1tom104

5. MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE

210

tymi cieczami, to jednak bardzo kosztowne będzie likwidowanie tych urządzeń po ich zużyciu lub uszkodzeniu. Likwidacja ta polega zazwyczaj na spalaniu w bardzo wysokich temperaturach.

Chlorowane dwufenyle były stosowane w Polsce prawie wyłącznie jako syciwo do kondensatorów energetycznych. W innych krajach, stosowano je ponadto jako ciecze niepalne do napełniania transformatorów pracujących wewnątrz budnyków. Pomimo zaprzestania w wielu krajach, w tym również i w Polsce, produkcji urządzeń zawierających chlorowane dwufenyle należy się liczyć z tym, że nadal wiele tego rodzaju urządzeń przez dłuższy czas będzie znajdować się w eksploatacji. Z tego względu należy znać właściwości tych cieczy.

Chlorowane dwufenyle (nazwa ang. polychlorobifenyl-PCB) stanowią mieszaniny chloro-pochodnych dwufenylu o różnych zawartościach chloru, głównie pięciochloro-dwufenylu. W porównaniu z olejami mineralnymi cechuje je niepalność, wyższa odporność cieplna, brak wytrącania osadu jako produktu starzenia, niezmienność lepkości i kwasowości podczas eksploatacji i ponad 2-krotnie większa przenikalność elektryczna. Jednym z produktów rozpadu chlorowanych dwufenyli pod wpływem wyładowań elektrycznych jest chlorowodór, substancja o silnym działaniu korodującym.

Coraz częstsze zastosowanie zaczynają znajdować syntetyczne oleje na bazie węglowodorów aromatycznych (alkilobcnzeny, alkilodwufenyloetany. alkilonaftaleny) oraz oleje estrowe. Oleje na bazie węglowodorów aromatycznych cechują: dobre właściwości gazowe (znacznie lepsze niż olejów mineralnych), mała wartość tg<5 (rzędu lO""¹ przy 50 Hz i w temp. 20-=- 90^CC), mała lepkość i dobra zwilżalność folii elektroizolacyjnych, lecz za to przenikalność elektryczna niewiele większa niż olejów mineralnych (e'_r nie przekracza wartości 2,6). Syciwa estrowe mają większą przenikalność elektryczną (e'_r = 3 — 6), lecz za to większą wartość tgó (przy 50 Hz w temp. 90°C wartość tg<5 = 0.01 h- 0,1). Temperatura ich zapłonu jest ok. 2-krotnie wyższa od temperatury zapłonu syciw z węglowodorów aromatycznych; łatwo chłoną wilgoć.

Do rzadziej stosowanych syntetycznych, trudnozapalnych cieczy dielektrycznych należą oleje silikonowe (główuie liniowe polimetylo- lub polrmetylofcnylosiloksany). Istnieje duża rozmaitość tych olejów o szerokim zakresie lepkości Wykazują one małą zależność lepkości od temperatury; w zakresie temperatur dodatnich odznaczają się natomiast stosunkowo dużą chłonnością wody. Temperatura krzepnięcia jest bardzo niska (ok. — 85°C), górna zaś granica temperatury pracy dochodzi do 200^;C. Wytrzymałość elektryczna olejów silikonowych jest mniejsza niż olejów mineralnych. Starzenie się tych olejów polega na polimeryzacji, w wyniku której przechodzą w stan zestalony o cechach kauczuku. Proces ten można znacznie opóźnić hermetyzując olej. Nie stwarzają one zagrożenia dla środowiska, są bowiem biodegradalne.

ń.5.5.3. Zastosowanie olejów

Pod względem zastosowania dzieli się oleje na transformatorowe, kondensatorowe, kablowe i wyłącznikowe.

Oleje transformatorowe spełniają rolę czynnika chłodzącego i izolującego, wykazują dość małą lepkość. Z drugiej strony wymagania dotyczące temperatury' zapłonu ograniczają możliwość zmniejszenia lepkości. Mineralne oleje transformatorowe produkuje się jako nieinhibitowane i inhibitowane. Do dziś znajdują one powszechne zastosowanie w transformatorach i przckładnikach. Niemniej jednak w urządzeniach tych jest brane pod uwagę stosowanie w przyszłości olejów syntetycznych na bazie węglowodorów (alki-lobenzenów).

Oleje kondensatorowe (syciwa kondensatorowe) cechuje bardzo mała lepkość, mała wartość tangensa kąta strat dielektrycznych i duża zdolność pochłaniania gazów. Większa odporność na wyładowania elektryczne oraz temperatura krzepnięcia niższa niż dwufenyli chlorowanych była powodem powszechnego stosowania nieinhibitowanych olejów mineralnych w kondensatorach na wyższe napięcia oraz w kondensatorach pracujących w niskich temperaturach.

