Конспект лекций. Лекция 1. Введение в предмет 1.3. Роль материалов в современной технике

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ.

 

Конспект лекций.

 

Лектор : доцент кафедры электроснабжения и ресурсосбережения КТУ ТЫТЮК В.К.

 

 

Лекция 1. Введение в предмет

1.1. Представление, знакомство с потоком.

1.2. Что такое материал, материаловедение, электротехническое материаловедение.

1.3. Роль материалов в современной технике.

1.4. Классификация материалов, применяемых в энергетике и электротехнике.

1.5. Методические указания по курсу, литература.

 

Представление, знакомство с потоком.

Представиться самому. Назвать преподавателя, ведущего вместе с лектором лабораторные работы. Лабораторные работы проводятся в аудитории 547. Упомянуть об опасности высокого напряжения и необходимости строжайшего соблюдения мер безопасности. Формы отчетности по прочитанному курсу - зачет.

Система обучения состоит в чтении лекций и подготовке лабораторных работ. Объем курса включает в себя 18 лекций и 8 лабораторных работ. После первых 8-9 лекций предполагается небольшой тест. Затем, после последней лекции проводится заключительный тест. Поинтересоваться специальными дисциплинами, ТОЭ. Сделать замечание по поводу мобильной связи.

 

Целью настоящего курса является ознакомление и изучение основных материалов, применяемых в электроэнергетике, их основных свойств.

Курс «Электротехнические материалы» является частью более общей научной дисциплины – материаловедения.

Что такое материал, материаловедение, электротехническое материаловедение.

Материал - это объект, обладающий определенным составом, структурой и свойствами, предназначенный для выполнения определенных функций. Материалы могут иметь различное агрегатное состояние: твердое, жидкое, газообразное или плазменное. Функции, которые выполняют материалы - разнообразны. Это может быть обеспечение протекания тока - в проводниковых материалах, сохранение определенной формы при механических нагрузках - в конструкционных материалах, обеспечение непротекания тока, изоляция - в диэлектрических материалах, превращение электрической энергии в тепловую - в резистивных материалах. Обычно материал выполняет несколько функций, например диэлектрик обязательно испытывает какие-то механические нагрузки, а значит является конструкционным материалом.

Материаловедение - наука, занимающаяся изучением состава, структуры, свойств материалов, поведением материалов при различных воздействиях: тепловых, электрических, магнитных и т.д., а также при сочетании этих воздействий. Теоретической основой материаловедения являются физика и химия. Стихийными материаловедами были еще древние люди, , например, научившиеся делать каменные наконечники или топоры из определенных камней со слоистой структурой. Технический прогресс человечества во многом основан на материаловедении. В свою очередь технический прогресс дает новые возможности, методы, приборы для материаловедения, позволяет создавать новые материалы.

Рассмотрим пример с компьютерной техникой. Первые компьютеры были на вакуумных электронных лампах и имели сравнительно скромные возможности. Размер их был примерно со спортивный зал, размер единичного элемента для хранения и обработки информации составлял несколько сантиметров. После открытия полупроводников размер элемента уменьшился примерно в 10 раз, размеры компьютера уменьшились также примерно в 10 раз. По мере исследования полупроводников их размер уменьшался, пока не произошел качественный скачок после открытия интегральных схем, когда несколько транзисторов соединили в одном элементе. В дальнейшем и этот элемент постоянно уменьшался и в нем соединяли все большее количество транзисторов. В настоящее время элементарный транзистор имеет размер примерно 0.5 мкм, в больших интегральных схемах соединяются тысячи элементов. Предполагается, что в ближайшем будущем будет постепенно осуществляться переход на масштаб 0.2 мкм и 0.18 мкм. Имеются идеи о создании элементов размером в молекулу!

 

Электротехническое материаловедение - это раздел материаловедения, который занимается материалами для электротехники и энергетики, т.е. материалами, обладающими специфическими свойствами, необходимыми для конструирования, производства и эксплуатации электротехнического оборудования. Ряд материалов традиционны для любого из разделов материаловедения, в первую очередь, это конструкционные материалы. Основные материалы, рассматриваемые здесь специфичны именно для электротехнического раздела материаловедения, это в первую очередь диэлектрические материалы, затем проводниковые материалы, магнитные материалы, материалы для резисторов. В основном эти темы и будут рассматриваться в курсе электротехнического материаловедения. Для успешного освоения курса не требуется особых знаний. Математика в школьном объеме, физика в объеме курса общей физики.

