Електротехнічні матеріали, що використовуються в обробному виробництві. Реферат: Електротехнічні матеріали та їх властивості. Лаки та емалі для електричної ізоляції

У статті наводиться інформація про види матеріалів, що застосовуються при виготовленні електродвигунів, генераторів і трансформаторів. Даються короткі технічні характеристикидеяких із них.

Класифікація електротехнічних матеріалів

Матеріали, що застосовуються в електричних машинах, поділяються на три категорії: конструктивні, активні та ізоляційні.

Конструктивні матеріали

застосовуються для виготовлення таких деталей та частин машини, головним призначенням яких є сприйняття та передача механічних навантажень (вали, станини, підшипникові щити та стояки, різні кріпильні деталі тощо). Як конструктивні матеріали в електричних машинах використовуються чавун, кольорові метали та їх сплави, пластмаси. До цих матеріалів пред'являються вимоги, загальні у машинобудуванні.

Активні матеріали

поділяються на провідникові та магнітні та призначаються для виготовлення активних частин машини (обмотки та сердечники магнітопроводів).
Ізоляційні матеріали застосовуються для електричної ізоляції обмоток та інших струмопровідних частин, а також для ізоляції листів електротехнічної сталі один від одного в розшарованих магнітних сердечниках. Окрему групу складають матеріали, у тому числі виготовляються електричні щітки, застосовувані відведення струму з рухомих частин електричних машин.

Нижче надається коротка характеристика активних та ізоляційних матеріалів, що використовуються в електричних машинах.

Провідникові матеріали

Завдяки хорошій електропровідності та відносній дешевизні як в електричних машинах широко застосовується електротехнічна, а останнім часом також рафінований. Порівняльні властивості цих матеріалів наведені в таблиці 1. У ряді випадків обмотки електричних машин виготовляються з мідних та алюмінієвих сплавів, властивості яких змінюються в широких межах залежно від їхнього складу. Мідні сплави використовуються також для виготовлення допоміжних струмопровідних частин (колекторні пластини, контактні кільця, болти тощо). З метою економії кольорових металів або збільшення механічної міцності такі частини іноді виконуються також із сталі.

Таблиця 1

Фізичні властивості міді та алюмінію

Температурний коефіцієнт опору міді за температури ϑ °C

Залежність опору міді від температури використовується визначення підвищення температури обмотки електричної машини під час її роботи у гарячому стані ϑ г над температурою довкілляϑ о. На підставі співвідношення (2) для обчислення перевищення температури

Δϑ = ϑ г - ϑ о

можна отримати формулу

де rг - опір обмотки у гарячому стані; r x- опір обмотки, виміряний у холодному стані, коли температури обмотки та навколишнього середовища однакові; ϑ x- температура обмотки у холодному стані; ϑ о - температура навколишнього середовища під час роботи машини, коли вимірюється опір rм.

Співвідношення (1), (2) і (3) застосовні також для алюмінієвих обмоток, якщо замінити 235 на 245.

Магнітні матеріали

Для виготовлення окремих частин магнітопроводів електричних машин застосовується листова електротехнічна сталь, листова конструкційна сталь, листова сталь та чавун. Чавун внаслідок невисоких магнітних властивостей використовується відносно рідко.

Найбільш важливий клас магнітних матеріалів складають різні сорти листової електротехнічної сталі. Для зменшення втрат і до її складу вводять кремній. Наявність домішок вуглецю, кисню та азоту знижує якість електротехнічної сталі. Великий вплив на якість електротехнічної сталі має технологія її виготовлення. Звичайну листову електротехнічну сталь одержують шляхом гарячої прокатки. В останні роки швидко зростає застосування холоднокатанної текстурованої сталі, магнітні властивості якої при перемагнічуванні вздовж напрямку прокатки значно вищі, ніж у звичайної сталі.

Сортамент електротехнічної сталі та фізичні властивості окремих марок цієї сталі визначаються ГОСТ 21427.0-75.

В електричних машинах застосовуються головним чином електротехнічні сталі марок 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1411, 1412, 1511, 1512, 3411, 3412, 3413, які відповідають 1 Е1, , Е31 , Е32, Е41, Е42, Е310, Е320, Е330 Перша цифра позначає клас сталі за структурним станом та видом прокатки: 1 - гарячекатана ізотропна, 2 - холоднокатана ізотропна, 3 - холоднокатана анізотропна з ребровою текстурою. Друга цифра показує вміст кремнію. Третя цифра вказує групу за основною нормованою характеристикою: 0 - питомі втрати при B= 1,7 T та f= 50 Гц (p 1,7/50), 1 - питомі втрати за B= 1,5 T та частоті f= 50 Гц (p 1,5/50), 2 - питомі втрати за магнітної індукції B= 1,0 T та частоті f= 400 Гц (p 1,0/400), 6 - магнітна індукція у слабких полях при 0,4 А/м ( B 0,4), та 7 - магнітна індукція в середніх магнітних полях при напруженості магнітного поля 10А/м ( B 10). Четверта цифра – порядковий номер. Властивість електротехнічної сталі залежно від вмісту кремнію наведено у таблиці 2

Таблиця 2

Залежність фізичних властивостей електротехнічної сталі від вмісту кремнію

Зі збільшенням вмісту кремнію зростає крихкість сталі. У зв'язку з цим чим менше машина і, отже, чим менші розміризубців та пазів, в які укладаються обмотки, тим важче використовувати сталі з підвищеним та високим ступенем легування. Тому, наприклад, високолегована сталь застосовується головним чином виготовлення трансформаторів і дуже потужних генераторів .

У машинах із частотою струму до 100 Гц зазвичай застосовуються листова електротехнічна сталь товщиною 0,5 мм, інколи ж також, особливо у трансформаторах, сталь товщиною 0,35 мм. При вищих частотах використовується тонша сталь. Розміри листів електротехнічної сталі стандартизовані, причому ширина листів становить 240 – 1000 мм, а довжина 1500 – 2000 мм. Останнім часом розширюється випуск електротехнічної сталі як стрічки, намотуваної на рулони.

Мал. 1. Криві намагнічування феромагнітних матеріалів

1 - електротехнічна сталь 1121, 1311; 2 - електротехнічна сталь 1411, 1511; 3 - маловуглецева лита сталь, сталевий прокат та поковки для електричних машин; 4 - листова сталь завтовшки 1-2 мм для полюсів; 5 - сталь 10; 6 - сталь 30; 7 - холоднокатана електротехнічна сталь 3413; 8 - сірий чавун із вмістом: С – 3,2%, Si 3,27%, Мп – 0,56%, Р – 1,05%; I × А – масштаби по осях I та А; II × Б - масштаби по осях II та Б

На малюнку 1 представлені різні марки сталі та чавуну, а в таблиці 3, згідно з ГОСТ 21427.0-75, - значення питомих втрат pу найпоширеніших марках електротехнічної сталі. Індекс у літери p вказує на індукцію B у теслах (числитель) і частоту f перемагнічування в герцах (знаменник), у яких гарантуються наведені у таблиці 3 значення втрат. Для марок 3411, 3412 та 3413 втрати дані для випадку намагнічування вздовж напрямку прокатки.

Таблиця 3

Питомі втрати електротехнічної сталі

Втрати на вихрові струми залежать від квадрата індукції, а втрати на гістерезис - від індукції в міру, близьку до двох. Тому і загальні втрати сталі з достатньою для практичних цілей точністю вважатимуться залежними від квадрата індукції. Втрати на вихрові струми пропорційні квадрату частоти, але в гістерезис - першого ступеня частоти. При частоті 50 Гц та товщині листів 0,35 - 0,5 мм втрати на гістерезис перевищують втрати на вихрові струми у кілька разів. Залежність загальних втрат сталі від частоти внаслідок цього ближче до першого ступеня частоти. Тому питомі втрати для значень Bі f, відмінних від зазначених у таблиці 3, можна обчислювати за формулами:

(4)

де значення B підставляється теслах (Т).

Наведені в таблиці 3 значення питомих втрат відповідають випадку, коли листи ізольовані один від одного.

Для ізоляції застосовується спеціальний лак або дуже рідко тонкий папір, а також використовується оксидування.

При штампуванні виникає наклеп листів електротехнічної сталі. Крім того, при складанні пакетів сердечників відбувається часткове замикання листів по їх кромках внаслідок появи при штампуванні грата або задирок. Це збільшує втрати сталі в 1,5 - 4,0 разів.

Через наявність між листами стали ізоляції, їх хвилястості та неоднорідності по товщині не весь обсяг спресованого осердя заповнений сталлю. Коефіцієнт заповнення пакета сталлю при ізоляції лаком у середньому становить k c= 0,93 при товщині листів 0,5 мм та k c= 0,90 за 0,35 мм.

Ізоляційні матеріали

До електроізоляційних матеріалів, що застосовуються в електричних машинах, пред'являються такі вимоги: по можливості високі, механічна міцність, нагрівальна стійкість та теплопровідність, а також мала гігроскопічність. Важливо, щоб ізоляція була по можливості тонкою, так як збільшення товщини ізоляції погіршує тепловіддачу і призводить до зменшення коефіцієнта заповнення паза провідниковим матеріалом, що викликає зменшення номінальної потужності машини. У ряді випадків виникають також інші вимоги, наприклад стійкість проти різних мікроорганізмів в умовах вологого тропічного клімату і так далі На практиці всі ці вимоги можуть бути задоволені різною мірою.

Відео 1. Ізоляційні матеріали в електротехніці XVIII – XIX століть.

Ізоляційні матеріали можуть бути тверді, рідкі та газоподібні. Газоподібними зазвичай є повітря і водень, які є по відношенню до машини навколишнє або охолоджувальне середовище і одночасно в ряді випадків відіграють роль електричної ізоляції. Рідкі знаходять застосування головним чином трансформаторобудуванні у вигляді спеціального сорту мінерального масла, званого трансформаторним.

Найбільшого значення в електромашинобудуванні мають тверді ізоляційні матеріали. Їх можна розбити на такі групи: 1) природні органічні волокнисті матеріали - бавовняний папір, матеріали на основі деревної целюлози та шовк; 2) неорганічні матеріали – слюда, скловолокно, азбест; 3) різні синтетичні матеріалиу вигляді смол, плівок, листового матеріалу тощо; 4) різні емалі, лаки та компаунди на основі природних та синтетичних матеріалів.
Останніми роками органічні волокнисті ізоляційні матеріали дедалі більше витісняються синтетичними матеріалами.

Емалі застосовуються для ізоляції проводів і як покривна ізоляція обмоток. Лаки використовуються для склеювання шаруватої ізоляції та просочення обмоток, а також для нанесення покривного захисного шару на ізоляцію. Дво- або триразовим просоченням обмоток лаками, що чергується з просушуванням, досягається заповнення пір в ізоляції, що підвищує теплопровідність та електричну міцність ізоляції, зменшує її гігроскопічність і скріплює елементи ізоляції в механічному відношенні.

Просочення компаундами служить такої ж мети, як і просочення лаками. Різниця полягає тільки в тому, що компаунди не мають летких розчинників, а є дуже консистентною масою, яка при нагріванні розм'якшується, зріджується і здатна під тиском проникати в пори ізоляції. Зважаючи на відсутність розчинників заповнення пір при компаундуванні виходить більш щільним.
Найважливішою характеристикою ізоляційних матеріалів є їх нагрівостійкість, яка вирішально впливає на надійність роботи та термін служби електричних машин. За нагрівальностійкістю, що застосовуються в електричних машинах і апаратах, поділяються, згідно з ГОСТ 8865-70, на сім класів з такими гранично допустимими температурами макс:

У стандартах колишніх років містяться старі позначення деяких класів ізоляції: замість Y, E, F, H відповідно, АВ, ВС, СВ.

