Кислотное число — это количество миллиграммов (мг) едкого калия (КОН), которое необходимо для нейтрализации свободных кислот, содержащихся в 1 г жидкого Диэлектрика. Кислотное число определяется у электроизоляционных жидкостей, а также у лаков, компаундов и других материалов.
Чем выше кислотное число, тем больше свободных кислот в жидком диэлектрике, а значит тем выше его проводимость, так как кислоты под действием электрического напряжения легко распадаются на ионы.
Рис.73 Капиллярный вискозиметр.
Кислоты могут разрушать электроизоляционные волокнистые материалы(бумагу, хлопчатобумажную обмотку и др.), с которыми соприкасается жидкий диэлектрик. В ГОСТ на электроизоляционные жидкости строго устанавливается наибольшая допустимая величина кислотного числа. Так, для трансформаторного масла кислотное число не должно превышать 0,05 мг КОН на 1г масла. Вязкость представляет собой коэффициент внутреннего трения при относительном перемещении частиц жидкости. Если вязкость n велика, это значит, что жидкость густая и её частицы имеют малую подвижность. Если же вязкость жидкости мала, то ее частицы подвижны, т. е. жидкость обладает хорошей текучестью.
Вязкость определяет пропитывающую способность жидких диэлектриков. Чем меньше вязкость пропиточных электроизоляционных составов (лаков, компаундов), тем глубже проникают их частицы в поры волокнистой изоляции обмоток, С возрастанием же вязкости пропитывающая способность жидких диэлектриков уменьшается. В технике пользуются кинематической и условной вязкостью. Кинематическая вязкость измеряется в стоксах (ст). Сотая доля стокса называется сантистокс (сст).
Вязкость измеряют при помощи специальных приборов вискозиметров.
Для определения кинематической вязкости применяют капиллярный вискозиметр, изготовленный из стекла (рис 73). Для определения вязкости отводную трубку 1 соединяют с резиновой грушей. Затем, зажав. пальцем торец колена 2, вискозиметр перевертывают и опускают его колено 3 в стакан с изоляционной жидкостью. С помощью резиновой груши засасывают жидкость в вискозиметр до тех пор, пока она не дойдет до метки б. После этого вискозиметр снова перевертывают — ставят (в штативе) в нормальное положение и снимают резиновую трубку с грушей с отводной трубки 1. Дают вытечь изоляционной жидкости из расширений 4 и 5 вискозиметра, а затем присоединяют резиновую грушу к колену 3. Вискозиметр помещают в термостат или в холодильную камеру в зависимости от того, при какой температуре необходимо определить вязкость. Выдержав вискозиметр в течение 15 мин. при заданной температуре,засасывают испытуемую жидкость с помощью груши и заполняют расширение 5 полностью, а расширение 4 на одну треть его высоты. После это установив вискозиметр в строго вертикальном положении (в специальной стойке), приступают к измерению времени истечения жидкого диэлектрика от метки а до метки б. Когда опускающийся уровень жидкости достигнет метки а, включаю секундомер, а когда этот уровень достигнет метки б, секундомер останавливают. Это определение повторяют не менее четырех раз и вычисляют среднюю арифметическую величину времени. Во внимание принимают только те отсчеты, которые отличаются от среднего арифметического не более чем, на +0.5% когда вязкость определяю при температурах до +30° включительно и на +2.5% при температуре ниже 30.
Рис.74. Вискозиметр Энглера.