Роль материалов в современной технике.

Например, изготовление баллонов для хранения газов под давлением. Вес баллона определяется толщиной стенки сосуда, который, в свою очередь,… Можно привести пример с материалами космических челноков. Разработка новых электротехнических материалов с улучшенными или новыми эксплуатационными свойствами способствует…

Классификация материалов, применяемых в энергетике и электротехнике.

Все электротехнические материалы делятся на группы по их электропроводности с учетом их функционального назначения.

1. Проводниковые материалы. Чистые металлы и их сплавы. Они имеют низкое удельное сопротивление ( высокую проводимость ). Из них изготавливают токоведущие части электрических машин и аппаратов: обмотки, катушки, контакты, токоведущие жилы проводов и кабелей.

2. Полупроводниковые материалы. Эта группа материалов обладает управляемой проводимостью. То есть, прикладывая к изделиям из этих материалов небольшое управляющее напряжение можно переводить их из токопроводящего состояния в изолирующее. К полупроводникам относятся такие материалы как кремний, германий, селен, арсенид галлия. Из них изготавливают силовые электронные ключи: тиристоры, транзисторы.

3.Магнитные материалы. Применяются для создания среды с малым магнитным сопротивлением (магнитопроводы, сердечники) т.е. для концентрации энергии магнитного поля в электрических машинах, аппаратах и приборах По отношению к электрическому току большинство магнитных материалов является проводниками. Основу магнитных материалов составляет железо и его сплавы. Из этих материалов изготавливают сердечники трансформаторов, магнитные системы электрических машин.

После появления мощных постоянных магнитов на основе неодима появился большой класс синхронных машин с бесконтактным возбуждением от постоянных магнитов. Все микромашины изготавливаются с постоянными магнитами, что значительно повышает их надежность.

4. Диэлектрики. Это материалы – антиподы проводников, они имеют высокое удельное сопротивление (низкую проводимость ). Диэлектрические материалы имеют чрезвычайно важное значение для электротехники. Диэлектрики используются в различных электротехнических устройствах для создания электрической изоляции, которая окружает токоведущие части электротехнических устройств, отделяет друг от друга части, находящиеся под действием разных электрических потенциалов.

Еще одна область применения диэлектриков – это диэлектрики в конденсаторах, служащие для накопления энергии электрического поля и создания определенного значения электрической емкости конденсаторов.

Другое название диэлектриков – электроизоляционные материалы. Назначение электрической изоляции – не допустить прохождения электрического тока по каким-либо путям, не предусмотренным конструкцией или схемой устройства. Очевидно, что никакое устройство не может быть выполнено без применения электроизоляционных материалов.

В различных случаях к электроизоляционным материалам предъявляют самые разнообразные требования. Помимо электроизоляционных свойств большое значение имеют механические, тепловые и другие физико-химические свойства. Важное значение имеет также стоимость и дефицитность материалов.

По агрегатному состоянию электроизоляционные материалы делятся на твердые, жидкие и газообразные.

Большое практическое значение имеет деление электроизоляционных материалов в соответствии с их химической природой на органические и неорганические. Органические материалы обладают ценными механическими свойствами – гибкостью, эластичностью, им легко придавать требуемую форму, однако за редкими исключениями они имеют относительно низкую нагревостойкость.

 

Тема1. Электрофизические характеристики материалов.

Лекция 2. Электропроводность материалов. Диэлектрическая проницаемость материалов.

2.1. Перекличка. Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

2.2. Электропроводность.

2.3. Диэлектрическая проницаемость.

 

Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

2.1.1. Определение материала.

2.1.2. Предмет дисциплины «Электротехнические материалы»

2.1.3. Основная классификация электротехнических материалов.

2.1.4. Опишите взаимосвязь между качеством стоимостью и функциональными характеристиками материалов.

 

Особенностями использования материалов в электроэнергетике является то, что они эксплуатируются в условиях воздействия электрических полей, и в несколько меньшей степени, в условиях воздействия магнитных полей. Основными процессами, происходящими под действием этих полей являются поляризация вещества, электропроводность, намагничивание вещества.

Электропроводность.

Электропроводность – это способность материала проводить электрический ток.

?

Кто помнит определение электрического тока из курса физики? Электрическим током называется направленное движение электрически заряженных частиц. Электрический ток может быть вызван заряженными частицами разных типов. Основные виды заряженных частиц – это электроны и ионы.

