Конспект лекцій з дисципліни «Електротехнічні матеріали» для студентів з напрямку підготовки 050701 «Електротехніка та електротехнології»
| Вид материала | Конспект |
- Робоча навчальна програма з дисципліни " Електропостачання " для студентів напряму, 511.24kb.
- Конспект лекцій з дисципліни «Процеси у діелектриках» для студентів з напрямку підготовки, 716.74kb.
- Робоча програма з навчальної дисципліни Електротехнічні матеріали для студентів напряму, 153.15kb.
- Кулько Тетяна Володимирівна, асистент кафедри, 229.49kb.
- Конспект лекцій до вивчення дисципліни «Будівельні матеріали», 1134.87kb.
- О. В. Харитонов конспект лекцій з дисципліни "земельне право україни" (для студентів, 1807.04kb.
- В. О. Кодін конспект лекцій з дисципліни «Основи реконструкції історичних міст» для, 703.58kb.
- Навчальна програма дисципліни "електротехніка" для напряму підготовки: 051001 «Метрологія, 284.54kb.
- Конспект лекцій з дисципліни „ Технологія туристської діяльності" для студентів 2 курсу, 2193.28kb.
- Конспект лекцій Хмельницький, 2005 Снозик О. В. Безпека життєдіяльності, 909.72kb.
2.2. Діелектрична проникність.
Однієї з найважливіших характеристик діелектриків, що має найважливіше значення для техніки є його відносна діелектрична проникність ε.
Ця величина являє собою відношення заряду Q, отриманого на конденсаторі, що містить даний діелектрик, до заряду Q0, який можна було б одержати в конденсаторі, якби між електродами перебував вакуум:
ε = Q/Q0
Із цього визначення випливає, що діелектрична проникність не залежить від вибору системи одиниць і її числове значення завжди більше одиниці.
Значення діелектричної проникності речовини вказує на його здатність накопичувати електричні заряди в порівнянні з вакуумом. Чим вище діелектрична проникність, тем більшу ємність, більшу електричну енергію буде мати конденсатор при тих же розмірах. Здатність діелектриків накопичувати електричний заряд практично обумовлена таким фізичним процесом як поляризація.
2.2.1. Діелектрична проникність газів.
Гази мають низьку щільність, більші міжмолекулярні відстані. Гази мають низьку здатність до поляризації, їх діелектрична проникність незначно перевершує одиницю. Наприклад для кисню ε = 1.00055. Залежність діелектричної проникності від тиску й температури визначається зміною числа молекул в одиниці об'єму газу. Тобто, з ростом тиску діелектрична проникність збільшується, а з ростом температури діелектрична проникність газу знижується. На значення діелектричної проникності повітря також виявляє певне значення його вологість. З ростом вологості діелектрична проникність повітря незначно збільшується.
2.2.2. Діелектрична проникність твердих і рідких діелектриків.
Значення діелектричної проникності твердих і рідких діелектриків суттєво залежить від їхньої фізико-хімічної природи: від розмірів і ступеня полярності молекул, тобто, від механізмів поляризації, властивих тому або іншій речовині. Діелектрична проникність у цьому випадку також залежить від температури. Однак на відміну від газів температурний коефіцієнт діелектричної проникності може мати нелінійний характер і ухвалювати позитивні значення. Для полярних речовин має місце й залежність діелектричної проникності від частоти прикладеного напруги. З ростом частоти діелектрична проникність полярних діелектриків знижується.
Значення діелектричної проникності твердих діелектриків змінюються в діапазоні від 2-3 до 7000-9000 (титанат барію).
2.3. Електрична міцність матеріалів.
Діелектрик, що перебуває в електричнім полі, при певному значенні напруженості електричного поля втрачає ізоляційні властивості. Це явище зветься пробою, а значення напруги при якім відбувається пробій – електричною міцністю діелектрика. Електрична міцність визначається пробивною напругою, віднесеним до товщини діелектрика в місці пробою:
Eпр = Uпр/h
На практиці звичайно вимірюють електричну міцність у кіловольтах на міліметр. Електрична міцність суттєво залежить від відстані між електродами і їх форми, від великого числа різноманітних фізико-технічних параметрів.
