Тепловые свойства диэлектриков
Нагревостойкость. Способность диэлектрика выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств. В зависимости от значений допустимых в эксплуатации температур диэлектрики различают по классам нагревостойкости. Нагревостойкость неорганических диэлектриков определяют, как правило, по началу существенного изменения электрических свойств, например, по заметному росту tg δ или снижению удельного электрического сопротивления. Нагревостойкость оценивают соответствующими значениями температуры, при которой появились эти изменения. Нагревостойкость органических диэлектриков часто определяют по началу механических деформаций растяжения или изгиба, погружению иглы в материал под давлением при нагреве ( метод Мартенса, способ кольца и шара и др.). Однако и для них возможно определение нагревостойкости по электрическим характеристикам.
Температура вспышки называют температуру жидкости, при нагреве до которой смесь паров ее с воздухом вспыхивает при поднесении к ней небольшого пламени. Температура воспламенения – еще более высокая температура, при которой при поднесении испытуемая жидкость загорается. Эти характеристики важны для оценки трансформаторного масла и растворителей, применяемых в производстве электроизоляционных лаков.
Наивысшая допустимая рабочая температура определяется на основании тщательного изучения кратковременной и длительной нагревостойкости материала с учетом коэффициента запаса, зависящего от условий эксплуатации, необходимой степени надежности и срока службы изоляции.
Необратимое ухудшение качества изоляции лишь при длительном воздействии повышенной температуры вследствие медленно протекающих химических процессов называется тепловым старением изоляции. Старение может проявляться, например, у лаковых пленок и целлюлозных материалов в виде повышения твердости и хрупкости, образования трещин и др.
Помимо температуры существенное влияние на скорость старения могут оказать изменение давления воздуха или концентрации кислорода, присутствие озона, являющегося более сильным окислителем, чем кислород, а также различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих старение. Тепловое старение ускоряется под действием ультрафиолетовых лучей, электрического поля, механических нагрузок и т.н..
Возможность повышения рабочей температуры изоляции для практики чрезвычайно важна. С вопросами о допустимой температуре тесно связаны меры пожарной безопасности и взрывобезопасности. В электрических печах и нагревательных приборах, в электросварочной аппаратуре, в осветительных устройствах, электронных и ионных приборах значительной мощности высокая рабочая температура электрической изоляции определяется особенностями работы всего устройства.
ГОСТ 8865 предусматривает разделение электроизоляционных материалов на класы нагревостойкости, для которых фиксируются наибольшие допустимые рабочие температуры при использовании этих материалов в электрооборудовании общего применения, длительно (в течение нескольких лет) работающего в нормальных для данного вида электрооборудования эксплуатационных условиях.
Классы нагревостойкости с (наибольшей допустимой рабочей температурой °С) : Y(90), A(105), E(120), B(130), F(155), H(180), C(>180)/
При указанных температурах обеспечиваются технико-экономические целесообразные сроки службы электрооборудования.
Нагревостойкость изоляционных материалов:
1 - Y – Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, органических пластмасс, ПВХ, каучука.
2 – А – Волокнистые материалы, пропитанные масляно-смоляными и др. лаками. Эмалированные провода и ПВАцетат. лаках.
3 – Е – Синтетические волокна, слоистые пластики на термореактивном связующем.
4 – В – На основе слюды, асбеста, стекловолокна в сочетании с органическими связующими.
5 – F – Те же материалы в сочетании с синтетическими связующими.
6 – Н – Кремнийорганические, эластомеры.
7 – С – Фторфлогопит, керамика, стекло, неорганические материалы.
Повышение нагревостойкости чрезвычайно важно – дает возможность повысить мощность при меньших габаритах установки.
Холодостойкость – способность изоляции выдерживать воздействие низких температур (от – 60 до – 70 °С) без недопустимого ухудшения её свойств. При низких температурах электрические свойства изоляции улучшаются, но гибкие при нормальных температурах становятся хрупкими.
Теплопроводность – перенос теплоты от более нагретых к менее нагретым, приводящем к выравниванию температуры. Теплопроводность материалов характеризуется коэффициентом теплопроводности γт ( Вт/ м К°) из уравнения Фурье ( Н20 – 0,58 ; фарфор – 1,0; Аl203 – 30).
∆Р = γт dT / dl ∆S , где ∆Р – мощность теплового потока
Тепловое расширение - оценивают коэффициентом линейного расширения :
ТКl = dl = 1/l dl/dt K-1 ( фарфор – 3,5 106 К-1, эпоксидная смола – 55 106 К-1).
Материалы с малым ТКЛ имеют большую нагревостойкость и наоборот.
Органические диэлектрики имеют ТКЛ намного более ТКЛ неорганических диэлектриков.