Основное уравнение электропроводности.

j = S ni·qi·Vi Здесь i - тип или cорт заряда, (например электроны, ионы различных молекул,… Чтобы разобраться с электропроводностью разных материалов, необходимо понять, какие в них плотности (концентрации)…

Электропроводность металлов

В атомах металлов электроны достаточно слабо связаны с ионными остатками. Поэтому при образовании из атомов собственно материала металла эти электроны от разных атомов как - бы обобществляются и могут свободно передвигаться по всему объему металла. Они и являются носителями заряда. Примерное количество электронов в металле составляет около 10²² шт/см³. Их подвижность также велика. Оценки дают значения b_i примерно 10^-2-10^-1 м²/(В с).

Электропроводность газов

Под действием сильных электрических полей заряженные частицы могут приобретать большие скорости и образовывать новые ионы при соударениях с… Одновременно с образованием носителей зарядов протекает противоположный…  

Электропроводность твердых диэлектриков.

Здесь основными носителями заряда являются электроны. Ионы "вморожены" и практически не имеют возможности движения b_i ~10^-23 м²/(В ·с). Образование свободных носителей заряда происходит вследствие воздействия ионизационных излучений и нагревания. Рекомбинация носителей заряда в твердых телах не затруднена. Электропроводность твердых диэлектриков определяется наличием примесей.

Электропроводность жидкостей.

Таким образом, в жидкостях обычно проводимость больше, чем в газах и твердых телах за счет облегченной ионизации и затрудненной рекомбинации С другой стороны, отсутствие формы жидкости, легкость очистки дают возможность…  

Диэлектрическая проницаемость.

Эта величина представляет собой отношение заряда Q, полученного на конденсаторе, содержащем данный диэлектрик, к заряду Q0, который можно было бы… ε = Q/Q0 Из этого определения следует, что диэлектрическая проницаемость не зависит от выбора системы единиц и ее числовое…

Диэлектрическая проницаемость газов.

Газы обладают низкой плотностью, большие межмолекулярные расстояния. Газы обладают низкой способностью к поляризации, их диэлектрическая проницаемость незначительно превосходит единицу. Например для кислорода ε = 1.00055. Зависимость диэлектрической проницаемости от давления и температуры определяется измененим числа молекул в единице объема газа. То есть, с ростом давления диэлектрическая проницаемость увеличивается, а с ростом температуры диэлектрическая проницаемость газа снижается. На значение диэлектрической проницаемости воздуха также оказывает определенное значение его влажность. С ростом влажности диэлектрическая проницаемость воздуха незначительно увеличивается.

Диэлектрическая проницаемость твердых и жидких диэлектриков.

Значение диэлектрической проницаемости твердых и жидких диэлектриков существенно зависит от их физико-химической природы: от размеров и степени полярности молекул, то есть, от механизмов поляризации, присущих тому или иному веществу. Диэлектрическая проницаемость в этом случае также зависит от температуры. Однако в отличие от газов температурный коэффициент диэлектрической проницаемости может иметь нелинейный характер и принимать положительные значения. Для полярных веществ имеет место и зависимость диэлектрической проницаемости от частоты приложенного напряжения. С ростом частоты диэлектрическая проницаемость полярных диэлектриков снижается.

Значения диэлектрической проницаемости твердых диэлектриков изменяются в диапазоне от 2-3 до 7000-9000 (титанат бария).

 

Лекция 3. Электрическая прочность материалов. Тепловые и механические характеристики материалов.

3.1. Перекличка. Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

3.2. Электрическая прочность диэлектриков.

3.3. Тепловые и механические характеристики материалов.

Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

3.1.1. Определение электрического тока.

3.1.2. Какие Вы знаете виды носителей зарядов ?

3.1.3. Какие процессы определяют электропроводность газов?

3.1.5. Какой вид носителей определяет проводимость металлов?

3.1.6. Какой вид носителей определяет проводимость жидкостей?

3.1.7. Дайте определение диэлектрической проницаемости.

Электрическая прочность диэлектриков.

  Eпр = Uпр/h  

Тепловые и механические характеристики материалов.

Тепловые характеристики материалов.

Температура - это понятие, введенное для характеристики энергии, которой обладают молекулы вещества. Для материалов вводят несколько характерных… Нагревостойкость - максимальная температура, при которой не уменьшается срок… По этому параметру все материалы разделены на классы нагревостойкости.

