Электроматериаловедение. Назначение и классификация электротехнических материалов презентация

Электротехнические материалы
характеризуются особыми электрическими и магнитными свойствами и предназначены для изготовления изделий, применяемых для производства, передачи, преобразования и потребления электроэнергии.
К электротехническим материалам относятся проводники, полупроводники, диэлектрики в твердой, жидкой и газообразной фазах, магнитные материалы.

Триботехнические материалы
используются в узлах трения.
Основными триботехническими материалами являются:
смазочные (тальк, графит, смазочные масла),
антифрикционные (пластмассы, материалы на основе фторопластов, металлокерамические композиционные материалы, резины)
фрикционные (некоторые виды пластмасс, чугунов, металлокерамики и другие виды композиционных материалов) материалы.

Инструментальные материалы
отличаются высокой твердостью, прочностью и износостойкостью.
Их используют для изготовления мерительного, режущего, слесарно-монтажного и другого инструмента.
К инструментальным материалам относятся:
твердые сплавы,
инструментальная сталь,
алмаз,
некоторые виды керамических и композиционных материалов.

Рабочие тела
жидкие или газообразные материалы, с помощью которых энергию преобразуют в механическую работу, холод, теплоту. Примерами рабочих тел являются воздух в пневматических двигателях, ракетное топливо в ракетной технике.
Топливо
горючие материалы, основной частью которых является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии.
По происхождению топливо подразделяется:
на природное (нефть, уголь, природный газ, торф, древесина)
искусственное (кокс, моторные топлива и др.).

Технологические материалы
представляют собой большую группу вспомогательных материалов, которые используют для обеспечения выполнения технологических процессов переработки основных технических материалов в изделия или нормальной работы оборудования. Такими материалами являются:
лакокрасочные материалы,
клеи и герметики,
флюсы,
припои,
растворители,
моющие материалы,
антиадгезионные материалы и др.

Классификация электротехнических материалов
Электротехнические материалы - это специальные материалы, из которых изготовляют электрические машины, аппараты, приборы и другие элементы электрооборудования и электроустановок.
Все электротехнические материалы делятся на четыре основных группы:
электроизоляционные
проводниковые
полупроводниковые
магнитные

Классификация характеристик электротехнических материалов
Надежность электрических машин, аппаратов и установок зависит от качества и правильного выбора соответствующих электротехнических материалов.
При рациональном выборе электротехнических материалов можно создать электрооборудование малых габаритов и массы, надежное в эксплуатации.

Но для этого нужны знания свойств электротехнических материалов и их изменение под воздействием электрического напряжения, температуры и других факторов.
Величины, с помощью которых можно оценить те или иные свойства материалов называются характеристиками.
Чтобы полностью оценить свойства того или иного материала необходимо знать:
механические характеристики.
электрические характеристики.
тепловые характеристики.
физико-химические характеристики.
У магнитных материалов необходимо знать и магнитные характеристики.

Хрупкость и усталость материалов.
Хрупкость материалов.
Хрупкость — свойство материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. Является противоположным свойству пластичности. Материалы, обладающие этим свойством, называются хрупкими. Для таких материалов удлинение при разрыве не превышает 2…5 %, а в ряде случаев измеряется долями процента.

Усталость материалов
Усталость материала — процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных (часто циклических) напряжений, приводящий к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению материала за указанное время
Обратное свойство материала называется выносливостью (свойство материала воспринимать переменные (циклические) нагрузки без разрушения указанное время).

Электрические характеристики электротехнических материалов.
Электрические характеристики электротехнических материалов позволяют оценить поведение этих материалов при прохождении по ним электрического тока. Свойства некоторых материалов не пропускать электрический ток позволяет использовать их в качестве изоляции токоведущих частей электроустановок.

В электрических машинах, аппаратах управления, трансформаторах необходимо использование электротехнических материалов способных хорошо намагничиваться и быстро размагничиваться т.е магнитомягких материалов.

Знание электрических характеристик материалов позволяет конструктору создавать экономичные мощные современные электрические машины и аппараты.

Удельное электрическое сопротивление
Общая характеристика удельного сопротивления различных веществ.
Всякий электротехнический материал - проводник, полупроводник и даже диэлектрик - проводит электрический ток.
Чтобы оценить степень электропроводности того или иного электротехнического материала надо знать его удельное электрическое сопротивление.

Удельное электрическое сопротивление вычисляется по формуле:
где:
ρ - удельное электрическое сопротивление (Ом · м)
R - электрическое сопротивление образца материала.
(Ом)
S - поперечное сечение образца (м2).
l - длина пути тока в образце (м)

У металлических проводников удельные сопротивления очень малы и находятся в пределах ρ = 10-8...10-6 Ом·м.
Это указывает на большую проводимость этих проводниковых материалов.
У диэлектриков удельное сопротивление еще больше чем у полупроводников и составляет
ρ = 108...1018Ом·м.
Отличительным свойством диэлектриков, используемым в электроизоляционной технике, является очень слабая способность проводить электрический ток.

Удельное электрическое сопротивление
металлов и сплавов,
применяемых в электротехнике

У полупроводников удельное сопротивление больше, чем у проводников и составляет ρ = 10-4...108 Ом·м.
Удельное сопротивление полупроводников в значительной степени зависит от наличия в кристалле полупроводника примесей других веществ.
Если введенная примесь имеет валентных электронов больше, чем основной кристалл полупроводника, то создается избыток электронов ( отрицательных носителей заряда) и удельное сопротивление падает.
Если введенная примесь имеет валентных электронов меньше, чем основной кристалл полупроводника, то создается избыток дырок ( положительных носителей заряда) и удельное сопротивление также падает.
Беспримесный кристалл имеет большее удельное сопротивление, чем кристалл с примесями.

Удельное сопротивление электротехнических материалов в значительной степени зависит от температуры (рис.7. 1.)
Рис.7.1. Зависимость удельного сопротивления материалов от температуры.
1 – проводники; 2 – полупроводники; 3 – диэлектрики.

Температурный коэффициент удельного сопротивления ТК р
Характеристика, позволяющая оценить изменение удельного электрического сопротивления материала с изменением его температуры.
При линейном изменении удельного сопротивления (в узком интервале температур) величину ТК ρ, 1/°С, вычисляют по формуле

где: ρ1 - удельное электрическое сопротивление материала при начальной температуре t1;
ρ2 - удельное электрическое сопротивление материала при температуре t2.
На рис. 7.1. можно видеть, что у проводников
ТК ρ > 0. Это указывает на рост электрического сопротивления с повышением температуры проводников.
У полупроводников и диэлектриков ТК ρ <0, что указывает на уменьшение сопротивления с повышением температуры этих материалов.

Диэлектрическая проницаемость
Общие характеристики диэлектрической проницаемости.
Диэлектрическая проницаемость позволяет оценить способность материалов образовывать электрическую ёмкость и накапливать электрические заряды.

На рисунке:
1 - металлические обкладки испытательной установки.
2 - образец.

Диэлектрическая проницаемость определяется по формуле:
Где: ε - диэлектрическая проницаемость, величина безразмерная.
С - ёмкость плоского конденсатора, образованного, обкладками испытательной машины и помещенным между ними образцом. (Ф).
d - толщина образца (м).
εo = 8,85·10-12 (Ф/м) - электрическая постоянная.
S - площадь одной обкладки испытательной машины (м2).

Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз взаимодействие между зарядами в однородной среде меньше, чем в вакууме. Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к единице (в силу их низкой плотности).
Для большинства твёрдых или жидких диэлектриков относительная диэлектрическая проницаемость лежит в диапазоне от 2 до 8.

Измерение диэлектрической проницаемости:
Относительная диэлектрическая проницаемость вещества может быть определена путем сравнения ёмкости тестового конденсатора с данным диэлектриком (Cx) и ёмкости того же конденсатора в вакууме (Co):

Практическое применение значений диэлектрической проницаемости.
Диэлектрическая проницаемость диэлектриков является одним из основных параметров при разработке электрических конденсаторов. Использование материалов с высокой диэлектрической проницаемостью позволяют существенно снизить физические размеры конденсаторов.

Ёмкость конденсаторов определяется:
где: ε — диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками,
εо — электрическая постоянная,
S — площадь обкладок конденсатора,
d — расстояние между обкладками.

Электрическая прочность.
Общие понятия об электрической прочности материалов.
Изоляционный промежуток – устройство, содержащее электропроводные элементы с диэлектриком между ними.
При повышении напряженности электрического поля в любом диэлектрике, после достижения определенного уровня возникает новое физическое явление – электрический пробой промежутка.
Электрический пробой - образование под действием высокого напряжения электропроводного плазменного канала в диэлектрике между электродами изоляционного промежутка.

При этом диэлектрик перестает быть диэлектриком и напряжение между электродами уменьшается до нуля за счет разряда заряженной емкости диэлектрика через образовавшийся канал.
После отключения изоляционного промежутка с жидким или газообразным диэлектриком от источника напряжения канал разряда в жидкости и в газе. Электрическая изоляция этих материалов восстанавливается.

В твердых диэлектриках канал разряда разрушает сам материал и не происходит самовосстановления. Напряжение на устройстве практически невозможно подать после единичного пробоя.
Минимальное напряжение Uпр, приложенное к диэлектрику, и приводящее к образованию в нем проводящего канала, называется напряжением пробоя.

Молния – вид электрического пробоя

Пробой между проводами линии электропередач

Пробитый изолятор
Установка для проверки электрической прочности диэлектриков

Измерение электрической прочности материалов
Электрическая прочность представляет собой напряженность электрического поля, при которой происходит пробой разрушение диэлектрика с образованием в нем сквозного канала с очень большой проводимостью.
Так как диэлектрики пробиваются при очень больших напряжениях (тысячах вольт)
значения электрической прочности исчисляют в миллионах вольт на метр (мегавольтах / метр) (МВ /м)

Электрическую прочность диэлектрика определяют по формуле:
Где: Епр - электрическая прочность (В/м)
Uпр- напряжение пробоя диэлектрика (В)
h - толщина диэлектрика (м).

Тепловые
и физико-химические характеристики ЭТМ

Общие определения
Тепловые характеристики позволяют оценить поведение электроизоляционных материалов при нагревании. Это имеет важное значение, так как большинство электроизоляционных материалов в электрических машинах и аппаратах работают при повышенных температурах.
Основными тепловыми характеристиками являются:
температура плавления.
температура размягчения.
теплостойкость.
нагревостойкость.
холодостойкость.
температура вспышки

Температура плавления
Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением.
Чтобы расплавить вещество, его необходимо нагреть до определенной температуры.
Температура, при которой вещество плавится называется температурой плавления.
Каждое вещество имеет свою температуру плавления.

Переход вещества из жидкого в твердое состояние называется кристаллизацией. (отвердеванием)
Чтобы начался процесс кристаллизации необходимо тело охладить до определенной температуры.
Температура, при которой начинается процесс кристаллизации называется температурой кристаллизации.
В вещества кристаллизируются при температуре, при которой они плавятся. Но для процесса кристаллизации теплоту надо отнимать от тела, а для процесса плавления теплоту необходимо передавать телу.
Процесс перехода твердых веществ в жидкое и обратно характеризуется графиком плавления и отвердевания кристаллических тел.

Удельная теплота плавления.
Вновь обратимся к графику плавления и кристаллизации.
На горизонтальных участках ВС и EF не происходит ни повышения, ни понижения температуры, хотя теплообмен происходит. На что же расходуется энергия топлива во время плавления вещества?
Если вспомнить молекулярное строение твердых и жидких веществ, то можно увидеть существенную разницу в их строении.

Твердые вещества имеют кристаллическую решетку, а в жидких веществах ее нет.
При плавлении происходит процесс разрушения кристаллической решетки. На этот процесс и расходуется тепловая энергия, при этом температура вещества не поднимается. И только после того, как все твердое вещество превратилось в жидкость начинается повышение температуры жидкости.
У каждого вещества своя особенность строения кристаллической решетки, и на ее разрушение у каждого вещества потребуется свое количество теплоты.

Физическая величина, показывающая какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние, называется удельной теплотой плавления.
Обозначается буквой λ,
Единица измерения Дж/кг.

Количество теплоты, требуемое для плавления определенной массы вещества равно количеству теплоты, требуемое для кристаллизации этого же вещества той же массы.
Количество теплоты требуемое для плавления (кристаллизации) вещества определяется по формуле:
Q= λm (Дж)
Где : Q – количество теплоты (Дж)
λ - удельная теплота плавления (Дж/кг)
m - масса тела (кг)

Температура размягчения.
Определяется у материалов аморфной структуры (смолы, битумы и др.). У этих материалов переход из твердого в жидкое состояние происходит не при строго определенной температуре, а в некотором интервале температур. Поэтому у аморфных материалов измеряют некоторую условную температуру, при которой материал приобретает вязкотекучее состояние.
При температуре, близкой к температуре размягчения материал применять нельзя т.к. он будет размягчаться и течь

Теплостойкость, нагревостойкость и холодостойкость.
Теплостойкость.
Теплостойкость материала обычно оценивают максимальной температурой, при которой наблюдаемые изменения физико-механических свойств носят необратимый характер.
Эта характеристика позволяет оценить стойкость диэлектрика к кратковременному нагреву.
Теплостойкость — способность веществ сохранять жесткость при повышении температуры.

Теплостойкость изоляции проводов

Определение теплостойкости по Мартенсу.
Сущность метода заключается в определении температуры, при которой образец, нагреваемый с постоянной скоростью и находящийся под действием постоянного изгибающего момента, деформируется на заданную величину.
Прибор для определения теплостойкости по Мартенсу состоит из зажимно-нагрузочного устройства, указателя деформации, термошкафа с системой регулирования и измерения температуры.

1 - ось указателя деформации;
2 - рычаг;
3 - перемещаемый груз;
4 - верхняя зажимная головка;
5 - образец;
6 - нижняя зажимная головка;
7 - опорная плита.

