ВИКОРИСТАННЯ ОСНОВНИХ ДІЕЛЕКТРИКІВ ДЛЯ ІЗОЛЯЦІЇ НА СУДНАХ

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 9Следующая ⇒

Матеріал практичної роботи повністю відповідає кодексу з підготовки і дипломування моряків та несення вахти (Розділ А-ІІІ/6) та IMO MODEL COURSE № 7.08 офіцер-електротехнік та формує наступні компетентності вимоги: «Контроль роботи електричних, електронних установок та систем керування» та «Безпечне використання електричного обладнання».

Мета роботи:Вивчитиосновні властивості суднових ізоляційних матеріалів. Згідно свого варіанту розвʼязати задачі.

Теоретичний матеріал

Старіння діелектриків - погіршення характеристик діелектриків при їхній експлуатації.

Основний механізм старіння діелектриків - вплив часткових розрядів. Справа в тому, що в енергетику на діелектрики діють, як правило, змінні електричні поля. При цьому при дії змінної напруги певної амплітуди в газових або повітряних порах виникають часткові розряди.

Частковий розряд - локальний лавинний розряд у газовій порі діелектрика.

Теплові характеристики матеріалів.До найважливіших теплових властивостей діелектриків ставляться нагрівостійкість, холодостійкість і теплове розширення.

Температура - це поняття, введене для характеристики енергії, яку мають молекули речовини. Для матеріалів уводять кілька характерних температурних крапок, що вказують працездатність і поведінка матеріалів при зміні температури.

Нагрівостійкість - максимальна температура, при якій не зменшується термін служби матеріалу.

По цьому параметру всі матеріали розділені на класи нагрівостійкості згідно таблиці 1.

Табл.1. Класи нагрівостійкості матеріалів.

Позначення класу	Y	A	E	B	F	H	C
Робоча температура, °С	90	105	120	130	155	180	Вище 180

До класу Y відносяться волокнисті матеріали на основі целюлози й шовку (папери, картони, непросочені тканини), якщо вони не просочені спеціальними засобами.

До класу А відносяться ті ж матеріали, захищені зовнішньою ізоляцією, просочені спеціальними лаками. До класу А ставляться ізоляція емаль-проводів на масляно-смоляних лаках.

До класу Е відносяться пластмаси з органічним наповнювачем, такі як текстоліт, гетинакс.

До класів Y, А, Е відносяться в основному органічні електроізоляційні матеріали.

У клас У входять матеріали з більшим змістом неорганічних компонентів, наприклад азбестові матеріали з органічними просоченнями.

До класів F, Н належать вироби зі скловолокна з епоксидними або кремнійорганічними наповнювачами.

Клас С утворюють чисто неорганічні матеріали: слюда, кварц, азбест і т.п.

Теплостійкість - температура, при якій відбувається погіршення характеристик при короткочаснім її досягненні.

Термостійкість - температура, при якій відбуваються хімічні зміни матеріалу.

Морозостійкість - здатність працювати при знижених температурах (цей параметр важливий для гум).

Погіршення ізоляційних властивостей може відбуватися при тривалій дії щодо невеликих температур. Підвищення швидкості хімічних реакцій в ізоляції викликає теплове старіння ізоляції. Старіння ізоляції проявляється у вигляді підвищення твердості й крихкості, утвору тріщин, зниженні електричної міцності. У середньому підвищення температури на кожні 10 градусів зменшує тривалість старіння ізоляції вдвічі. На швидкість старіння істотний вплив виявляє наявність підвищеної концентрації кисню, озону або хімічно активних реагентів, вплив прямих сонячних променів. З питаннями припустимої температури тісно зв'язані заходи пожежної безпеки й вибухобезпечності встаткування.

При роботі декількох матеріалів в умовах механічного контакту необхідно враховувати теплове розширення діелектриків, яке оцінюють температурним коефіцієнтом лінійного розширення. Органічні діелектрики мають різко підвищені ТКЛР у порівнянні з неорганічними.

