Выбирая ЭИМ для практического применения и эксплуатации, необходимо обратить внимание не только на электрические свойства материала при нормальных условиях, но рассматривать стабильность параметров при условии таких факторов как повышенная или пониженная температура, повышенная влажность окружающей среды, действие радиации и т.д. Температура в очень большой степени влияет на самые разнообразные свойства ЭИМ: электрические параметры, механическую прочность, твердость, вязкость, эластичность, растворяемость и растворимость, способность вступать в те или иные химические реакции и др. практически важные качественные показатели эл. изоляции при повышении темп. в большинстве случаев ухудшаются. Способность эл. изоляции закл. в том, что она должна выдерживать повышение температуры без существенного изменения эксплуатационной надежности, т.к от этого зависит наивысшая допустимая рабочая температура прибора или устройства. Так как в эл. машинах и аппаратах повышение температуры, которое лимитируется именно материалами электрической изоляции, дает возможность при заданной мощности уменьшить габаритные размеры и массу изделия. От допустимой температуры зависят пожарная безопасность и взрывобезопасность: масляные хозяйства электрических подстанций, электрооборудование для нефтяной промышленности.
К термическим или тепловым свойствам Д. относятся:
- нагревостойкость;
- холодостойкость;
- теплопроводность;
- тепловое расширение.
Нагревостойкость – способность ЭИМ без вреда для него длительно или кратковременно выдерживать высокие температуры. ЭИМ не должен при этом ухудшать свои эл. и механические свойства.
Нагревостойкость неорганических Д опр. по началу существенных изменений эл. свойств: при воздействии высоких темп. на неорганич Д происходит рост tgδ и снижается удельное - ρ. Величину нагревостойкости оценивают значением темпер. при к-й появились эти изменения.
Нагревостойкость орган. Д опр. по началу механических деформаций растяжения или изгиба. Для этого используется способ Мартенса или способ Вика – погружение при нагреве иглы в материал под давлением.
Твердые кристал. Д при нагреве плавятся и для них характерна темпр.
плавления Тплав.
Для аморфных материалов нет строго определенной темпер. плавления при к-й материал принимает вязкое состояние. Аморфные мат-лы переходят из твердого состояния в жидкое в интервале температур. Такой переход характеризуется темпер размягчения (Тразм). Тразм пластмасс и др материалов опр. по Мартенсу и заключается в одновременном воздействии температуры и изгибающей нагрузки.
Метод кольца и шара примен. при определении температуры таких Д как битум, воск и некоторых других компаундов.
При длительном воздействии повышенной температуры за счет медленно протекающих химических процессов в Д наблюдается термическое (тепловое) старение изоляции.
Для трансформаторного масла это проявляется в появлении продуктов окисления. Для лаковых пленок - в повышении жесткости и хрупкости, в образовании трещин, отставании от подложки.
Помимо температуры на скорость старения оказывают влияние след.
факторы:
- повышение давления воздуха или концентрации кислорода;
- присутствие различных химических реагентов;
- освещение ультрафиолетовыми лучами;
- воздействие электрического поля.
Для ряда материалов, в особенности хрупких – стекла, керамика, важна стойкость по отношению к резким сменам температуры ( термоударам). Пр внезапном охлаждении или нагреве поверхности предмета из хрупкого материала вследствие неравномерного распределения температуры, в приповерхностном слое материала возникают температурные напряжения, которые ведут к растрескиванию поверхности изделия. При быстром нагревании поверхностный слой стекла расширяется, а внутренний слой не успел прогреться, и создается напряжение сжатия. Быстрое охлаждение более опасно, чем быстрое нагревание,
т.к σр
<<σс (прочность при растяжении меньше прочности при сжатии). Стойкость стекол к термоударам определяется параметром К
К=σр(√λ/D⋅с)/α⋅Е,
где σр - прочность при растяжении,
α - ТКдлины,
Е - модуль упругости,
λ - коэффициент теплопроводности,
D - плотность,
с – удельная теплоемкость.
Допустимый для эксплуатации материала или изделия температурный режим определяется различными факторами. В результате испытаний устанавливается стойкость материала к тепловым воздействиям, причем стойкость эта в разных случаях может быть неодинакова: материал, легко выдерживающий кратковременный нагрев до определенной температуры, оказывается неустойчивым по отношению к тепловому старению при длительном воздействии более низких температур. Согласно ГОСТ 21515 «Материалы диэлектрические. Термины и определения» способность Д выдерживать воздействие высоких температур в течение времени, сравнимо со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств наз нагревостойкостью. Материалы, применяемые для изоляции электротехнических устройств, согласно ГОСТу 8865-87 разделяются на классы нагревостойкости, причем для каждого класса устанавливается определенная максимальная рабочая температура. Всего 7 классов
-Траб 90 °С. К классу Y отн. волокнистые материалы на основе целлюлозы
и шелка и не погруженные вжидкийД.