Механические характеристики материалов.

Большинство электротехнических материалов выполняет несколько функций, в том числе и функции конструкционных материалов. Поэтому часто для электротехнических материалов знать числовые значения прочности на разрыв, сжатие, изгиб. Многие материалы обладают повышенной хрупкостью, т.е. легко разрушаются динамическими нагрузками. Для жидких диэлектриков – масел, лаков важной механической характеристикой является вязкость.

 

Лекция 4. Влажностные свойства диэлектриков.

4.1. Перекличка. Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

4.2. Общие характеристики влажности воздуха

4.3. Гигроскопичность диэлектриков.

4.4. Влагопроницаемость диэлектриков.

Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

4.1.1. Дайте определение электрической прочности диэлектрика.

4.1.2. Старение диэлектриков. Что является основными причинами старения диэлектриков.

4.1.3. Дайте определение нагревостойкости.

4.1.4. Понятие о делении диэлектриков по классам нагревостойкости.

4.1.5. Положительный эффект от повышения нагревостойкости изоляции.

4.2.Общие характеристики влажности воздуха

Электротехническое оборудование всегда работает в контакте с атмосферным воздухом, подвергается действию разнообразных факторов, например перепадам температуры. Атмосферный воздух имеет достаточно сложный химический состав и одним из наиболее существенных компонентов являются водяные пары. Вода является хорошим растворителем, легко проникает в поры и оказывает существенное влияние на состояние и эксплуатационные свойства всех материалов. Например, при повышенной влажности быстрее протекают процессы коррозии конструкционных материалов, окисляются контакты и проводники, снижается электрическая прочность диэлектриков.

Содержание водяного пара в атмосфере оценивают таким показателем как абсолютная влажность воздуха. Этот показатель численно равен массе водяного пара, содержащейся в единице объема воздуха (кг/м³). Каждой температуре соответствует определенное максимальное значение абсолютной влажности m_нас. Большего количества воды воздух содержать не может, вода выпадает в виде росы. Абсолютная влажность, необходимая для насыщения воздуха, резко возрастает с увеличением температуры. Относительная влажность воздуха показывает процентное содержание в воздухе водяного пара по отношению к максимально возможному: φ = m/ m_нас 100%.

При нормальной температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении значение m_нас равняется 17,3 г/м³. При проведении различных испытаний и измерений устанавливается так называемая нормальная влажность воздуха, соответствующая относительной влажности φ = 65%.

Вода является сильно дипольным диэлектриком с относительно низким удельным сопротивлением порядка 10³-10⁴ Ом*м. Поэтому попадание воды в диэлектрик ведет к резкому ухудшению электрической прочности изоляции. Особенно заметно влияние влаги при повышенных температурах. Поэтому в особый класс исполнения выделяется оборудование, предназначенное для работы в тропических условиях, т.е. в условиях повышенной влажности и повышенных температур.

Электроизоляционные материалы в большей или меньшей степени обладают свойствами гигроскопичности, т.е. способностью впитывать в себя влагу из окружающей среды, и влагопроницаемостью, т.е. способностью пропускать через себя пары воды.

4.3.Гигроскопичность диэлектриков.

В первую очередь воздействие повышенной влажности воздуха отражается на уменьшении поверхностного сопротивления диэлектриков. Это связано с появлением на их поверхности крупных водяных капель и пленок. Способность диэлектриков смачиваться водой характеризуется краевым углом смачивания Θ капли воды, нанесенной на плоскую поверхность – показать на рисунке. Чем меньше Θ – тем сильнее смачивание, для смачиваемых поверхностей Θ < 90°С, для смачиваемых - Θ > 90°С.

 

 

При наличии в диэлектрике объемной пористости или при неплотной структуре влага попадает и внутрь материала.

Для защиты поверхности электроизоляционных деталей от действия атмосферной влажности их покрывают специальными лаками, не смачиваемыми водой.

