Бумага и картон

Бумаги и картоны – это листовые или рулонные материалы коротковолокнистого строения, состоящие в основном из древесной целлюлозы. Важным преимуществом этих материалов является то, что они производятся из возобновляемого сырья, а именно из древесной массы.

Для удаления примесей, содержащихся в древесине, целлюлозу обрабатывают химическими реагентами. Для писчей бумаги древесину обрабатывают сернистой кислотой H₂SO₃, а для приготовления бумаг для электрической изоляции, упаковочных бумаг используют щелочную обработку. Щелочная целлюлоза не отбеливается, сохраняет желтоватый цвет, обусловленный красящими веществами древесины.

Щелочная целлюлоза дороже сульфитной, однако в ней исходная целлюлоза сохраняет большую молекулярную массу и длину молекул, щелочная бумага имеет более высокую механическую прочность, и более стойкая к тепловому старению. Прочность бумаги сильно зависит от влажности и переувлажненная, так же как и пересушенная бумага, имеют пониженную механическую прочность.

Чем выше плотность бумаги, тем выше как механическая, так и электрическая прочность бумаги. Самые тонкие и прочные бумаги используются для изготовления конденсаторов. Достаточно отметить, что плотность конденсаторных бумаг достигает 1.6 т/м3, т.е. более, чем в 1.5 раза превышает плотность воды. При этом электрическая прочность бумаги толщиной 10 мкм, пропитанной трансформаторным маслом, составляет до 10 КВ/мм.

Кабельная бумага обозначается символами К -кабельная, М - многослойная, В – высоковольтная, У – уплотненная и цифрами от 015 до 240, что обозначает толщину бумаги в микрометрах.

Бумаги марок К и КМ применяются в силовых кабелях до 35кВ, КВ и КВУ 35 кВ и выше, КВМ и КВМУ – 110 кВ и выше.

В бумажной изоляции силового кабеля слабыми местами – очагами развития пробоя являются зазоры между отдельными лентами бумаги.

Пропиточная бумага употребляется для изготовления листового гетинакса.

Конденсаторная бумага – в пропитанном виде она образует диэлектрик бумажных конденсаторов. Так как бумага в конденсаторах работает в пропитанном состоянии, то с практической точки зрения важны формулы, позволяющие определять электроизоляционные свойства пропитанной бумаги исходя из свойств бумаги и пропиточного состава. Приведем формулу Ренне, определяющую диэлектрическую проницаемость пропитанной бумаги:

где ε₁ – диэлектрическая проницаемость пропиточной массы; ε₂ = 6,6 - диэлектрическая проницаемость целлюлозы; x = 1-ρ₁/ ρ₂ – объемное содержание пор в непропитанной бумаге, ρ₁ – плотность сухой непропитанной бумаги, ρ₂ = 1,55 Т/М₃, y – объемная усадка пропиточной массы при ее застывании или отверждении. Например, для случая пропитки жидким диэлектриком, полностью вытесняющим воздух из пор бумаги, получаем y = 0

Картон отличается от бумаги большей толщиной. Выделяют два типа картонов: воздушные (более плотные) и масляные (более рыхлые) предназначенные для работы в маслонаполненных агрегатах.

Электротехнический картон используется в качестве диэлектрических дистанцирующих прокладок, шайб, распорок, в качестве изоляции магнитопроводов, пазовой изоляции вращающихся машин и т.п. Картон, как правило, используется после пропитки трансформаторным маслом. Электрическая прочность пропитанного картона достигает 40-50 кВ/мм. Поскольку она выше прочности трансформаторного масла, для увеличения электрической прочности трансформаторов зачастую устраивают в среде масла специальные барьеры из картона. Маслобарьерная изоляция обычно имеет прочность Е=30-40 кВ/мм. Недостатком картона является гигроскопичность, в результате попадания влаги уменьшается механическая прочность и, резко уменьшается электрическая прочность (в 4 и более раз)