНСАЦІЯ - з виділенням побічних продуктів (вода, низькомолекулярні речовини, гази, і. т. ін.) реакції.

Високополімерні речовини поділяють на дві групи по їхній поведінці при нагріванні на ТЕРМОРЕАКТИВНІ і ТЕРМОПЛАСТИЧНІ.

ТЕРМОРЕАКТИВНІ - що після виготовлення, при спробі нагріти не пом'якшують. У них молекули зв'язані в загальну сітку, що призводить до необмеженого зростання молекулярної ваги. Вони з працею розчинені або нерозчинені. Це =>ПРОСТОРОВІ ПОЛІМЕРИ.

ТЕРМОПЛАСТИЧНІ - після виготовлення, при спробі багаторазового нагрівання, пом'якшують. У них молекули зв'язані в ланцюгову послідовність. Вони здатні набухати і розчиняться. Це => ЛІНІЙНІ ПОЛІМЕРИ.

IV.1.3.1.Б. Гнучкість і хімічний зв'язок.

Висока гнучкість полімерів (ЛІНІЙНИХ) обумовлена розмірами мікро молекул і природою хімічного зв'язку. Розтягнути ланцюг не зруйнувати не можна, тому що, ковалентні зв'язки CH₂ CH₂ CH₂

CH₂( ) ( ) ( ) ( )

/ \ / \ / \ / \

/ \ /109^o8^~\ / \ / \

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂

|<-2.52A->|

мають певну відстань і спрямування. Однак ковалентні зв'язки між атомами володіють циліндричною симетрією. При повертанні однієї частини молекули відносно іншої навколо вісі З-З. Перекриття оболонок (електронів) не змінюється і не змінюється тривкість зв'язків. Тому молекулярні ланцюги, здатні вигинатися за рахунок вільного обертання в вуглеводних вузлах.

IV.1.3.1.В. Структурні форми і фізичний стан.

Мікромолекули можуть бути РЕГУЛЯРНИМИ і НЕРЕГУЛЯРНИМИ.

РЕГУЛЯРНІ - характерними дотриманням умов досконалого дальнього порятунку розташування ланок в ланцюзі;

НЕРЕГУЛЯРНІ - мають тенденцію згортатися в шароподібні структури, що звуться ГЛОБУЛАМИ.

Поверхня глобули менш витягненої молекули - тому міжмолекулярна ВЗАЄМОДІЯ ГЛОБУЛ – НЕ ТРИВКА.

ЖОРСТКІ полімерні ланцюги звертаються в ПАЧКИ (пучки молекул), за рахунок сили міжмолекулярної взаємодії.

ГНУЧКІ полімерні ланцюги володіють спроможністю утворювати кришталеву фазу (складання молекул під кутом 180^o і побудування в площині в виді гармошки). Молекули щільно упаковані і їм тяжко виявляти гнучкість.

Аморфні полімери мають 3 фізичні стани:

§ Склоподібне - володіє тендітністю і лиш незначно деформується перед руйнуванням;

§ Високоеластичне - при невеликих навантаженнях володіє великою пружною деформацією;

§ В'язкотекуче - під чинністю невеликих зусиль виявляє необоротну пластичну деформацію.

При зміні температури лінійні полімери знов минають крізь всіх перераховані стадії.

IV.1.3.1.Г. Склад полімерних ланцюгів.

По хімічному складу лінійні полімери можна поділити на ОРГАНІЧНІ і НЕОРГАНІЧНІ.

§ ОРГАНІЧНІ - високомолекулярні сполучення у яких головний ланцюг складається з С; CO; CN; CS; CP.

§ ЕЛЕМЕНТООРГАНІЧНІ - полімери, головний ланцюг яких не складається з атомів С, але обрамлені органічними групами (поліорганосилоксани).

IV.1.3.1.Д. Електричні властивості.

Всі хімічні зв'язки в тому або іншому ступені полярні із-за відмінності електронегативних атомів. Сумарний дипольний момент окремих зв'язків. Речовини з несиметричним побудованими ланків полімерних молекул володіють гігроскопічністю і низькими електричними характеристиками. Високомолекулярні вуглеводи з симетрично побудованими молекулами практичні неполярні і негігроскопічні tgδ => 0.

IV.1.3.1.Е. Нагрівостійкість.

Більшість полімерів працюють при температурах t<100С^о, однак промисловістю виробляються нагрівостійкі полімери що мають у складі: фтор; кремнійорганічні; та речовини, що мають поліімідні хімічні речовини.

ІV.1.3.2. Лінійні полімери

IV.1.3.2.А. Неполярні матеріали tgδ => min.

НЕПОЛЯРНІ матеріали - це ті, у яких мономері ланки не володіють дипольним моментом. Їхня діелектрична проникність визначається електронною поляризацією. Лінійні полімери мають 2 види релаксаційних втрат:

§ Дипольно - сигментальні [відбивають специфічні форми термальних коливань, притаманних високомолекулярними речовинам];

§ Дипольно - групові [зумовлені обертанням малих полярних груп, що містяться в бокових гілках макромолекули].