Искомую кинематическую вязкость (n) жидкого диэлектрика вычисляют по формуле h=С t ссm С — постоянная вискозиметра, сст/сек; t — время истечения испытуемой жидкости (среднеарифметическое значение), сек. П р и м е р. С=0,477 сст/сек; t=З23 сек. (при 50° С для трансформаторного масла). Кинематическая вязкость испытуемого масла будет равно t=О,477*З2З=154 сст. Для определения условной вязкости жидких диэлектриков широко применяют вискозиметры Энглера и ВЗ-4. Вискозиметр Энглера (рис.74) состоит из двух латунных сосудов1и 2,вставленных один в другой. В дне внутреннего сосуда имеется сточная трубка 13 внутренним диаметром З мм. Во внутренний сосуд 2 наливают 200 мл (миллилитров) испытуемой жидкости, уровень которой должен совпадать с уровнем трех остриев 8, расположенных на стенках внутреннего сосуда. Этим также контролируется правильность установки прибора. Внутренний сосуд закрывается латунной крышкой 4, в которой имеются два отверстия. В одно из них помещают термометр 6, а в другое (в центре крышки) вставляют фибровый стержень 5, конусообразный конец которого закрывает сточное отверстие трубки 13. В пространство между двумя сосудами 1 и 2 (водяная баня) наливают воду, которую подогревают газовой горелкой 9 и перемешивают мешалкой. 7. Для измерения температуры воды служи термометр 3. Посредством водяной бани тепло от газовой горелки равномерно передается испытуемой жидкости во внутреннем сосуде. Под сточным отверстием вискозиметра помещают стеклянную колбу 11 для спуска в нее испытуемой жидкости. Для правильной установки вискозиметра его трехножная подставка 10 снабжена тремя регулировочными витками 12. Вначале определяют постоянную вискозиметра — время истечения из внутреннего сосуда 200 мл дистиллированной воды при 20. Затем, высушив внутренний сосуд вискозиметра, наливают в него 200 мл испытуемой жидкости и доводят температуру до величины, при которой требуется определить вязкость. Скорость подъема температуры устанавливается ГОСТ на соответствующие жидкие диэлектрики. По достижению заданной температуры, определяемой по термометру 6, вынимают фибровый стержень 5 и измеряют по секундомеру время истечения испытуемой жидкости из вискозиметра. Величина условной вязкости в градусах Энглера (°Э) представляет собой отношение времени истечения 200 мл электроизоляционной жидкости при заданной температуре ко времени истечения 200мл, воды при 20 С (постоянная прибора). Так, условная вязкость (n) трансформаторного масла равна при 20°С n=4—5°Э; «50°Сn =16—1,8°Э. Ясно, что с подогревом жидкости силы взаимодействия между ее частицами ослабляются и вязкость понижается. Вискозиметр В3-4 (рис. 75) представляет собой металлический или пластмассовый сосуд 1 с конусообразным дном, в котором имеется сточное отверстие диаметром 4мм. Сосуд вмещает 100 мл испытуемой жидкости.
Во избежание перелива жидкости сосуд снабжен закраиной 2 с желобом. Сосуд помещается в держателе 3, закрепленном в стойке 4штатива, основание 6 которого имеет регулировочный винт 5. Сточное отверстие закрывается снаружи пробкой. Вязкость определяется как время истечения (в «секундах) 100 мл жидкости из сосуда 1. На вискозиметре ВЗ-4 определяют вязкость только при комнатной температуре, так как подогрев жидкости не предусмотрен.
Рис.75. Вискозиметр ВЗ-4
Водостойкость позволяет определить способность диэлектрика противостоять воздействию воды, которая, проникая в поры материала, вызывает снижение его электрических характеристик. Для оценки водостойкости диэлектрика вначале определяют водопоглощаемость (w) его образцов:
W=(G2-G1/ G1)*100%
где G1-вес образца материала в исходном состоянии.