Диэлектрик, помещенный в среду с некоторым другим уровнем влажности, в течение некоторого времени достигает равновесного со средой состояния в результате процессов увлажнения или сушки. Для волокнистых диэлектриков устанавливается кондиционная влажность, соответствующая равновесной влажности материала, если он находится в воздухе в нормальных условиях. Например, для кабельной бумаги кондиционная влажность устанавливается равной 8%. На гигроскопичность материала важнейшее влияние оказывает строение материала и его химический состав. Сильно пористые материалы, естественно, более гигроскопичны, чем материалы плотного строения. Для иллюстрации приведем сведения о размерах пор ( в ангстремах, 10^-10 м) для некоторых материалов:

Макропоры в керамике	103 - 106
Капилляры в волокнах целлюлозы
Поры в стенках волокна	10-100
Межмолекулярные поры	10-50
Внутримолекулярные поры	До 10

Для сравнения укажем, что эффективный диаметр молекулы воды равен примерно 3 ангстрема. Поэтому избежать гигроскопичности материалов, особенно органических, с крупными молекулами, практически невозможно.

Количество поглощенной диэлектриком воды не полностью отражает степень изменения свойств материала при увлажнении. Если поглощенная влага образует удлиненные нити или пленки, которые могут пронизывать межэлектродный промежуток, то даже незначительное количество влаги приводит к резкому снижению электрической прочности изоляции. Если же вода распределяется по объему материала равномерно, то влияние влаги будет менее существенным.

Наиболее заметное падение электрической прочности имеет место для диэлектриков, содержащих растворимые в воде примеси, создающие электролиты с высокой удельной проводимостью.

Еще один эффект. При увлажнении диэлектрика в нем значительно увеличиваются диэлектрические потери в переменном электрическом поле, что приводит к дополнительному нагреву изоляции, но может приводить и к дополнительному просушиванию изоляции.

4.3.Влагопроницаемость диэлектриков.

Кроме гигроскопичности, большое практическое значение имеет практическое значение их способность пропускать через себя пары воды. Эта характеристика называется влагопроницаемость и она очень важна для оценки качества материалов, применяемых для защитных покровов: наружные шланги кабелей, лаковые покрытия деталей). Только для стекол, хорошо обожженной керамики и металлов влагопроницаемость практически равна нулю.

Количество влаги m, проходящее за время τ сквозь участок площадью S слоя изоляционного диэлектрика толщиной h под действием разности давлений P₁ и P₂ равно

M = Π*(P₁ - P₂)*S* τ/h

Эта формула аналогична уравнению прохождению тока через тело, а коэффициент пропорциональности П в этой формуле аналогичен удельной объемной проводимости. Этот коэффициент является влагопроницаемостью данного материала.

В соответствии с этим определением в системе СИ влагопроницаемость измеряется в [с] (секунды). Для твердых органических диэлектриков влагопроницаемость имеет порядок значений 10^-13 – 10^-16 с.

Для уменьшения гигроскопичности и влагопроницаемости пористых и волокнистых изоляционных материалов широко применяется их пропитка. Необходимо понимать, что пропитка не устраняет, а только замедляет процессы накопления влаги основным диэлектриком. Это объясняется относительно крупным размером молекул пропитки.

 

 

Тема 2. Различные виды диэлектрических материалов.

Лекция 5. Газообразные и жидкие диэлектрики.

5.1. Перекличка. Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

5.2. Область применения и общие характеристики газообразных диэлектриков.

5.3. Воздух.

5.4. Специальные газовые диэлектрики.

Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

5.1.1. Абсолютная влажность воздуха. Влияние температуры на абсолютную влажность воздуха.

5.1.2. Относительная влажность воздуха. Её нормированное значение.

5.1.3. Общее представление о смачиваемости веществ.

5.1.4. Гигроскопичность диэлектриков.

5.1.5. Методы защиты диэлектриков от влаги.

Область применения и общие характеристики газообразных диэлектриков.

Например, в работе линий электропередач воздух является основным диэлектриком и образует единственную изоляцию между оголенными проводами. Некоторые… Преимуществами газов перед остальными видами электроизоляционных материалов… Основные характеристики газов, как диэлектриков, это диэлектрическая проницаемость, электропроводность, электрическая…

Область применения и общие характеристики жидких диэлектриков.

Диэлектрическая проницаемость является истинной характеристикой жидкостей и характеризуется дипольным моментом и поляризуемостью молекул. В качестве… Электропроводность жидкостей определяется ионизацией молекул, наличием в… Двойной электрический слой - образование в жидкости, на границе с другими телами (электроды, диэлектрики,…

Используемые и перспективные жидкие диэлектрики.

Трансформаторное масло, - очищенная фракция нефти, получаемая при перегонке, кипящая при температуре от 300 °С до 400 °С. В зависимости от… Каждый из компонентов масла играет определенную роль при эксплуатации.… Углеводороды парафинового ряда, кроме высокой химической устойчивости обладают высокой температурой вспышки и рядом…

Основные физико-химические свойства масла.

