Тепловые свойства диэлектриков

Тепловые свойства характеризуют способности диэлектриков к температурным воздействиям в процессе эксплуатации.

К тепловым свойствам относятся: нагревостойкость, теплопроводность, тепловое расширение, холодостойкость.

Нагревостойкость– способность изоляционного материала выдерживать воздействие повышенной температуры без явного ухудшения изоляционных свойств в течение всего срока службы электрооборудования.

В зависимости от допустимых в эксплуатации рабочих температур ( t_р ) диэлектрики различают по классам нагревостойкости (табл. 4).

Таблица 4

Классы нагревостойкости изоляции

 

Класс нагревостойкости	Y	A	E	B	F	H	C
Рабочая температура, (tр), 0С							>180

 

Класс Y –изоляция из волокнистых материалов на основе целлюлозы (древесина, бумага, картон, фибра, хлопчатобумажное волокно), натуральный шелк, полиамиды, поливинилхлорид, натуральный каучук.

Класс А –волокнистые материалы, пропитанные масляными, масляно-смоляными и другими лаками, либо погруженные в трансформаторное масло или синтетический жидкий диэлектрик.

Класс Е –слоистые пластики (гетинакс, текстолит, полиэтилентерефталатные пленки (ПЭТФ), эпоксидные, полиэфирные и полиуретановые смолы и компаунды.

Таким образом, к классам нагревостойкости Y, А и Е относятся, в основном, чисто органические изоляционные материалы.

Класс В –неорганические материалы: слюда, стекловолокно, асбест в сочетании с органическими связующими и пропитывающими материалами (миканиты, стеклолакоткани, стеклотекстолиты и т.п.); политрифторхлорэтилен и др.

Класс F –материалы на основе слюды, стеклово-локна и асбеста с более нагревостойкими связующими и пропитывающими составами: эпоксидными, полиэфирными, кремнийорганическими.

Класс Н –неорганические материалы с использованием кремнийорганических связующих особо высокой нагревостойкости.

Класс С –неорганические материалы (слюда, электротехническая керамика, кварц) без связующих или с неорганическими связующими, а также некоторые органические материалы: политетрафторэтилен (тефлон), полиимиды.

Превышение предельной рабочей температуры изоляции в процессе эксплуатации приводит к интенсивному тепловому старению изоляции и снижению срока службы электрооборудования.

Связь между сроком службы изоляционного материала (τ_сл) и рабочей температурой (t_р) выражается формулой:

(39)

где τ_сл – срок службы изоляционного материала, определяющий срок службы электрооборудования, в котором он используется; τ_о – срок службы изоляционного материала при 0^оС; b – коэффициент, зависящий от свойств материала; е – основание натурального логарифма.

Срок службы уменьшается в два раза при повышении температуры на постоянное значение Δt=0,695/b (Δt= 7 – 10 ^оС).

Например, изоляция имеет Δt=8 ^оС и срок службы 10 лет при t_р=105 ^оС. Если в процессе эксплуатации температура рабочая будет увеличена до 113 ^оС, то срок службы составит 5 лет; при 121 градусе – 2,5 года.

Холодостойкость– способность изоляции не снижать эксплуатационной надежности при низких температурах (минус 60-70 ^оС) и более низких (криогенных температурах).

Особенно важна холодостойкость для изоляции электрооборудования открытых распределительных устройств (ОРУ) подстанций.

При низких температурах электрические свойства изоляции улучшаются, но материалы гибкие и эластичные в нормальных условиях, при низких температурах становятся хрупкими, т.е. ухудшаются их механические свойства.

Теплопроводность–способность материалов переносить тепло от более нагретых частей к менее нагретым, что приводит к выравниваю температуры.

Тепловые потери в проводниках и магнитопроводах электрических машин и аппаратов, кабелях передаются в окружающую среду через изоляцию.

От теплопроводности электрической изоляции зависит нагрев электрооборудования, а, следовательно, его срок службы.

Характеристикой теплопроводности является коэффициент теплопроводности (γ_т), Вт/(мК).

Перенос тепла осуществляется свободными электронами, поэтому у металлов коэффициент теплопроводности значительно выше, чем у диэлектриков (табл. 5). Чем выше электропроводность металлов, тем лучше они проводят тепло.

Таблица 5

Значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов

Материал	γт, Вт/(мК)	Материал	γт, Вт/(мК)
Воздух	0,05	Вода	0,58
Бумага	0,10	Никель
Лакоткань	0,13	Железо
Гетинакс	0,35	Алюминий
Текстолит	0,25	Медь

 

Пористые материалы (например, бумага) имеют низкие коэффициенты теплопроводности, при пропитке их теплопроводность значительно увеличивается. Теплопроводность увеличивается при повышении давления газов.

Тепловое расширение – увеличение объема материала при нагреве.

Количественной оценкой данного свойства является температурный коэффициент линейного расширения (ТК_l или α_l), 1/К, определяемый по формуле:

(40)

 

Материалы, обладающие малыми значениями ТК_l, имеют, как правило, наиболее высокую нагревостойкость и наоборот.

Значения коэффициента ТК_l для некоторых диэлектриков приведены в табл.6.

Таблица 6

Значения температурного коэффициента линейного расширения некоторых диэлектриков

Материал	ТКl, 1/К	Материал	ТКl, 1/К
Полиэтилен		Полистирол
Поливинилхлорид		Слюда
Политетрафторэтилен (тефлон)		Фарфор	3,5
Полиметилметакрилат (оргстекло)		Кварц	0,55

 

Как следует из таблицы, большей стабильностью размеров при нагреве обладают неорганические диэлектрики.

Вернуться к содержанию