G2 - вес образца материала, после выдержки его в воде в течение 24, 48 и 72 часов. Разные материалы, поглотившие одинаковые количество а воды, могут иметь различные значения электрических характеристик. Поэтому для полной оценки водостойкости материала исследуют также ход изменения его электрических характеристик (r,e tg d, Eпр.) в зависимости от времени пребывания образцов материала в воде. Только при подробном исследовании изменения этих характеристик можно определить степень водостойкости данного материала. Если материал сохраняет свои первоначальные характеристики после длительного пребывания в воде, то он является водостойким материалом. Влагостойкость позволяет определить степень устойчивости диэлектрика при длительном воздействии на него паров воды — при работе электроизоляционного материала во влажной атмосфере. Для исследования этой характеристики образцы диэлектриков помещают (подвешивают) в герметически закрытую камеру (гигростат), заполненную парами воды. Вначале определяют гигроскопичность (u’) диэлектрика:
u=(G3-G0/G0)*100%
где G0 — вес абсолютно сухого образца материала; G3 — вес образца материала после пребывания его во влажной атмосфере (гигростате) в течение 24, 48 и 72 час. Но разные материалы, поглотившие одинаковые количества паров воды, могут иметь различные уровни электрических характеристик. Поэтому, как и при определении водостойкости, только исследование хода изменения основных электрических и механических характеристик в зависимости от степени увлажнения позволяет установить степень влагостойкости данного диэлектрика. Химическая стойкость материалов позволяет оценить степень стойкости диэлектриков при воздействии на них растворителей (толуол, бензин, спирты, минеральные маслах и др.), окислителей (озон, хлор, окислы азота и др.) и других разрушающих агентов (кислоты, щелочи. их растворы и пары). Многие электроизоляционные материалы (изоляция проводов, картоны и др.) подвергаются воздействию растворителей, например, при пропитке обмоток лаками, в которых содержатся те или иные растворители. Ряд электроизоляционных материалов работает непосредственно в минеральном (трансформаторном) масле. Последнее растворяет некоторые материалы или вызывает их набухание (битумы, резины и др.). Озон и окислы азота, образующиеся при действии тихого элёктрического разряда на воздух (в электрических машинах высокого напряжения) вызывают окисление некоторых электроизоляционных материалов и их разрушение. Для определения химической стойкости диэлектрика подробно исследуют изменение механических и электрических характеристик его образцов, находившихся длительное время под воздействием тех или иных реагентов. Так, например, желая определить стойкость пленочных электроизоляционных материалов к растворителям, полоски из этих материалов (шириной 20мм и длиной 125мм) помещают в подвешенном состоянии в закрытые стеклянные сосуды с соответствующими растворителями (керосин, бензин, бензол и др.). Обычно через каждые сутки вынимают из каждого сосуда с растворителем по3-5 образцов данного материала и их подвергают испытанию на разрыв. Резкое падение прочности при разрыве образцов пробывших незначительное время в данном растворителе, свидетельствует о низкой стойкости материала к этому растворителю. Наряду с механическими испытаниями определяют потерю веса образцами материалов после пребывания и в растворителях. Большая потеря в весе материала будет так же указывать на низкую стойкость его к данному растворителю. Стойкость электроизоляционных материалов к тем или иным реагентам (озон, окислы азота и др.) оценивают также по появлению на образцах, находившихся в атмосфере этих реагентов, первых признаков разрушения (трещины и др.). Тропическая стойкость (тропикостойкость) определяется у электроизоляционных материалов, применяемых в электрооборудовании, поставляемом в страны с тропическим климатом (Индия, Индонезия, Бирма, Эфиопия и др.). В условиях тропического климата, незащищенные герметически закрытыми оболочками, электроизоляционные материалы подвергаются следующим воздействиям:
а) высокая температура окружающего воздух (45—55°С);
б) резкое изменение температуры в течение, суток (на 40* С и более);
в) высокая влажность воздуха (80-95%.);
г) солнечная радиация (большая плотность светового и теплового потока);
д) плесневые трубки (микроорганизмы), повреждающие многие
электроизоляционные материалы органического происхождения;
е) насекомые и грызуны, повреждающие изоляцию в электрооборудовании
открытого типа;
ж) воздух, содержащий соли и пыль.
Перечисленные факторы оказывают разрушающее воздействие на такие органические материалы, как хлопчатобумажные и шелковые ткани, бумагу, картон, фибру, дерево, а также пластмассы с древесными и хлопчатобумажными наполнителями. Эти материалы могут применяться только в том случае, если они используются в герметически закрытых кожухах или же залитыми в толстом слое тропикостойких компаундов типа МБК, эпоксидных и др.