При нормальних умовах електрична міцність повітря при відстані між електродами в 1 см становить 3.2 кВ/мм.
Для твердих і рідких діелектриків дуже характерна залежність електричної міцності від наявності й состава домішок. Наприклад, електрична міцність трансформаторного масла становить 4кВ/мм, але після ретельного очищення від води цей показник збільшується до 20-25 кВ/мм. Наявність твердих домішок спотворює картину поля, робить його нерівномірним, приводить до появи зон локальної перенапруги.
Реальні діелектрики відрізняються від ідеальних, насамперед наявністю в тілі діелектрика мікропор, особливо на поверхні роздягнула “ електрод-діелектрик”. Це є одним з головних факторів погіршення властивостей електричної ізоляції в процесі експлуатації, т.зв. старіння діелектриків.
Старіння діелектриків - погіршення характеристик діелектриків при їхній експлуатації.
Основний механізм старіння діелектриків - вплив часткових розрядів. Справа в тому, що в енергетику на діелектрики діють, як правило, змінні електричні поля. При цьому при дії змінної напруги певної амплітуди в газових або повітряних порах виникають часткові розряди.
Частковий розряд - локальний лавинний розряд у газовій порі діелектрика.
2.4.Теплові характеристики матеріалів.
До найважливіших теплових властивостей діелектриків ставляться нагрівостійкість, холодостійкість і теплове розширення.
Температура - це поняття, введене для характеристики енергії, яку мають молекули речовини. Для матеріалів уводять кілька характерних температурних крапок, що вказують працездатність і поведінка матеріалів при зміні температури.
Нагрівостійкість - максимальна температура, при якій не зменшується термін служби матеріалу.
По цьому параметру всі матеріали розділені на класи нагрівостійкості згідно таблиці 2.1.
Табл.2.1. Класи нагрівостійкості матеріалів.
| Позначення класу | Y | A | E | B | F | H | C |
| Робоча температура, С | 90 | 105 | 120 | 130 | 155 | 180 | Вище 180 |
До класу Y відносяться волокнисті матеріали на основі целюлози й шовку (папери, картони, непросочені тканини), якщо вони не просочені спеціальними засобами.
До класу А відносяться ті ж матеріали, захищені зовнішньою ізоляцією, просочені спеціальними лаками. До класу А ставляться ізоляція емаль-проводів на масляно-смоляних лаках.
До класу Е відносяться пластмаси з органічним наповнювачем, такі як текстоліт, гетинакс.
До класів Y, А, Е відносяться в основному органічні електроізоляційні матеріали.
У клас У входять матеріали з більшим змістом неорганічних компонентів, наприклад азбестові матеріали з органічними просоченнями.
До класів F, Н належать вироби зі скловолокна з епоксидними або кремнійорганічними наповнювачами.
Клас С утворюють чисто неорганічні матеріали: слюда, кварц, азбест і т.п.
Теплостійкість - температура, при якій відбувається погіршення характеристик при короткочаснім її досягненні.
Термостійкість - температура, при якій відбуваються хімічні зміни матеріалу.
Морозостійкість - здатність працювати при знижених температурах (цей параметр важливий для гум).
Погіршення ізоляційних властивостей може відбуватися при тривалій дії щодо невеликих температур. Підвищення швидкості хімічних реакцій в ізоляції викликає теплове старіння ізоляції. Старіння ізоляції проявляється у вигляді підвищення твердості й крихкості, утвору тріщин, зниженні електричної міцності. У середньому підвищення температури на кожні 10 градусів зменшує тривалість старіння ізоляції вдвічі. На швидкість старіння істотний вплив виявляє наявність підвищеної концентрації кисню, озону або хімічно активних реагентів, вплив прямих сонячних променів. З питаннями припустимої температури тісно зв'язані заходи пожежної безпеки й вибухобезпечності встаткування.
При роботі декількох матеріалів в умовах механічного контакту необхідно враховувати теплове розширення діелектриків, яке оцінюють температурним коефіцієнтом лінійного розширення. Органічні діелектрики мають різко підвищені ТКЛР у порівнянні з неорганічними.