1tom102

5. MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE

206

określone źródło ognia, jak i pomiar długości na jakiej próbka uległa spaleniu. Jest to metoda która w normalizacji międzynarodowej jest wykorzystywana do badania wyrobów, np. kabli’ Do badania materiałów jest natomiast stosowana metoda oznaczenia tzw. wskaźnika tlenowego Ol (ang. Oxygen Index). Wskaźnik ten wyraża procentową zawartość tlenu w powietrzu (ściślej w mieszaninie z azotem) niezbędną do podtrzymania palenia się materiału którego temperatura w chwili zapłonu wynosiła ok. 20'C.

Materiały, których Ol < 21, są określone jako łatwozapalne, a powyżej tej wartości — do Ol = 28 jako trudnozapalne i przy Ol > 28 —jako niczapalnc. Jak wiadomo, w powietrzu znajduje się 21% tlenu, a zatem materiały, których Ol > 21 nie powinny ulegać zapaleniu w warunkach normalnych w przypadku zetknięcia się ze źródłem ognia o małym wydatku energii cieplnej, jak np. z iskrą elektryczną.

Wskaźnik tlenowy służy jednak tylko porównaniu podatności materiałów na zapalenie się W rzeczywistości bowiem o podtrzymaniu się palenia decyduje większa liczba czynników' Z tego względu pomiar Ol materiałów nic wyklucza celowości przeprowadzenia prób palności konkretnych urządzeń elektrycznych w umownych warunkach pożarowych.

Zdolność podtrzymywania ognia nie jest jedyną cechą, która interesuje użytkownika ze względu na zachowanie się urządzeń elektrycznych w' warunkach pożarowych. Zwraca się uwagę również na toksyczność gazów wydzielających się z materiału podczas palenia, ich działanie korozyjne oraz gęstość wydzielanego dymu. Z tego powodu ogranicza się stosowanie materiałów zawierających halogenki, tj. pierwiastki z grupy chlorowców (fluor, chlor, brom, jod). Ze względu na swoje właściwości chemiczne znacznie zwiększają wskaźnik tlenowy, lecz one same i ich związki w postaci gazowej są toksyczne oraz. oddziałują korozyjnie przy zetknięciu z wodą.

5.5.4. Dielektryki gazowe

Każdy gaz, jeżeli nie jest w stanie silnego /jonizowania, ma właściwości izolacyjne. W technice wykorzystuje się zarówno gazy pochodzenia naturalnego, jak i gazy otrzymywane w w'yniku syntezy (tabl. 5.15).

Tablica 5.15. Niektóre właściwości gazów przy ciśnieniu 0,1 MPa i temperaturze 0"C, wg [5.10; 5.15; 5.17; 5.22]

Rodzaj gazu	Oznaczenie	Wytrzymałość elektryczna przy odstępie elektrod płaskich d — 1 cm kV/cm	Masa cząsteczkowa	Gęstość kg/m^3	Energia jonizacji eV	Temperatura skroplenia °C
Hel	He	3,7	4	0.17	24,6	-269
Neon	Ne	4,2	20	0,87	21.5	-246
Argon	Ar	6,5	40	1.73	15,7	-186
Krypton	Kr	8,8	84	3,59	14,0	-153
Wodór	H,	15	2	0,09	15,8	-243
Dwutlenek węgla	CO,	25	45	1,91	14,4	-29
Tlen	02	27	32	1,38	12.1	-183
Powietrze		32	—	1,25		-193
Azot	N2	33	28	1,21	15.7	-196
Freon 12	CF,C1,	80	121	5,33	18.0	-28
Sześciofluorck siarki	Sf6	89	146	6,08	15,9 19,3	—63

Z gazów naturalnych należy przede wszystkim wymienić powietrze. W układach zamkniętych do najczęściej wykorzystywanych należy azot, dwutlenek węgla, wodór, hel. a w technice oświetleniowej gazy szlachetne (argon, neon, krypton, ksenon).    ,

Z gazów syntetycznych szerokie zastosowanie, począwszy od lat sześćdziesiątych, znalaz sześciofluorck siarki SF_f). Do wcześniej stosowanych gazów syntetycznych należał dwu-chlorodwufluorometan CF₂C1₂ znany pod nazwą handlową jako freon 12.