нагревостойкость.
Это способность электроизоляционного материала длительно выдерживать предельно допустимую температуру без признаков разрушения.
Для электроизоляционных материалов, используемых электроаппаратах установлено семь классов нагревостойкости.
класс Y - предельно допустимая температура 90°С.
класс А - предельно допустимая температура 105°С.
класс Е - предельно допустимая температуре 120°С.
класс В - предельно допустимая температура 130°С.
класс F - предельно допустимая температура 155°С.
класс Н - предельно допустимая температура 180°С.
класс С - предельно допустимая температура выше 180°С.

холодостойкость.
Позволяет оценить способность материала противостоять действию низких температур. Некоторые материалы (резина, пластмасса, лаковая пленка и др.) при низких температурах растрескиваются или теряют гибкость.
У жидких диэлектриков холодостойкость определяют температурой застывания, при которой они превращаются в твердое тело.

Температура воспламенения
Температура воспламенения - минимальная температура, при которой вспыхнувший от постороннего источника пламени (искры) нефтепродукт горит устойчивым, незатухающим пламенем; определяется в тех же приборах, что и температура вспышки. Температура воспламенения, как правило, выше температуры вспышки на 15-25°.

Физико-химические характеристики материалов.
Физико-химические характеристики позволяют сделать определенные выводы о поведении материалов при воздействии на них агрессивных веществ, а также воды.
Кроме того знание физических и химических свойств необходимо для успешного приме- нения электротехнических материалов в технологических производственных процессах.

Вязкость материалов
Общие определения.
Представляет собой коэффициент внутреннего трения при относительном перемещении частиц жидкости. Если вязкость велика жидкость густая, ее частицы имеют малую подвижность, если же вязкость мала, то частицы жидкости подвижны, жидкость обладает большой текучестью.
Вязкость определяет пропитывающую способность диэлектриков. Чем меньше вязкость пропиточных составов (лаков, компаундов), тем глубже проникают их частицы в поры волокнистой изоляции обмоток. С возрастанием вязкости пропитывающая способность жидких диэлектриков уменьшается.

Приборы для определения вязкости веществ (вискозиметры)

Вискозиметр — прибор для определения вязкости вещества.
Вискозиметры бывают:
капиллярными,
ротационными,
с падающим шариком.

Капиллярные вискозиметры
Принцип действия основан на подсчёте времени протекания заданного объёма жидкости через узкое отверстие или трубку, при заданной разнице давлений.
Чаще всего жидкость из резервуара вытекает под действием собственного веса, в таком случае вязкость пропорциональна разнице давлений между жидкостью вытекающей из капилляра и жидкостью на том же уровне вытекающей из очень толстой трубки.
При использовании капиллярных вискозиметров измеряется время истечения известного количества жидкости сквозь капиллярные трубки определенного диаметра.

Ротационные вискозиметры
Два тела вращения, одинаковых или разных, совмещаются по осям так, что одно из них прикасается изнутри к другому (примером может послужить цилиндр или конус).
Рис.14.2. Ротационный вискозиметр
1 – исследуемый материал; 2 – вращающееся тело; 3 – ось вращения;
4 - сосуд

Пространство между телами заполняют исследуемым веществом, (1) и к одному из тел (2) подаётся крутящий момент, тело начинает вращаться с угловой скоростью, зависящей от вязкости вещества (у вискозиметров, как правило, стабилизируется скорость вращения и измеряется крутящий момент)

Вискозиметр с движущимся шариком
Вязкость определяется по времени прохождения шариком определенного расстояния, под воздействием его собственного веса или под действием определенного давления

Рис.14.3. Шариковый вискозиметр:
1 — шарик; 2 — шток;
3 — исследуемый раствор;
4 — пробирка; 5 — шкала;
F — действующая на шарик сила
Шарик 1, укрепленный на штоке 2, вдавливается с заданной силой F в исследуемый раствор 3, помещенный в цилиндрический сосуд 4 со строго постоянным по высоте внутренним диаметром. Скорость вдавливания вычисляется по времени t прохождения определенного числа делений шкалы 5.

Водопоглощение
Это характеристика, позволяющая оценить способность диэлектрика противостоять воздействию воды, которая проникая в поры материала вызывает снижение его электрической прочности. Для оценки водопоглощения образцы твердых диэлектриков вначале взвешивают, а затем погружают в сосуд с водой при комнатной температуре. По истечении 24 часов образец вынимают из воды и снова взвешивают.
Водопоглощение материала определяют по формуле:
где: W -водопоглощение (%)
G1 - масса сухого образца (кг).
G2 - масса образца после выдержки в воде. (кг).

Полиэтиленовые изделия имеют очень низкое водопоглощение.

Характеристики проводниковых материалов

Проводниковая медь и ее сплавы.
Общие определения
Металлические проводники являются веществами с кристаллической структурой строения. Металлические проводники обладают очень малым удельным сопротивлением ρ=(0,015 - 0,028)·10-6 Ом·м.
С ростом температуры сопротивление металлических проводников возрастает. Важнейшими проводниковыми материалами с малым удельным сопротивлением являются:
медь.
бронза
алюминий

Проводниковая медь представляет собой очищенный от примесей металл красновато - оранжевого цвета с температурой плавления 1083 °С.
Медь обладает хорошей пластичностью, что позволяет вытягивать из нее проволоку диаметром 0,03 - 0,01 мм, а также тонкие ленты.
Медь очень устойчива к атмосферным воздействиям т.к. на воздухе покрывается тонкой оксидной пленкой. Защитный слой оксида препятствует дальнейшему проникновению кислорода воздуха к меди.
Промышленность выпускает проводниковую медь шести марок с различной степенью чистоты.

Характеристики проводниковой меди и ее сплавов
Проводниковая медь.
Основные характеристики проводниковой меди:
плотность 8900 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 2700·10 5 Н/м2
уд. сопротивление ρ=0,0175·10-6 Ом·м

Бронза
Сплав на основе меди.
В зависимости от присадок к меди различают бронзы:
оловянные.
алюминиевые
бериллиевые.
Бронзы хорошо обрабатываются резаньем, давлением, хорошо паяются.
Марки и состав бронз

Латуни.
Латунь — это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк иногда с добавлением олова, никеля, свинца, марганца, железа и других элементов.
Среди медных сплавов латуни получили наибольшее распространение в промышленности благодаря сочетанию высоких механических и технологических свойств. По сравнению с медью латуни обладают более высокой прочностью, коррозионной стойкостью, лучшими литейными свойствами, имеют более высокую температуру рекристаллизации.
Латуни — наиболее дешевые медные сплавы.

Простые латуни обозначают буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах (остальное – цинк).
В специальных латунях после буквы Л пишут заглавную букву дополнительных легирующих элементов и через тире после содержания меди указывают содержание легирующих элементов в процентах.

Рис.18.3. Детали из латуни

Основные характеристики латуней.

Алюминий
Является вторым после меди проводниковым материалом, благодаря его высокой проводимости и стойкости к атмосферным воздействиям.
Алюминий - легкий металл, его плотность 2800 кг/м3. т.е. он в 3,3 раза легче меди.
Температура плавления алюминия 658 °С.
На воздухе алюминий очень быстро покрывается тонкой пленкой оксида, что препятствует его дальнейшей коррозии.
В тоже время эта пленка имеет большое электрическое сопротивление, поэтому на открытом воздухе контактные алюминиевые соединения могут иметь большие переходные сопротивления.