До класу Y належать не просочені рідкими діелектриками і не занурені в них волокнисті матеріали з бавовняного паперу, целюлози та шовку, а також ряд синтетичних полімерів (поліетилен, полістирол, полівінілхлорид та ін.). Цей клас ізоляції в електричних машинах застосовується рідко.

Клас A включає волокнисті матеріали з бавовняного паперу, целюлози і шовку, просочені рідкими електроізоляційними матеріалами або занурені в них, ізоляцію емаль-проводів на основі масляних і поліаміднорезольних лаків (капрон), поліамідні плівки, бутилкаучукові та інші матеріали, та деревні шаруваті пластики. Просочуючими речовинами для цього класу ізоляції є трансформаторна олія, масляні та асфальтові лаки та інші речовини з відповідною стійкістю до нагрівання. До цього класу належать різні лакоткані, стрічки, електротехнічний картон, гетинакс, текстоліт та інші ізоляційні вироби. Ізоляція класу A широко застосовується для електричних машин, що обертаються, потужністю до 100 кВт і вище, а також в трансформаторобудуванні.

До класу E відноситься ізоляція емаль-проводів та електрична ізоляція на основі полівінілацеталевих (вініфлекс, металвін), поліуретанових, епоксидних, поліефірних (лавсан) смол та інших синтетичних матеріалів з аналогічною нагрівальністю. Клас ізоляції E включає нові синтетичні матеріали, застосування яких швидко розширюється в машинах малої і середньої потужності (до 10 кВт і вище).

Клас B поєднує ізоляційні матеріали на основі неорганічних діелектриків (слюда, азбест, скловолокно) та клеючих, просочувальних та покривних лаків та смол підвищеної нагрівальностійкості органічного походження, причому вміст органічних речовин за масою не повинен перевищувати 50%. Сюди відносяться насамперед матеріали на основі тонкої щипаної слюди (мікалента, мікафолій, міканіт), які широко застосовуються в електромашинобудуванні.

Останнім часом використовуються також слюдинітові матеріали, в основі яких лежить безперервна стрічка слюдяна з пластинок слюди розмірами до декількох міліметрів і товщиною в кілька мікрон.

До класу B належать також різні синтетичні матеріали: поліефірні смоли на основі фталевого ангідриду, поліхлортрифторетилен (фторопласт-3), деякі поліуретанові смоли, пластмаси з неорганічним заповнювачем та ін.

Ізоляція класу F включає матеріали на основі слюди, азбесту і скловолокна, але із застосуванням органічних лаків і смол, модифікованих кремнійорганічними (поліорганосилоксановими) та іншими смолами з високою нагрівальностійкістю, або ж із застосуванням інших синтетичних смол відповідної нагрівальностійкості (поліефірні) - та терефталевої кислот та ін.). Ізоляція цього класу не повинна містити бавовняного паперу, целюлози та шовку.

До класу H відноситься ізоляція на основі слюди, скловолокна та азбесту в поєднанні з кремнійорганічними (поліорганосилоксановими), поліорганометалосилксановими та іншими нагрівостійкими смолами. Із застосуванням таких смол виготовляються міканіти та слюдініти, а також скломіканіти, скломікафолії, скломікаленти, склослюдініти, склолакоткані та склотекстоліти.

До класу H відноситься і ізоляція на основі політетрафторетилену (фторопласт-4). Матеріали класу H застосовуються в електричних машинах, що працюють у дуже важких умовах (гірська та металургійна промисловість, транспортні установки та ін.).

До класу ізоляції C належать слюда, кварц, скловолокно, скло, порцеляна та інші керамічні матеріали, які застосовуються без органічних сполучних або з неорганічними сполучними.

Під впливом тепла, вібрацій та інших фізико-хімічних факторів відбувається старіння ізоляції, тобто поступова втрата нею механічної міцності та ізолюючих властивостей. Досвідченим шляхом встановлено, що термін служби ізоляції класів A та B знижується вдвічі при підвищенні температури на кожні 8-10° понад 100°C. Аналогічним чином знижується при підвищенні температури термін служби ізоляції інших класів.

Електричні щітки

поділяються на дві групи: 1) вугільно-графітні, графітні та електрографітовані; 2) металографітні. Для виготовлення щіток першої групи використовується сажа, подрібнені природний графіт та антрацит з кам'яновугільною смолою як сполучна. Заготівлі щіток піддаються випалу, режим якого визначає структурну форму графіту у виробі. При високих температурах випалу досягається переведення вуглецю, що знаходиться в сажі та антрациті, у форму графіту, внаслідок чого такий процес випалу називається графітуванням. Щітки другої групи містять також метали (мідь, срібло). Найбільш поширені щітки першої групи.

У таблиці 4 наводяться показники низки марок щіток.

Таблиця 4

Технічні характеристики електричних щіток

ФЕДЕРАЛЬНЕ АГЕНТСТВО З ОСВІТИ

Державний освітній заклад

вищої професійної освіти

Нижегородський державний університетімені М.І.Лобачевського

Четвертий факультет дистанційного навчання

З дисципліни: «Матеріалознавство»

На тему: «Електротехнічні матеріали та їх властивості»

Виконав: студент 3 курсу,

групи 4-43ЕУ16/1

Р.В.Бєлов

м. Нижній Новгород 2011р.

1. Введення

2. Провідникові матеріали

3. Електроізоляційні матеріали

4. Електроізоляційні лаки та емалі

5. Електроізоляційні компаунди

6. Непросочені волокнисті електроізоляційні матеріали

7. Електроізоляційні лаковані тканини (лакотканини)

8. Пластичні маси

9. Шаруваті електроізоляційні пластмаси

10. Намотані електроізоляційні вироби

11. Мінеральні електроізоляційні матеріали

12. Слюдяні електроізоляційні матеріали

13. Слюдинітові електроізоляційні матеріали

14. Слюдопластові електроізоляційні матеріали

15. Електрокерамічні матеріали та скла

16. Магнітні матеріали

17. Електротехнічна листова сталь

18. Пермалої

19. Магнітно-тверді матеріали

20. Феріти

21. Напівпровідникові матеріали та вироби

22. Електровугільні вироби (щітки для електричних машин)

1. Вступ

Електротехнічні матеріали являють собою сукупність провідникових, електроізоляційних, магнітних та напівпровідникових матеріалів, призначених для роботи в електричних та магнітних полях. Сюди ж можна віднести основні електротехнічні вироби: ізолятори, конденсатори, дроти та деякі напівпровідникові елементи. Електротехнічні матеріали у сучасній електротехніці займають одне з основних місць. Всім відомо, що надійність роботи електричних машин, апаратів та електричних установок в основному залежить від якості та правильного виборувідповідних електротехнічних матеріалів. Аналіз аварій електричних машин та апаратів показує, що більшість із них відбувається внаслідок виходу з ладу електроізоляції, що складається з електроізоляційних матеріалів.

Так само важливе значення для електротехніки мають магнітні матеріали. Втрати енергії та габарити електричних машин та трансформаторів визначаються властивостями магнітних матеріалів. Досить значне місце займають в електротехніці напівпровідникові матеріали або напівпровідники. У результаті розробки та вивчення цієї групи матеріалів було створено різні нові прилади, що дозволяють успішно вирішувати деякі проблеми електротехніки.

При раціональному виборіелектроізоляційних, магнітних та інших матеріалів можна створити надійне в експлуатації електрообладнання при малих габаритах та вазі. Для реалізації цих якостей необхідні знання властивостей всіх груп електротехнічних матеріалів.

2. Провідникові матеріали

До цієї групи матеріалів відносяться метали та їх сплави. Чисті метали мають малий питомий опір. Винятком є ​​ртуть, у якої питомий опір досить високий. Сплави також мають високий питомий опір. Чисті метали застосовуються при виготовленні обмотувальних та монтажних проводів, кабелів та ін. Провідникові сплави у вигляді дроту та стрічок використовуються в реостатах, потенціометрах, додаткових опорах тощо.

У підгрупі сплавів з високим питомим опором виділяють групу жаротривких провідникових матеріалів, стійких до окислення при високих температурах. Жаростійкі, або жаростійкі, провідникові сплави застосовуються в електронагрівальних приладах та реостатах. Крім малого питомого опору, чисті метали мають хорошу пластичність, тобто можуть витягуватися в тонкий дріт, стрічки і прокочуватися у фольгу товщиною менше 0,01 мм. Сплави металів мають меншу пластичність, але більш пружні та стійкі механічно. Характерною особливістю всіх металевих провідникових матеріалів є їхня електронна електропровідність. Питомий опір всіх металевих провідників збільшується зі зростанням температури, а також внаслідок механічної обробки, що викликає залишкову деформацію в металі.

Прокатку або волочіння використовують у тому випадку, коли потрібно отримати провідникові матеріали з підвищеною механічною міцністю, наприклад при виготовленні дротів повітряних ліній, тролейних дротів та ін.

3. Електроізоляційні матеріали

Електроізоляційними матеріалами, або діелектриками, називають такі матеріали, за допомогою яких здійснюють ізоляцію, тобто перешкоджають витоку електричного струму між будь-якими струмопровідними частинами, що знаходяться під різними електричними потенціалами. Діелектрики мають дуже великий електричний опір. За хімічним складом діелектрики ділять на органічні та неорганічні. Основним елементом у молекулах всіх органічних діелектриків є вуглець. У неорганічних діелектриках вуглецю немає. Найбільшу нагрівостійкість мають неорганічні діелектрики (слюда, кераміка та ін).

За способом отримання розрізняють природні та синтетичні діелектрики. Синтетичні діелектрики можуть бути створені із заданим комплексом електричних і фізико-хімічних властивостейтому вони широко застосовуються в електротехніці.

За будовою молекул діелектрики ділять на неполярні (нейтральні) та полярні. Нейтральні діелектрики складаються з електрично нейтральних атомів і молекул, які до впливу на них електричного поля не мають електричних властивостей. Нейтральними діелектриками є: поліетилен, фторопласт-4 та ін Серед нейтральних виділяють іонні кристалічні діелектрики (слюда, кварц та ін), в яких кожна пара іонів становить електрично нейтральну частинку. Іони розташовуються у вузлах кристалічних ґрат. Кожен іон знаходиться в коливальному тепловому русі біля центру рівноваги – вузла кристалічних ґрат. Полярні або дипольні діелектрики складаються з полярних молекул-диполів. Останні внаслідок асиметрії своєї будови мають початковий електричний момент ще до на них сили електричного поля. До полярних діелектриків відносяться бакеліт, полівінілхлорид та ін. У порівнянні з нейтральними діелектриками полярні мають вищі значення діелектричної проникності, а також трохи підвищену провідність.

За агрегатним станом діелектрики бувають газоподібними, рідкими та твердими. Найбільшою є група твердих діелектриків. Електричні властивості електроізоляційних матеріалів оцінюють за допомогою величин, які називають електричними характеристиками. До них відносяться: питомий об'ємний опір, питомий поверхневий опір, діелектрична проникність, температурний коефіцієнт діелектричної проникності, тангенс кута діелектричних втрат та електрична міцність матеріалу.

Питомий об'ємний опір - величина, що дозволяє оцінити електричний опір матеріалу при протіканні через нього постійного струму. Величина, обернена питомого об'ємного опору, називається питомою об'ємною провідністю. Питома поверхневий опір - величина, що дозволяє оцінити електричний опір матеріалу при протіканні постійного струму по поверхні між електродами. Величина, обернена питомого поверхневого опору, називається питомою поверхневою провідністю.

