Материалы, применяемые в электроэнергетике Газообразные диэлектрики
• Преимуществами газов перед остальными видами электроизоляционных материалов являются высокое удельное электрическое сопротивление, малый тангенс угла диэлектрических потерь, малая, близкая к единице диэлектрическая проницаемость. Наиболее же ценным свойством газов является их способность восстанавливать электрическую прочность после разряда. Кроме воздуха в качестве электрической изоляции широко используют двухи трехатомные газы - азот, водород, углекислый газ. Электрические прочности этих газов при нормальных условиях мало отличаются друг от друга и могут с достаточной точностью приниматься равными прочности воздуха.
Газообразные диэлектрики Газ Плотность Температура кипения, o. C Eпр. г/Епр. в 3 кг/м Азот 1. 25 -196 1. 0 Гексафторид серы (элегаз) 6. 70 -64 2. 3 Дихлорфторметан (фреон-12) 6. 33 (при 30 o. C) -30 2. 4 Гексафторэтан 9. 01 -78 2. 0 Трифторметилпентафторсера - -20. 4 3. 05
Зависимость от произведения давления на расстояния между электродами • Наилучшим образом требованиям к газам, применяемым в электроизоляционных конструкциях, удовлетворяет элегаз и фреон. Зависимость от произведения ( - расстояние между электродами, -давление) в однородном поле для воздуха, элегаза и фреона-12 показана на рисунке. Гексафторэтан нельзя использовать при повышенных давлениях из-за низких критических параметров (Ркр=3. 3 МПа; Ткр=-24 о. С).
Следует отметить нежелательность использования фторсодержащих газов из-за их отрицательного воздействия на озоновый слой Земли.
Жидкие диэлектрики • Жидкие диэлектрики представляют собой электроизоляционные жидкости, используемые в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры. Применение электроизоляционных жидкостей позволяет обеспечить надежную и длительную работу электрической изоляции, находящихся под напряжением элементов конструкций и отводить от них тепло, выделяющееся при работе.
• Электроизоляционные жидкости по химической природе можно классифицировать на: • нефтяные электроизоляционные масла и • синтетические жидкости различных типов. По специфике применения они делятся на жидкости для конденсаторов, кабелей, циркулярных систем охлаждения выпрямительных установок и турбогенераторов, масляных выключателей.
Нефтяные электроизоляционные масла • Нефтяные электроизоляционные масла являются горючими жидкостями и представляют большую опасность. Пожарная опасность оценивается по температуре вспышки паров жидкого диэлектрика в смеси с воздухом. Эта температура должна быть не ниже 135 -140 о. С. • Из характеристик трансформаторного масла следует отметить кинематическую вязкость при температуре 20 и 50 о. С, знание которой весьма важно, так как при увеличении вязкости сверх допустимых пределов ухудшается теплоотвод от обмоток и магнитопровода трансформатора, а это может привести к сокращению срока службы электрической изоляции. Стандартом нормировано также кислотное число, которое необходимо контролировать для учета старения масла в процессе его эксплуатации.
• По своим диэлектрическим характеристикам хорошо очищенное от примесей и влаги трансформаторное масло обладает свойствами неполярного диэлектрика. Пробивное напряжение технически чистых масел в стандартном разряднике составляет 50 -60 КВ при 50 Гц и примерно 120 КВ при воздействии импульсного напряжения. С целью повышения устойчивости масел к процессам старения в масла вводят синтетические ингибиторы - ионол, ДВРС и др. в концентрации от 0. 1 до 0. 5. • Ингибиторы замедляют процесс старения масла в 2 -3 раза. Масла, побывавшие в эксплуатации, подвергаются регенерации. Осушка масел производится искусственными цеолитами, которые известны также под названием "молекулярные сита". • Конденсаторные масла отличаются от трансформаторных масел более тщательной очисткой и меньшими значениями (до 2. 10 -4), а также отличаются по температуре вспышки и вязкости.
• Наибольшее применение получили синтетические жидкости на основе хлорированных углеводородов, что связано с их высокой термической устойчивостью, электрической стабильностью, негорючестью. Однако в связи с токсичностью хлорированных углеводородов их применение сначала ограничивалось, а в настоящее время почти повсеместно запрещено, хотя в эксплуатации еще имеется их значительное количество.
• Значения тангенса угла диэлектрических потерь для трихлордифенила, совтола-10 и гексола при 90 о. С лежит в пределах 0. 015 0. 03. Удельное объемное сопротивление полихлордифенилов при рабочих температурах в пределах 3. 109 -1012 Ом. м. Наименее полярные свойства проявляются у гексола, у которого при 70 о. С не превышает 2. 7 -2. 9. Электрическая прочность большинства жидкостей на основе хлористых углеводородов при 20 о. С не превышает 18 -22 МВ/м.