Powietrze — na jego właściwości izolacyjne jako ośrodka wywierają wpływ czynniki

„sferyczne, tj. ciśnienie i temperatura, a także wilgotność. W zakresie wahań temperatury ? ciśnienia atmosferycznego można przyjąć, że wytrzymałość elektryczna powietrza zależy ¹ Prost proporcjonalnie od jego gęstości, a zatem wprost proporcjonalnie od ciśnienia ' „Zwrotnie proporcjonalnie od temperatury bezwzględnej. Wilgotność wpływa na wytrzyma’⁰^ powietrza jedynie w przypadku silnie niejednorodnych pól elektrycznych i wów-czas ze wzrostem wilgotności wytrzymałość zwiększa się; zależność tę opisują wzory cmpiry^czne (patrz rozdz. 10). Materiały pracujące w warunkach napowietrznych są narażone _na wiele oddziaływań środowiskowych, w których istotną rolę odgrywają zanieczyszczenia. Są to przede wszystkim narażenia o charakterze korozyjnym. Należy uwzględnić, że w wyniku wyładowań (np. ulotu) tworzy się ozon O ,, którego cechą jest silna reaktywność. Wchodzi on ni in. w reakcję z azotem, tworząc tlenki NO i N0₂. Tlenki te oddziałują toksycznie, a ponadto wchodzą w reakcje z wodą, tworząc kwasy, odpowiednio azotawy i azotowy, o silnym działaniu korozyjnym.

Azot N — jest gazem niepalnym, nietoksycznym, słabo rozpuszczalnym w związkach organicznych. Jest tani. Służy do wypełniania baniek żarówek (wraz z argonem). Pod wysokim ciśnieniem stosuje się go jako izolację wysokonapięciową, np. w kondensatorach wzorcowych. Używa się go również jako atmosfery ochronnej przed utleniającym działaniem powietrza.

Dwutlenek węgla C0₂ — jest gazem twałym, niepalnym, łatwo otrzymywanym w stanie czystym. W obecności wyładowań niezupełnych słabo oddziaływujc korozyjnie. W niewielkim stopniu działa drażniąco na błony śluzowe, a w obecności wilgoci — również na skórę.

Wodór H₂ — tworzy mieszaninę wybuchową z tlenem przy zawartości 6 + 67% (VjV). Z uwagi na zachowanie bezpieczeństwa zakres ten rozszerza się (4+75,6%). Ze względu na dobre przewodnictwo ciepła i małą masę cząsteczkową jest stosowany w wymuszanych obiegach chłodzenia, m.in. w turbogeneratorach. Jest nietoksyczny i tani. W obecności wyładowań niezupełnych, na skutek działania redukującego w stosunku do związków' organicznych, może działać niszcząco na niektóre złożone materiały izolacyjne.

Hel He—jest pierwiastkiem o najniższej temperaturze wrzenia (4,21 K) i z tego powodu znajduje zastosowanie jako czynnik chłodzący, a także izolujący w postaci ciekłej w' urządzeniach krionicznych. Wytrzymałość elektryczna helu w stanie gazowym, w temperaturze bliskiej punktowi skroplenia i przy ciśnieniu 0,1 MPa, jest ok. 3,3-krotnie większa od wytrzymałości powietrza w warunkach normalnych. Hel ciekły ma właściwości izolacyjne. Nic jest toksyczny ani palny i nie wywołuje korozji, lecz jest drogi.

Neon Ne — jest stosowany w barwnych lampach jarzeniowych, w świetlówkach, gazotronach, stabilizatorach jarzeniowych i innych gazowanych lampach elektronowych. Jest niepalny, nietoksyczny, nie wywołuje korozji.

Sześcioflmrek siarki SF₆ — jest syntetycznym gazem elektroujemnym, nietoksycznym, niepalnym, trwałym do temperatury 500^CC i nie wywołującym korozji. Cechuje go duża gęstość, ok. 6-krotnie większa niż powietrza. Jego wytrzymałość elektryczna w układach o polu jednorodnym przy ciśnieniu 0,1 MPa jest 2,3+2,5-krotnie większa niż. wytrzymałość powietrza i zwiększa się w przybliżeniu wprost proporcjonalnie do ciśnienia, przy czym jest °aa prawie jednakowa przy napięciach wolno- i szybkozmiennych. Współczynnik udaru jest w przybliżeniu równy jedności. Zastosowany jako medium izolacyjne umożliwia miniaturyza-qę zarówno urządzeń elektrycznych, jak i całych rozdzielnic. Wytrzymałość elektryczna układów izolacyjnych z SF₆ w znacznie silniejszym stopniu aniżeli wytrzymałość układów ze zwykłymi gazami zależy od niejednorodności pola. Jest szczególnie wrażliwa na stan Powierzchni elektrod i obecność zanieczyszczeń w układzie izolacyjnym. Ze względu na dobre właściwości gaszenia łuku elektrycznego SF₆ jest używany również w komorach gaszeniowych wyłączników.

. Gaszeniu łuku w SF₆ towarzyszą złożone procesy fizykochemiczne. W strefie łukowej Pojawiają się zjonizowane cząsteczki fluorków siarki o niższych wartościowościach,jony siarki ¹ lluoru, a także jony metali wchodzących w skład materiałów stykowych. Po zgaśnięciu łuku, ^w miarę ochładzania się atmosfery gazowej, dzięki procesom rekombinacji tworzą się coraz .rwalsze związki, takie jak SF₂, SF₄ i SF₆. Proces rekombinacji jest szczególnie wydajny Przyjmuje się, że w idealnie czystym gazie i nic stykającym się z innymi związkami,