CC BY
67
ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ
В.И. Гунько, Л.И. Онищенко, И.Ю. Гребенников, А.Я. Дмитришин,
С.О. Топоров, Е.Н. Слепец
ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТИМОСТИ ФЕНИЛКСИЛИЛЭТАНА С КОНСТРУКЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, пр. Октябрьский, 43-А, г. Николаев, Украина, [email protected]
Стабильность работы высоковольтных электротехнических устройств, например высоковольтных импульсных конденсаторов, при высокой напряженности электрического поля в диэлектрике определяется главным образом свойствами пропитывающего диэлектрика. При выборе жидкого диэлектрика необходимо учитывать не только требования по высокой электрической прочности, низким диэлектрическим потерям, стойкости к воздействию частичных разрядов, но и такое специфическое требование, как совместимость с применяемыми конструкционными материалами. Это означает, что жидкость не только не должна ухудшать физико-механические свойства используемых конструкционных материалов, но и сами конструкционные материалы не должны вызывать значительного снижения электрофизических характеристик жидкого диэлектрика.
Отсутствие информации по совместимости жидкого пропитывающего диэлектрика с конструкционными материалами электротехнического устройства не позволяет прогнозировать надежность и долговечность самого электротехнического устройства.
Для пропитки конденсаторов с диэлектриком на основе полимерных пленок в настоящее время широко применяется фенилксилилэтан, являющийся синтетическим углеводородным ароматическим маслом ряда диарилалкана и обладающий высокой газостойкостью и стабильностью. При оценке влияния конструкционных материалов, применяемых в конденсаторостроении, на электрофизические характеристики фенилксилилэтана рассматривалось влияние полимерных пленок, фольги и слоя металлизации [1, 2, 3]. При этом совместимость оценивалась по изменению тангенса угла потерь фе-нилксилилэтана как одной из наиболее чувствительных характеристик, отображающей работоспособность конденсатора в целом.
В справочной литературе [4, 5] информация о взаимном влиянии жидких диэлектриков и конструкционных материалов дана в общей форме - активным катализатором окисления жидкостей являются медь и ее сплавы, соли органических кислот и металлов переменной валентности (меди, железа, кобальта и др.), и для каждой жидкости необходимо индивидуально подбирать резины.
Цель работы - оценка влияния конструкционных материалов, применяемых в конденсаторостроении, на электрофизические характеристики фенилксилилэтана.
Для проведения исследований были выбраны следующие конструкционные материалы: фольга алюминиевая А5, полиэтилентерефталатная пленка ПЭТ-КЭ, поликарбонатная пленка ПК-К, полипропиленовая пленка ПП-КСШ, медь М1, медь, луженная припоем ПОС-40, латунь Л63, трубка стеклоэпоксифенольная, стеклотекстолит СТЭФ-1, полиамид ПА6 марки «Б», сополимер полипропилена 22007-29, резина МБС-М1, резина 51-1434, резина 51-1486, резина ИРП-2052, лак ЛБС-1.
Образцы конструкционных материалов помещались в отдельные стеклянные емкости с фе-нилксилилэтаном и выдерживались в течение 24 часов в следующих условиях:
- остаточное давление - не более 6 Па;
- температура - (80-5) °С.
После выдержки в указанных условиях емкости с фенилксилилэтаном и помещенными в них образцами конструкционных материалов охлаждались под вакуумом до температуры окружающей среды и выдерживались в течение 48 часов.
© Гунько В.И. , Онищенко Л.И. , Гребенников И.Ю. , Дмитришин А.Я., Топоров С.О. , Слепец Е.Н. , Электронная обработка материалов, 2008, № 2, С. 91-97.
91
Результаты измерения электрофизических характеристик фенилксилилэтана - относительной диэлектрической проницаемости в, тангенса угла потерь tg5, удельного объемного электрического сопротивления р и электрической прочности Епр.ср после контакта с конструкционными материалами показаны в таблице и на диаграммах, приведенных на рис. 1 - 4. Для наглядности изменения электрофизических характеристик фенилксилилэтана на диаграммах основной линией показаны значения электрофизических характеристик фенилксилилэтана до контакта с конструкционными материалами.