Механічні характеристики матеріалів.Більшість електротехнічних матеріалів виконує кілька функцій, у тому числі й функції конструкційних матеріалів. Тому часто для електротехнічних матеріалів знати числові значення міцності на розрив, стиск, вигин. Багато матеріалів мають підвищену крихкість, тобто легко руйнуються динамічними навантаженнями. Для рідких діелектриків – масел, лаків важливою механічною характеристикою є в'язкість.

Вологостійкість діелектриків. У першу чергу вплив підвищеної вологості повітря відбивається на зменшенні поверхневого опору діелектриків. Це пов'язане з появою на їхній поверхні великих водяних крапель і плівок. Здатність діелектриків змочуватися водою характеризується крайовим кутом змочування Θ краплі води, нанесеної на плоску поверхню – показати на малюнку. Чим менше Θ – тем сильніше змочування, для поверхонь, що змочуються, Θ <°90 С, для, що змочуються - Θ >°90, рис.2.

Рис.2. Змочувані та незмочувані поверхні

При наявності в діелектрику об'ємної пористості або при нещільній структурі волога попадає й усередину матеріалу.

Для захисту поверхні електроізоляційних деталей від дії атмосферної вологості їх покривають спеціальними лаками, що не змочуються водою.

Діелектрик, поміщений у середовище з деяким іншим рівнем вологості, протягом деякого часу досягає рівноважний із середовищем стану в результаті процесів зволоження або сушіння. Для волокнистих діелектриків установлюється кондиційна вологість, відповідна до рівноважної вологості матеріалу, якщо він перебуває в повітрі в нормальних умовах. Наприклад, для кабельного паперу кондиційна вологість установлюється рівної 8%. На гігроскопічність матеріалу найважливіший вплив виявляє будова матеріалу і його хімічний склад. Сильно пористі матеріали, природно, більш гігроскопічні, чому матеріали щільної будови. Для ілюстрації приведемо відомості про розміри пор ( в ангстремах, 10^-10 м) для деяких матеріалів, табл.2.

Табл.2. Розміри пор у діелектриках.

Макропори в кераміку	10³ – 10⁶
Капіляри у волокнах целюлози	1000
Пори в стінках волокна	10-100
Міжмолекулярні пори	10-50
Внутрішнмолекулярні пори	До 10

Для порівняння вкажемо, що ефективний діаметр молекули води рівний приблизно 3 ангстрема. Тому уникнути гігроскопічності матеріалів, особливо органічних, з великими молекулами, практично неможливо.

Кількість поглиненої діелектриком води не повністю відбиває ступінь зміни властивостей матеріалу при зволоженні. Якщо поглинена волога утворює подовжені нитки або плівки, які можуть пронизувати міжелектродний проміжок, то навіть незначна кількість вологи приводить до різкого зниження електричної міцності ізоляції. Якщо ж вода розподіляється за обсягом матеріалу рівномірно, то вплив вологи буде менш істотним.

Найбільш помітне падіння електричної міцності має місце для діелектриків, що містять розчинні у воді домішки, що створюють електроліти з високою питомою провідністю.

Ще один ефект. При зволоженні діелектрика в ньому значно збільшуються діелектричні втрати в зміннім електричнім полі, що приводить до додаткового нагрівання ізоляції, але може приводити й до додаткового просушування ізоляції.

Задача1:

Конденсатор з діелектриком, що мають втрати які характеризуються тангенсом кута діелектричних втрат , при експлуатації на змінному струмі (змінному сигналі) на електричних схемах представляють послідовними або паралельними схемами заміщення.

Визначити співвідношення між параметрами паралельної і послідовної схем заміщення: і , і , вважаючи відомим.

При умові , (випадок доброякісного діелектрика конденсатора) і заданих значеннях напруги та частоти змінного сигналу, що подається на конденсатор, вивести вираз для активної потужності, що розсіюється в діелектрику конденсатора (потужність втрат) для обох схем заміщення.