Другие электроизоляционные материалы

 Комментарии к рис. 4.31

Воскообразные диэлектрики представляют смесь предельных алифатических углеводородов. Имеют отчетливо выраженное кристаллическое строение, малую гигроскопичность, малую гигроскопичность, низкие температуру плавления и механическую прочность и большую усадку. Используют при изготовлении конденсаторов на постоянное напряжение до 1000 В и переменное – до 300 В, а также в кабельном производстве.

Парафин – неполярный диэлектрики, по химическому строению и электрическим свойствам подобен нефтяным электроизоляционным маслам и полиэтиленам. Основные свойства: e = 2.1 – 2.2; r = 10¹³ – 10¹⁶ Ом·м; tgd = (3-7)·10^-4; Е_пр = 20 – 30 кВ/мм. Парафин растворяется в бензине, бензоле, нефтяных маслах, обладает очень низкой гигроскопичностью.

Церезин получают из озокерита, представляющего собой продукт естественного перерождения нефти в условиях доступа воздуха. В сравнении с парафином при застывании дает меньшую усадку, Т _пл= 65-80ºС. Используется в производстве конденсаторов.

Вазелин – это смесь твердых и жидких предельных углеводородов, которые получают из нефти. Как по химическому строению, так и по электрическим свойствам вазелин подобен парафину.

Минеральные диэлектрики (мрамор, тальк, мел) имеют ограниченное применение из-за низких электроизоляционных свойств.

Мрамор – минерал зернисто-кристаллического строения, состоящий в основном из карбоната кальция. Стоек к действию воды, щелочей, масел, органических растворителей, но растворяется в кислотах. Малостоек к термоударам. Для повышения влагостойкости пропитывает парафином, стиролом, битумами.

Тальк – минерал белого цвета, очень мягкий. Температура плавления – 1200-1600ºС, обладает высокой кислотостойкостью. Применяется для изготовления высоковольтной стеатитовой керамики и в качестве наполнителя для кабельных резин.

Асбест – минерал волокнистого строения, волокна которого представляют агрегаты тончайших кристаллитов, нагревостойкий материал, с

невысокими электроизоляционными свойствами, достаточно эластичный, с высокой механической прочностью, обладает прядильной способностью. Растворяется в кислотах, гигроскопичен. Материалы на его основе – асбестоцемент (неоганическая пластмасса, наполнитель – асбест), электронит (пластмасса, наполнитель – асбест, связующее - каучук).

Неорганические материалы

Стёкла

Комментарии к рис.4.32

Стёкла- аморфные вещества, получаемые в результате переохлаждения расплава, приобретающие в результате постепенного увеличение вязкости механические свойства твердых тел, причём этот процесс перехода из жидкого состояния в твердое является обратимым. Прозрачные, аморфные неорганические материалы. Исходное сырье - кварцевый песок, сода, мел, доломит и т.д. Не имеют резко выраженной температуры плавления. ε = 3,8-16,2.; tg δ = 0.0003 - 0.01. Е,,_р=35-50кВ/мм.

По химическому составу стёкла делятся на оксидные(на основе ), галогенидные (на основе галогенидов [ ]) ихалькогенидные (на основе сульфидов, теллуридов, селенидов [ ]).

Оксидные стёкла по виду оксида-стеклообразователя делятся на силикатные, германатные, боратные, фосфатные. По содержанию щелочных оксидов стёкла делятся на безщелочные (могут содержать щелочно-земельные оксиды), малощелочные и многощелочные.

Бесщелочные стекла - это чисто кварцевое стекло. Имеет очень высокие электрические характеристики (Е_пр=S-44кВ/мм), стойкость к влаге, очень малый коэффициент температурного расширения, исключительно высокую термостойкость. Изготовляют небольшие изоляторы, стеклянное волокно для стеклотканей. Дорогое, т.к. температура плавления = 2000°С.

Щелочные стекласравнительно легкоплавкие (1350°С). Электрические характеристики низкие, низкая термостойкость. Оконное, посудное стекло.

Щелочные с содержанием тяжелых оксидовс повышенными электрическими характеристиками. Применяются для изготовления конденсаторов и др.

Малощелочныеприменяют для изготовления изоляторов высокого напряжения. Мех прочность закаленных стеклянных изоляторов в 2-3 раза выше, чем фарфоровых. Стеклянные изоляторы малых габаритов (10кВ и др.) изготовляют не из закаленного, а из отожженного стекла.