Температурний коефіцієнт питомого електричного опору - величина, що визначає зміна питомого опору матеріалу зі зміною температури. З підвищенням температури у всіх діелектриків електричний опір зменшується, отже їх температурний коефіцієнт питомого опору має негативний знак. Діелектрична проникність – величина, що дозволяє оцінити здатність матеріалу створювати електричну ємність. Відносна діелектрична проникність входить у величину абсолютної діелектричної проникності. Температурний коефіцієнт діелектричної проникності - величина, що дозволяє оцінити характер зміни діелектричної проникності, а отже, і ємності ізоляції зі зміною температури. Тангенс кута діелектричних втрат - величина, що визначає втрати потужності в діелектриці, що працює при змінному напрузі.

Електрична міцність – величина, що дозволяє оцінити здатність діелектрика протистояти руйнуванню його електричною напругою. Механічна міцність електроізоляційних та інших матеріалів оцінюється за допомогою наступних характеристик: межа міцності матеріалу при розтягуванні, відносне подовження при розтягуванні, межа міцності матеріалу при стисканні, межа міцності матеріалу при статичному згинанні, питома ударна в'язкість, опір розколюванню.

До фізико-хімічних характеристик діелектриків відносяться: кислотне число, в'язкість, водопоглинання. Кислотне число - це кількість міліграмів їдкого калію, необхідне нейтралізації вільних кислот, які у 1 р діелектрика. Кислотне число визначається у рідких діелектриків, компаундів та лаків. Ця величина дозволяє оцінити кількість вільних кислот у діелектриці, а отже, ступінь їхнього впливу на органічні матеріали. Наявність вільних кислот погіршує електроізоляційні властивості діелектриків. В'язкість, або коефіцієнт внутрішнього тертя, дає можливість оцінити плинність електроізоляційних рідин (масел, лаків та ін.). В'язкість буває кінематичною та умовною. Водопоглинання - це кількість води, поглиненої діелектриком після перебування його в дистильованій воді протягом доби при температурі 20 ° С та вище. Величина водопоглинання вказує на пористість матеріалу та наявність у ньому водорозчинних речовин. Зі збільшенням цього показника електроізоляційні властивості діелектриків погіршуються.

До теплових характеристик діелектриків відносяться: температура плавлення, температура розм'якшення, температура краплі, температура спалаху парів, теплостійкість пластмас, термоеластичність (теплостійкість) лаків, нагрівостійкість, морозостійкість.

Велике застосування в електротехніці отримали плівкові електроізоляційні матеріали, які виготовляються з полімерів. До них відносяться плівки та стрічки. Плівки випускають завтовшки 5-250 мкм, а стрічки - 0,2-3,0 мм. Високополімерні плівки та стрічки відрізняються великою гнучкістю, механічною міцністю та хорошими електроізоляційними властивостями. Полістирольні плівки випускають товщиною 20-100 мкм та шириною 8-250 мм. Товщина поліетиленових плівок зазвичай становить 30-200 мкм, а ширина 230-1500 мм. Плівки з фторопласту-4 виготовляють товщиною 5-40 мкм та шириною 10-200 мм. Також з цього матеріалу випускають неорієнтовані та орієнтовані плівки. Найбільш високими механічними та електричними характеристиками мають орієнтовані фторопластові плівки.

Поліетилентерефталатні (лавсанові) плівки випускають товщиною 25-100 мкм та шириною 50-650 мм. Поліхлорвінілові плівки виготовляють з вініпласту та пластифікованого поліхлорвінілу. Більшою механічною міцністю, але меншою гнучкістю володіють плівки з вініпласту. Плівки з вініпласту мають товщину 100 мкм і більше, а плівки із пластифікованого поліхлорвінілу - 20-200 мкм. Тріацетатцелюлозні (тріацетатні) плівки виготовляють непластифікованими (жорсткими), забарвленими в блакитний колір, слабо пластифікованими (безбарвними) та пластифікованими (забарвленими в синій колір). Останні мають значну гнучкість. Тріацетатні плівки випускають товщиною 25, 40 та 70 мкм та шириною 500 мм. Плівкоелектрокартон - гнучкий електроізоляційний матеріал, що складається з ізоляційного картону, обклеєного з одного боку лавсанової плівкою. Плівкоелектрокартон на лавсановій плівці має товщину 0,27 та 0,32 мм. Його випускають у рулонах шириною 500 мм. Плівкоазбестокартон - гнучкий електроізоляційний матеріал, що складається з плівки лавсанової товщиною 50 мкм, обклеєної з двох сторін азбестовим папером товщиною 0,12 мм. Плівкоазбестокартон випускають у листах 400 х 400 мм (не менше) завтовшки 0,3 мм.

4. Електроізоляційні лаки та емалі

Лаки - це розчини плівкоутворюючих речовин: смол, бітумів, масел, що висихають, ефірів целюлози або композицій цих матеріалів в органічних розчинниках. У процесі сушіння лаку з нього випаровуються розчинники, а в лаковій основі відбуваються фізико-хімічні процеси, що призводять до утворення лакової плівки. За своїм призначенням електроізоляційні лаки ділять на просочувальні, покривні та клеючі.

Просочення лаки застосовуються для просочення обмоток електричних машин і апаратів з метою закріплення їх витків, збільшення коефіцієнта теплопровідності обмоток і підвищення їх вологостійкості. Покривні лаки дозволяють створити захисні вологостійкі, маслостійкі та інші покриття на поверхні обмоток або пластмасових та інших ізоляційних деталей. Клеючі лаки призначаються для склеювання листочків слюди один з одним або з папером та тканинами з метою одержання слюдяних електроізоляційних матеріалів (міканіти, мікаленти та ін.).

Емалі є лаками з введеними в них пігментами - неорганічними наповнювачами (окис цинку, двоокис титану, залізний сурик та ін). Пігменти вводяться з метою підвищення твердості, механічної міцності, вологостійкості, дутостійкості та інших властивостей емалевих плівок. Емалі відносяться до покривних матеріалів.

За способом сушіння розрізняють лаки та емалі гарячої (пічної) і холодної (повітряної) сушіння. Перші вимагають свого затвердіння високої температури - від 80 до 200° З, а другі висихають при кімнатній температурі. Лаки та емалі гарячої сушіння, як правило, мають більш високі діелектричні, механічні та інші властивості. З метою поліпшення характеристик лаків та емалей повітряного сушіння, а також для прискорення затвердіння їх сушіння іноді виробляють при підвищених температурах - від 40 до 80°.

Основні групи лаків мають такі особливості. Масляні лаки утворюють після висихання гнучкі еластичні плівки жовтого кольору, стійкі до вологи і до нагрітої мінеральної олії. По нагрівостійкості плівки цих лаків відносяться до класу А. У масляних лаках використовують дефіцитні лляне та тунгове масла, тому вони замінюються лаками на синтетичних смолах, більш стійкими до теплового старіння.

Масляно-бітумні лаки утворюють гнучкі плівки чорного кольору, стійкі до вологи, але легко розчиняються в мінеральних оліях (трансформаторне та мастильне). По нагрівостійкості ці лаки відносяться до класу А (105 ° С). Гліфталеві та масляно-гліфталеві лаки та емалі відрізняються гарною склеювальною здатністю по відношенню до слюди, паперів, тканин і пластмас. Плівки цих лаків мають підвищену нагрівостійкість (клас В). Вони стійкі до нагрітої мінеральної олії, але вимагають гарячої сушіння при температурах 120-130° С. Чисто гліфталеві лаки на основі немодифікованих гліфталевих смол утворюють тверді плівки, що використовуються у виробництві твердої слюдяної ізоляції (тверді міканіти). Олійно-гліфталеві лаки після висихання дають гнучкі еластичні плівки жовтого кольору.

Кремнійорганічні лаки та емалі відрізняються високою нагрівостійкістю і можуть тривалий час працювати при 180-200° С, тому вони застосовуються у поєднанні зі скловолокнистою та слюдяною ізоляцією. Крім цього, плівки мають високу вологостійкість і стійкість до електричних іскор.

Лаки та емалі на основі поліхлорвінілових та перхлорвінілових смол відрізняються стійкістю до води, нагрітих олій, кислих та лужних хімічних реагентів, тому вони застосовуються як покривні лаки та емалі для захисту обмоток, а також металевих деталей від корозії. Слід звернути увагу на слабке прилипання поліхлорвінілових та перхлорвінілових лаків та емалей до металів. Останні спочатку покривають шаром ґрунту, а потім лаком або емаллю на основі поліхлорвінілових смол. Сушіння цих лаків і емалей проводиться при 20, а також при 50-60 ° С. До недоліків такого роду покриттів відноситься їх невисока робоча температура, що становить 60-70 ° С.

Лаки та емалі на основі епоксидних смол відрізняються високою здатністю, що клеїть, і трохи підвищеною нагрівостійкістю (до 130° С). Лаки на основі алкідних і фенольних смол (фенолоалкідні лаки) мають хорошу висиханість в товстих шарах і утворюють еластичні плівки, які можуть тривалий час працювати при температурах 120-130 ° С. Плівки цих лаків мають волого- і маслостійкість.

Водно-емульсійні лаки – це стійкі емульсії лакових основ у водопровідній воді. Лакові основи виробляють із синтетичних смол, а також із висихаючих масел та їх сумішей. Водно-емульсійні лаки пожежо- і вибухобезпечні, тому що в їхньому складі немає легкозаймистих органічних розчинників. Через малу в'язкість такі лаки мають хорошу просочуючу здатність. Їх застосовують для просочення нерухомих та рухомих обмоток електричних машин та апаратів, що тривало працюють при температурах до 105° С.

5. Електроізоляційні компаунди

Компаунди є ізоляційними складами, які в момент використання бувають рідкими, а потім твердіють. Компаунди немає у своєму складі розчинників. За своїм призначенням дані склади діляться на просочувальні та заливальні. Перші з них застосовують для просочення обмоток електричних машин та апаратів, другі - для заливання порожнин у кабельних муфтах, а також в електромашинах та приладах з метою герметизації.

Компаунди бувають термореактивними (не розм'якшуються після затвердіння) і термопластичними (які розм'якшуються при наступних нагріваннях). До термореактивних можна віднести компаунди на основі епоксидних, поліефірних та деяких інших смол. До термопластичних відносяться компаунди на основі бітумів, воскоподібних діелектриків та термопластичних полімерів (полістирол, поліізобутилен та ін.). Просочні та заливальні компаунди на основі бітумів по нагрівальностійкості відносяться до класу А (105 ° С), а деякі до класу Y (до 90 ° С). Найбільшу нагрівостійкість мають компаунди епоксидні і кремнійорганічні.

Компаунди МБК виготовляють на основі метакрилових ефірів і застосовують як просочувальні та заливальні. Вони після затвердіння при 70-100 ° С (а зі спеціальними затверджувачами при 20 ° С) є термореактивними речовинами, які можуть використовуватися в інтервалі температур від -55 до +105 ° С.

6. Непросочені волокнисті електроізоляційні матеріали

До цієї групи належать листові та рулонні матеріали, що складаються з волокон органічного та неорганічного походження. Волокнисті матеріали органічного походження (папір, картон, фібра та тканина) одержують із рослинних волокон деревини, бавовни та натурального шовку. Нормальна вологість електроізоляційних картонів, паперу та фібри коливається від 6 до 10%. Волокнисті органічні матеріали на основі синтетичних волокон (капрон) мають вологість від 3 до 5%. Така сама приблизно вологість спостерігається у матеріалів, одержуваних на основі неорганічних волокон (азбест, скловолокно). Характерними рисаминеорганічних волокнистих матеріалів є їхня негорючість і висока нагрівальна стійкість (клас С). Ці цінні властивостів більшості випадків знижуються при просоченні цих матеріалів лаками.