Основные характеристики алюминия:
плотность 2800 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 1800·10 5 Н/м2
уд. сопротивление ρ=0,028·10-6 Ом·м

Сплавы на основе алюминия
В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе.
Рис. 19.1. Алюминиевый прокат
Алюминиево-магниевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошо свариваются; из них делают, например, корпуса быстроходных судов.
Алюминиево-марганцевые сплавы во многом аналогичны алюминиево-магниевым.

Алюминиево-медные сплавы (в частности, дюралюминий) можно подвергать термообработке, что намного повышает их прочность.
термообработанные материалы нельзя сваривать, поэтому детали самолётов до сих пор соединяют заклёпками.
Сплав с бо́льшим содержанием меди по цвету внешне очень похож на золото, и его иногда применяют для имитации последнего.
Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.

Серебро
Общие характеристики
Серебро относится к группе благородных металлов, не окисляющихся на воздухе при комнатной температуре.
Интенсивное окисление серебра начинается при температуре 200 °С и выше.
Серебро отличается высокой пластичностью, позволяющей получать фольгу и проволоку диаметром до 0,01 мм.
Серебро отличается наивысшей проводимостью.

Основные характеристики серебра:
плотность 10500 кг/м3 .
напряжение разрыва σр= 1800·10 5 Н/м2
уд. сопротивление ρ=0,015·10-6 Ом·м
температура плавления 960,5 °С.

Применение серебра
Применяется для контактов электротехнических изделий, а также многослойных керамических конденсаторов.
В составе припоев: медносеребряный припой ПСР-45 используется для пайки медных котлов,
В составе сплавов: для изготовления катодов гальванических элементов (батареек).
Применяется как драгоценный металл в ювелирном деле (обычно в сплаве с медью, иногда с никелем и другими металлами).
В СВЧ технике как покрытие внутренней поверхности волноводов
Используется как дезинфицирующее вещество, в основном для обеззараживания воды.

Тугоплавкие проводниковые материалы
Общие положения.
К тугоплавким проводниковым материалам относятся металлы, имеющие температуру плавления Тпл выше, чем у железа (у железа Тпл = 1539°С).
К ним относятся:
Вольфрам,
Тантал
Молибден

Вольфрам
Относится к группе тугоплавких металлов широко применяется в электротехническом производстве в качестве износостойкого материала для электрических контактов и для деталей в электровакуумных приборах (нити ламп накаливания, электроды и т.п.)

Основные характеристики вольфрама:
плотность 19300 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 8000·105 Н/м2
уд. сопротивлениеρ=0,05·10-6 Ом·м
температура плавления 3380 °С.

Тантал
Тугоплавкий металл светло-серого цвета с голубоватым оттенком.
Основные характеристики тантала:
плотность 16600 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 8000·10 5 Н/м2
уд. сопротивление ρ=0,12·10-6 Ом·м
температура плавления 3000 °С.
нагревостойкость в защитной среде — до 2200°С.
В сравнении с вольфрамом тантал лучше поддается пластическому деформированию — ковке, волочению, прокатке, которые производят при комнатной температуре.

Рис.21.2. Конденсаторы и пленочные резисторы с применением тантала.

Молибден
Металл, по внешнему виду и по свойствам похож на вольфрам, однако значительно легче вольфрама
Основные характеристики молибдена:
плотность 10200 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 3500·10 5 Н/м2
уд. сопротивление ρ=0,05·10-6 Ом·м
температура плавления 2620 °С.

Рис.21.3. Изделия с использованием молибдена

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением
Общие определения
Сплавы с высоким электрическим сопротивлением –
нихром (сплавы на основе никеля и хрома),
константан (сплав меди с никелем и кобальтом)
манганин (сплав меди с марганцем)
широко применяются в электронагревателях печей для всех отраслей промышленности, аппаратах теплового действия, во встроенных и навитых спиралях керамических и других основ различных бытовых приборов

Нихром.
Сплав железа, никеля и хрома, и состоящий из следующих элементов: Ni (55-78%); Cr (15-23%); Mn (1,5%); остальное Fe.
Нихром обладает высокими рабочей температурой и механической прочностью. Данный сплав хрома и никеля используется для изготовления нагревательных элементов лабораторных и промышленных электрических печей, плиток, паяльников.

Характеристики нихрома

Рис. 22.1. Применение нихромовой проволоки.

Константан – сплав, в который входят:
медь -60 %
никель - 38 %
марганец -2 %.
Основные характеристики константана:
плотность 8900 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 5000·105 Н/м2
уд. сопротивлениеρ=0,48·10-6 Ом·м
температура плавления 1260 °С.

Манганин - сплав, в который входят:
медь - 86 %
никель - 3 %
марганец - 11 %.
Основные характеристики манганина:
плотность 8400 кг/м3
напряжение разрыва σр= 5500·105 Н/м2
уд. сопротивлениеρ=0,47·10-6 Ом·м
температура плавления 960 °С.

Характеристики изоляционных электротехнических материалов

Твердые органические диэлектрики
Общие сведения о высокополимерных твердых материалах
Высокополимерные твердые материалы состоят из молекул большой величины. Эти молекулы включают в себя десятки тысяч молекул простых веществ, называемых мономерами.
Мономеры - это вещества, легко вступающие в химические реакции. В результате этих реакций и образуется высокополимерное вещество с большой молекулярной массой.
Полимеры могут быть аморфными или кристаллическими. Высокополимерные вещества могут быть природными (янтарь, натуральный каучук и др.) и синтетическими (полистирол, поливинилхлорид).
Современная электротехника использует в основном синтетические высокополимерные диэлектрики.

Твердые диэлектрики - полистирол, полиэтилен, поливинилхлорид, органическое стекло, капрон;
Полистирол - твердый прозрачный материал в виде пластин, стержней, гранул или порошка.
Основные характеристики полистирола:
плотность 1050 кг/м3.
напряжение разрыва σр =500·105 Н/м2
теплостойкость 75-80 °С.
водопоглощение 0,03 %.
холодостойкость -60 ° С.
уд. сопротивление ρ=1014 Ом·м
эл.прочность Епр = 30 МВ/м

Из полистирола изготовляют каркасы катушек, изоляционные панели, основания и изоляторы для электроизмерительных приборов.
Кроме того полистирол можно вытягивать в тонкие пленки, которые обладают такими же изоляционными свойствами, как и толстый полистирол.
У полистирольных пленок электрическая прочность значительно выше, чем у толстого полистирола Епр=100 МВ/м.

Полистирольные пленки применяют для изоляции жил кабелей и при производстве конденсаторов.
Недостатком конструкций из полистирола является их хрупкость и склонность к растрескиванию.
Для повышения ударной прочности полистирол смешивают с синтетическими каучуками получая ударопрочный полистирол.

Полиэтилен - твердый непрозрачный материал белого или светло-серого цвета несколько жирный на ощупь.
Различают:
полиэтилен высокого давления (ВД).
полиэтилен среднего давления (СД).
полиэтилен низкого давления (НД).
Полиэтилены НД и СД отличаются от полиэтилена ВД большей плотностью, повышенной механической прочностью и большей жесткостью , но они менее устойчивы к тепловому старению.
Полиэтилены термопластичные материалы. Они поступают на заводы в виде гранул, из которых методом литья под давлением наносят изоляцию на провода, изготовляют изоляционные шланги ,трубки и пленки.