Наиболее стойкими к тропическим воздействиям являются материалы неорганического происхождения: электрокерамика, бесщелочное стекло, асбестоцемент и др. Высокой стойкостью к тропическим воздействиям обладают многие синтетические диэлектрики органического происхождения. К таким относятся бакелитовые, эпоксидные, полихлорвиниловые, кремнийорганические, смолы, фторопласты, полиэтилен и пластмассы на их основе с неорганическими наполнителями (стеклянное и асбестовое волокно, кварцевая мука и др.), а также лаки, эмали и компаунды на основе этих смол. Тропическая стойкость электроизоляционного материала или изделия определяется посредством большого количества испытаний. Важнейшими из них являются следующие:
а) испытание на влагоустойчивость при длительном воздействии влажного воздуха (относительная влажность 95-100%) и при изменении температуры от 45 до 20°С. Эти испытания производятся непрерывно в течение нескольких суток. Ясно, что если материал предназначен для работы в помещениях, он подвергается испытанию меньшей длительности, чем материал, предназначенный работать на открытом воздухе в условиях тропического климата; б) испытание на теплоустойчивость производится при температурах 45-85˚С в течение нескольких часов в зависимости от назначения материала; в) испытание на устойчивость к плесневым грибкам производится в закрытой камере, где образцы материалов или изделий длительно выдерживаются при температуре З0° С и относительной влажности воздуха 95—100%, при воздействии на объекты испытания специально подобранных культур плесневых грибков. Продолжительность испытания несколько суток. Для придания органическим диэлектрикам устойчивости против плесневых грибков в их состав вводят вещества (фунгициды) ядовитые для грибов. К фунгицидам относятся: хлордан, оксихинолят меди, нафтенат меди, паранитрофенол и ряд других. Эти вещества вводятся в высокополимерные диэлектрики, пластмассы, резины, лаки и др. в виде мелкодисперсных порошков или жидкостей;
г) испытание на устойчивость к солнечной радиации производится при воздействии на испытуемые образцы материалов или изделий искусственных источников света, создающих плотность всех видов лучей, равную 0,03 кал/см2 сек. Продолжительность этого испытания несколько суток;
д) испытание на устойчивость к воздействию морского тумана производится в камере, где на образцы материалов или изделий воздействует искусственный морской туман, частицы которого содержат определенный состав солей. В камере поддерживается’ температура 30°С. Продолжительность испытания тоже несколько суток. Устойчивость материала или изделия к тому или иному виду испытания устанавливается по степени ухудшения ими своих первоначальных физико-механических и электрических характеристик.
Суммируя результаты всех испытаний, устанавливают тропическую стойкость того или иного материала или изделия. На этом основании определяют тот тропический климат, в условиях которого может длительно
работать данный материал.
Радиационная стойкость — характеристика, позволяющая оценить степень стойкости электроизоляционных изделий к воздействию жестких излучений (à,β, и γ-лучей, потоков нейтронов и др.) радиоактивных веществ, ядерных установок и других источников.
Радиоактивные излучения вызывают в электроизоляционных и других материалах ряд физико-химических превращений. Особенно глубокие превращения наблюдаются у материалов органического происхождения:
полимеры, пластмассы, лаковые пленки и др. Под действием радиоактивных излучений многие твердые материалы размягчаются, некоторые из них, наоборот, приобретают хрупкость и начинают разрушаться при малейших механических воздействиях. В связи с этим наблюдается резкое изменение электрических и физико-механических свойств материалов. Очень немногие из материалов оказываются устойчивыми к длительному воздействию жестких радиоактивных излучений. К таким материалам относятся электрокерамика (фарфор, стеатит и др.), слюда, микалекс, кварцевое стекло и некоторые другие. Радиационную стойкость к данному типу излучения устанавливают посредством длительного испытания образцов данного материала при воздействии на них облучения определенной интенсивности. Степень воздействия заданного излучения на материал устанавливают, прежде всего, по потере веса образцов, изменению окраски их и изменению механических свойств – эластичности, предела прочности на растяжение и др. Электрические характеристики некоторых облученных материалов могут, не изменятся, а иногда даже улучшаться.