В качестве жидких диэлектриков используют минеральные нефтяные масла и синтетические жидкости.
Диэлектрические материалы
Для нормальной и безопасной работы токоведущие части электрического оборудования должны быть изолированы друг от друга. Изоляция обеспечивается специальными диэлектрическими материалами (диэлектриками). Диэлектрики практически не проводят электрический ток. Они защищают проводники от механических повреждений, влаги и воздуха.
Если к диэлектрику приложить напряжение, превышающее предельно допустимое, он начнет проводить электрический ток. Это явление называется пробоем диэлектрика, а напряжение, при котором происходит пробой, — пробивным. Способность диэлектрика сопротивляться пробою характеризует его электрическую прочность.
Пробой может произойти в результате нагрева диэлектрика и его термического разрушения. В месте пробоя образуется канал, имеющий повышенную проводимость.
Кроме этого, диэлектрики должны обладать высоким удельным электрическим сопротивлением, иметь небольшую величину диэлектрических потерь, обладать морозо- и влагостойкостью, химической стойкостью и определенными механическими свойствами.
По агрегатному состоянию диэлектрики подразделяются на газообразные, жидкие, твердеющие и твердые.
К газообразным диэлектрикам относятся воздух и все газы. Наиболее важным свойством газов является их способность восстанавливать электрическую прочность после разряда.
Воздух, азот и другие газы используют в качестве диэлектриков в газонаполненных конденсаторах, воздушных выключателях высокого напряжения и других электрических устройствах.
Воздух окружает различные электрические установки, их детали и узлы. Он является основным изолирующим материалом в воздушных конденсаторах, на участках воздушных линий электропередачи. Его электрическая прочность ? =3—5 кВ/мм. К недостаткам воздуха относятся зависимость его электрической прочности от давления и относительной влажности; довольно высокая химическая активность, так как он содержит кислород; низкая теплопроводность и способность поддерживать горение. Чаще всего воздух является вспомогательным диэлектриком, окружающим детали и узлы электрических машин и аппаратов.
Азот менее химически активен, чем воздух, не реагирует с металлами при комнатной температуре, за исключением лития.
По сравнению с воздухом наибольшую электрическую прочность имеют фреон, элегаз (шестифтористая сера), углекислый газ. Для заполнения электровакуумных приборов и ламп применяют инертные газы: аргон, неон, гелий и др.
В качестве жидких диэлектриков используют минеральные нефтяные масла и синтетические жидкости.
Нефтяные масла по назначению подразделяются на трансформаторные, кабельные и конденсаторные. Трансформаторное масло заливают в силовые трансформаторы и высоковольтные выключатели. Электрическая прочность масла Епр = 25 кВ/мм. В трансформаторах масло играет роль изолирующей и теплоотводящей среды.
В высоковольтных выключателях еще гасит электрическую дугу, возникающую при размыкании контактов. Кабельное масло отличается от трансформаторного повышенной вязкостью, а от конденсаторного — пониженными электрическими свойствами. Кабельное масло входит в состав компаундов для пропитки изоляции силовых кабелей. В качестве вязкой пропитки бумажной изоляции кабелей применяют масляно-канифольные или синтетические нестекающие составы повышенной вязкости. Конденсаторное масло применяют для пропитки изоляции в бумажных и пленочных конденсаторах, что позволяет уменьшить их габаритные размеры, массу и стоимость. Конденсаторное масло более чистое от примесей, чем трансформаторное и кабельное. К недостаткам нефтяных масел относятся пожаро- и взрывоопасность, склонность к старению под действием кислорода воздуха, высокой температуры и солнечного света. Процессу старения масла способствует его контакт с лаковой изоляцией и металлами (особенно с медью). Нефтяное масло гигроскопично, что понижает его электрическую прочность. Эти недостатки отсутствуют у синтетических жидких диэлектриков. Синтетические жидкие диэлектрики обеспечивают длительную и надежную работу высоковольтных электрических аппаратов при повышенных тепловых нагрузках, в пожаро- и взрывоопасной среде. К ним относятся хлорированные углеводороды (совол и сев- тол-10). Они мало подвержены старению, негигроскопичны, невзрывоопасны, но токсичные и дорогостоящие. Совол — бесцветная вязкая жидкость, применяется взамен конденсаторного масла для пропитки низковольтных бумажных конденсаторов с повышенной емкостью. Электрическая прочность совола ?пр= 18 кВ/мм. Севтол-10 — негорючая жидкость, с повышенной температурой застывания. Севтол-10 получают разбавляя совол трихлорбензо- лом. Применяется вместо трансформаторного масла для взрывоопасных трансформаторов.
Синтетическими жидкими диэлектриками являются и кремний- органические жидкости — продукт синтеза кремнистых и углеродных соединений. Кремнийорганические жидкости обладают электрической прочностью Епр= 18—20 кВ/мм, высокой нагревостойко- стью, низкой температурой застывания (—60 °С), химической инертностью и низкой гигроскопичностью. Применяется для пропитки бумажных конденсаторов.
Твердеющие диэлектрики вводятся в изоляцию в жидком состоянии, а затем затвердевают. Классификация твердеющих диэлектриков приведена ниже.
Природные смолы — канифоль, шеллак, битум. Канифоль является составной частью электроизоляционных компаундов, применяемых для пропитки катушек, заливки пустот вокруг обмоток электрических аппаратов. Ее получают термообработкой сока хвойных деревьев. Шеллак — для изготовления шеллачных лаков для склейки слюды. Битумы используют для приготовления специальных составов для заливки кабельных муфт.
Электроизоляционные лаки и эмали на основе пленкообразующих веществ применяются для пропитки обмоток в электрических машинах и аппаратах (пропиточные лаки); для создания на поверхности уже пропитанных обмоток влагостойких и маслостойких лаковых покрытий (покровные лаки); для склеивания электроизоляционных материалов (клеящие лаки).
Компаунды — электроизоляционные составы из нескольких исходных веществ. Они не содержат летучих растворителей, что обеспечивает монолитность компаунда после его отвердевания. По назначению компаунды делятся на пропиточные, заливочные и обмазочные. В исходном состоянии компаунды могут быть жидкими или твердыми. В жидкие компаунды перед употреблением вводят отвердитель, в результате чего они постепенно отвердевают, превращаясь в монолитный твердый диэлектрик. Твердые компаунды предварительно нагревают для получения массы с определенной вязкостью.
Наиболее широкое применение нашли компаунды на основе битумов. Они дешевые, стойкие к воде и обладают хорошими электроизоляционными свойствами, электрической прочностью ?пр= 18—20 кВ/мм. Их используют для пропитки обмоток электрических машин. Кроме этого, используются пропиточные компаунды на основе эпоксидных и полиэфирных смол. Такой состав после полимеризации не размягчается при нагреве, а сама изоляция является термореактивной (в отличие от компаундированной термопластичной изоляции с маслобитумными связующими).