Основные характеристики полиэтилена ВД:
температура плавления 108 °С.
плотность 920 кг/м3.
напряжение разрыва σр=150·105 Н/м2.
теплостойкость 60 °С.

Основные характеристики полиэтилена СД:
температура плавления 125 °С.
плотность 940 кг/м3.
Напряжение разрыва σр= 270·105 Н/м2.
теплостойкость 85 °С.

Основные характеристики полиэтилена НД:
температура плавления 130 °С.
плотность 960 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 230·105 Н/м2.
теплостойкость 70° С.
Холодостойкость всех полиэтиленов - 60° С. Очень низкое водопоглощение 0,004 % за 30 суток нахождения в воде.
Все полиэтиленовые изделия нестойки к солнечному свету.

Поливинилхлорид.
Представляет собой порошок белого цвета, из которого получают горячим прессованием механически прочные изделия, стойкие к минеральным маслам, многим растворителям кислотам и щелочам.
Горячим прессованием получают два вида поливинилхлоридных материалов:
винипласт - в виде листов, пластин, труб и стержней.
пластикат - в виде гибкого рулонного материала.

Винипласт
Винипласт - отличается химической стойкостью к минеральным маслам, разбавленным кислотам и щелочам.
Изделия из винипласта обладают высокой механической прочностью и имеют хорошие электроизоляционные свойства.
Винипласт хорошо формуется в металлических формах при температуре 150-160 ° С. Изделия из винипласта хорошо обрабатываются механически, а также легко свариваются и склеиваются.
Недостатками винипласта являются малая холодостойкость и сравнительно малая теплостойкость.

Основные характеристики винипласта:
плотность 1350 кг/м3.
напряжение разрыва σр=500·105 Н/м2.
теплостойкость 60-70 °С.
водопоглощение 0,4-0,6 %.
холодостойкость -25 °С.
уд. сопротивление ρ=1012 Ом·м
эл.прочность Епр = 22 МВ/м

Поливинилхлоридный пластикат.
Гибкий рулонный материал, получаемый из поливинилхлоридного порошка.
Пластикат широко применяется в качестве основной изоляции монтажных проводов, а также для изготовления гибких защитных оболочек - шлангов, кабелей.
Пластикат окрашивают в различные цвета с целью защиты от светового старения, а также для распознавания проводов при монтаже.

Основные характеристики пластиката:
плотность 1400 кг/м3.
напряжение разрыва σр=250·105 Н/м2
теплостойкость 60-70 °С.
водопоглощение 0,2-0,5 %.
холодостойкость - 50 °С.
уд. сопротивление ρ=1012 Ом·м
электрическая прочность Епр = 25 МВ/м

Органическое стекло.
Представляет собой высокополимерный термопластичный прозрачный материал, легко окрашиваемый во многие цвета.
Его выпускают в виде листов толщиной от 0,8 до 24 мм и более, площадью от 400 на 500 мм2 до 1400 на 1600 мм2, а также в виде порошка.
Органическое стекло обладает очень высокой оптической прозрачностью (пропускает до 92 % лучей видимой области спектра).
Оргстекло устойчиво к разбавленным кислотам и щелочам, бензину и минеральным маслам.
Оргстекло поддается всем видам механической обработки. Детали из оргстекла легко склеиваются дихлорэтановым клеем.

Основные характеристики оргстекла:
плотность 1180 кг/м3.
напряжение разрыва σр=700·105 Н/м2
теплостойкость 60-80 °С.
холодостойкость - 60 °С.
уд. сопротивление ρ=1011 Ом·м
эл. прочность Епр = 18 МВ/м

Капрон
Представляет собой твердый материал белого или светло-желтого цвета. Капрон очень устойчив к воздействию плесневых грибков, но очень не устойчив к атмосферным воздействиям. В электропромышленности применяется капроновое волокно для изготовления изоляционных тканей, которые после пропитки лаками и смолами имеют высокую электрическую прочность.

Основные характеристики капрона:
плотность 1140 кг/м3.
напряжение разрыва σр=700·105 Н/м2
теплостойкость 50-60 °С.
водопоглощение 3 %. холодостойкость - 60 °С.
уд. сопротивление ρ=1012 Ом·м
эл. прочность Епр = 20 МВ/м

Твердые поликонденсационные диэлектрики.
Поликонденсация - это процесс соединения молекул нескольких исходных (мономерных) в большие молекулы высокополимерного вещества.
Как правило, реакция поликонденсации протекает в несколько этапов.
Из поликонденсационных диэлектриков наибольшее распространение получили:
резольные смолы.
новолачные смолы.
глифталевые смолы.
эпоксидные смолы.
лавсан.
фторопласт-4.

Резольные, новолачные и глифталевые смолы.
а) Резольные смолы являются термореактивными веществами, которые в своей конечной стадии не размягчаются при нагревании.
Из резольных смол наибольшее распространение получила бакелитовая смола (бакелит).
При комнатной температуре бакелитовая смола представляет собой твердое хрупкое вещество коричневого цвета.
Ее применяют в качестве связующего вещества в пластмассах, а также для получения бакелитовых лаков.
Спиртовыми лаками и смолами пропитывают бумаги и ткани с целью получения слоистых электроизоляционных материалов - гетинакса , текстолита, стеклотекстолита и др.

б) Новолачные смолы представляет собой густую массу светло-коричневого цвета, которое при остужении превращается в твердое хрупкое вещество, растворяющееся в этиловом спирте и ацетоне.
в) Глифталевые смолы обладают высокой клеющей способностью при хороших электроизоляционных свойствах и повышенной нагревостойкости
Все перечисленные смолы являются полуфабрикатами для изготовления твердых диэлектриков с высокими электрическими характеристиками.

Лавсан
Прозрачный высокополимерный диэлектрик кристаллического или аморфного строения.
Из лавсана изготовляют прозрачные пленки толщиной 30-100 мкм и используют их в качестве пазовой изоляции в электрических машинах.
Иногда лавсан наклеивают на электротехнический картон или ткань, и в таком виде используют для пазовой изоляции.

Основные характеристики лавсановых пленок:
плотность 1400 кг/м3.
напряжение разрыва σр=2000·105 Н/м2
теплостойкость 70-75 °С.
водопоглощение 1,5 %.
холодостойкость - 60 °С.
уд. сопротивление ρ=1013 Ом·м
эл. прочность Епр = 150 МВ/м

Фторопласт - 4
Значительным достижением в области разработки нагревостойких диэлектриков явилось получение твердого высокополимерного материала – фторопласта - 4. Это негорючий жирный на ощупь материал белого цвета.
Основными особенностями фторопласта являются:
исключительно высокие нагревостойкость и холодостойкость.
исключительно высокая химическая стойкость. Он не растворяется ни в одном из растворителей, на него не действует ни одна кислота или щелочь
водопоглощение фторопласта равно нулю, он абсолютно не смачивается водой.
Недостатком фторопласта является его текучесть при комнатной температуре, т.е. при небольших механических нагрузках он начинает деформироваться.