• Жидкие диэлектрики на основе кремнийорганических соединений (полиорганосилоксанов) являются нетоксичными и экологически безопасными. Эти жидкости представляют собой полимеры с низкой степенью полимеризации, в молекулах которых содержится повторяющаяся силоксанная группировка: -Si-O-, атомы кремния которой связаны с органическими радикалами.
• По своим диэлектрическим характеристикам полиорганосилоксановые жидкости приближаются к неполярным диэлектрикам. Полиорганосилоксановые жидкости используют в импульсных трансформаторах, специальных конденсаторах, блоках радио- и электронной аппаратуры и в некоторых других случаях.
• Жидкие диэлектрики на основе фтороорганических соединений отличаются негорючестью, высокой химической, окислительной и термической стабильностью, высокими электрофизическими и теплопередающими свойствами. Они получили применение для наполнения небольших трансформаторов, блоков электронного оборудования и других электрических аппаратов в тех случаях, когда рабочие температуры велики для других видов жидких диэлектриков. Некоторые перфторированные жидкие диэлектрики могут использоваться для создания испарительного охлаждения в силовых трансформаторах. По диэлектрическим свойствам фторированные углеводороды могут быть отнесены к неполярным соединениям.
• Для изготовления изоляции используют большое число материалов, относящихся к группе полимеров. Полимеры - высокомолекулярные соединения, имеющие большую молекулярную массу. Молекулы полимеров, называемые макромолекулами, состоят из большого числа многократно повторяющихся структурных группировок (элементарных звеньев), соединенных в цепи химическими связями. Например, в молекуле поливинилхлорида: -CH 2 -CHCl-CH 2 -CHClповторяющимся звеном является группировка: -CH 2 -CHCl-.
• Полимеры получают из мономеров веществ, каждая молекула которых способна образовывать одно или несколько составных звеньев. Так как полимеры представляют собой смеси молекул с различной длиной цепи, то под молекулярной массой полимера понимают ее среднее статистическое значение. Молекулярная масса полимера может достигать значение несколько миллионов.
• Степень полимеризации является важной характеристикой полимеров - она равна числу элементарных звеньев в молекуле. Например, структурную формулу поливинилхлорида можно записать в компактном виде (-CH 2 -CHCl-)n, • где - степень полимеризации. Полимеры с низкой степенью полимеризации называют олигомерами.
• Полимеризацией называют реакцию образования полимера из молекул мономера без выделения низкомолекулярных побочных продуктов. При этой реакции в мономере и элементарном звене полимера соблюдается одинаковый элементный состав. Примером реакции является полимеризация этилена: n. H 2 C=CH 2 --> (-H 2 C-CH 2 -)n.
• Поликонденсация - реакция образования полимера из мономеров с одновременным образованием побочных низкомолекулярных продуктов реакции (воды, спирта и др. ). Элементный состав мономерной молекулы отличается от элементного состава полимерной молекулы. Реакция поликонденсации лежит в основе получения важнейших высокополимеров, таких как фенолформальдегидные, полиэфирные смолы и др. Термином смола в промышленности иногда пользуются наряду с названием полимер.
• Полимеры делят на два типа - линейные и пространственные в зависимости от пространственной структуры макромолекул. В линейных полимерах макромолекулы состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру. Макромолекулы пространственных полимеров связаны в общую сетку.
• Термопластические полимеры (термопласты) получают на основе полимеров с линейной структурой макромолекул. При нагревании они размягчаются, а при охлаждении затвердевают. При этом процессе не происходит никаких химических изменений. Для электрической изоляции применяются в основном в форме нитей или пленок, получаемых из расплавов. Способность к формированию и к растворению в подходящих по составу растворителях сохраняется у них и при повторных нагревах.
• Термореактивные полимеры получают из полимеров, которые при нагревании или при комнатной температуре вследствие образования пространственной сетки из макромолекул (отверждения) переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Этот процесс является необратимым.
• Линейные аморфные и кристаллизующиеся полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Кристаллические полимеры обычно содержат как кристаллическую, так и аморфную фазы. Многие свойства полимеров зависят от соотношения аморфной и кристаллической фаз - степени кристалличности.
Скачать презентацию Материалы применяемые в электроэнергетике Газообразные диэлектрики
Материалы, применяемые в электроэнергетике.ppt