Електроізоляційний папір виготовляють зазвичай із деревної целюлози. Найбільшу пористість має мікалентний папір, що застосовується у виробництві слюдяних стрічок. Електрокартон виготовляють з деревної целюлози або суміші бавовняних волокон і волокон деревної (сульфатної) целюлози, взятих у різних співвідношеннях. Збільшення вмісту бавовняних волокон знижує гігроскопічність та усадку картону. Електрокартон, призначений для роботи в повітряному середовищі, має більш щільну структуру, порівняно з картоном, призначеним для роботи в маслі. Картон завтовшки 0,1-0,8 мм випускають у рулонах, а картон завтовшки від 1 мм і вище - у листах різних розмірів. Фібра являє собою монолітний матеріал, що отримується в результаті пресування листів паперу, попередньо оброблених нагрітим розчином цинку хлористого і відмитих у воді. Фібра піддається всім видам механічної обробки та формуванню після розмочування її заготовок у гарячій воді.

Летероїд- тонка листова та рулонна фібра, що використовується для виготовлення різного видуелектроізоляційних прокладок, шайб та фасонних виробів.

Азбестові папери, картони і стрічки виготовляються з волокон хризотилового азбесту, що має найбільшу еластичність і здатність скручуватися в нитки. Всі азбестові матеріали стійкі до лугів, але легко руйнуються кислотами.

Електроізоляційні скляні стрічки та тканини виготовляють зі скляних ниток, що одержуються з безлужного або малолужного скла. Перевага скляних волокон перед рослинними та азбестовими полягає в їхній гладкій поверхні, що знижує поглинання вологи з повітря. Нагрівостійкість скляних тканин і стрічок вище азбестових.

7. Електроізоляційні лаковані тканини (лакотканини)

Лаковані тканини є гнучкими матеріалами, що складаються з тканини, просоченої лаком або яким-небудь електроізоляційним складом. Просочувальний лак або склад після затвердіння утворює гнучку плівку, яка забезпечує хороші електроізоляційні властивості лакоткані. Залежно від тканинної основи лакоткани діляться на бавовняні, шовкові, капронові та скляні (склотканини).

Як просочувальних складів для лакотканей застосовують масляні, масляно-бітумні, ескапонові і кремнійорганічні лаки, а також кремнійорганічні емалі, розчини кремнійорганічних каучуків та ін. Найбільшу розтяжність і гнучкість мають шовкові і капронові лакоткані. Вони можуть працювати при нагріванні не вище 105 ° С (клас А). До цього ж класу нагрівальностійкості відносяться всі бавовняні лакотканини.

Основними областями застосування лакотканів є: електричні машини, апарати та прилади низької напруги. Лакоткані використовують для гнучкої виткової та пазової ізоляції, а також як різні електроізоляційні прокладки.

8. Пластичні маси

Пластичними масами (пластмасами) називаються тверді матеріали, які на певній стадії виготовлення набувають пластичних властивостей і в цьому стані з них можуть бути отримані вироби заданої форми. Дані матеріали є композиційними речовинами, що складаються з сполучної речовини, наповнювачів, барвників, пластифікуючих та інших компонентів. Вихідними матеріалами для отримання пластмасових виробів є пресувальні порошки та пресувальні матеріали. По нагрівостійкості пластмаси бувають термореактивні та термопластичні.

9. Шаруваті електроізоляційні пластмаси

Шаруваті пластмаси - матеріали, що складаються з шарів листового наповнювача, що чергуються (папір або тканина) і сполучного. Найважливішими із шаруватих електроізоляційних пластмас є гетинакс, текстоліт та склотекстоліт. Вони складаються з листових наповнювачів, що розташовуються шарами, а як сполучна речовина використані бакелітові, епоксидні, кремнійорганічні смоли та їх композиції.

Як наповнювачі застосовують спеціальні сорти просочувального паперу (у гетинаксі), бавовняні тканини (в текстоліті) та безлужні скляні тканини (у склотекстоліті). Перераховані наповнювачі спочатку просочують бакелітовими або кремнійорганічних лаками, сушать і ріжуть на листи певного розміру. Підготовлені листові наповнювачі збирають у пакети заданої товщини та піддають гарячому пресуванню, в процесі якого окремі листи за допомогою смол міцно з'єднуються один з одним.

Гетинакс і текстоліт стійкі до мінеральних олій, тому широко використовуються в маслонаповнених електроапаратах та трансформаторах. Найбільш дешевим шаруватим матеріалом є деревно-шарувата пластмаса (дельта-деревина). Вона виходить гарячим пресуванням тонких листів березового шпону, попередньо просочених бакелітовими смолами. Дельта-деревина застосовується для виготовлення силових конструкційних та електроізоляційних деталей, що працюють у маслі. Для роботи на відкритому повітрі цей матеріал потребує ретельного захисту від вологи.

Азбестотекстоліт є шаруватою електроізоляційною пластмасою, одержувану гарячим пресуванням листів азбестової тканини, попередньо просочених бакелітової смолою. Його випускають у вигляді фасонних виробів, а також у вигляді листів та плит завтовшки від 6 до 60 мм. Асбогетинакс - шарувата пластмаса, одержувана гарячим пресуванням листів азбестового паперу, що містить 20% сульфатної целюлози або азбестового паперу без целюлози, просочених епоксидно-фенолоформальдегідним сполучним.

З розглянутих шаруватих електроізоляційних матеріалів найбільшою нагрівальностійкістю, кращими електричними та механічними характеристиками, підвищеною вологостійкістю та стійкістю до грибкової плісняви ​​мають склотекстоліти на кремнійорганічних та епоксидних сполучних.

10. Намотані електроізоляційні вироби

Намотані електроізоляційні вироби є твердими трубками і циліндрами, виготовленими методом намотування на металеві круглі стрижні будь-яких волокнистих матеріалів, попередньо просочених сполучною речовиною. Як волокнисті матеріали застосовують спеціальні сорти намотувальних або просочувальних паперів, а також бавовняні тканини і склотканини. Сполучними речовинами є бакелітові, епоксидні, кремнійорганічні та інші смоли.

Намотані електроізоляційні вироби разом із металевими стрижнями, на які вони намотані, сушать за високої температури. З метою гігроскопічності намотаних виробів їх лакують. Кожен шар лаку сушать у печі. До намотаних виробів можна віднести і суцільні текстолітові стрижні, тому що їх також отримують шляхом намотування заготовок з наповнювача текстильного, просоченого бакелітовим лаком. Після цього заготовки піддають гарячого пресування сталевих прес-формах. Намотані електроізоляційні вироби застосовують у трансформаторах з повітряною та масляною ізоляцією, у повітряних та масляних вимикачах, різних електроапаратах та вузлах електрообладнання.

11. Мінеральні електроізоляційні матеріали

До мінеральних електроізоляційних матеріалів відносяться гірські породи: слюда, мармур, шифер, талькохлорит та базальт. Також до цієї групи належать матеріали, що отримуються з портландцементу та азбесту (азбестоцемент та азбопласт). Вся ця група неорганічних діелектриків відрізняється високою стійкістю до електричної дуги і має досить високі механічні характеристики. Мінеральні діелектрики (крім слюди та базальту) піддаються механічній обробці, за винятком нарізування різьблення.

Електроізоляційні вироби з мармуру, шиферу та талькохлориту отримують у вигляді дощок для панелей та електроізоляційних основ для рубильників та перемикачів низької напруги. Точно такі ж вироби із плавленого базальту можна отримати лише методом лиття у форми. Щоб базальтові вироби мали необхідні механічні та електричні характеристики, їх піддають термічній обробці з метою утворення в матеріалі кристалічної фази.

Електроізоляційні вироби з азбестоцементу та азбопласту являють собою дошки, основи, перегородки та дугогасні камери. Для виготовлення таких виробів використовують суміш, що складається з портландцементу і азбестового волокна. Вироби з азбопласту отримують холодним пресуванням з маси, до якої додано 15% пластичного речовини (каоліну або формувальної глини). Цим досягається велика плинність вихідної пресувальної маси, що дозволяє отримувати з азбопласту електроізоляційні вироби складного профілю.

Основним недоліком багатьох мінеральних діелектриків (за винятком слюди) є невисокий рівень їх електричних характеристик, викликаний великою кількістю пір і наявністю оксидів заліза. Таке явище дозволяє використовувати мінеральні діелектрики лише у пристроях низької напруги.

Найчастіше все мінеральні діелектрики, крім слюди і базальту, перед застосуванням просочують парафіном, бітумом, стиролом, бакелітовими смолами та інших. Найбільший ефект досягається при просоченні вже механічно оброблених мінеральних діелектриків (панелі, перегородки, камери та інших.).

Мармур та вироби з нього не переносять різких змін температури та розтріскуються. Шифер, базальт, талькохлорит, слюда та азбестоцемент більш стійкі до різких змін температур.

12. Слюдяні електроізоляційні матеріали

Дані матеріали складаються з листочків слюди, склеєних за допомогою будь-якої смоли або лаку, що клеїть. До клеєних слюдяних матеріалів відносяться міканіти, мікафолії та мікаленти. Клеєні слюдяні матеріали використовують переважно для ізоляції обмоток електричних машин. високої напруги(генератори, електродвигуни), а також ізоляції машин низької напруги та машин, що працюють у важких умовах.

Міканіти являють собою тверді або гнучкі листові матеріали, одержувані склеюванням листочків щипаної слюди за допомогою шовкової, гліфталевих, кремнійорганічних та інших смол або лаків на основі цих смол.

Основні види міканітів- Колекторний, прокладний, формувальний та гнучкий. Колекторний та прокладочний міканіти відносяться до групи твердих міканітів, які після клейки слюди піддаються пресуванню при підвищених питомих тисках та нагріванні. Ці міканіти мають меншу усадку по товщині і більшу щільність. Формувальний та гнучкий міканіти мають більш рихлу структуру та меншу щільність.

Колекторний міканіт- це твердий листовий матеріал, що виготовляється з листочків слюди, склеєних за допомогою шовкової або гліфталевої смол або лаків на основі цих смол. Для забезпечення механічної міцності при роботі в колекторах електричних машин дані міканіти вводять не більше 4% клеючої речовини.

Прокладочний міканітявляє собою твердий листовий матеріал, що виготовляється з листочків щипаної слюди, склеєних за допомогою шовкової або гліфталевої смол або лаків на їх основі. Після склеювання листи прокладочного міканіту піддають пресуванню. У даному матеріалі 75-95% слюди та 25-5% клеючої речовини.

Формувальний міканіт- твердий листовий матеріал, що виготовляється з листочків щипаної слюди, склеєних за допомогою шовкової, гліфталевої або кремнійорганічних смол або лаків на їх основі. Після склеювання листи формувального міканіту пресують при температурі 140-150°.

Гнучкий міканітявляє собою листовий матеріал, що має гнучкість при кімнатній температурі. Він виготовляється з листочків щипаної слюди, склеєних масляно-бітумним, масляно-гліфталевим або кремнійорганічним лаком (без сикативу), що утворює гнучкі плівки.

Окремі види гнучкого міканіту обклеюють із двох сторін мікалентним папером для збільшення механічної міцності. Гнучкий скломіканіт - листовий матеріал, гнучкий за кімнатної температури. Це різновид гнучкого міканіту, що відрізняється підвищеною механічною міцністю та підвищеною стійкістю до нагрівання. Даний матеріал виготовляється з листочків щипаної слюди, склеєних один з одним кремнійорганічними або масляно-гліфталевими лаками, що утворюють гнучкі плівки. Листи гнучкого скломіканіту обклеюються з двох або з одного боку безлужної склотканини.

