Конспект лекций по курсу "Электроматериаловедение"

Основные характеристики диэлектриков.

Диэлектрические  материалы служат в качестве изоляции токоведущих частей электрооборудования. Они включают в себя такие разнообразные типы электрической изоляции как: воздух в линиях электропередачи и электроаппаратах; твёрдые диэлектрики в изоляторах воздушных линий (ВЛ), конденсаторах, установочных изделиях и корпусах аппаратов и т.п. При этом физические условия в которых должна находиться и функционировать изоляция, накладывают определённые требования на физико-химические параметры материала, ограничивая возможные вид, тип используемых электротехнических материалов.

По агрегатному состоянию диэлектрики могут быть газообразными, жидкими, твёрдыми.

В зависимости от химического состава диэлектрические материалы подразделяются на органические и неорганические.

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. Электрическая прочность у газов, сравнительно с прочностью жидкостей и твёрдых диэлектриков, невелика и сильно зависит как от внешних воздействий, так и от природы газа.

Воздух − смесь азота, кислорода и инертных газов. Этот диэлектрик нашёл наибольшее применение из газов в энергетике. Это связано с дешевизной, общедоступностью воздуха, простотой создания, обслуживания и ремонта воздушных электроизоляционных систем, возможностью визуального контроля.

На воздушных электрических линиях, в распределительных устройствах, в коммутационной аппаратуре и других электрических изделиях воздух является единственной изоляцией между неизолированными проводами. Иногда в слое воздуха, непосредственно  соприкасающемся с поверхностью проводов высокого напряжения, наблюдается светлое фиолетовое свечение – электрическая корона, которое сопровождается характерным шипением. Электрическая корона возникает  при ухудшении электроизоляционных свойств воздуха или при воздействии на воздух повышенного напряжения и вызывает потери энергии.

Воздух может находиться в твёрдой и жидкой изоляции электрооборудования при плохой пропитке изоляции и очистке пропитывающего материала. В этом случае могут произойти разрядные процессы при высоких напряжениях электрического поля. Кроме того, воздух, содержащий кислород, способствует возникновению окислительных  процессов в других материалах.  

Элегаз − гексафторид серы (шестифтористая сера). Электрическая прочность в 2,5 раза больше, чем у воздуха. Применяется как изолирующий и дугогасящий материал при изготовлении кабелей, конденсаторов и высоковольтных выключателей. Элегазовые кабели не горючи, хорошо охлаждаются, имеют малую электрическую ёмкость. Элегазовые выключатели имеют высокие дугогасящие свойства и малые габариты. 

Достоинством элегаза являются: химическая инертность, нетоксичность, негорючесть, термостойкость ( до 800 С), взрывобезопасность, слабое разложение в разрядах. В отсутствии примесей элегаз совершенно безвреден для человека. 

Однако продукты разложения  элегаза в результате действия разрядов (например, в разряднике или выключателе) токсичны и химически активны.

Недостаток - высокая стоимость. Поэтому для удешевления изделий элегаз часто используют в смеси с азотом или фреоном.

Азот − в чистом виде используется как изолирующая среда в высоковольтных конденсаторах и электровакуумной технике, а также как защитная среда (микроэлектроника, трансформаторы).

Водород − главное достоинство - высокая теплопроводность - в 6 раз выше, чем у воздуха.

Используется как охлаждающая среда мощных электрических машин. Применение водородного охлаждения снижает вентиляционные потери, увеличивает срок службы твёрдой изоляции вследствие отсутствия окислительных процессов.

Недостаток − в смеси с кислородом воздуха может образовывать взрывоопасную смесь.

Инертные газы − аргон, гелий, ксеон, неон.  Эти газы имеют очень низкий потенциал ионизации, поэтому их электрическая прочность низкая. Применяют их в технике слабых токов и газоразрядных приборах.

Газоразрядные лампы