Поэтому выбирают компромиссное значение вязкости для различных масел. Кинематическая вязкость для большинства масел при температуре 20 °С составляет… Температурой застывания называется температура, при которой масло загустевает… Температурой вспышки называется температура нагреваемого в тигле масла, при котором его пары образуют с воздухом…

Лекция 6. Газообразные и жидкие диэлектрики. Продолжение предыдущей лекции.

6.1. Перекличка. Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

6.2. Конденсаторное и кабельное масла.

6.3. Синтетические диэлектрические жидкости.

 

Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

6.1.1. Сравните элекрофизические характеристики воздуха и элегаза.

6.1.2. Как использование элегаза влияет на конструкцию электроаппаратов.

6.1.3. Трансформаторное масло. Его области применения и основные характеристики.

6.1.4. Электрическая прочность. Температура вспышки. Температура воспламенения.

6.1.5. Меры, продлевающие срок службы трансформаторного масла

 

Антиокислительная присадка специально вводится в масло для предотвращения его окисления под действием локальных высоких температур и реакций с проводниковыми и диэлектрическими материалами. Обычно в качестве присадки используют ионол, реже применяются и другие добавки.

Очистка, сушка и регенерация масла. Очисткой масла называется такая операция, с помощью которой загрязненное или окисленное масло приводится в пригодное для эксплуатации состояние. После хорошей очистки масло должно полностью восстановить свои начальные свойства, т.е. должно быть совершенно прозрачно, не должно содержать кислот, осадков, воды, угля и других загрязнений. Причины изъятия масла из эксплуатации могут быть двух родов. Если масло во время эксплуатации оказалось лишь загрязненным различными постоянными веществами и не претерпело глубоких изменений, то для его восстановления достаточно прибегнуть к одному из описываемых ниже методов механической очистки.

К механическим методам очистки относятся:

1) отстой;

2) центрифугирование;

3) фильтрование;

4) промывка.

Все эти методы имеют целью удалить из масла главным образом воду, механические загрязнения, нерастворимый шлак и уголь. Другой причиной изъятия масла из эксплуатации служит его старение под действием высокой температуры, кислорода воздуха, мощных частичных разрядов. Такое масло претерпевает столь глубокие изменения, что для восстановления его свойств необходимо применить один из следующих методов химической очистки (регенерации):

1) сернокислотный метод;

2) щелочноземельный метод;

3) обработку адсорбентами.

Очистка масла непосредственно в трансформаторах и выключателях может производиться периодически или после аварии при резком снижении пробивного напряжения, появления угля и прочих ненормальных явлениях или в результате данных хроматографического анализа. Как правило, трансформаторы и выключатели в этих случаях выводятся из работы и отключаются от сети.

 

 

Конденсаторное и кабельное масла.

Конденсаторные масла. Под этим термином объединена группа различных диэлектриков, применяемая для пропитки бумажно-масляной и бумажно-пленочной… Кабельные масла предназначены для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей.… Второй тип жидких диэлектриков - трудногорючие и негорючие жидкости. Жидких диэлектриков с такими свойствами…

Синтетические диэлектрические жидкости.

Хлордифенилы являются хорошими диэлектриками. У них повышена диэлектрическая проницаемость ε =5-6 по сравнению с трансформаторным маслом из-за… Однако у всего класса этих веществ имеются два очень существенных недостатка –… В России и некоторых других странах наиболее перспективными для применения считаются силиконы (силоксаны) или…

Лекция 7. Твердые диэлектрики.

7.1. Перекличка. Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

7.2. Общие характеристики твердых диэлектриков.

7.3. Виды диэлектриков. Применение твердых диэлектриков в энергетике.

7.4. Полимерные материалы.

Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

7.1.1. Методы механической очистки масла.

7.1.2. Регенерация. Методы химической очистки масла.

7.1.3. Преимущества и недостатки хлордифенилов.

7.1.4. Основные преимущества перфторуглеродов.

 

Общие характеристики твердых диэлектриков.

Например, диэлектрическая проницаемость меняется от значения, незначительно превышающего 1, до более чем 50000, в зависимости от типа диэлектриков:… Неполярный диэлектрик - вещество, содержащее молекулы с преимущественно… Полярный диэлектрик - вещество, содержащее дипольные молекулы или группы, или имеющее ионы в составе структуры.

