Механические свойства диэлектриков

При эксплуатации электротехнического оборудования электроизоляционные материалы и диэлектрики подвергаются воздействию различных факторов, вредно сказывающихся на свойствах изоляции. Твердые диэлектрики испытывают разрушающее воздействие механических нагрузок. Например, в мощных трансформаторах большие нагрузки возникают под действием электродинамических сил. В некоторых видах электрооборудования на изоляцию воздействуют усилия, вызванные большими ускорениями, вибрацией. Большие механические напряжения могут быть еще более опасны в сочетании с действием высокой напряженности поля. При действии такой комбинированной нагрузки происходит обычно снижение электрической прочности изоляции, что может привести к ее разрушению.

Механические свойства характеризуют способность диэлектрика выдерживать внешние статические и динамические нагрузки без недопустимых изменений первоначальных размеров и формы. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, хрупкость, пластичность, прочность на разрыв, относительное удлинение при разрыве, относительная деформация при сжатии или изгибе.

Для пластмасс важной характеристикой является сопротивление раскалывания.

Свойство материала противостоять деформации при локальном контакте называется твердостью.

Механические свойства гибких материалов (пленок, бумаги, лакотканей) характеризуются таким условным параметром, как стойкость к надрыву.

Относительное удлинение после разрыва δ — отношение приращения длины образца при растяжении к начальной длине ℓ₀ , %,

= ·100,

где ℓ₀— длина образца после разрыва.

Относительным сужением после разрыва ψ называется уменьшение площади поперечного сечения образца, отнесенное к начальному сечению образца, %:

ψ= ·100 ,

где Sк— площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность.

В большинстве случаев при определении твердости электроизоляционных материалов используется статический метод вдавливания индентера - стального полированного шарика диаметром 5 мм в поверхность образца при заданной нагрузке. Твердость определяется глубиной вдавливания шарика по истечении 30 секунд (рис.4.7).

Способность диэлектрика выдерживать динамические механические нагрузки характеризуют ударной вязкостью (предел прочности при ударном изгибе) и стойкостью к вибрации. Прочность на удар определяется как работа, затраченная на излом образца, отнесенная к его сечению. Определяется на маятниковом копре Шарпи (рис.4.8). В таком режиме работают многие узлы электротехнического оборудования, выполненные из пластмасс и слоистых пластиков и других материалов.

А_уд = G(h₁ - h₂)

.

Рис. 4.7. Определение твердости материалов: а – метод определения твердости по Бринелю, б – метод определения твердости по Виккерсу,

в – метод определения твердости по Роквеллу

Удельной ударной вязкостью называется отношение энергии удара

к площади его поперечного сечения

s=А_уд/S.

Стойкость материалов и изделий к вибрациям определяется отсутствием механических повреждений, нарушением герметичности, сохранением в заданных пределах электрических параметров изоляции после воздействия в течение определенного времени вибрации с заданной амплитудой, частотой, температуры.

Для многих электроизоляционных материалов важным параметром является гибкость, которая обеспечивает сохранение высоких механических и электрических параметров изоляции при самых разнообразных механических деформациях.

Для жидких и полужидких электроизоляционных материалов, масел лаков, пропиточных и заливочных компаундов одной из важных характеристик является вязкость– свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Вязкость определяет электрические свойства электроизоляционных материалов.