Основные характеристики фторопласта:
плотность 2100 кг/м3.
напряжение разрыва σр=250·105 Н/м2
теплостойкость 250 °С.
водопоглощение 0 %. холодостойкость - 269 °С.
уд. сопротивление ρ=1017 Ом·м
эл. прочность Епр =30 МВ/м

Бумаги и картоны.
Общие определения
Из древесины хвойных пород (сосна, ель) путем ее химической обработки получают целлюлозу, которая является сырьем для изготовления различных электроизоляционных бумаг и картонов.
Электроизоляционные бумаги делятся:
кабельные.
конденсаторные.
пропиточные.
намоточные.
микалентные.
крепированные.

Кабельные бумаги составляют основную изоляцию кабелей высокого напряжения.
Ее после намотки пропитывают электроизоляционным маслом. При намотке на кабельные жилы ленты из бумаги испытывают механическое натяжение. Поэтому кабельная бумага должна быть достаточно прочной на растяжение и изгиб.
Кроме того кабельная бумага должна выдерживать большие напряжения.
Электрическая прочность кабельной бумаги, пропитанной трансформаторным маслом составляет
80 МВ/м.
Плотность кабельной бумаги составляет 850 кг/м3

Конденсаторная бумага
пропитанная жидким диэлектриком применяется в бумажных конденсаторах.
Это самые тонкие бумаги, их толщина колеблется от 0,004 до 0,03 мм.
Плотность кабельных бумаг 1000 - 1250 кг/м3.
Электрическая прочность бумаги после пропитки нефтяным конденсаторным маслом составляет 300 МВ/м.
Напряжение разрыва достигает 100 ·105 Н/м2.

Пропиточная бумага. предназначена для изготовления электроизоляционной пластмассы - гетинакса.
Пропиточная бумага имеет толщину 0,09; 0,11; 0,13 мм.
Плотность пропиточной бумаги 800 кг/м3.
У пропиточных бумаг впитываемость выше, чем у других бумаг, что необходимо для обеспечения хорошей пропитки бумаги в производстве гетинакса.

Намоточная бумага
применяется для изготовления изоляционных намоточных изделий: цилиндров и изоляционных трубок для трансформаторов и электрических аппаратов.
Намоточная бумага имеет толщину0,05 и 0,07 мм.
Плотность 750 кг/м3,
электрическая прочность 8 МВ/м.

Микалентная бумага
применяется для изготовления гибкой слюдяной ленты для чего на полотно микалентной бумаги наклеивают листочки слюды.
Микалентная бумага повышает прочность и гибкость слюдяной ленты, одновременно не снижая ее электрической прочности.
Напряжение разрыва микалентной бумаги вдоль полотна 750·105 Н/м2, а поперек полотна 90·105 Н/м2.
Толщина бумаги 0,018 - 0,02 мм.

Крепированная бумага
применяется для изготовления отводов и мест соединения в обмотках трансформатора и других маслонаполненных электрических аппаратах.
Эта бумага имеет на поверхности креп (гофрировку) нанесенный перпендикулярно направлению полотна бумаги.
Благодаря этому крепированная бумага хорошо растягивается в продольном направлении (до 60 %) и обладает гибкостью, что позволяет надежно изолировать отводы от обмоток, сильно изогнутые соединительные провода в трансформаторах.

Электроизоляционные картоны.
Изготовляют тем же способом, что и бумаги, но они имеют большую толщину (от 0,1 до 6 мм)
Плотность картонов 900 - 1200 кг/м3.
Разрушающее напряжение при растяжении 6·105 Н/м2.
Электрическая прочность в пропитанном виде 60 МВ/м.

Лакоткани
Представляют собой гибкие рулонные материалы, состоящие из тканевой основы, пропитанной электроизоляционным лаком. В качестве тканевой основы применяют хлопчатобумажные, шелковые, капроновые и стеклянные (из стекловолокна) ткани. Тканевая основа придает ткани механическую прочность, а лаковая пропитка - высокие изоляционные свойства.
Лакоткани широко используют в качестве пазовой и межвитковой изоляции в электромашинах и трансформаторах. Кроме того лакоткани используют для наружной изоляции катушек и проводов в электроаппаратах.

Основные характеристики электроизоляционных тканей

Твердые неорганические диэлектрики
Слюдяные материалы.
Слюда - природный материал с характерным слоистым строением, позволяющим ращеплять кристаллы слюды на тонкие листочки толщиной до 0,006 мм.
Тонкие листочки слюды обладают гибкостью, они упруги и имеют большое значение разрушающего напряжения при растяжении. Склеивая листочки слюды клеящими лаками или смолами получают:
миканит
микаленты.

В свою очередь миканит делится на:
коллекторный миканит.
прокладочный миканит.
формовочный миканит.
гибкий миканит.
гибкий стекломиканит.

а) Коллекторный миканит
представляет собой листовой твердый материал, изготовленный путем склеивания листочков слюды глифталевой смолой и двухкратным прессованием.
Полученные листы покрывают лаком и снова прессуют.
Электрические характеристики:
уд. сопротивление ρ=1013 Ом·м
эл. прочность Епр =18-25 МВ/м

б) Прокладочный миканит
изготавливают по той же технологии, что и коллекторный миканит, с однократным прессованием.
Электрические характеристики:
уд. сопротивление ρ=1012 Ом·м
эл. прочность Епр =15-20 МВ/м

в) Формовочный миканит
по сравнению с коллекторным и прокладочным имеет несколько рыхлую структуру.
Это необходимо для изготовления горячим прессованием из формовочного миканита электроизоляционных изделий сложной формы.
Электрические характеристики:
уд. сопротивление ρ =1012 Ом·м
эл. прочность Епр =12-18 МВ/м

г) Гибкий миканит -
листовой материал, получаемый путем склеивания листочков слюды масляноглифталивыми лаками, образующих гибкие пленки.
д) Гибкий стекломиканит
отличается от гибкого миканита тем, что он оклеен с одной или двух сторон стеклотканью, которая повышает механическую прочность и гибкость материала.
Электрические характеристики гибких миканитов:
уд. сопротивление ρ=1012 Ом·м
эл. прочность Епр =12-28 МВ/м

Электрокерамические материалы
Представляют собой твердые камнеподобные вещества, которые можно обрабатывать только абразивами (корунд, алмаз и т.п.) Все электрокерамические материалы делятся на три группы:
изоляторная керамика.
конденсаторная керамика.
сегнетоэлектрическая керамика.