Мікафолій- це рулонний або листовий електроізоляційний матеріал, що формується у нагрітому стані. Він складається з одного або декількох, частіше двох-трьох, шарів листочків слюди, склеєних між собою та з полотном паперу товщиною 0,05 мм, або зі склотканини, або зі склосіткою. Як клеючі лаки застосовують шелачний, гліфталевий, поліефірний або кремнійорганічний.

Мікалентає рулонний електроізоляційний матеріал, гнучкий при кімнатній температурі. Складається з одного шару листочків щипаної слюди, склеєних між собою та обклеєних з однієї або двох сторін тонким мікалентним папером, склотканиною або склосіткою. Як клеючі лаки використовують масляно-бітумні, масляно-гліфталеві, кремнійорганічні та розчини каучуків.

Мікашелк- рулонний електроізоляційний матеріал, гнучкий за кімнатної температури. Мікашелк є одним з різновидів мікаленти, але з підвищеною механічною міцністю на розрив. Він складається з одного шару листочків щипаної слюди, склеєних між собою та обклеєних з одного боку полотном з натурального шовку, а з іншого – мікалентним папером. Як клеючі лаки використані масляно-гліфталеві або масляно-бітумні лаки, що утворюють гнучкі плівки.

Мікаполотно- рулонний або листовий електроізоляційний матеріал, гнучкий за кімнатної температури. Мікаполотно складається з декількох шарів щипаної слюди, склеєних між собою та обклеєних з двох сторін бавовняною тканиною (перкаль) або мікалентним папером з одного боку та тканиною – з іншого.

Мікалекс є слюдяною пластмасою, що виготовляється пресуванням із суміші порошкоподібної слюди і скла. Після пресування вироби піддають термічної обробки (сушіння). Мікалекс випускають у вигляді пластин та стрижнів, а також у вигляді електроізоляційних виробів (панелі, основи для перемикачів, повітряних конденсаторів та ін.). При пресуванні мікалексових виробів до них можуть бути додані металеві частини. Ці вироби піддаються всім видам механічної обробки.

13. Слюдинітові електроізоляційні матеріали

При розробці природної слюди та при виготовленні електроізоляційних матеріалів на основі щипаної слюди залишається велика кількістьвідходів. Їхня утилізація дає можливість отримати нові електроізоляційні матеріали - слюдініти. Такі матеріали виготовляють із слюдинітового паперу, попередньо обробленої яким-небудь клеючим складом (смоли, лаки). З слюдяного паперу шляхом склеювання за допомогою лаків або смол і подальшого гарячого пресування отримують тверді або гнучкі слюдинітові електроізоляційні матеріали. Клеючі смоли можуть бути введені безпосередньо в рідку масу слюдяну - слюдяну суспензію. Серед найважливіших слюдинітових матеріалів слід сказати про наступних.

Слюдиніт колекторний- твердий листовий матеріал, що калібрується по товщині. Виходить гарячим пресуванням листів слюдинітового паперу, обробленого шелачним лаком. Колекторний слюдиніт випускається у листах розміром від 215 х 400 мм до 400 х 600 мм.

Слюдиніт прокладний- твердий листовий матеріал, що отримується гарячим пресуванням листів слюдинітового паперу, просочених лаками, що клеять. Прокладочний слюдиніт випускається в листах розміром 200 х 400 мм. З нього виготовляють тверді прокладки та шайби для електричних машин та апаратів з нормальним та підвищеним перегрівом.

Склолюдиніт формувальний- твердий листовий матеріал у холодному стані та гнучкий – у нагрітому. Виходить при склеюванні слюдинітового паперу з підкладками зі склотканини. Формувальний нагрівостійкий склослюдиніт - твердий листовий матеріал, що формується в нагрітому стані. Його виготовляють шляхом склеювання листів слюдинітового паперу зі склотканиною за допомогою нагрівостійкого кремнійорганічного лаку. Він випускається у листах розміром 250 х 350 мм та більше. Цей матеріал має підвищену механічну міцність при розтягуванні.

Слюдиніт гнучкий- листовий матеріал, гнучкий за кімнатної температури. Його одержують шляхом склеювання листів слюдинітового паперу з наступним гарячим пресуванням. Як сполучна застосовується поліефірний або кремнійорганічний лак. Більшість видів гнучкого слюдиниту обклеюється склотканиною з одного або двох сторін. Склолюдиніт гнучкий (нагрівостійкий) - листовий матеріал, гнучкий при кімнатній температурі. Виготовляється в результаті склеювання одного або декількох аркушів слюдинітового паперу зі склотканиною або склосіткою за допомогою кремнійорганічних лаків. Після склеювання матеріал піддається гарячому пресуванню. Він обклеєний склотканиною з однієї або двох сторін з метою підвищення механічної міцності.

Слюдінітофолій- рулонний або листовий матеріал, гнучкий у нагрітому стані, одержуваний склеюванням одного або декількох листів слюдинітового паперу з телефонним папером товщиною 0,05 мм, що застосовується як гнучка підкладка. Область застосування цього матеріалу та сама, що й мікафолія на основі щипаної слюди. Слюдінітофолій випускається в рулонах шириною 320-400 мм.

Слюдінітова стрічка- рулонний нагрівальний матеріал, гнучкий при кімнатній температурі, що складається зі слюдинітового паперу, обклеєного з однієї або обох сторін склосіткою або склотканкою. Слюдинітові стрічки випускають переважно у роликах шириною 15, 20, 23, 25, 30 та 35 мм, рідше – у рулонах.

Склобумослюдинітова стрічка- рулонний, гнучкий у холодному стані матеріал, що складається зі слюдинітового паперу, склосітки та мікалентного паперу, склеєних та просочених епоксидно-поліефірним лаком. З поверхні стрічку покривають липким шаром компаунду. Випускають її у роликах шириною 15, 20, 23, 30, 35 мм.

Склолюдинітоелектрокартон- листовий матеріал, гнучкий за кімнатної температури. Він виходить в результаті склеювання слюдинітового паперу, електрокартону та склотканини за допомогою лаку. Випускається у листах розміром 500 х 650 мм.

14. Слюдопластові електроізоляційні матеріали

Усі слюдопластові матеріали виготовляються шляхом склеювання та пресування листів слюдопластового паперу. Останню одержують з непромислових відходів слюди внаслідок механічного дроблення частинок пружною хвилею. У порівнянні зі слюдинітами слюдопластові матеріали мають більшу механічну міцність, але менш однорідні, тому що складаються з частинок більшої величини, ніж слюдініти. Найважливішими слюдопластовими електроізоляційними матеріалами є такі.

Слюдопласт колекторний- твердий листовий матеріал, що калібрується по товщині. Виходить гарячим пресуванням листів слюдопластового паперу, попередньо покритих шаром складу, що клеїть. Випускається у листах розміром 215 х 465 мм.

Слюдопласт прокладний- твердий листовий матеріал, що виготовляється гарячим пресуванням листів слюдопластового паперу, покритих шаром сполучної речовини. Випускається у листах розміром 520 х 850 мм.

Слюдопласт формувальний- пресований листовий матеріал, твердий у холодному стані та здатний формуватися у нагрітому. Випускається у листах розміром від 200 х 400 мм до 520 х 820 мм.

Слюдопласт гнучкий- Пресований листовий матеріал, гнучкий при кімнатній температурі. Випускається у листах розміром від 200 х 400 мм до 520 х 820 мм.

Стеклолюдопласт гнучкий- пресований листовий матеріал, гнучкий при кімнатній температурі, що складається з декількох шарів слюдопластового паперу, обклеєних з одного боку склотканиною, а з іншого - склосіткою або з обох боків склосіткою. Випускається у листах розміром від 250 х 500 мм до 500 х 850 мм.

Слюдопластофолій- рулонний або листовий матеріал, гнучкий і формований у нагрітому стані, одержуваний склеюванням декількох аркушів слюдопластового паперу та обклеєний з одного боку телефонним папером або без нього.

Слюдопластоленту- гнучкий при кімнатній температурі рулонний матеріал, що складається із слюдопластового паперу, обклеєного мікалентним папером з обох боків. Цей матеріал випускається в роликах шириною 12, 15, 17, 24, 30 та 34 мм.

Склослюдопластолента нагрівостійка- Гнучкий при кімнатній температурі матеріал, що складається з одного шару слюдопластового паперу, обклеєного з одного або з двох сторін склотканиною або склосіткою за допомогою кремнійорганічного лаку. Матеріал випускається в роликах шириною 15, 20, 25, 30 та 35 мм.

15. Електрокерамічні матеріали та скла

Електрокерамічні матеріали є штучними тверді тіла, Отримані в результаті термічної обробки (випалу) вихідних керамічних мас, що складаються з різних мінералів (глини, тальку та ін) та інших речовин, взятих у певному співвідношенні. З керамічних мас одержують різні електрокерамічні вироби: ізолятори, конденсатори та ін.

У процесі високотемпературного випалу даних виробів між частинками вихідних речовин відбуваються складні фізико-хімічні процеси з утворенням нових речовин кристалічної та склоподібної будови.

Електрокерамічні матеріали ділять на 3 групи: матеріали, з яких виготовляють ізолятори (ізоляторна кераміка), матеріали, з яких виготовляють конденсатори (конденсаторна кераміка), та сегнетокерамічні матеріали, що мають аномально великі значення діелектричної проникності та п'єзоефекту. Останні отримали застосування у радіотехніці. Всі електрокерамічні матеріали відрізняються високою нагрівостійкістю, атмосферостійкістю, стійкістю до електричних іскрів і дуг і мають хороші електроізоляційні властивості і досить високу механічну міцність.

Поряд з електрокерамічними матеріалами багато типів ізоляторів виготовляють зі скла. Для виробництва ізоляторів застосовують малолужне та лужне скло. Більшість типів ізоляторів високої напруги виготовляють з загартованого скла. Загартовані скляні ізолятори за своєю механічною міцністю перевершують порцелянові ізолятори.

16. Магнітні матеріали

Величини, з допомогою яких оцінюються магнітні властивості матеріалів, називаються магнітними характеристиками. До них відносяться: абсолютна магнітна проникність, відносна магнітна проникність, температурний коефіцієнт магнітної проникності, максимальна енергія магнітного поля та ін. Усі магнітні матеріали поділяються на дві основні групи: магнітно-м'які та магнітно-тверді.

Магнітно-м'які матеріали відрізняються малими втратами на гістерезис (магнітний гістерезис - відставання намагніченості тіла від зовнішнього поля, що намагнічує). Вони мають відносно великі значення магнітної проникності, малу коерцитивну силу та відносно велику індукцію насичення. Дані матеріали застосовуються для виготовлення магнітопроводів трансформаторів, електричних машин та апаратів, магнітних екранів та інших пристроїв, де потрібне намагнічування з малими втратами енергії.

Магнітно-тверді матеріали відрізняються великими втратами на гістерезис, тобто мають велику коерцитивну силу і велику залишкову індукцію. Ці матеріали, будучи намагніченими, можуть тривалий час зберігати отриману магнітну енергію, тобто стають джерелами постійного магнітного поля. Магнітно-тверді матеріали застосовуються виготовлення постійних магнітів.

