CC BY
94
В.И. Гунько, Л.И. Онищенко, И.Ю. Гребенников, А.Я. Дмитришин, Е.Н. Слепец, С.О. Топоров
ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТИМОСТИ ПОЛИМЕТИЛСИЛОКСАНО-ВОЙ ЖИДКОСТИ ПМС-10 С КОНСТРУКЦИОННЫМИ
МАТЕРИАЛАМИ
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, пр. Октябрьский, 43-А, г. Николаев, 54018, Украина, iiyt@,iiyt. com.ua
При создании высоковольтных электротехнических устройств особое место занимает выбор пропитывающего жидкого диэлектрика. Наряду с обычными требованиями - высокая электрическая прочность, низкие диэлектрические потери, стойкость к воздействию частичных разрядов, газостойкость - жидкие диэлектрики должны обладать рядом специальных свойств, главным из которых является совместимость с конструкционными материалами. Под совместимостью жидких диэлектриков с конструкционными материалами понимается не только тот факт, что применяемые конструкционные материалы не должны вызывать значительного снижения электрофизических характеристик жидкого диэлектрика, но и сама жидкость в свою очередь не должна ухудшать физико-механические характеристики конструкционных материалов. Отсутствие конкретной информации не позволяет прогнозировать долговечность электротехнических устройств, в частности высоковольтных импульсных конденсаторов, в которых жидкие диэлектрики очень часто эксплуатируются в условиях сильных электрических полей и повышенных температур.
В справочной литературе [1, 2] сведения о взаимном влиянии жидких диэлектриков и конструкционных материалов даны в общей форме - активными катализаторами окисления являются медь и ее сплавы, соли органических кислот и металлов переменной валентности (медь, железо, кобальт и др.), причем для каждого вида жидкого диэлектрика необходимо индивидуально подбирать полимерные материалы, и особенно резины, применяемые для герметизации электротехнических устройств.
При оценке влияния конструкционных материалов на электрофизические характеристики жидких диэлектриков, применяемых в конденсаторостроении [3-5], основное внимание уделяется влиянию полимерных пленок, фольги и слоя металлизации на характеристики жидкостей. При этом совместимость оценивалась по изменению тангенса угла потерь жидких диэлектриков, как одной из наиболее чувствительных характеристик, отражающих работоспособность пропитанной изоляции в целом.
Цель данной работы - оценка влияния конструкционных материалов, применяемых в конденсаторостроении, на электрофизические характеристики полиметилсилоксановой жидкости ПМС-10, применяемой в качестве пропитывающего диэлектрика высоковольтных импульсных конденсаторов.
Полученные результаты исследований могут быть использованы не только при создании высоковольтных импульсных конденсаторов, но и любых других электротехнических устройств, где применена полиметилсилоксановая жидкость ПМС-10.
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.
Влияние конденсаторной бумаги марки КОН и фторопласта не рассматривалось, так как, по данным [1, 2], они инертны по отношению к жидким диэлектрикам.
Перед проведением исследований полиметилсилоксановая жидкость ПМС-10 была подвергнута очистке и стабилизации по соответствующей технологии.
Образцы конструкционных материалов помещались в отдельные стеклянные емкости с полиме-тилсилоксановой жидкостью ПМС-10 и выдерживались в течение 24 часов при следующих условиях:
© Гунько В.И. , Онищенко Л.И. , Гребенников И.Ю. , Дмитришин А.Я. , Слепец Е.Н. , Топоров С.О., Электронная обработка материалов, 2008, № 1, С. 86-90.
86
- остаточное давление - не более 6 Па;
- температура - 125+5 °С.
После выдержки при указанных условиях емкости с полиметилсилоксановой жидкостью ПМС-10 и помещенными в них образцами конструкционных материалов охлаждались под вакуумом до температуры окружающей среды и выдерживались в течение 48 часов.
Результаты измерения электрофизических характеристик полиметилсилоксановой жидкости ПМС-10 - относительной диэлектрической проницаемости в, тангенса угла потерь tg5, удельного объемного электрического сопротивления pv и электрической прочности Епрср после контакта с конструкционными материалами - показаны в таблице и на диаграммах, приведенных на рис. 1-4. Для наглядности изменения электрофизических характеристик ПМС-10 на диаграммах основной линией показаны значения электрофизических характеристик ПМС-10 до контакта с конструкционными материалами.
