Đặc điểm của vật liệu cách điện
Vật liệu cách điện là vật liệu mà dây dẫn được cách điện. Chúng có: điện trở cao, độ bền điện - khả năng của vật liệu chống lại sự cố thông qua điện áp và tổn thất điện, được đặc trưng bởi tiếp tuyến của góc tổn thất, khả năng chịu nhiệt, được đặc trưng bởi nhiệt độ tối đa cho phép đối với một chất điện môi nhất định trong quá trình sử dụng lâu dài của nó trong các thiết bị điện.
Vật liệu cách điện - Chất điện môi có thể ở thể rắn, lỏng và khí.
Mục đích của vật liệu cách điện trong điện là tạo ra giữa các bộ phận có điện thế khác nhau, chẳng hạn như một môi trường để ngăn dòng điện chạy qua giữa các bộ phận đó.
Phân biệt các đặc tính điện, cơ, lý hóa và nhiệt của điện môi.
Đặc tính điện của chất điện môi
Điện trở khối - điện trở của chất điện môi khi có dòng điện một chiều chạy qua nó. Đối với một điện môi phẳng, nó bằng:
Rv = ρv (d/S), ôm
trong đó ρv - điện trở thể tích riêng của chất điện môi, là điện trở của khối lập phương có cạnh 1 cm, khi có dòng điện một chiều chạy qua hai mặt đối diện của chất điện môi, Ôm-cm, S là diện tích mặt cắt ngang của chất điện môi mà dòng điện đi qua (diện tích của các điện cực ), cm2, e — độ dày của chất điện môi (khoảng cách giữa các điện cực), xem
Điện trở bề mặt điện môi
Điện trở bề mặt - điện trở của chất điện môi khi có dòng điện chạy qua bề mặt của nó. Điện trở này là:
Rs = ρs (l/S), Ôm
trong đó ps - điện trở bề mặt riêng của chất điện môi, là điện trở của một hình vuông (có kích thước bất kỳ) khi dòng điện một chiều đi từ một phía sang phía đối diện của nó, Ohm, l- chiều dài của bề mặt điện môi (theo hướng dòng điện ), cm, C — chiều rộng của bề mặt điện môi (theo phương vuông góc với dòng điện chạy qua), xem
Hằng số điện môi.
Như bạn đã biết, công suất của một tụ điện - một chất điện môi được đóng giữa hai tấm kim loại (điện cực) song song và đối diện là:
C = (ε S) / (4π l), cm,
trong đó ε - hằng số điện môi tương đối của vật liệu, bằng tỷ lệ giữa dung lượng của tụ điện với chất điện môi đã cho với dung lượng của tụ điện có cùng kích thước hình học, nhưng chất điện môi của nó là không khí (hay đúng hơn là chân không); C — diện tích của điện cực tụ điện, cm2, l — độ dày của chất điện môi đóng giữa các điện cực, xem
góc mất điện môi
Công suất hao phí trong chất điện môi khi có dòng điện xoay chiều chạy qua là:
Pa = U NS Ia, W
trong đó U là điện áp đặt vào, Ia là thành phần hoạt động của dòng điện chạy qua chất điện môi, A.
Như đã biết: Ia = AzR / tgφ = AzRNS tgδ, A, Azr = U2πfC
trong đó Azp là thành phần phản kháng của dòng điện đi qua chất điện môi, A, C là điện dung của tụ điện, cm, f là tần số của dòng điện, Hz, φ — góc mà vectơ dòng điện đi qua chất điện môi là trước vectơ điện áp đặt vào chất điện môi này, độ, δ — góc bù với φ đến 90° (góc tổn thất điện môi, độ).
Theo cách này, lượng điện năng mất đi được xác định:
Pa = U22πfCtgδ, W
Có tầm quan trọng thực tế lớn là câu hỏi về sự phụ thuộc của tgδ vào độ lớn của điện áp đặt vào (đường cong ion hóa).
Với cách điện đồng nhất, không tách lớp và nứt, tgδ hầu như không phụ thuộc vào độ lớn của điện áp đặt vào; khi có hiện tượng tách lớp và nứt, với điện áp đặt vào tăng, tgδ tăng mạnh do sự ion hóa các khoảng trống chứa trong lớp cách điện.
Phép đo định kỳ tổn thất điện môi (tgδ) và so sánh nó với kết quả của các phép đo trước đó đặc trưng cho tình trạng của lớp cách điện, mức độ và cường độ lão hóa của nó.
Độ bền điện môi
Trong lắp đặt điện, chất điện môi tạo thành lớp cách điện của cuộn dây phải chịu được tác động của điện trường. Cường độ (điện áp) của vải tuyn tăng lên khi điện áp tạo ra trường này tăng lên và khi cường độ trường đạt đến một giá trị tới hạn, chất điện môi sẽ mất đi tính chất cách điện của nó, cái gọi là đánh thủng điện môi.
Điện áp tại đó xảy ra sự cố được gọi là điện áp đánh thủng và cường độ trường tương ứng là cường độ điện môi.
Trị số của cường độ điện môi bằng tỷ số của điện áp đánh thủng với độ dày của chất điện môi tại điểm đánh thủng:
Epr = UNHC/l, kV/mm,
trong đó Upr - điện áp đánh thủng, kV, l - độ dày cách điện tại điểm đánh thủng, mm.
vật liệu cách điện
Đặc tính hóa lý của điện môi
Ngoài các đặc tính điện, các đặc tính hóa lý sau đây của chất điện môi được phân biệt.
