Тепловые свойства

К основным тепловым свойствам диэлектрика относят нагрево-стойкость, теплопроводность, тепловое расширение и холодостой­кость (морозостойкость).

Нагревостойкость - это способность диэлектрика функ­ционировать при повышенных температурах или при резкой смене температур без недопустимого ухудшения его свойств.

В зависимости от вида материала и условий его эксплуатации длительное или кратковременное воздействие повышенной темпе­ратуры вызывает в диэлектрике различные изменения. Например: у лаковых покрытий, резко снижается эластичность, У трансфор­маторного масла старение проявляется в образовании продуктов окисления.

Нагревостойкость определяется той температурой, при которой происходит недопустимое изменение эксплуатационных характери­стик диэлектрика.

Одним из наиболее применяемых методов оценки нагревостой­кости электроизоляционных материалов является определение теп­лостойкости по Мартенсу. Испытываемые образцы, к которым при­ложено изгибающее усилие 5 МПа, помещают в термостат и нагре­вают со скоростью 1 К/с. Температура, при которой образец про­гнется на 6 мм от первоначального положения или сломается, пред­ставляет собой теплостойкость по Мартенсу.

Для электроизоляционных материалов установлено семь клас­сов нагревостойкости и соответствующая им максимальная рабо­чая температура.

У диэлектриков кристаллического строения (слюда, парафин и др.) переход из твердого в жидкое состояние происходит при четко выраженной температуре плавления Т_пл. У аморфных диэлектри­ков (смолы, битум и др.) переход из твердого состояния в жидкое происходит постепенно (в широком интервале температур) и харак­теризуется температурой размягчения Т_раз.

При определенной концентрации пары некоторых электроизо­ляционных жидкостей воспламеняются. Температура, при которой смесь паров жидкости с воздухом вспыхивает от внесенного пламе­ни горелки, называется температурой вспышки паров.

Теплопроводность - это способность диэлектрика про­водить теплоту.

Теплота, возникающая при прохождении электрического тока в проводниках, окруженных диэлектрическим изолятором, передается изолятору. Вследствие диэлектрических потерь теплота выделяется в самом изоляторе. Суммарные тепловые потери проводника и изоля­тора передаются в окружающую среду. От способности изоляции проводить теплоту зависят нагревание проводника и электрическая прочность

 

 

Таблица 5.1 Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов

Класс нагрево-стойкости	Предельно допустимая рабочая температура Траб, °С	Диэлектрики
Y		Органические диэлектрики; непропитан-ные волокнистые материалы на основе цел­люлозы и шелка (древесина, бумага, картон, фибра, пряжа); полистирол, полиэтилен
A		Те же волокнистые материалы, но пропи­танные полиамидными смолами, масляно-смоляными и поливинилацетатными лаками
E		Слоистые пластики (гетинакс, текстолит), пластмассы с органическим наполнителем
B		Материалы с большим содержанием неор­ганических компонентов (стекло, ткань, стеклотекстолит)
F		Материалы на основе слюды, стекловолок­на, асбеста в сочетании со связующими с по­вышенной нагревостойкостью (кремнийор-ганических, эпоксидных смол)
H		Кремнийорганические лаки, резины, ком­позиционные материалы из слюды, асбеста, склеенных с помощью нагревостойких крем-нийорганических смол
G	Выше 180	Неорганические материалы без склеиваю­щих или пропитывающих органических со­ставов (слюда, стекло, кварц, асбест); из орга­нических - только фторопласт-4 и полиамиды

 

изоляции. Особое значение имеет теплопроводность срав­нительно толстой изоляции в устройствах высокого напряжения.

Количественно теплопроводность оценивается коэффициентом теплопроводности γ_т, который определяется количеством теплоты, прошедшей через единицу площади в единицу времени при гради­енте температуры 1 К/м.

 

Таблица 5.2 Ориентировочные значения коэфициента теплопроводности некоторых материалов

 

Материал	γт, Вт/(м*К)
Воздух (в малых зазорах)	0,05
Полистирол	0,08...0,16
Бумага	0,10
Лакоткань	0,13
Гетинакс	0,35
Фарфор	1,6
Графит
Оксид алюминия А12О3	25...30
Железо
Медь Cu

 

Наименьшим значением коэффициента теплопроводности обладают пористые диэлектрики с газовыми включениями. Для повышения их теплопроводности применяют пропитку или уплотнение материала под давлением.

Тепловое расширение - это свойство диэлектрика из­менять свои линейные размеры под действием температуры. Теп­ловое расширение оценивается температурным коэффициентом ли­нейного расширения ТК.

Холодостойкость - это способность электрической изо­ляции работать при низких температурах без недопустимого ухуд­шения эксплуатационных характеристик.

При понижении температуры электроизоляционные свойства диэлектриков, как правило, повышаются. Однако ряд механичес­ких свойств может ухудшаться. Органические диэлектрики в обла­сти низких температур растрескиваются, теряют гибкость.

Ориентировочные значения предельно допустимых низких ра­бочих температур некоторых диэлектриков следующие: -269 °С для фторопласта-4, -(5О...6О)°С для лавсана, -(40...70)°С для полиэти­лена; -40°С для полистирола, -20°С для капрона, -(5...15)°С для полипропилена.

Таблица 5.3. Температурный коэффициент линейного расширения диэлектриков

Материал	ТК*10-6K-1	Материал	ТК*10-6K-1
Органические материалы:		Неорганические материалы:
поливинилхлорид		слюда мусковит (вдоль слоев спайности)	13 - 14
полиэтилен
фторопласт-4		стекло
органическое стекло		фарфор	3,5
полистирол		кварцевое стекло	0,55