Згідно зі своєю основою, магнітні матеріали поділяються на металеві, неметалеві та магнітодіелектрики. До металевих магнітно-м'яких матеріалів відносяться: чисте (електролітичне) залізо, листова електротехнічна сталь, залізо-армко, пермалою (залізо-нікелеві сплави) та ін. До металевих магнітно-твердих матеріалів відносяться: леговані сталі, спеціальні сплави на основі заліза, алюмінію і нікелю та легуючих компонентів (кобальт, кремній та ін.). До неметалевих магнітних матеріалів відносяться ферити. Це матеріали, одержувані з порошкоподібної суміші оксидів деяких металів та окису заліза. Відпресовані феритові вироби (сердечники, кільця та ін.) випалюють при температурі 1300-1500 ° С. Феррити бувають магнітно-м'які і магнітно-тверді.

Магнітодіелектрики - це композиційні матеріали, що складаються з 70-80% порошкоподібного магнітного матеріалу та 30-20% органічного високополімерного діелектрика. Феріти та магнітодіелектрики відрізняються від металевих магнітних матеріалів великими значеннями питомого об'ємного опору, що різко знижує втрати на вихрові струми. Це дозволяє використовувати ці матеріали у техніці високих частот. Крім цього, ферити мають стабільність своїх магнітних характеристик у широкому діапазоні частот.

17. Електротехнічна листова сталь

Електротехнічна сталь є магнітно-м'яким матеріалом. Для поліпшення магнітних характеристик до неї додають кремній, який підвищує величину питомого опору сталі, що призводить до зменшення втрат на вихрові струми. Така сталь випускається у вигляді листів завтовшки 0,1; 0,2; 0,35; 0,5; 1,0 мм, шириною від 240 до 1000 мм та довжиною від 720 до 2000 мм.

18. Пермалої

Дані матеріали є залізо-нікелеві сплави з вмістом нікелю від 36 до 80%. Для поліпшення тих чи інших характеристик пермалоїв до складу додають хром, молібден, мідь та ін. Характерними особливостями всіх пермалоїв є їх легка намагнічуваність в слабких магнітних полях і підвищені значення питомого електричного опору.

Пермалої- пластичні сплави, що легко прокочуються в листи та стрічки товщиною до 0,02 мм і менше. Завдяки підвищеним значеннямпитомого опору та стабільності магнітних характеристик пермалої можуть застосовуватися до частот 200-500 кГц. Пермаллої дуже чутливі до деформацій, які спричиняють погіршення їх початкових магнітних характеристик. Відновлення початкового рівня магнітних характеристик деформованих пермалої деталей досягається термічною обробкою їх за строго розробленим режимом.

19. Магнітно-тверді матеріали

магнітний напівпровідниковий електроізоляційний електричний

Магнітно-тверді матеріали мають великі значення коерцитивної сили і велику залишкову індукцію, а отже, великі значення магнітної енергії. До магнітно-твердих матеріалів відносяться:

· сплави, що гартуються на мартенсит (сталі, леговані хромом, вольфрамом або кобальтом);

· Залізо-нікель-алюмінієві нековкі сплави дисперсійного твердіння (альни, альнико та ін);

· ковкі сплави на основі заліза, кобальту та ванадію (віккалою) або на основі заліза, кобальту, молібдену (комоль);

· сплави з дуже великою коерцитивною силою на основі благородних металів (платина – залізо; срібло – марганець – алюміній та ін.);

· металокерамічні нековкі матеріали, одержувані пресуванням порошкоподібних компонентів з подальшим випалом відпресованих виробів (магнітів);

· Магнітно-тверді ферити;

· Металопластичні нековкі матеріали, одержувані з пресувальних порошків, що складаються з частинок магнітно-твердого матеріалу та сполучної речовини (синтетична смола);

· Магнітоеластичні матеріали (магнітоеласти), що складаються з порошку магніто-твердого матеріалу та еластичного сполучного (каучук, гума).

Залишкова індукція у металопластичних та магнітоеластичних магнітів на 20-30% менше порівняно з литими магнітами з тих же магніто-твердих матеріалів (альни, альнико та ін.).

20. Феріти

Ферити являють собою неметалеві магнітні матеріали, виготовлені із суміші спеціально підібраних оксидів металів з окисом заліза. Назва фериту визначається назвою двовалентного металу, оксид якого входить до складу фериту. Так, якщо до складу фериту входить окис цинку, то ферит називається цинковим; якщо до складу матеріалу додано окис марганцю - марганцевим.

У техніці знаходять застосування складні (змішані) ферити, що мають більш високі значення магнітних характеристик та більший питомий опір у порівнянні з простими феритами. Прикладами складних феритів є нікель-цинковий, марганцево-цинковий та ін.

Усі ферити - речовини полікристалічної будови, одержувані з оксидів металів в результаті спікання порошків різних оксидів при температурах 1100-1300 ° С. Феррит можуть оброблятися тільки абразивним інструментом. Вони є магнітними напівпровідниками. Це дозволяє застосовувати їх у магнітних полях високої частоти, тому що втрати у них на вихрові струми незначні.

21. Напівпровідникові матеріали та вироби

До напівпровідників відноситься велика кількість матеріалів, що відрізняються один від одного внутрішньою структурою, хімічним складом та електричними властивостями. Згідно з хімічним складом, кристалічні напівпровідникові матеріали ділять на 4 групи:

1) матеріали, що складаються з атомів одного елемента: германій, кремній, селен, фосфор, бор, індій, галій та ін;

2) матеріали, що складаються з оксидів металів: закис міді, окис цинку, окис кадмію, двоокис титану та ін;

3) матеріали на основі сполук атомів третьої та п'ятої груп системи елементів Менделєєва, що позначаються загальною формулою та називаються антимонідами. До цієї групи відносяться сполуки сурми з індією, з галієм та ін., сполуки атомів другої та шостої груп, а також сполуки атомів четвертої групи;

4) напівпровідникові матеріали органічного походження, наприклад, поліциклічні ароматичні сполуки: антрацен, нафталін та ін.

Згідно з кристалічною структурою, напівпровідникові матеріали ділять на 2 групи: монокристалічні та полікристалічні напівпровідники. До першої групи відносяться матеріали, які отримують у вигляді великих одиночних кристалів (монокристали). Серед них можна назвати германій, кремній, з яких вирізують пластинки для випрямлячів та інших напівпровідникових приладів.

Друга група матеріалів - це напівпровідники, що складаються з багатьох невеликих кристалів, спаяних один з одним. Полікристалічними напівпровідниками є: селен, карбід кремнію та ін.

За величиною питомого об'ємного опору напівпровідники займають проміжне положення між провідниками та діелектриками. Деякі їх різко зменшують електричний опір при вплив на них високої напруги. Це явище знайшло застосування у вентильних розрядниках захисту ліній електропередачі. Інші напівпровідники різко зменшують свій опір під впливом світла. Це використовується у фотоелементах та фоторезисторах. Загальною властивістюдля напівпровідників є те, що вони мають електронну та дірочну провідність.

22. Електровугільні вироби (щітки для електричних машин)

До такого роду виробам відносяться щітки для електричних машин, електроди для дугових печей, контактні деталі та ін. Електрокутні вироби виготовляють методом пресування з вихідних порошкоподібних мас з подальшим випалом.

Вихідні порошкоподібні маси складають із суміші вуглецевих матеріалів (графіт, сажа, кокс, антрацит та ін.), сполучних та пластифікуючих речовин (кам'яновугільні та синтетичні смоли, пеки та ін.). У деяких порошкоподібних масах сполучного немає.

Щітки для електричних машин бувають графітними, вугільно-графітними, електрографітованими, метало-графітними. Графітні щітки виготовляють з натурального графіту без сполучного (м'які сорти) та із застосуванням сполучного (тверді сорти). Графітні щітки відрізняються м'якістю і під час роботи викликають незначний шум. Вугільно-графітні щітки виробляють з графіту з додаванням інших вуглецевих матеріалів (кокс, сажа), з введенням сполучних речовин. Отримані після термічної обробки щітки покривають тонким шаром міді (в електролітичній ванні). Вугільно-графітні щітки мають підвищену механічну міцність, твердість і малий знос при роботі.

Електрографітовані щітки виготовляють із графіту та інших вуглецевих матеріалів (кокс, сажа), із введенням сполучних речовин. Після першого випалення щітки піддають графітизації, тобто відпалу при температурі 2500-2800° С. Електрографітовані щітки мають підвищену механічну міцність, стійкість до поштовхоподібної зміни навантаження і застосовуються при великих окружних швидкостях. Метало-графітні щітки виробляють із суміші порошків графіту та міді. Деякі з них вводять порошки свинцю, олова або срібла. Ці щітки відрізняються малими значеннями питомого опору, допускають великі щільності струму та мають малі перехідні падіння напруги.

Найнеміцніший вид зв'язку молекулярний зв'язок(Зв'язок Ван-дер-Ваальса). Такий зв'язок існує у деяких речовинах між молекулами з ковалентними внутрішньомолекулярними зв'язками.

Міжмолекулярне тяжіння обумовлюється узгодженим рухом валентних електронів у сусідніх молекулах. У будь-який час електрони максимально віддалені один від одного і максимально наближені до позитивних зарядів. При цьому сили тяжіння валентних електронів позитивно зарядженими кістяками сусідніх молекул виявляються сильнішими за сили взаємного відштовхування електронів зовнішніх орбіт. Зв'язок Ван-дер-Ваальса спостерігається між молекулами деяких речовин (наприклад, парафіну), що мають низьку температуру плавлення, що свідчить про неміцність їхньої кристалічної решітки.

Основним, характерним для будь-якого діелектрика процесом, що виникає при впливі на нього електричної напруги, є поляризаціяобмежене зміщення пов'язаних зарядів чи орієнтація дипольних молекул.

Дипольно-релаксаційна поляризація для стислості називається дипольною. Відрізняється від електронної та іонної поляризації тим, що вона пов'язана з тепловим рухом частинок. Дипольні молекули, що у хаотичному тепловому русі, частково орієнтуються під впливом поля, що є причиною поляризації.

Дипольна поляризація можлива, якщо молекулярні сили не заважають диполям орієнтуватися вздовж поля. Зі збільшенням температури молекулярні сили послаблюються, в'язкість речовини знижується, що має посилювати дипольну поляризацію, однак у той же час зростає енергія теплового руху молекул, що зменшує вплив поля, що орієнтує. Тому зі збільшенням температури дипольна поляризація спочатку зростає (поки ослаблення молекулярних сил позначається сильніше, ніж зростання хаотичного теплового руху), а потім, коли хаотичний рух стає інтенсивнішим, дипольна поляризація зі зростанням температури починає падати.

Поворот диполів у напрямі поля у в'язкому середовищі вимагає подолання деякого опору, а тому дипольна поляризація пов'язана із втратами енергії.

Діелектрична проникність твердих тіл залежить від структурних особливостей твердого діелектрика. У твердих тілах можливі усі види поляризації. Для твердих неполярних діелектриків характерні самі закономірності, як і неполярних рідин і газів. Це підтверджується залежністю ? r (t) для парафіну. При переході парафіну з твердого стану рідкий (температура плавлення близько +54°С) відбувається різке зменшення діелектричної проникності внаслідок зниження щільності речовини.

Газоподібні речовини характеризуються малими густинами. Тому діелектрична проникність всіх газів незначна та близька до одиниці. Якщо молекули газу полярні, то поляризація може бути дипольною, однак і для полярних газів основне значення має електронна поляризація.

Поляризація рідин, що містять дипольні молекули, визначається електронною та дипольною поляризаціями. Чим більше електричний момент диполів і число молекул в одиниці об'єму, тим більшої діелектричної проникності мають рідкі діелектрики. Діелектрична проникність рідких полярних діелектриків змінюється від 3 до 5,5.