В зависимости от назначения стёкла можно разделить на следующие основные виды. Конденсаторные - применяются в высокочастотных устройствах в качестве диэлектрика конденсатора. Эти стёкла должны обладать высокой диэлектрической проницаемостью и малыми диэлектрическими потерями. Установочные стёкла служат для изготовления изоляторов.Ламповыестёкла, применяются для изготовления баллонов ламп и ножек осветительных ламп. Они должны хорошо спаиваться с металлом. Стекла с наполнителем – микалекс – твердый материал с большим содержанием наполнителя (слюды) и с легкоплавким стеклом в качестве связующего.

Стеклоэмали– стёкла, наносимые тонким слоем на поверхность металлических и других предметов с целью защиты от коррозии, придания определенной окраски и улучшения внешнего вида, создания отражающей поверхности (эмалированная посуда, абажуры, рефлекторы). В электротехнике эмали используются для покрытия трубчатых резисторов, в электроаппаратостроении для получения прочного и нагревостойкого электроизоляционного покрытия на металле.

Стекловолокно получают из расплава стекла. Расплавленная масса выдавливается через фильеры диаметром 1 мм и в горячем виде вытягивается в тонкое волокно толщиной несколько микрометров. Стекловолокно применяется для изготовления стеклотканей, отличающихся высокими электроизоляционными свойствами, нагревостойкостью, механической прочностью, малой гигроскопичностью. Недостаток стеклоткани – высокая хрупкость, низкая стойкость к истиранию и изгибу и малое значение относительного удлинения при разрыве (2÷3%).

Ситаллы -материал на основе стекла, получаемый путем специальной термообработки, приводящей к кристаллизации изделий. Имеют более высокие электрические параметры. Могут быть получены с повышенной механической прочностью, стойкостью к температурным колебаниям, высокой химической стойкостью. Диэлектрическая проницаемость может быть доведена до 2000, tg δ до 1^-4 и т.д. Хорошо шлифуются. Интервал раб температур от - 50° до + 700°. Применяются в качестве изоляторов в радиоэлектронике. В ряде случаев могут быть использованы шлакоситаллы, в качестве основного сырья используется шлак. Дешевле ситалла.

Световоды представляют собой световедущие жилы из оптического стекла с высоким коэффициентом преломления света в изоляционной оболочке с меньшим показателем преломления света. Световоды широко применяются для передачи различной информации в вычислительной технике, телевидении. Волокно состоит из сердечника, образованного легированным кварцевым стеклом, окруженного отражающей оболочкой из чистого кварцевого стекла. Слои акрилата защищают волокно и предохраняют от проникновения влаги и агрессивных химических соединений. Чистота и различные оптические свойства отражающей оболочки и сердечника позволяют направлять свет по волокну на расстояние, превышающее 300 км без усиления.

В большой энергетике находит применение кабель оптический, встроенный в грозозащитный трос для подвески на опорах воздушных линий электропередачи. Его отличительные особенности - способность выдерживать высокие механические и электрические нагрузки; защита от коррозии; высокая молниестойкость; высокая стойкость к пляске и вибрации; минимальный крутящий момент при монтаже и эксплуатации; диапазон рабочей температуры: -60°..+70°С; длительный срок службы.

Слюда и слюдяные матералы

Комментарии к рис. 4.33

Слюда– природный минеральный электроизоляционный материал, обладает высокой электрической прочностью, высокой нагревостойкостью, хорошей гибкостью, влагостойкостью, высокими механическими характеристиками. В качестве электрической изоляции в настоящее время применяют два вида минеральных слюд: мусковит K₂O·3Al₂O₃·6SiO₂·2H₂O и флогопит K₂O·6MgO·Al₂O₃·6SiO₂·2H₂O, кроме того в состав слюды могут входить другие химические элементы, изменяющие ее свойства. Помимо природных слюд используются также и синтетические. Применяется слюды в качестве изоляции высоковольтных электрических машин, тяговых электродвигателей, в качестве диэлектрика в некоторых конденсаторах, а также для производства слюдяных материалов.

Ценные качества:

•Высокая электрическая прочность (мусковит 120-190 кВ/мм, флогопит 95­180кВ/мм);

•Нагревостойкость (мусковит до 500°С, флогопит до 800°С); •Влагостойкость;

•Механическая прочность;

•Гибкость.

Флогопитчаще янтарного, золотистого или коричневого цветов.