Результаты испытаний на совместимость полиметилсилоксановой жидкости ПМС-10 с конструкционными материалами
Материалы Характеристики
Е ^пр.ср, кВ/мм в tg5 Ом см
Фольга алюминиевая А5 16,8 2,61 4,6 -10-4 1,8 -1012
Полиэтилентерефталатная пленка ПЭТ-КЭ 17,2 2,68 5,2 -10-4 2,1 -1012
Поликарбонатная пленка ПК-К 16,9 2,62 5,8 -10-4 2,2 -1012
Полипропиленовая пленка ПП-КСШ 17,1 2,63 6,1-10-4 2,0 -1012
Сталь Ст3 17,0 2,59 4,8 -10-4 2,5-1012
Сталь 45 17,1 2,60 4,9 -10-4 2,4 -1012
Медь М1 16,4 2,47 6,2 -10-4 1,6 -1012
Медь, луженная припоем ПОС-40 16,9 2,51 5,4 -10-4 2,1 -1012
Латунь Л63 16,5 2,50 6,1-10-4 1,8 -1012
Трубка стеклоэпоксифенольная 17,2 2,69 5,4 -10-4 2,7 -1012
Стеклотекстолит СТЭФ-1 17,1 2,68 6,1-10-4 2,2 -1012
Полиамид ПА6 марки «Б» 16,9 2,41 4,8 -10-4 2,2 -1012
Сополимер полипропилена 22007-29 16,8 2,48 5,6 -10-4 2,6 1012
Резина МБС-М1 13,6 2,38 8,4 -10-4 1,7 1012
Резина 51-1434 16,7 2,55 4,8 -10-4 2,1 -1012
Резина 51-1486 16,8 2,52 4,8 -10-4 2,2 -1012
Резина ИРП-2052 8,7 2,31 1,9 -10-3 3,2 -1012
Лак ЛБС-1 17,1 2,52 3,8 -10-4 2,1 -1012
Примечание. До испытания на совместимость с конструкционными материалами полиметил-силоксановая жидкость ПМС-10 имела следующие характеристики: Епр, ср= 17,4 кВ/мм; в = 2,64; tgS= 4,010-4; pv = 2,5 1012 Ом-см.
87
Рис. 1. Изменение относительной диэлектрической проницаемости полиметилсилоксановой жидкости ПМС-10 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 ПА6 марки «Б»; 13 - сополимер полипропилена 22007-29; 14 -резина МБС-М1; 15 -резина 51-1434; 16 - резина 51-1486; 17 - резина ИРП-2052; 18 -лак ЛБС-1
Рис. 2. Изменение тангенса угла потерь полиметилсилоксановой жидкости ПМС-10 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 ПА6 марки «Б»; 13 - сополимер полипропилена 22007-29; 14 -резина МБС-М1; 15 -резина 51-1434; 16 -резина 51-1486; 17 -резина ИРП-2052; 18 - лак ЛБС-1
88
Рис. 3. Изменение удельного объемного электрического сопротивления полиметилсилоксановой жидкости ПМС-10 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 ПА6 марки «Б»; 13 - сополимер полипропилена 22007-29; 14 -резина МБС-М1; 15 -резина 51-1434; 16 -резина 51-1486; 17 -резина ИРП-2052; 18 - лак ЛБС-1
Рис. 4. Изменение электрической прочности полиметилсилоксановой жидкости ПМС-10 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 ПА6 марки «Б»; 13 - сополимер полипропилена 22007-29; 14 - резина МБС-М1; 15 - резина 51-1434; 16 -резина 51-1486; 17 - резина ИРП-2052; 18 - лак ЛБС-1
89
Как показали результаты проведенных исследований, почти все конструкционные материалы, выбранные для проведения экспериментов на совместимость с полиметилсилоксановой жидкостью ПМС-10, за исключением резин МБС-М1 и ИРП-2052, не оказывают существенного влияния на изменение характеристик ПМС-10. Так, электрическая прочность жидкости после контактирования с резинами МБС-М1 и ИРП-2052 снизилась соответственно на 21,8 и 50%, а тангенс угла потерь ПМС-10 возрос соответственно от 2,1 до 5 раз.
Влияние меди и ее сплавов (латуни Л63) на характеристики полиметилсилоксановой жидкости ПМС-10 не столь заметно, как влияние этих материалов на характеристики трансформаторного масла [6], но и в данном эксперименте медь, луженная припоем ПОС-40, оказывает меньшее влияние на характеристики жидкости по сравнению с влиянием меди и латуни Л63.
Обобщая результаты проведенных исследований по оценке влияния конструкционных материалов на электрофизические характеристики полиметилсилоксановой жидкости ПМС-10, можно сделать следующие выводы:
- рассмотренные конструкционные материалы существенно не ухудшают электрофизические характеристики полиметилсилоксановой жидкости ПМС-10;
- в конструкциях электротехнических устройств, где используется полиметилсилоксановая жидкость ПМС-10, все медные токоведущие части должны быть облужены;
- для эксплуатации в контакте с полиметилсилоксановой жидкостью ПМС-10 могут быть рекомендованы следующие типы резин - 51-1434 и 51-1486.
ЛИТЕРАТУРА
1. 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.
2. Справочник по электротехническим материалам / Под ред. Ю.В. Корицкого и др. Т.1. 3-е изд. перераб. М.: Энергоатомиздат, 1986. 386 с.
3. Андреев А.М., Журавлева Н.М., Александрова Н.П., Галахова Н.М. Изменение эксплуатационных характеристик пленочно-пропитанной изоляции конденсаторов вследствие взаимодействия ее компонентов // М.: Электротехника.1996. № 3. С. 69-71.
4. Журавлева Н.М., Андреев А.М., Молодова Л.А., Луцкая Т.В. Выбор пропитывающих жидкостей для высоковольтных пленочных конденсаторов. М.: Электротехника, 1994. № 4. С. 55-58.
5. Андреев А.М., Журавлева Н.М., Сажин Б.М., Луцкая Т.В. Оценка удельной энергоемкости пленочных конденсаторных структур, пропитанных жидкими диэлектриками. М.: Электротехника. 1994. № 9. С. 57-60.
6. Гунько В.И., Дмитришин А.Я., Топоров С.О., Фещук Т.А. Исследование совместимости трансформаторного масла Т-1500 с конструкционными материалами // Электронная обработка материалов. 2006. № 5. С. 77-79.
Summary
Поступила 24.08.07
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 poly-methylsyloxan liquid PMS-10.
90