Тверді діелектрики, що являють собою іонні кристали з щільною упаковкою частинок, мають електронну та іонну поляризацію і мають діелектричну проникність, що змінюється в широких межах. Для неорганічних стекол (квазіаморфних діелектриків) діелектрична проникність змінюється в межах від 4 до 20. Тверді діелектрики, що являють собою іонні кристали з нещільною упаковкою частинок, крім електронної та іонної поляризації мають іонно-релаксаційну поляризацію і характеризуються невисокими. Так наприклад ? r кам'яної солі має значення 6, корунду 10, рутил 110, а титанат кальцію 150. (Все значення ? r наведено для температури 20 °С.)

Полярні органічні діелектрики виявляють дипольно-релаксаційну поляризацію у твердому стані. До таких діелектриків відносяться целюлоза та продукти її переробки, полярні полімери. Дипольно-релаксаційна поляризація спостерігається також у льоду. Діелектрична проникність зазначених матеріалів великою мірою залежить від температури і від частоти прикладеної напруги, підкоряючись тим самим закономірностям, які спостерігаються для полярних рідин.

Можна відзначити, що діелектрична проникність льоду різко змінюється в залежності від температури та частоти. При низьких частотах і температурі, близькій до О°С, лід, як і вода, має ? r ~ 80, проте зі зниженням температури ? r швидко падає і сягає 2,85.

Діелектрична проникність складних діелектриків, що є механічною сумішшю двох компонентів з різними діелектричними проникностями визначається, у першому наближенні, на підставі логарифмічного закону змішування.

Струм у газах може виникнути лише за наявності в них іонів або вільних електронів. Іонізація нейтральних молекул газу виникає або під дією зовнішніх факторів, або внаслідок зіткнень заряджених частинок з молекулами.

Електропровідність рідких діелектриків тісно пов'язана із будовою молекул рідини. У неполярних рідинах електропровідність залежить від наявності дисоційованих домішок, зокрема вологи. У полярних рідинах електропровідність визначається не лише домішками, а іноді й дисоціацією молекул самої рідини. Струм рідини може бути обумовлений як пересуванням іонів, так і переміщенням відносно великих заряджених колоїдних частинок.

Електропровідність твердих тіл обумовлюється пересуванням іонів самого діелектрика, так і іонів випадкових домішок, а в деяких матеріалів може бути викликана наявністю вільних електронів. Електронна електропровідність найбільш помітна за сильних електричних полів.

У діелектриках з атомними або молекулярними гратами електропровідність пов'язана тільки з наявністю домішок, питома провідність їх дуже мала.

У системі СІ питомий об'ємний опір ?vдорівнює об'ємному опору куба з ребром в 1 м, подумки вирізаного з досліджуваного матеріалу (якщо струм проходить крізь куб від однієї його грані до протилежної), помноженому на 1 м.

Для плоского зразка матеріалу в однорідному полі питомий об'ємний опір (Ом-метр) розраховується за формулою

R-- об'ємний опір зразка, Ом;

S - площа електрода, м 2;

h- Товщина зразка, м.

Питома об'ємна провідність? вимірюється у сименсах на метр

Втрати в діелектриці (діелектричні втрати)- це потужність, що розсіюється в діелектриці при впливі на нього електричного поля і нагрів діелектрика, що викликає. Втрати в діелектриках спостерігаються як із змінному напрузі, і при постійному, оскільки у матеріалі виявляється наскрізний струм, зумовлений провідністю.

При постійній напрузінемає періодичної поляризації. Якість матеріалу при цьому характеризується значеннями питомого об'ємного та поверхневого опорів. При змінному напрузі необхідно використовувати якусь іншу характеристику якості матеріалу, тому що в цьому випадку, крім наскрізного струму, виникають додаткові причини, що викликають втрати в діелектриці.

Діелектричні втрати в електроізоляційному матеріалі можна характеризувати потужністю, що розсіюється, віднесеної до одиниці об'єму, або питомими втратами; Найчастіше для оцінки здатності діелектрика розсіювати потужність в електричному полі користуються кутом діелектричних втрат, а також тангенсом цього кута.

Неприпустимо великі діелектричні втрати в електроізоляційному матеріалі викликають сильне нагрівання виробленого з нього виробу і можуть призвести до його теплового руйнування. Навіть якщо напруга, прикладена до діелектрика, недостатньо, велике для того, щоб за рахунок діелектричних втрат могло статися неприпустиме перегрів, то і в цьому випадку великі діелектричні втрати можуть завдати істотної шкоди, збільшуючи, наприклад, активний опір коливального контуру, В якому використаний даний діелектрика а, отже, і величину згасання.

Гума та папір є органічними діелектриками молекулярної структури з полярними молекулами. Ці речовини через властиву їм дипольно-релаксаційну поляризацію мають великі втрати. Тангенс кута втрат tg?~0,03, для сажових гум до 0,25.

Скло, неорганічні квазіаморфні речовини іонної структури є складними системами різних оксидів. Діелектричні втрати у таких речовинах пов'язані з явищем поляризації та електропровідності. Електричні властивості дуже великою мірою залежать від їх складу. Для кварцового скла тангенс кута втрат tg?~0,0002.

Пінопласти - матеріали з комірчастою структурою, в яких газоподібні наповнювачі ізольовані один від одного та від навколишнього середовища тонкими шарами полімерного сполучного. Пінопласти на основі епоксидних смол мають тангенс кута втрат tg?~0,025 - 0.035. Пінопласти на основі пінополістиролу tg?~0,0004.

Таким чином, менші електричні втрати слід очікувати від скла.

Діелектрик, перебуваючи в електричному полі, втрачає властивості електроізоляційного матеріалу, якщо напруженість поля перевищить певне критичне значення. Це явище зветься пробою діелектрикачи порушення його електричної міцності. Значення напруги, у якому відбувається пробою діелектрика, називається пробивною напругою,а відповідне значення напруженості поля - електричною міцністю діелектрика.

Пробивна напруга позначається U np і вимірюється найчастіше у кіловольтах. Електрична міцність визначається пробивною напругою, віднесеною до товщини діелектрика в місці пробою:

де h- Товщина діелектрика

Зручні для практичних цілей чисельні значення електричної міцності діелектриків виходять, якщо пробивна напруга виражатиме в кіловольтах, а товщину діелектрика - в міліметрах. Тоді електрична міцність буде у кіловольтах на міліметр. Для збереження чисельних значень та переходу до одиниць системи СІ можна скористатися одиницею МВ/м:

Рідкі діелектрики відрізняються вищою електричною міцністю, ніж гази за нормальних умов. Гранично чисті рідини одержати надзвичайно важко. Постійними домішками в рідких діелектриках є вода, гази та тверді частинки. Наявність домішок визначає в основному явище пробою рідких діелектриків і викликає великі труднощі для створення точної теорії пробою цих речовин.

Теорію електричного пробою можна застосувати до рідин, які максимально очищені від домішки. При високих значеннях напруженості електричного поля може відбуватися виривання електронів із металевих електродів і, як і в газах, руйнування молекул рідини за рахунок ударів зарядженими частинками. При цьому підвищена міцність електричного рідкого діелектрика в порівнянні з газоподібним обумовлена ​​значно меншою довжиною вільного пробігу електронів. Пробій рідин, що містять газові включення, пояснюють місцевим перегріванням рідини за рахунок енергії, що виділяється в відносно легко іонізуючих бульбашках газу, що призводить до утворення газового каналу між електродами. Вода у вигляді окремих дрібних крапельок, що знаходяться в трансформаторній олії, за нормальної температури значно знижує Eпр. Під впливом тривалого електричного поля сферичні крапельки води сильно дипольної рідини поляризуються, набувають форми еліпсоїдів і, притягуючись між собою різноіменними кінцями, створюють між електродами ланцюжки з підвищеною провідністю, якими і відбувається електричний пробій.

Обпалена порцеляна має щільність 2,3-2,5 Мг/м 3 . Межа міцності при стисканні 400-700 МПа, при розтягуванні 45-70 МПа, при згинанні 80-150 МПа. З чого видно, що механічна міцність фарфору вища під час роботи на стиск.

Захисні властивості різних матеріалівдо корпускулярним і хвильовим випромінюванням високу енергію зручно характеризувати поняттям шару десятикратного ослаблення, тобто. товщиною шару речовини, після проходження якого інтенсивність випромінювання послаблюється вдесятеро. Ця характеристика значно полегшує розрахунки елементів захисту. Наприклад, для ослаблення у 100 разів необхідно взяти товщину захисної речовини, що дорівнює двом шарам десятикратного ослаблення. Очевидно, пшарів десятикратного ослаблення зменшить інтенсивність випромінювання в 10 n разів.

Поглинання квантової енергії речовиною залежить від густини цієї речовини. З цих речовин найбільшу щільність має свинець. Для поглинання 1 МеВ квантового випромінювання товщина свинцю має бути ~30 мм, сталі ~50 мм, бетону ~200 мм, води 400 мм. Таким чином, свинець має найменшу товщину шару десятикратного послаблення.

Найважливішими практично застосовуваними твердими провідниковими матеріалами в електротехніці є метали та їх сплави. З них виділяються метали високої провідності, що мають питомий опір? при нормальній температурі не більше 0,05мкОм*м, та сплави високого опоруякі мають питомий опір? при нормальній температурі не менше 0,3мкОм*м. Метали високої провідності використовуються для проводів, струмопровідних жил кабелів, обмоток електричних машин. До таких металів відносяться мідь (0,017 мкОм*м), Срібло (0,016 мкОм*м) Алюміній (0,028 мкОм*м)

Метали та сплави високого опору застосовуються для виготовлення резисторів електронагрівальних приладів, ниток ламп розжарювання. До металів і сплавів високого опору відносяться Манганін (0,42-0,48 мкОм * м), Константан (0,48-0,52 мкОм * м), Хромо-нікелеві сплави (1,1-1,2 мкОм * м) ), хромо-алюмінієві (1,2-1,5 мкОм*м), Ртуть, Свинець, Вольфрам.

У 1911 р. нідерландський фізик X. Камерлііг-Оннес досліджував електропровідність металів за дуже низьких температур, що наближаються до абсолютного нуля. Він виявив, що при охолодженні до температури, приблизно рівної температурі зрідження гелію, опір кільця із замороженої ртуті раптово, різким стрибком падає до надзвичайно малого значення, що не піддається виміру. Таке явище, тобто. наявність у речовини практично нескінченної питомої провідності, було названо надпровідністю.Температура ТЗ , при охолодженні до якої речовина переходить у понад провідний стан, - температурою надпровідного переходу.Речовини, що переходять у надпровідний стан, - надпровідниками.

Явище надпровідності пов'язане з тим, що електричний струм, Якось наведений у надпровідному контурі, буде тривало (роками) циркулювати по цьому контуру без помітного зменшення своєї сили, і притому без будь-якого підведення енергії ззовні.

Нині відомо вже 35 надпровідникових металів та понад тисячі надпровідникових сплавів та хімічних сполук різних елементів. У той самий час багато речовини, зокрема й такі, які мають дуже малими значеннями? при нормальній температурі, метали як срібло, мідь, золото, платина та інші, при найнижчих досягнутих в даний час температурах (біля мілікельвіну) перевести в надпровідний стан не вдалося.