Результаты испытаний на совместимость фенилксилилэтана с конструкционными материалами
Материалы Характеристики
Е ^пр. ср? кВ/мм в tgS Ом-см
Фольга алюминиевая А5 33,12 2,523 2,811 -10-4 6,07-1012
Полиэтилентерефталатная пленка ПЭТ-КЭ 34,08 2,512 2,806-10-4 4,93 -1012
Поликарбонатная пленка ПК-К 33,98 2,520 2,824-10-4 4,78-1012
Полипропиленовая пленка ПП-КСШ 33,76 2,522 2,810-10-4 4,55 -1012
Сталь Ст3 34,69 2,524 2,716-10-4 4,98-1012
Сталь 45 34,76 2,523 2,738-10-4 5,03 -1012
Медь М1 32,82 2,547 4,272-10-4 2,43-1012
Медь, луженная припоем ПОС-40 34,29 2,513 3,116-10-4 4,77-1012
Латунь Л63 33,14 2,536 3,898-10-4 3,73 -1012
Трубка стеклоэпоксифенольная 33,88 2,534 2,344-10-4 7,43-1012
Стеклотекстолит СТЭФ-1 33,60 2,541 2,819-10-4 6,64-1012
Полиамид ПА 6 марки «Б» 33,26 2,489 3,126-10-4 5,48-1012
Сополимер полипропилена 22007-29 33,51 2,521 2,916-10-4 4,46-1012
Резина МБС-М1 35,43 2,547 3,017-10-4 9,36-1012
Резина 51-1434 34,82 2,537 3,226-10-4 6,69-1012
Резина 51-1486 33,96 2,540 3,132-10-4 4,78-1012
Резина ИРП-2052 32,64 2,549 4,244-10-4 4,26-1012
Лак ЛБС-1, нанесенный на кабельную бумагу К-120 34,82 2,484 3,213-10-4 7,64-1012
Примечание. До испытания на совместимость с конструкционными материалами фенилксилилэтан имел следующие характеристики: Епр ср= 35,2 кВ/мм; в = 2,52; tgS = 2,5-10~4; pv = 8,37-1012 Ом-см.
Наибольшее снижение электрической прочности фенилксилилэтана произошло после контактирования с резинами 51-1486 и ИРП-2052 на 3,5 и 7,3 % соответственно, что свидетельствует о нежелательности их применения в контакте с фенилксилилэтаном. Наименьшее влияние на изменение электрической прочности фенилксилилэтана из исследуемых резин оказали резины МБС-М1 и 51-1434, которые могут быть рекомендованы для применения в конструкциях, где в качестве жидкого пропитывающего диэлектрика использован фенилксилилэтан.
Оценивая влияние меди и ее сплавов (латуни Л63) на величину электрической прочности фенилксилилэтана, можно сделать следующий вывод: поверхности медных изделий, контактирующих с фенилксилилэтаном, по возможности должны быть облужены. Так, после контактирования с медью, поверхности которой облужены припоем ПОС-40, электрическая прочность фенилксилилэтана снизилась всего лишь на 2,6 %, в то время как после контактирования с медью и латунью Л63 электрическая прочность фенилксилилэтана снизилась на 6,7 и 6,0 % соответственно.
92
Рис. 1. Изменение электрической прочности фенилксилилэтана после контактирования с конструкционными материалами. 1 - фольга алюминиевая А5; 2 - полиэтилентерефталатная пленка ПЭТ-КЭ; 3 - поликарбонатная пленка ПК-К; 4 -полипропиленовая пленка ПП-КСШ; 5 -сталь Ст3; 6 -сталь 45; 7 - медь М1; 8 -медь, луженная припоемПОС-40; 9 -латунь Л63; 10 - трубка стеклоэпоксифенольная; 11 -стеклотекстолит СТЭФ-1; 12 -полиамид ПА6марки «Б»; 13 -сополимер полипропилена 22007-29; 14 -резинаМБС-М1; 15 -резина 51-1434; 16 -
резина 51-1486; 17 -резина ИРП-2052; 18 -лак ЛБС-1
Рис. 2. Изменение относительной диэлектрической проницаемости фенилксилилэтана после контактирования с конструкционными материалами. 1 -фольга алюминиевая А5; 2 -полиэтилентерефталатная пленка ПЭТ-КЭ;
3 - поликарбонатная пленка ПК-К; 4 - полипропиленовая пленка ПП-КСШ; 5 - сталь Ст3; 6 - сталь 45; 7 - медь М1; 8 -медь, луженная припоемПОС-40; 9 -латунь Л63; 10 - трубка стеклоэпоксифенольная; 11 -стеклотекстолит СТЭФ-1; 12 -полиамид ПА6марки «Б»; 13 -сополимер полипропилена 22007-29; 14 -резинаМБС-М1; 15 -резина 51-1434; 16 -резина 51-1486; 17 -резина ИРП-2052; 18 -лак ЛБС-1
94