А - Траб 105 °С. Те же волокнистые материалы, но погруженные или
пропитанныежидким ЭИМ.
Е - Траб 105 °С. К классу Е отн. слоистые пластики и пластмассы на
термореактивных связующих, обеспечивающих соответствующую
нагревостойкость. Классы Y, А, Е – органические ЭИМ.
Кклассу B, F, H относятся неорганические ЭИМ.
В - Траб 130 °С. К классу В отн. неорганические материалы: слюда,
стекловолокно, асбест в сочетании со связующими и пропитывающими
органическими составами соответствующей нагревостойкости.
F - Траб 155 °С. К классу F отн. материалы на основе слюды, стекловолокна,
асбеста с более нагревостойкими связующими.
H - К классу H отн. материалы на основе слюды, стекловолокна, асбеста в
сочетании с кремнийорганическими связующими.
С - Траб >180 °С. К классу С принадлежат неорганические ЭИМ (слюда,
электротехническая керамика, стекло, кварц), применяемые без связующих или в
сочетании с составами особо высокой нагревостойкости.
Согласно новым документам МЭК сохранены классы нагревостойкости от
Y до Н, причем допускается обозначение классов не буквами, а числами, соот-
ими доп. рабочей температуре. Класс С отменен, но для повышенных температур
введены классы 200, 220 и 250. Для более высоких температур класс
нагревостойкости повышается на 25 °С.
К числу важнейших тепловых параметров ЭИМ состоящих частично целиком из полимеров, кроме нагревостойкости отн. также теплоемкость и термостойкость. Значения теплоемкости и термоемкости зависят от способа их определения. В полимерной химии теплоемкость опр. температурой стеклования и температурой размягчения, к-у в электроизоляционной технике измеряют по степени деформации образца при нагревании под нагрузкой.
Под термостойкостью понимают температуру, при к-й начинается химическое изменение материала, за счет термоокислительной деструкции, связанной с выделением летучих продуктов.
Холодостойкость. Во многих случаях, например, для линий электропередач и связи, самолетного радио и электрооборудования, открытых подстанций, важна холодостойкость материала, т.е. способность выдерживать низкие температуры (до –70 °С) без ухудшения эксплуатационной надежности. При низких температурах электрические свойства улучаются, растет ρ, однако, гибкие и эластичные материалы при низких температурах становятся хрупкими и жесткими. Нередко проверку стойкости ЭИМ при низкой температуре проводят при одновременном воздействии вибрации.
Теплопроводность. Практическое значение теплопроводности объясн. тем, что тепло потерь в окруженных изоляцией проводниках и магнитопроводах эл машин, аппаратов, кабелей должно через слой изоляции переходить в окружающую среду. От теплопроводности эл. изоляции зависит нагрев проводников и магнитопроводов. Большое значение имеет теплопроводность сравнительно толстой изоляции в устройствах высокого напряжения.
Теплопроводность влияет на эл прочность при тепловом пробое и на стойкость материала к термоударам. Формально опр. полного и удельного теплового сопротивления аналогично опр. полного и удель. сопротивления и проводимости.
Количественно теплопроводность материалов характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, к-й опр, как количество тепла прошедшего через единицу площади за единицу времени при градиенте температуры в 1 К/м (Вт/(м⋅К). Д имеют значение λ намного меньшее, чем проводники. Например, λ воздуха – 0,05, битума – 0,07 бумага – 0,1 и медь – 300, алюминий – 226, железо – 68.
Наименьшим значением λ обладают пористые ЭИМ с воздушным включением. Кристалли. Димеют более высокое значение λ , чем аморфные.
Тепловое расширение оценивают температурным коэффициентом ТК линейного расширения, измеряемого вК.
ТКl=αl=1/ldl/dt
Материалы, обл. малыми значениями ТКl, имеют более высокую нагревостойкость. Органические Д имеют повышенный ТКl по сравн. с неорганическими, поэтому детали, изготовленные из неорган. материалов имеют повышенную стабильность размеров при колебаниях температуры.
