Механические свойства

При эксплуатации электротехнического оборудования электроизоляционные материалы и диэлектрики подвергаются воздействию различных факторов, вредно сказывающихся на свойствах изоляции. Твердые диэлектрики испытывают разрушающее воздействие механических нагрузок. Например, в мощных трансформаторах большие нагрузки возникают под действием электродинамических сил. В некоторых видах электрооборудования на изоляцию оказывают влияние воздействие усилий, вызванные большими ускорениями, вибрацией. Большие механические напряжения могут быть еще более опасны в сочетании с действием высокой напряженности поля. При действии такой комбинированной нагрузки происходит обычно снижение электрической прочности изоляции, что может привести к негативным последствиям.

Механические свойства характеризуют способность диэлектрика выдерживать внешние статические и динамические нагрузки без недопустимых изменений первоначальных размеров и формы. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, хрупкость, пластичность, прочность на разрыв, относительное удлинение при разрыве, относительная деформация при сжатии или изгибе.

Для пластмасс важной характеристикой является сопротивление раскалывания. Для его определения используют брусок размером 15x15x10. В ходе испытаний в торец испытуемого материала, размещенного на нижней опорной плите разрывной машины, вдавливается клин, прикрепленный к верхней плите. Сопротивление раскалывания S_р=F/b, где F – наибольшая нагрузка в момент раскалывания образца, Н; b – ширина средней части образца, м.

В большинстве случаев при определении твердости электроизоляционных материалов используется статический метод вдавливания индентера - стального полированного шарика диаметром 5 мм в поверхность образца при заданной нагрузке (рис.1.31). Твердость определяется глубиной вдавливания шарика по истечении 30 секунд.

Н =

Способность диэлектрика выдерживать динамические механические нагрузки характеризуют ударной вязкостью (предел прочности при ударном изгибе) и стойкостью к вибрации. Прочность на удар определяется как работа, затраченная на излом образца, отнесенная к его сечению. Определяется на маятниковом копре Шарпи (рис.1.32). В таком режиме работают многие узлы электротехнического оборудования, выполненные из пластмасс и слоистых пластиков и других материалов.

А_уд = G(h₁ - h₂)

Удельной ударной вязкостью называется отношение энергии удара к площади его поперечного сечения s=А_уд/S.

Стойкость материалов и изделий к вибрациям определяется отсутствием механических повреждений, нарушением герметичности, сохранением в заданных пределах электрических параметров изоляции после воздействия в течение определенного времени вибрации с заданной амплитудой, частотой, температуры.

Механические свойства гибких материалов (пленок, бумаги, лакотканей) характеризуются таким условным параметром, как стойкость к надрыву. Для его определения используют полоску материала, которую пропускают в закрепленную в верхнем зажиме разрывной машины скобу (имеющую форму полукольца), перегибают на 180^о, затем оба конца закрепляют в нижнем зажиме (рис.1.33). При натяжении полоски наибольшие усилия передаются на ее края. Стойкость к надрыву численно равна нагрузке, при которой происходит надрыв краев полоски.

.

Относительное удлинение после разрыва δ — отношение приращения длины образца при растяжении к начальной длине ℓ₀ , %,

=·100,

где ℓ₀— длина образца после разрыва.

Относительным сужением после разрыва ψ называется уменьшение площади поперечного сечения образца, отнесенное к начальному сечению образца, %:

ψ=·100 ,

где Sк— площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность.

Для многих электроизоляционных материалов важным параметром является гибкость, которая обеспечивает сохранение высоких механических и электрических параметров изоляции при самых разнообразных механических деформациях. Гибкость лаковых пленок определяется путем изгибания тонкой медной фольги с нанесенной на нее лаковой пленкой вокруг стержней разных диаметров. Показателем гибкости является тот диаметр, при сгибании вокруг которого пленка начинает растрескиваться.

Для жидких и полужидких электроизоляционных материалов, масел лаков, пропиточных и заливочных компаундов одной из важных характеристик является вязкость – свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Вязкость определяет электрические свойства электроизоляционных материалов и такие технологические процессы производства электрической изоляции, как пропитка твердых материалов, прессование материалов. Вязкость минерального масла определяет конвекционный отвод тепла от нагретых частей в окружающую среду в масляных трансформаторах, выключателях и других устройствах. Для определения вязкости чаще всего используют методы, основанные на определении скорости истечения жидкости через калиброванное отверстие:

- вискозиметр Энглера, на котором определяют, во сколько раз испытываемая жидкость при данной температуре вытекает медленнее, чем вода при температуре 20^оС;

- вискозиметры-воронки с разными диаметрами сопла, с помощью которых определяют время истечения данной жидкости.