Рис. 3. Изменение тангенса угла потерь фенилксилилэтана после контактирования с конструкционными материалами. 1 - фольга алюминиевая А5; 2 - полиэтилентерефталатная пленка ПЭТ-КЭ; 3 - поликарбонатная пленка ПК-К; 4 -полипропиленовая пленка ПП-КСШ; 5 - сталь Ст3; 6 - сталь 45; 7 - медь М1; 8 -медь, луженная припоем ПОС-40; 9 -латунь Л63; 10 - трубка стеклоэпоксифенольная; 11 -стеклотекстолит СТЭФ-1; 12 - полиамид ПА6марки «Б»; 13 -сополимер полипропилена 22007-29; 14 -резинаМБС-М1; 15 -резина 51-1434; 16 -резина 51-1486; 17 -резина ИРП-2052; 18 -лак ЛБС-1
95
Рис. 4. Изменение удельного объемного электрического сопротивления фенилксилилэтана после контактирования с конструкционными материалами. 1 -фольга алюминиевая А5; 2 -полиэтилентерефталатная пленка ПЭТ-КЭ;
3 - поликарбонатная пленка ПК-К; 4 - полипропиленовая пленка ПП-КСШ; 5 - сталь Ст3; 6 - сталь 45; 7 - медь М1; 8 -медь, луженная припоем ПОС40; 9 -латунь Л63; 10 - трубка стеклоэпоксифенольная; 11 - стеклотекстолит СТЭФ-1; 12 - полиамидПА6марки «Б»; 13 -сополимер полипропилена 22007-29; 14 -резинаМБС-М1; 15-резина 51-1434; 16 -резина 51-1486; 17 -резина ИРП-2052; 18 -лак ЛБС-1
96
На величину относительной диэлектрической проницаемости фенилксилилэтана конструкционные материалы практически почти не оказали никакого влияния - наибольшее изменение относительной диэлектрической проницаемости фенилксилилэтана наблюдалось после контактирования с лаком ЛБС-1, нанесенным на кабельную бумагу К-120, при этом изменение составило всего лишь 1,4 %.
После контактирования фенилксилилэтана со всеми конструкционными материалами величина тангенса угла потерь в той или иной мере увеличилась, особенно как и ожидалось, после контактирования с медью - на 70,8 %.Наибольшее снижение величины удельного объемного электрического сопротивления фенилксилилэтана произошло после контактирования с медью М1 - на 70,9%, а после контактирования с латунью Л63 - на 55,4%, в то время как после контактирования с медью, луженной припоем ПОС-40, это снижение составило всего лишь 43%.
Обобщая результаты проведенных исследований по оценке влияния конструкционных материалов на электрофизические характеристики фенилксилилэтана, можно сделать следующие выводы:
- рассмотренные конструкционные материалы существенно не ухудшают электрофизические характеристики фенилксилилэтана, что касается меди и сплавов на основе меди, то поверхности этих материалов должны быть облужены;
- для эксплуатации в контакте с фенилксилилэтаном могут быть рекомендованы следующие типы резин: МБС-М1 и 51-1434.
Полученные результаты исследований можно использовать при создании не только высоковольтных импульсных конденсаторов, но и любых других электротехнических устройств, где применен фенилксилилэтан.
ЛИТЕРАТУРА
1. Журавлева Н.М., Андреев А.М., Молодова Л.А., Луцкая Т.В. Выбор пропитывающих жидкостей для высоковольтных пленочных конденсаторов // Электротехника. 1994. № 4. С. 55-58.
2. Андреев А.М., Журавлева Н.М., Александрова Н.П., Галахова Н.М. Изменение эксплуатационных характеристик пленочно-пропитанной изоляции конденсаторов вследствие взаимодействия ее компонентов // Электротехника. 1996. № 3. С. 69-71.
3. Переселенцев И.Ф., Гинзбург С.Л., Ступин Ю.И. Пропитывающие диэлектрики для силовых конденсаторов // Электротехника. 1989. № 2. С. 47-51.
4. Электротехнические материалы: Справочник / В.Б. Березин, Н.С. Прохоров, Г.А. Рыков и др. 3-е изд., доп. и перераб. М.: Энергоатомиздат, 1983. 504 с.
5. Справочник по электротехническим материалам / Под ред. Ю.В. Корицкого и др. Т 1. 3-е изд. перераб. М.: Энергоатомиздат, 1986. 386 с.
Summary
Поступила 09.11.07
In the article is reviewed influencing structural materials on the basic electrophysical characteristics (electric strength, relative dielectric permability, loss tangent, per-unit-volume electric resistance) of phenylxylilethane.