Виды диэлектриков. Применение твердых диэлектриков в энергетике.

Неорганические диэлектрики: стекла, слюда, керамика, неорганические пленки (окислы, нитриды, фториды), металлофосфаты, электроизоляционный бетон.… Органические диэлектрики: полимеры, воски, лаки, резины, бумаги, лакоткани.… Применение в энергетике:

Полимерные материалы.

По технологическим признакам полимерные материалы делятся на 2 класса - термопласты и реактопласты. Термопластичные материалы при повышении температуры размягчаются, легко… Термопласты – это в основном линейные полимеры, а реактопласты – это полимеры с сильно развитой пространственной…

Лекция 8. Твердые диэлектрики. Продолжение

8.1. Перекличка. Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

8.2. Бумага и картон.

8.3. Слоистые пластики.

8.4. Лакоткани

 

Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

8.1.1. Классификация твердых диэлектриков по применению в энергетике

8.1.2. Общее представление о термопластах.

8.1.3. Разновидности полиэтилена.

8.1.4. Общее представление о реактопластах.

Бумага и картон

Для удаления примесей, содержащихся в древесине, целлюлозу обрабатывают химическими реагентами. Для писчей бумаги древесину обрабатывают сернистой… Щелочная целлюлоза дороже сульфитной, однако в ней исходная целлюлоза… Чем выше плотность бумаги, тем выше как механическая, так и электрическая прочность бумаги. Самые тонкие и прочные…

Слоистые пластики

В зависимости от материала связующего и наполнителя различают несколько типов слоистых пластиков: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит. Наиболее дешевый материала диэлектрических оснований— гетинакс — обладает… Листовой гетинакс применяется в виде щитов, панелей, изоляционных перегородок в устройствах низкого напряжения.…

Лакоткани

По роду пропитывающего лака лакоткани подразделяются на светлые(желтые) на масляных лаках и черные – на масляно-битумных лаках. Светлые лакоткани… К лакотканям следует также отнести электроизоляционные трубки, применяемые для…  

ПРОВОДЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ.

В зависимости от плотности тока в проводах потери могут сильно различаться. Ясно, что при пропускании определенной мощности по линии электропередач,…   Ясно также, что чем больше ток, тем больше мощность, причем зависимость линейная. Однако с ростом тока потери энергии…

Материалы для проводов. Медь, алюминий.

Основной характеристикой проводника является его удельное сопротивление. Естественно, чем оно ниже, тем лучшим проводником является тот или иной…  

Материалы для контактов.

Проводники в месте контакта отличаются от проводников в объеме проводов несколькими обстоятельствами их функционирования.   Во - первых, невозможно сделать площадь контакта такой же или большей, чем площадь сечения проводов. Поэтому плотность…

Материалы с малым температурным коэффициентом сопротивления.

Возвращаясь к температурному коэффициенту для проводниковых резистивных материалов, следует упомянуть о существовании материалов с практически нулевым температурным коэффициентом сопротивления. Это манганин, материал для точных прецизионных резисторов, и константан. В самом названии константана заложена информация о постоянстве сопротивления. Состав манганина - марганец 11.5-13.5%, никель - 2.5-3.5%, остальное - медь. Состав константана - никель - 40%, марганец 1-2%, остальное - медь.

 

Металлические резистивные материалы

Применение этих сплавов для нагревателей и резисторов обусловлено двумя главными обстоятельствами. Во первых, их удельное сопротивление примерно в… Рассмотрим конкретный пример использования нихрома для создания, например,… Воспользуемся известным выражением P = U2/R, отсюда R = U2/P. Используя формулу для пересчета R = r×l¤S, где…

Принцип сверхпроводимости. Влияние магнитного поля

Протекание тока в проводниках всегда связано с потерями энергии, т.е. с переходом энергии из электрического вида в тепловой вид. Этот переход… Сверхпроводимость, как и сверхтекучесть, были обнаружены в экспериментах при… Однако эти явления характерны только для слабых магнитных полей. Оказывается, сильное магнитное поле может проникать в…

Процессы в диэлектриках под действием сильных электрических полей

9.2. Пробой в жидкостях. Эмпирические зависимости электрической прочности. Роль газовых пузырьков. 9.3. Пробой твердых диэлектриков. Электрический пробой. Тепловой пробой.… В предыдущей главе мы рассматривали электропроводность диэлектрических материалов под действием слабых электрических…