Изоляторная керамика.
К изоляторной керамике относится электротехнический фарфор.
Из него изготавливают различные конструкции изоляторов высокого и низкого напряжения.
Основные характеристики электротехнического фарфора:
Плотность2500 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 500·10 5 Н/м2
уд. сопротивление ρ =1012 Ом·м
эл. прочность Епр =32 МВ/м

Керамические конденсаторные материалы
отличаются от изоляторных керамических материалов большей величиной диэлектричекой проницаемости.
Это позволяет изготавливать керамические конденсаторы большой емкости и малых габаритов.
Керамические конденсаторы обладают большой влагостойкостью и поэтому не требуют защитных корпусов и оболочек.
Технология производства керамических конденсаторов значительно проще, чем производство бумажных и слюдяных конденсаторов.
Основные характеристики конденсаторной керамики:
плотность 4000 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 1200·10 5 Н/м2
нагревостойкость1700 °С.
уд. сопротивление ρ=1013 Ом·м
эл. прочность Епр = 25 МВ/м

Сегнетокерамические материалы:
Относятся к группе диэлектриков называемых сегнетоэлектриками. Они обладают некоторыми характерными свойствами.
Например: очень большой величиной диэлектрической проницаемости, которая значительно возрастает при росте приложенного напряжения. Это позволяет использовать сегнетоэлектрики в качестве чувствительных элементов в автоматических системах.
Еще одной особенностью сегнетоэлектриков является появление электрических зарядов на двух гранях пластинки, если к двум другим граням прикладывать механические усилия. И наоборот, если к пластине сегнетоэлектрика приложить переменное напряжение ,то пластинка начнет вибрировать с частотой переменного напряжения.
Это явление называется прямым и обратным пьезоэффектом.

Стекло и стеклянные изоляторы
Электротехническое стекло в качестве материала для изоляторов имеет некоторые преимущества перед фарфором так как в случае пробоя стеклянных изоляторов неисправность легче контролировать.
При пробое стеклянного изолятора в гирлянде, его диэлектрическая "юбка" разрушается и падает на землю, тогда как при пробое фарфорового изолятора юбка остается целой. Поэтому неисправные стеклянные изоляторы видны невооруженным глазом, тогда как диагностика вышедших из строя фарфоровых изоляторов возможна только с помощью специальных приборов, например приборов ночного видения "Филин".

Характеристики стекла:

Слоистые твердые изоляционные материалы. Гетинакс и текстолит
Общие определения
Слоистые пластмассы представляют собой материалы со слоистой структурой. Эти пластмассы состоят из чередующихся слоев листового наполнителя (бумага, хлопчатобумажная или стеклоткань) и связующего вещества.
К слоистым пластмассам относятся:
гетинакс.
текстолит.
стеклотекстолит.

а) Гетинакс –
листовой слоистый материал, в котором наполнителем являются листы пропитанной бумаги толщиной 0,1-0,12 мм.
Листы пропитанной лаком бумаги после сушки собирают в пакеты и прессуют.
Ширина полученных листов 450 -930 мм.
длина 700 - 1430 мм. Толщина 0,2 - 50 мм.
Гетинакс используют для изготовления различного рода электроизоляционных деталей и оснований.
Гетинакс хорошо обрабатывается механически.

б) Текстолит –
отличается от гетинакса тем, что наполнителем в нем является хлопчатобумажная ткань.
Текстолит легче поддается механической обработке, но значительно дороже гетинакса.
Текстолит выпускается в листах шириной 450 - 980 мм и длиной 600 -1480 мм. толщина листов 0,5 - 50 мм.

в) Стеклотекстолит
отличается от текстолита тем, что в качестве наполнителя в нем используется электроизоляционная стеклянная ткань.
Он обладает повышенной влагостойкостью, нагревостойкостью и лучшими электроизоляционными свойствами.

Основные характеристики слоистых пластмасс:

Лаки и эмали.
Лаки представляют собой растворы каких-либо пленкообразующих веществ в специально подобранных растворителях.
К пленкообразующим веществам относятся смолы (природные и синтетические),. растительные высыхающие масла и др.
В качестве растворителей применяют легко испаряющиеся жидкости: бензол, спирт, ацетон, скипидар и др.
Для разбавления загустевших лаков в них вводят разбавители которые отличаются от растворителей меньшей испаряемостью.
В состав лака могут входить пластификаторы и сиккативы.
Пластификаторы - вещества, придающие лаковой пленке эластичность. К ним относятся касторовое масло, льняное масло и пр.

Сиккативы представляют собой жидкие или твердые вещества, вводимые в лаки, чтобы ускорить их высыхание.
При сушке лака содержащиеся в нем растворители улетучиваются, пленкообразующие вещества образуют твердую лаковую пленку.
Эта пленка может быть гибкой (эластичной) или негибкой (хрупкой) в зависимости от свойств веществ, составляющих лаковую основу.
По своему назначению электроизоляционные лаки делятся:
пропиточные лаки.
покровные лаки.
клеящие лаки.

Пропиточные лаки применяются для пропитки обмоток в электрических машинах и аппаратах с целью цементации (соединения) витков друг с другом, а также с целью устранения пористости в изоляции обмоток.
Пропиточный лак проникая в поры изоляции обмоток, вытесняет оттуда воздух и после своего отвердевания делает обмотку влагостойкой.
При этом повышается электрическая прочность изоляции.
Одной из главных характеристик пропиточных лаков является их пропиточная способность.
Чем меньше вязкость лака, тем больше его пропиточная способность.

Покровные лаки применяют для создания на поверхности уже пропитанных обмоток влагостойких или маслостойких лаковых покрытий.
К покровным лакам также относятся эмаль-лаки, применяемые для эмалирования обмоточных проводов, а также лаки, применяемые для изоляции листов электротехнической стали.

Клеящие лаки применяют для склеивания различных электроизоляционных материалов: листочков слюды, керамики, пластмасс и др.
Основной характеристикой клеящих лаков является свойство хорошей адгезии (прилипанием) и образованием прочного шва.

Электроизоляционные эмали представляют собой лаки с введенными в них мелко раздробленными веществами - пигментами.
В процессе высыхания эмалей пигменты вступают в химические реакции с лаковой основой, образуя плотное покрытие с повышенной твердостью.
Электроизоляционные эмали являются покровными материалами.
Ими покрывают лобовые части обмоток электрических машин и аппаратов с целью защиты их от смазочных масел, влаги и других воздействий.

Основные характеристики лаков

Основные характеристики эмалей

Компаунды
Общие определения
Компаунды - это электроизоляционные составы, изготовляемые из нескольких исходных веществ: смол, битумов.
В момент применения компаунды представляют собой жидкости, которые постепенно отвердевают, превращаются в монолитный твердый диэлектрик.
В отличие от лаков и эмалей компаунды не содержат летучих растворителей, которые улетучиваясь образуют лаковую пленку.
Отсутствие летучих растворителей обеспечивает монолитность компаунда при его застывании.
По своему назначению компаунды делятся:
пропиточные.
заливочные.
обмазочные.

Пропиточные компаунды применяются для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов с целью цементации витков обмоток и защиты их от влаги.
Заливочные компаунды применяются для заливки полостей (свободных пространств) в кабельных муфтах и воронках, а также в корпусах электроаппаратов - трансформаторов тока, дросселях и т.п.

Компаунды могут быть:
термореактивными материалами т.е. не способными размягчаться после отвердевания или
термопластичными т.е. способными размягчаться при последующем нагреве.

Основные характеристики термопластичного компаунда № 225:
плотность 950 кг/м3.
температура размягчения 112 °С.
холодостойкость -25 °С.
уд. сопротивление ρ=1012 Ом·м
эл. прочность Епр =20 МВ/м

Основные характеристики термореактивного компаунда МБК
плотность 1000 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 80·10 5 Н/м2
теплостойкость 110 °С.
холодостойкость - 60 °С.
уд. сопротивление ρ=1012 Ом·м
эл. прочность Епр =15 МВ/м

Жидкие диэлектрики.
Общие определения
Жидкие диэлектрики нашли широкое применение в электроустановках.
Ими заполняют внутреннее пространство силовых трансформаторов, высоковольтных выключателей, конденсаторов, кабелей и других элементов электрооборудования.
Жидкие диэлектрики хорошо пропитывают пористую изоляцию обмоток, картоны и другие пористые материалы и намного повышают их электрическую прочность.