Неполярні речовини чутливі до полярних домішок (СО) - окислення С, тому із ними проводять ретельне очищення. При цьому втрати досягають значення tgδ = 10^-4. З цих матеріалів роблять також плівки з Епр=200-250 МВ/м

До цих матеріалів відносні: ПОЛІЕТИЛЕН; ПОЛІСТИРОЛ; ФТОРОПЛАСТ-4 і. т. ін.

Властивості розглянутих матеріалів:

ПОЛІЕТИЛЕН - [CH₂=CH₂] одержується полімеризацією газу ЕТИЛЕНУ в присутності каталізатора H₂. Його одержують трьох видів:

§ ВИСОКОГО [1500 Атм] тиску при t⁰С =200 ⁰С;

§ СЕРЕДНЬОГО[40 Атм] тиску при t⁰С =160 ⁰С;

§ НИЗЬКОГО [>5 Атм] тиску при t⁰С =70 ⁰С.

Основні характеристики:

rv=10¹⁵ Ом*м; ε =2.4; tgδ = 2*10^-4... 5*10^-4; Епр = 40...150 МВ/м; t⁰Сраб=130⁰С.

ПОЛІСТИРОЛ -|С₉Н₈|n одержується полімеризацією газу СТИРОЛУ. n=6000-коефіцієнт полімеризації. Для покращення фізичних та хімічних властивостей до нього додають ІНГИБИТОРИ (уповільнювачі) і каучук для зниження тендітності. Матеріал схилений до розтріскування. Випускається в виді: листів; пластин; СУСПЕНЗІЇ - в виді гранул; ЕМУЛЬСІЇ - в виді порошку.

Основні характеристики:

rv=10¹⁶Om*m; ε =2.6; tgδ =(2...4)*10^-4; Епр=110 МВ/м; t⁰Сраб=80⁰С.

ФТОРОПЛАСТ - 4 (політетрафторетилен) [F₂C=CF₂] - одержують полімеризацією тетрафторетилену. Винятково хімічні стійкий (вище ніж у Au і Pt разом). Сірого або білого кольору. Інколи переробляється як пластмаса для отримання фасонних виробів. Використовується в якості покриття на вироби які працюють в агресивних середах. Дуже дорогий і складний в виготовленні. В тих випадках коли необхідно покрити поверхню спеціальною речовиною, поверхню обробляють, одержуючи губчасту структуру. При t⁰С =400⁰С політетрафторетилен розчинюється з виділенням F-фтору, володіє малою радіаційною стійкістю.

IV.1.3.2.Б. Полярні матеріали tgδ => max.

ПОЛЯРНІ матеріали - речовини ланки яких володіють дипольними моментами і із-за асиметрії будівлі молекул. В них сильно вражена (дипольно - релаксаційна поляризація).

До них відносяться: ПОЛІВІНІЛХЛОРИД; ПОЛІЕТЕЛЕНТЕРЕФТАЛАТ;

ПОЛІМЕТАКРІЛАТ; ПОЛІАМІДНІ СМОЛИ; и тд.

Основні характеристики:

ε =3 - 6; rv = 10¹¹-10¹⁴ Ом/м; tgδ = 0.01 - 0.06; Eпр = 15-50 МВ/м.

ПОЛІВІНІЛХЛОРИД - (CH₂С_l3)n - одержують полімеризацією вінілхлориду. З-за сильних полярних молекулярних зв'язків він жорсткий і не гнеться. Для надання йому еластичності до нього додають пластифікатори, що розсовують молекулярні ланцюга і послаблюють взаємодію між ними.

ПОЛІЕТЕЛЕНТЕРЕФТАЛАТ - лавсан, полімер отриманий з етиленгліколю і терефталієвої кислоти.

| ___ |

| / \ |

| - СН - СН - О - С - - - - С - О - СН - СН - |

| || \___/ || |

| О О | n

C₆Н₄ (СООН)₂ Молекулярна маса n=30000

Застосовується для виготовлення плівок і волокон і ін.

ПОЛІАМІДНІ смоли - ТЕРМОПЛАСТИЧНІ речовини що володіють високої механічної тривкістю і еластичністю. Розчинені тільки в крезолі і фенолі.

| |

|- C₆H₄ - CO - NH -|

| |n

ПОЛІАМІДНІ полімери - мають ланцюгові молекули, які утворені по 4 - 8 раз групами - СН₂ -, що повторюються і пептідними групами - СО - NH -. Володіють надто високою механічною тривкістю і еластичністю. Застосовуються для виготовлення синтетичних волокон гнучких плівок і пластмаси.

Матеріали даної групи.

КАПРОН - відносно висока гігроскопічність, легка деформація під чинністю t⁰С,

t⁰С роб=220⁰С

| |

| - (С₂Н₆) - СО - N₂H₅ - |

| |n