Прочие материалы, применяемые в трансформаторостроении

Установлен факт ускоренного окисления масла в присутствии лакоткани. В трансформаторостроении расширяется область применения новых синтетических материалов, хлопчатобумажных лент, микалекса. Не пригодной для применения в масле оказалась хлорвиниловая плёнка.

Из синтетических волокнистых материалов следует отметить лавсан, терилен, терен, дакрон, капрон, дедерон, найлон, анид, хлорин. Материалы из синтетического волокна - это линейные полимеры с высокой молекулярной массой. Многие синтетические волокна, например полиамидные, после изготовления подвергаются вытяжке для дополнительной ориентации линейных молекул вдоль волокон и улучшения механических свойств волокна; при этом, очевидно, увеличивается и длина волокна, и оно становится тоньше. Из синтетических волокон в электроизоляционной технике большое применение имеет капрон. Использование капрона вместо натурального шелка и хлопчатобумажной пряжи высоких номеров в производстве обмоточных проводов даёт большой экономический эффект, ибо капрон не только много дешевле, чем шёлк и тонкая хлопчатобумажная пряжа, и легко доступен, но и даёт большую длину нити того же сечения из единицы массы, так как плотность капрона сравнительно невелика.

Основная масса изоляторов и изоляционных покрышек изготавливается из фарфора. Широкое распространение фарфоровые изоляторы и покрышки получили благодаря высокой механической и электрической прочности, дугостойкости, стойкости к атмосферным воздействиям и химически агрессивным средам. Недостатком фарфоровых изоляторов является их хрупкость и низкая ударная прочность, а также значительно меньший температурный коэффициент линейного расширения по сравнению с металлами, что осложняет надёжное сочленение фарфоровых деталей с арматурой.

Электрическая прочность при частоте 50 Гц кВ /мм - 25-30;

Тангенс угла диэлектрических потерь при 20°С и 50 Гц, % - 2,5%;

Термостойкость, °С - 160 – 170;

Фарфор очень хорошо работает на сжатие, значительно хуже - на изгиб и на растяжение, плохо при ударных нагрузках. Механическая прочность фарфора в изделиях зависит от конструкции изолятора, арматуры и применённых связующих материалов. В то же время механическая прочность фарфора снижается с увеличением площади поперечного сечения, причём это снижение различно для разных видов деформации.

Белые глазури больше повышают механическую прочность фарфоровых изделий. Белой глазурью покрываются, как правило, изделия для внутренних распределительных устройств, а коричневой - для наружных. Фарфоровые изоляторы, предназначенные для работы в районах с повышенным загрязнением атмосферы или с повышенным росообразованием, покрывались полупроводящими глазурями. Такие глазури получаются путём добавления в их состав полупроводящих окислов. Состав глазури подбирается таким образом, чтобы получить нужное сопротивление, которое за счёт тока проводимости нагревает поверхность изолятора, препятствует конденсации на ней влаги и выравнивает распределение напряжения по элементам изоляторов. В результате этого разрядное напряжение таких изоляторов даже при самых неблагоприятных условиях среды остаётся достаточно высоким, повышается вероятность безаварийной работы.

Элегаз

Элегаз SF₆ является чрезвычайно химически инертным соединением. Он не взаимодействует с щелочами, кислотами, окислителями, восстановителями, устойчив к действию расплавленных металлов. Элегаз так же очень слабо растворяется в воде и взаимодействует лишь с органическими

растворителями. Соединение распадается при температуре выше 1100 °С. Газообразные продукты распада элегаза ядовиты, и обладают резким, специфическим запахом. Элегаз не поддерживает горения и дыхания. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны производственных помещений 5000 мг/м3. Предельно допустимая концентрация в атмосферном воздухе - 0,001 мг/м3. Зависимость напряжения пробоя от давления представлено на Рис. 11.

Рис.11. Напряжение пробоя (кВ), давление (МПа)

Напряжение пробоя и функция давления для неоднородного электрического поля.

Захватывая электроны, элегаз образует малоподвижные ионы, которые медленно разгоняются в электрическом поле и развитие электронных лавин затруднено. Значительная диэлектрическая прочность элегаза обеспечивает высокую степень изоляции при минимальных размерах и расстояниях, что позволяет уменьшить массу и габариты электротехнического оборудования, а хорошая способность гашения дуги и охлаждаемость элегаза увеличивают отключающую способность коммутационных аппаратов и уменьшают нагрев токоведущих частей. Применение элегаза позволяет при прочих равных условиях увеличить токовую нагрузку на 25% и допустимую температуру медных контактов до 90°С (в воздушной среде 75°С) благодаря химической стойкости, негорючести, пожаробезопасности и большей охлаждающей способности элегаза. В электрическом поле элегаз обладает способностью захватывать электроны (количество носителей заряда уменьшается), что и обусловливает его высокую электрическую прочность (на примере сравнения с азотом - Рис. 10). При увеличении давления электрическая прочность элегаза возрастает почти пропорционально давлению и может быть выше электрической прочности жидких и некоторых твёрдых диэлектриков. Однако это преимущество становится недостатком элегаза при низких температурах по причине перехода его в жидкое состояние и потере изоляционных свойств, что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации. Температура сжижения элегаза при избыточном давлении (давлении заполнения оборудования) 0,3 МПа составляет – минус 45°С, а при 0,5 МПа она повышается до – минус 30 °С. Таким образом, наибольшее рабочее давление и, следовательно, наибольший уровень электрической прочности элегаза в изоляционной конструкции ограничиваются возможностью сжижения элегаза при низких температурах. Вариантом повышения надёжности работы электрооборудования при температурах – минус 40°С и ниже является подогрев элегаза (бак элегазового выключателя во избежание перехода элегаза в жидкое состояние нагревают до плюс 12°С). В неоднородном поле появляются местные перенапряжения электрического поля, которые вызывают коронирующие разряды. Под действием этих разрядов элегаз разлагается, образуя в своей среде низшие фториды (SF₂, SF₄), вредно действующие на конструкционные материалы коммутационного оборудования. Во избежание разрядов поверхности отдельных металлических деталей коммутационного оборудования выполняются особо гладкими, они не должны иметь загрязнений, шероховатостей и заусенцев.

Азот

АзотN₂ бесцветный и нетоксичный газ, без запаха и вкуса. Азот, существует в природе как невоспламеняющийся газ при нормальных температурах и давлении. Этот газ несколько легче воздуха, поэтому его концентрация с высотой повышается. При охлаждении до точки кипения он превращается в бесцветную жидкость, которая при определённых давлении и температуре становится твёрдым бесцветным кристаллическим веществом. Азот слаборастворим в воде и большинстве других жидкостей, является плохим проводником электричества и тепла. Большинство использований этого газа объясняется его инертными свойствами. Однако при высоких давлениях и температурах азот реагирует с некоторыми активными металлами, например с литием и магнием, образуя нитриды, а также с некоторыми газами, такими как кислород и водород.При обычных условиях газ без цвета и запаха, встречается в свободном состоянии в воздухе (78% по объёму) и в связанном состоянии в составе природных нитратов. Химическая связь в молекуле азота прочная, энергия диссоциации велика, и он с трудом вступает в химические реакции. Азот используется при конструировании азотной защиты трансформаторного масла силовых трансформаторов.