Напівпровідники, що використовуються в практиці, можуть бути підрозділені на простінапівпровідники (їх основний склад утворений атомами одного хімічного елемента) та складні напівпровідникові композиції,основний склад яких утворений атомами двох або більшого числахімічні елементи. В даний час вивчаються також склоподібніі рідкінапівпровідники. Простінапівпровідники, це: Бор, Кремній, Німеччина, Фосфор, Миш'як, Селен, Сірка, Теллур, Йод. Складниминапівпровідниками є з'єднання елементів різних груптаблиці Менделєєва, відповідні загальним формулам A IV B ,IV (наприклад, SiC), A III B V (InSb, GaAs, GaP), A II B IV (CdS, ZnSe), а також деякі оксиди (CU 2 O). До напівпровідниковим композиціямможна віднести матеріали з напівпровідною або провідною фазою з карбіду кремнію та графіту, зчеплених керамічним або іншим зв'язуванням.

У сучасній техніці особливе значення набули кремній, германій та частково селен, який застосовується для виготовлення діодів, тріодів та інших напівпровідникових приладів.

Терморезистори (термістори) виготовляють у вигляді стриженьків, платівок або таблеток методами керамічної технології. Опір та інші властивості терморезисторів залежать не тільки від-- складу, а й від великої кількості зерна, від технологічного процесу виготовлення: тиску при пресуванні (якщо напівпровідник беруть у вигляді порошку) і температури випалу. Терморезистори використовуються для вимірювання, регулювання температури та термокомпенсації, для стабілізації напруги, обмеження імпульсних пускових струмів, вимірювання теплопровідності рідин, як безконтактні реостати і струмові реле часу.

З напівпровідникової кераміки, що володіє точкою Кюрі, виготовляються терморезистори, що відрізняються від інших терморезисторів тим, що мають не негативний, а дуже великий позитивний температурний коефіцієнт опору (понад +20%/К) у вузькому інтервалі температур (близько 10 ° С). Такі терморезистори називають позисторами.Їх виготовляють у вигляді дисків невеликої товщини і призначають для контролю та регулювання температури, використання в системах пожежної сигналізації, запобігання перегріву двигунів, обмеження струмів, вимірювання потоків рідин і газів.

Напівпровідникові оксиди використовуються переважно для виготовлення терморезисторів з великим негативним температурним коефіцієнтом питомого опору [--(З-4)%/К].

Для запам'ятовуючих пристроїв обчислювальної техніки застосовуються ферити, що мають прямокутну форму петлі гістерези. Основним з параметрів виробів цього типу є коефіцієнт прямокутності петлі гістерезису К п являє собою відношення залишкової індукції В т до максимальної індукції В макс

Кп = Вт / Вмакс

Для виготовлення сердечників трансформаторів використовують магнітом'які матеріали у вигляді набору тонких, ізольованих один від одного листів. Дана конструкція осердя трансформатора дозволяє значно зменшити втрати на вихрові струми (струми Фуко).

Магнітотверді матеріали використовують переважно виготовлення постійних магнітів.

За складом, станом та способом отримання магнітотверді матеріали поділяють на:

1) леговані мартенситні сталі,

2) литі магнітотверді сплави,

3) магніти з порошків,

4) магнітотверді ферити,

5) сплави, що пластично деформуються,

6) магнітні стрічки.

Характеристиками матеріалів для постійних магнітів є коерцитивна сила, залишкова індукція і максимальна енергія, що віддається магнітом у зовнішній простір. Магнітна проникність матеріалів для постійних магнітів нижча, ніж магнітом'яких матеріалів, причому, чим вища коерцитивна сила, тим менша магнітна проникність.

Найбільш простим і доступним матеріалом для виготовлення постійних магнітів є мартенситні леговані сталі. Вони легуються добавками вольфраму, хрому, молібдену, кобальту. Значення W макс для мартенситних сталей становить 1-4 кДж/м 3 . Магнітні властивості таких сталей гарантуються для мартенситних сталей після здійснення термообробки, специфічної для кожної марки сталі, і структури п'ятигодинної стабілізації в киплячій воді. Мартенситні стали почали застосовувати для виробництва постійних магнітів раніше від інших матеріалів. В даний час вони мають обмежене застосування через їхні невисокі магнітні властивості, але повністю від них не відмовляються, оскільки вони дешеві і допускають механічну обробку на металорізальних верстатах.

Для роботи у високочастотних установках найбільш підходящий матеріал - магнітотвердий ферит (барієвий ферит). На відміну від магнітом'яких феритів він має не кубічні, а гексагональні кристалічні грати з одновісною анізотропією. Магніти з фериту барію мають коерцитивну силу до 240кА/м, проте по залишковій індукції 0,38 Тл і запасеної магнітної енергії 12,4 кДж/м 3 вони поступаються сплавам системи альни. Питома опір бариевого фериту 10 4 - 10 7 Ом*м, тобто. в мільйони разів вище питомого опору литих металевих магнітотвердих сплавів.

Високим електричним опором а, отже, і малим тангенсом кута магнітних втрат, мають металопластичні магніти (з досить низькими магнітними властивостями), що дозволяє використовувати їх в апаратурі з наявністю змінного магнітного поля підвищеної частоти.

Класифікація електротехнічних матеріалів.

Матеріал - це об'єкт, що має певний склад, структуру і властивості, призначений для виконання певних функцій. Матеріали можуть мати різний агрегатний стан: твердий, рідкий, газоподібний або плазмовий.

Функції, які виконують матеріали, різноманітні: забезпечення протікання струму (у провідникових матеріалах), збереження певної форми при механічних навантаженнях (у конструкційних матеріалах), забезпечення ізоляції (у діелектричних матеріалах), перетворення електричної енергії на теплову (у резистивних матеріалах). Зазвичай, матеріал виконує кілька функцій. Наприклад, діелектрик обов'язково зазнає якихось механічних навантажень, тобто є конструкційним матеріалом.

Матеріалознавство- наука, що займається вивченням складу, структури, властивостей матеріалів, поведінкою матеріалів за різних впливів: теплових, електричних, магнітних і т.д., а також при поєднанні цих впливів.

Електротехнічне матеріалознавство- це розділ матеріалознавства, який займається матеріалами електротехніки та енергетики, тобто. матеріалами, що мають специфічні властивості, необхідні конструювання, виробництва та експлуатації електротехнічного обладнання.

Матеріали грають визначальну роль енергетиці.Наприклад, ізолятори високовольтних ліній. Історично першими вигадали ізолятори з порцеляни. Технологія їх виготовлення досить складна, примхлива. Ізолятори виходять досить громіздкими та важкими. Навчилися працювати зі склом – з'явилися скляні ізолятори. Вони легші, дешевші, їх діагностика дещо простіше. І, нарешті, останні винаходи – це ізолятори з кремнійорганічної гуми.

Перші ізолятори з гуми були дуже вдалі. На їх поверхні з часом утворювалися мікротріщини, в яких набивався бруд, утворювалися провідні треки, потім ізолятори пробивалися. Детальне вивчення поведінки ізоляторів в електричному полі проводів високовольтних ліній (ПЛ) в умовах зовнішніх атмосферних впливів дозволило підібрати ряд добавок, що покращили атмосферостійкість, стійкість до забруднення та дії електричних розрядів. В результаті зараз створено цілий клас легких, міцних ізоляторів на різні рівні напруги, що впливає.

Для порівняння, вага підвісних ізоляторів для ПЛ 1150 кВ можна порівняти з вагою проводів у прольоті між опорами і становить кілька тонн. Це змушує ставити додаткові паралельні гірлянди ізоляторів, що підвищує навантаження на опору. Потрібно використовувати міцніші, а значить масивніші опори. Це збільшує матеріаломісткість, велика вага опор значно піднімає витрати на монтаж. Для довідки вартість монтажу складає до 70% вартості будівництва лінії електропередач. Приклад видно, як один елемент конструкції впливає на конструкцію в цілому.

Таким чином, (ЕТМ) є одним із визначальних факторів техніко-економічних показників будь-якої системи електропостачання.

Основні матеріали, що використовуються в енергетиці, можна розділити на кілька класів – це провідникові матеріали, магнітні матеріали та діелектричні матеріали. Спільним їм є те, що вони експлуатуються за умов дії напруги, отже, і електричного поля.

Провідниками називають матеріали, основною електричною властивістю яких є сильно виражена в порівнянні з іншими електротехнічними матеріалами електропровідність. Їх застосування в техніці обумовлено в основному цією властивістю, що визначає високу питому електричну провідність за нормальної температури.

Як провідники електричного струму можуть бути використані як тверді тіла, так і рідини, а за відповідних умов і гази. Найважливішими практично застосовуваними в електротехніці твердими провідниковими матеріалами є метали та їх сплави.

До рідких провідників належать розплавлені метали та різні електроліти. Однак для більшості металів температура плавлення висока, і тільки ртуть, що має температуру плавлення близько мінус 39 °С, може бути використана як рідкий металевий провідник при нормальній температурі. Інші метали є рідкими провідниками за підвищених температур.

Гази та пари, у тому числі пари металів, при низьких напруженнях електричного поля не є провідниками. Однак, якщо напруженість поля перевершить деяке критичне значення, що забезпечує початок ударної та фотоіонізації, то газ може стати провідником з електронною та іонною електропровідністю. Сильно іонізований газ при рівності числа електронів числу позитивних іонів в одиниці об'єму являє собою особливе середовище, що носить назву плазми.

Найважливішими для електротехніки властивостями провідникових матеріалів є їхня електро- і теплопровідність, а також здатність генерації термоЕРС.

Електропровідністьхарактеризує здатність речовини проводити електричний струм (дивіться -). Механізм проходження струму у металах обумовлений рухом вільних електронів під впливом електричного поля.

Напівпровідниковими називають матеріали, які є за своєю питомою провідністю проміжними між провідниковими та діелектричними матеріалами та відмінною властивістю яких є виключно сильна залежність питомої провідності від концентрації та виду домішок або інших дефектів, а також у більшості випадків від зовнішніх енергетичних впливів (температури, освітленості тощо). .

До напівпровідників відноситься велика група речовин з електронною електропровідністю, питомий опір яких при нормальній температурі більше, ніж у провідників, але менше, ніж у діелектриків, і знаходиться в діапазоні від 10-4 до 1010 Ом см. В енергетиці напівпровідники мало використовуються, але електронні компоненти з урахуванням напівпровідників використовуються досить широко. Це будь-яка електроніка на станціях, підстанціях, диспетчерських управліннях, службах тощо. Випрямлячі, підсилювачі, генератори, перетворювачі. Також із напівпровідників на основі карбіду кремнію виготовляють нелінійні обмежувачі перенапруг у лініях електропередачі (ГНН).

Діелектричні матеріали

Діелектричними називають матеріали, основною електричною властивістю яких є здатність до поляризації та в яких можливе існування електростатичного поля. Реальний (технічний) діелектрик тим більше наближається до ідеального, чим менша його питома провідність і чим слабше у нього виражені уповільнені механізми поляризації, пов'язані з розсіюванням електричної енергії та виділенням тепла.

Поляризацією діелектриканазивають виникнення в ньому при внесенні до зовнішнього макроскопічного власного електричного поля, обумовленого усуненням заряджених частинок, що входять до складу молекул діелектрика. Діелектрик, у якому виникло таке поле, називається поляризованим.

Магнітними називають матеріали, призначені для роботи в магнітному полі за безпосередньої взаємодії з цим полем. Магнітні матеріали ділять на слабомагнітні та сильномагнітні. До слабомагнітних відносять діамагнетики та парамагнетики. До сильномагнітних – феромагнетики, які, у свою чергу, можуть бути магнітом'якими та магнітотвердими.

Композиційні матеріали

Композиційні матеріали – це матеріали, які з кількох компонент, виконують різні функції, причому між компонентами існують межі розділу.