Chỉ số axit — chỉ định lượng (mg) kali hydroxit (KOH) cần thiết để trung hòa các axit tự do có trong chất điện môi lỏng và làm suy giảm các đặc tính cách điện của nó.
Độ nhớt - xác định mức độ lưu động của chất điện môi lỏng, xác định khả năng xuyên thấu của vecni khi tẩm dây quấn, cũng như sự đối lưu của dầu trong máy biến áp, v.v.
Họ phân biệt độ nhớt động học, được đo bằng nhớt kế mao quản (ống thủy tinh hình chữ U) và cái gọi là độ nhớt có điều kiện, được xác định bằng vận tốc của dòng chất lỏng từ một lỗ được hiệu chuẩn trong một phễu đặc biệt. Đơn vị của độ nhớt động học là Stokes (st).
Độ nhớt có điều kiện được đo bằng độ Engler.
Khả năng chịu nhiệt — khả năng của vật liệu thực hiện các chức năng của nó khi tiếp xúc với nhiệt độ vận hành trong một thời gian tương đương với khoảng thời gian hoạt động bình thường ước tính của thiết bị điện.
Dưới ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt, quá trình lão hóa nhiệt của vật liệu cách điện xảy ra, do đó lớp cách điện không còn đáp ứng các yêu cầu đặt ra đối với nó.
Lớp chịu nhiệt của vật liệu cách điện (GOST 8865-70).Chữ cái biểu thị loại khả năng chịu nhiệt và các số trong ngoặc - nhiệt độ, ° C
Y (90) Vật liệu sợi xenlulô, bông và tơ tự nhiên, không được ngâm tẩm hoặc ngâm trong chất lỏng cách điện A (105) Vật liệu sợi xenlulo, bông hoặc tự nhiên, viscose và tơ tổng hợp, được ngâm tẩm hoặc nhúng trong chất lỏng cách điện D (120) Vật liệu tổng hợp (màng, sợi, nhựa, hợp chất) B (130) Vật liệu mica, amiăng và sợi thủy tinh được sử dụng với chất kết dính và chất thấm hữu cơ F (155) Vật liệu mica, amiăng và sợi thủy tinh kết hợp với chất kết dính tổng hợp và chất ngâm tẩm H (180) ) Vật liệu làm từ mica, amiăng và sợi thủy tinh kết hợp với chất kết dính silicon silicon và các hợp chất ngâm tẩm C (trên 180) Mica, vật liệu gốm, thủy tinh, thạch anh hoặc sự kết hợp của chúng không có chất kết dính hoặc có chất kết dính vô cơ
Điểm hóa mềm tại đó các chất điện môi rắn có trạng thái vô định hình ở trạng thái lạnh (nhựa, nhựa đường) bắt đầu mềm ra. Điểm hóa mềm được xác định khi lớp cách nhiệt nóng được ép ra khỏi vòng hoặc ống bằng quả bóng thép hoặc thủy ngân.
Điểm nhỏ giọt tại đó giọt đầu tiên tách ra và rơi ra khỏi cốc (có lỗ ở đáy có đường kính 3 mm) trong đó vật liệu thử được làm nóng.
Điểm chớp cháy hơi tại đó hỗn hợp hơi chất lỏng cách điện và không khí được đốt cháy bởi ngọn lửa của đầu đốt. Điểm chớp cháy của chất lỏng càng thấp thì độ bay hơi của nó càng lớn.
Chống ẩm, chống hóa chất, chống băng giá và điện môi nhiệt đới - tính ổn định của các đặc tính điện và hóa lý của vật liệu cách điện khi tiếp xúc với độ ẩm, axit hoặc bazơ ở nhiệt độ thấp trong khoảng từ -45 ° đến -60 ° C, như cũng như khí hậu nhiệt đới, được đặc trưng bởi nhiệt độ không khí cao và thay đổi mạnh trong ngày, độ ẩm và ô nhiễm cao, sự hiện diện của nấm mốc, côn trùng và loài gặm nhấm.
Khả năng chống lại điện môi hồ quang và hào quang — điện trở của vật liệu cách điện đối với tác động của ôzôn và nitơ được giải phóng trong quá trình phóng điện im lặng — hào quang, cũng như khả năng chống lại tác động của tia lửa điện và hồ quang ổn định.
Tính chất nhiệt dẻo và nhiệt rắn của chất điện môi
Vật liệu cách điện nhiệt dẻo là những vật liệu ban đầu rắn khi lạnh, mềm ra khi nóng và hòa tan trong dung môi thích hợp. Sau khi làm mát, các vật liệu này đông đặc trở lại. Khi đun nóng nhiều lần, khả năng làm mềm và hòa tan trong dung môi của chúng vẫn còn. Do đó, làm nóng các vật liệu như vậy không gây ra bất kỳ thay đổi nào trong cấu trúc phân tử của chúng.
Ngược lại với chúng, cái gọi là vật liệu nhiệt rắn sau khi xử lý nhiệt ở chế độ thích hợp, chúng cứng lại (nướng). Khi đun nóng nhiều lần, chúng không mềm và không hòa tan trong dung môi, điều này cho thấy những thay đổi không thể đảo ngược trong cấu trúc phân tử của chúng xảy ra trong quá trình đun nóng.
Các đặc tính cơ học của vật liệu cách điện là: độ bền kéo, nén, uốn tĩnh và động, cũng như độ cứng tối đa.