Nowe syciwa kondensatorowe są ostatnio wprowadzane nie tylko ze względu n* konieczność zastąpienia dw^rufenyli chlorowanych, ale także ze względu na nowe rozwiązania układu izolacyjnego kondensatorów. Obecnie rozróżnić można dwa najważniejsze rodzaje syciw kondensatorowych: syntetyczne węglowodory aromatyczne (alkilobenzeny, alkilo-dwufenyioetany, alkilonaftaleny) i estry.

Oleje kablowe charakteryzują się różnymi lepkościami, zależnie od przeznaczenia. Do kabli średnich i niskich napięć stosuje się olej z dodatkiem kalafonii lub poliizobutylenu. Powstałe w ten sposób syciwo charakteryzuje się znacznie większą lepkością niż olej. Zwiększenie lepkości jest niezbędne w celu utrzymania syciwa w izolacji papierowej przy różnych ułożeniach kabla (utrudnienie ściekania). Jakość kalafonii ma duży wpływ na stratność dielektryczną syciwa kablowego. Dobrego gatunku kalafonia chroni syciwo przed utlenianiem i zwiększa zdolność pochłaniania gazów. Oleje kablowe stosowane do kabli najwyższych napięć (tzw. kabli olejowych) mają właściwości zbliżone do olejów kondensatorowych. Dotychczas były powszechnie stosowane oleje mineralne, obecnie znajdują również za-stosow'anie oleje syntetyczne (alkilobenzeny).

Oleje wyłącznikowe wykazują małą lepkość w niskich temperaturach oraz małą zawartość węglowodorów aromatycznych. Pierwsza właściwość zapewnia poprawną pracę styków wyłącznika (mały opór hydrodynamiczny) w niskich temperaturach, druga zaś przyczynia się dć zmniejszenia ilości osadów tworzących się podczas gaszenia htku elektrycznego. Obecność sadzy w oleju w postaci fazy rozproszonej zwiększa niekiedy znacznie jego lepkość, co może się odbić niekorzystnie na pracy wyłącznika, zwłaszcza w niskich temperaturach. W krajowej energetyce zamiast specjalnych olejów wyłącznikowych rozpow'szechnione jest stosowanie oleju transformatorowego i odpowiednio częste wymienianie go w miarę zużycia.

5.5.6. Materiały elektroizolacyjne stałe

55.6.1. Materiały elektroizolacyjne stale nieorganiczne

Materiały ceramiczne

Klasyfikację i zastosowania materiałów ceramicznych podano w tabl. 5.17. Gęstość materiałów ceramicznych przyjmuje wartości od 1,8 g/cm³ (ceramika porowata) do ok. 9,7 gem³ (tlenek toru). Odporność na zmiany temperatury wynosi średnio 110—160"C (materiałów podgrupy 410 osiąga 250°C). Przewodność cieplna wynosi 1,1—1,6 W/(m-K) (porcelana) aż do ok. 200 W/'(m-K) (tlenek berylu). Najlepsze właściwości mechaniczne wykazują ceramika cyrkonowa oraz czysty trójtlenek glinu. Pokrycie szkliwem ceramiki krzemianowej i steatytowęj może polepszyć jej właściwości mechaniczne. Porowatość struktury powoduje zmniejszenie wytrzymałości mechanicznej. Rezystywność skrośna zależy przede wszystkim od składu chemicznego i zawiera się w granicach 10“ —10¹⁶ D- cm w 20°C. Największą rezystywność mają masy celsjanowe (podgrupa 420). Rezystywność powierzchniowa zależy zarówno od struktury,jak i stanu powierzchni; w warunkach normalnych wynosi

Wytrzymałość elektryczna zależy' przede wszystkim od mikrostruktury materiału, jego spoistości oraz rodzaju i kształtu występujących w nim porów; wynosi 10—15 kV/mm (korund) i 30-1-40 kV/mm (ceramika celsjanowa). Szczególnie niekorzystny wpływ na wytrzymałość elektryczną wywiera obecność porów otwartych, które są powodem występowania mechanizmu przebicia, zapoczątkowanego przez wyładowania niezupełne. Pory te ponadto powodują znaczną nasiąkliwość materiału (do 20%), co pogarsza wszystkie właściwości elektryczne. Wytrzymałość elektryczna materiałów ceramicznych maleje ze wzrostem temperatury. Zależność ta ogranicza w wielu przypadkach dopuszczalny zakres temperatury, w którym dany materiał można stosować.

Przenikalność elektryczna względna w zależności od składu materiałów ceramicznych zmienia się w bardzo szerokich granicach: od 4^5 (drobnoporowate masy kordierytowe) do kilku tysięcy' (ceramika tytanowa). Ceramika o znacznej przenikalności elektrycznej wykazuje właściwości ferroelektryczne. Wpły w częstotliwości na przenikalność elektryczną większości materiałów ceramicznych jest mały.

Tangens kąta strat dielektrycznych przy 50 Hz i 20 C wynosi ok. 10~² (materiały Porcelanowe) i 10“³ (materiały steatytowe). Wzrost temperatury powoduje zwiększenie tangensa kąta strat.

Odporność materiałów ceramicznych na łuk jest dosyć dobra.

14*