Масляный трансформатор

Изоляция кабеля. пропитанная жидким диэлектриком

Кроме этого жидкие диэлектрики выполняют роль теплоотводящей среды. Например, в силовых трансформаторах изоляционное масло нагреваясь у обмоток, а затем перемещаясь к холодным стенкам бака трансформатора отдает им полученное тепло.
В масляных выключателях жидкий диэлектрик не только изолирует токоведущие части, но и гасит электрическую дугу, которая возникает между контактами при их размыкании.
В качестве жидких диэлектриков наибольшее применение получили нефтяные электроизоляционные масла.

масляный выключатель

нефтяные масла делятся на три группы:
для трансформаторов и высоковольтных выключателей.
для пропитки бумажной изоляции конденсаторов.
для высоковольтных кабелей.
Меньшее применение получили синтетические масла:
совол.
совтол.
ПЭСЖ

Нефтяные масла
Основные характеристики нефтяных масел

Синтетические жидкие диэлектрики
Основные определения синтетических жидких диэлектриков
Недостатками нефтяных электроизоляционных масел является их горючесть, невысокая температура вспышки паров, малая величина диэлектрической проницаемости.
Этих недостатков лишены синтетические жидкости. Типичным представителем их является совол.
Совол применяется в бумажных конденсаторах в качестве пропитывающего вещества.
Совол является негорючим веществом, что составляет его главное преимущество перед нефтяными маслами.

Однако, совол имеет ряд недостатков ограничивающих его применение:
У совола высокая температура застывания +5 °С,
Кроме того совол обладает большой вязкостью, это исключает пропитку бумаги при комнатной температуре и его приходиться подогревать до температуры 50 °С.
Большим недостатком совола является его токсичность из-за присутствия в нем хлора. Поэтому совол необходимо хранить в хорошо закрывающейся таре.

Более современной изоляционной жидкостью с пониженной вязкостью является совтол.
Он широко используется в качестве пропиточного вещества конденсаторной бумаги и в специальных трансформаторах.
Значительным достижением в области разработки синтетических жидкостей было получение изоляционных жидкостей с очень низкой температурой замерзания (- 60 °С) и стабильными характеристиками в большом диапазоне температур. К таким жидкостям относится жидкость ПЭСЖ.

Основные характеристики
синтетических изоляционных жидкостей

Газообразные диэлектрики.
Общие определения.
К газообразным диэлектрикам относятся все газы и воздух, представляющий собой смесь газов и паров воды.
Многие газы используются в качестве диэлектриков в газонаполненных конденсаторах, воздушных выключателях высокого напряжения и других электротехнических устройствах.
Воздух окружает все электрические установки и как диэлектрик во многом определяет надежность их работы. Провода линий электропередач высокого напряжения, закрепленные на мачте с помощью фарфоровых изоляторов на всем протяжении изолированы друг от друга только слоем воздуха.

Преимуществами газов перед остальными видами электроизоляционных материалов являются высокое удельное электрическое сопротивление, малые диэлектрические потери, 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 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.

Элегазовый выключатель

Пункт Коммерческого Учета электроэнергии (ПСС-10-ПУ) служит для измерения, сбора, учета, хранения и передачи информации о потреблении электроэнергии в воздушных линиях (ВЛ) распределительных сетей номинальным напряжением 6 кВ

Электроизоляционные резины
Характерным свойством всех резин является их большая эластичность, т.е. свойство резины сильно удлиняться при растяжении без остаточного удлинения после снятия нагрузки.
Кроме того резины имеют высокую водостойкость, газонепроницаемость и хорошие электроизоляционные свойства.
Основным компонентом резин является натуральный или синтетический каучук.

Основные характеристики резин:
напряжение разрыва σр= 3,5-4,5 МПа
теплостойкость 85 °С.
водопоглощение 3 %.
холодостойкость -70 °С.
уд. сопротивление ρ=1012 Ом·м
эл. прочность Епр =45 МВ/м

Пластические массы.
Пластические массы (пластмассы) представляют собой изделия, получаемые из прессовочных порошков, которые под воздействием нагрева и давления размягчаются и приобретают свойства пластического течения.
В результате этого могут быть получены литьем или прессованием пластмассовые изделия различной формы.
В состав пластмасс входят :
связующие вещества.
наполнители.
пластификаторы.
стабилизаторы.
смазывающие вещества.
отвердители
красители.
порообразователи

Связующие вещества - синтетические смолы. Они пропитывают наполнители и другие компоненты пластмасс, придают им пластичность и обеспечивают монолитность пластмассовым изделиям.
Наполнители - порошкообразные или волокнистые вещества, которые позволяют повысить механическую прочность. В пластмассах содержится 40-60 % наполнителей.

Пластификаторы - представляют собой густые маслообразные синтетические жидкости, вводимые в пластмассы для понижения их хрупкости и повышения холодостойкости.
Стабилизаторы - вещества, вводимые в пластмассы с целью повышения их стойкости к свету и нагреву.
Отвердители - вещества, вводимые в некоторые пластмассы с целью ускорения их затвердевания.

Смазывающие вещества - вводят в пластмассы для лучшего отделения от поверхности стальной пресс-формы отпрессованного изделия.
Красители - вещества, придающие пластмассовым изделиям равномерную окраску.
Порообразователи - вещества, которые при нагревании выделяют большое количество газов, создающих пористую структуру в газонаполненных пластмассовых изделиях.

Основные характеристики пластмасс:
плотность 900-2800 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 80·10 5 Н/м2
нагревостойкость105-120 °С.
уд. сопротивление ρ=1013 Ом·м
эл. прочность Епр =5…25 МВ/м

Электрокерамические материалы
Представляют собой твердые камнеподобные вещества, которые можно обрабатывать только абразивами (корунд, алмаз и т.п.)
Все электрокерамические материалы делятся на три группы:
изоляторная керамика.
конденсаторная керамика.
сегнетоэлектрическая керамика.

Минеральные диэлектрики.
К минеральным диэлектрикам относятся:
асбест.
асбестоцемент.
Асбест (горный лен) представляет собой природный минерал, характерным свойством которого является его волокнистое строение. Волокна легко расщепляются на тонкие волоски диаметром тысячные доли миллиметра и длиной до нескольких сантиметров.
Основным достоинством асбеста является его высокая нагревостойкость и негорючесть. Из асбестовых волокон изготавливают асбестовую бумагу картоны, ленты и пряжу
Асбестоцемент изготавливают из асбеста и портландского цемента. Он представляет собой пластмассу наполнителем которой является асбест, связующим веществом - портландцемент.

Основные характеристики асбеста:
плотность 2500 кг/м3.
напряжение разрыва σр= 400·10 5 Н/м2
нагревостойкость 1400°С
уд. сопротивление ρ=106 Ом·м
эл. прочность Епр =2 МВ/м