Слюдяная изоляция имеет высокую химическую стойкость, причем мусковит более стоек, чем флогопит. Сильные кислоты и щелочи действуют на слюду лишь при значительной концентрации, нагревании и длительном контакте. По электрическим свойствам мусковит является одним из лучших электроизоляционных материалов и превосходит флогопит. Мусковит механически более прочен, гибок, тверд и упруг. При нагревании слюды из нее начинает выделяться вода. При этом слюда теряет свою прозрачность, увеличивается ее толщина, ухудшаются электрические и механические свойства.Мусковит– бесцветное вещество, имеет красноватый или зеленоватый оттенок. Синтетическую слюду, называемую фторофлогопитом, получают в процессе расплавления шихты с последующим медленным охлаждением. Синтетическая слюда обладает более высокой нагревостойкостью (до 1000°С), меньшим водопоглощением (0.5-2%) и более высокими электрическии характеристиками. Электрическая прочность в 1,5 раз выше, а tg d в 2 раза  ниже, чем у природных. Основная область применения - внутренняя изоляция электронных ламп и нагревостойкая изоляция специальных электрических машин.

Из-за малой площади листочков щепаной слюды ее используют в виде клееных слюдяных материалов - миканитов и микалент.

Миканиты.

Твердые или гибкие листовые материалы, получаемые склеиванием листочков щепаной слюды с помощью клеящих смол (щелочной, глифталевой и др.) или лаков на их основе.

Все миканиты обозначают марками из двух или трех букв, а иногда и цифр. Первая буква - указывает тип миканита: К - коллекторный, П - прокладочный, Ф - формовочный, Г - гибкий), вторая - вид слюды (М - мусковит, Ф - флогопит, С - смесь), третья - тип связующего: Г глифталевая смола, Ш - шеллачная, К -кремнийорганическая, П- полиэфирная.

Коллекторный миканит - это прессованная слюда флогопит с добавкой небольшого количества связующего вещества, в качестве которого используют лак на основе синтетической смолы. Применяется в электрических машинах для изоляции коллекторных пластин. Прокладочный миканит содержит большее количество связующего вещества по сравнению с коллекторным, обладает меньшей плотностью и более широкими допусками по толщине. Применяется в качестве твердых прокладок в электрических машинах. Гибкий миканит должен формоваться и изгибаться при нормальной температуре. Выпускается в рулонах и листах толщиной 0,15÷0,60 мм. Применяется для междувитковой и пазовой изоляции электрических машин. Жароупорный миканит получают на основе слюды флогопит и нагревостойкого связующего вещества (жидкого стекла, фосфорнокислого аммония). Применяется для изоляции нагревательных приборов.

Гибкий стекломиканитоклеен с одной или двух сторон бесщелочной стеклотканью, которая значительно повышает его гибкость и механическую прочность. Нагревостойкий гибкий стекломиканит (класс Н) изготовляют на кремнйорганическом связующем. Остальные - на масляно-глифталевых или эпоксидно-полиэфирных лаках.

Микафолий отличается от гибкого миканита тем, что он приобретает гибкость только в нагретом состоянии. Его получают наклеиванием одного и более слоев слюды на бумагу или стеклоткань. Применяют для изготовления различных изоляционных шпилек и стержней.

Слюдиниты по сравнению с миканитами более монолитны и однородны по толщине, имеют более высокую рабочую температуру и электрическую прочность. Для изготовления слюдинитов используют слюдинитовую бумагу. Ее получают из отходов слюды мусковит, которые нагревают до температуры 800°С и обрабатывают содой, серной и соляной кислотами. В результате пластинки расслаиваются на более тонкие и образуется пульпа, которая фильтруется и превращается в слюдинитовую бумагу на специальных бумагоделательных машинах. Сферы применения те же, что у миканитов.

Слюдопластовые бумагиобладают более высокой механической прочностью. Оба типа бумаг обладают пористостью и поэтому изоляцию из них применяют после пропитки эл/изоляционными лаками или компаундами. Наиболее перспективные - кремнийорганические лаки.

Микалентарулонный материал, обладающий гибкостью при комнатной температуре. Ее применяют в качестве основной изоляции обмоток (стержней) в генераторах и двигателях высокого напряжения. Е_пр =10-22кВ/мм

Слюдокерамика получается в процессе обжига спрессованной мелкокристаллической слюды (мусковита и фторфлогопита) со связующим компонентом. Применяют в качестве термостойкой изоляции установочных и вакуумплотных деталей, элементов корпусов полупроводниковых приборов и интегральных схем, изоляторов радиоламп.

Прессмика- плотный материал, который получают горячим прессованием измельченной синтетической смолы без связующего компонента. Применяется для изготовления проходных и антенных изоляторов, конденсаторов, работающих при температурах до 400°С.

Микалекс - высококачественный изоляционный материал, негигроскопичен, огнестоек, может быть подвержен сложной техноло­гической обработке и запрессовке металлических стержней. Получают в результате термической обработки и последующего отжига смеси порошкообразной слюды с боратом свинца или легкоплавким борнобариевым стеклом. Применяют для изготовления плат переключателей, панелей малогабаритных воздушных конденсаторов, гребенок катушек индуктивности.