CC BY
0УДК 621.317
Бахтияров А.Л.
доцент кафедры «Физика» Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (г. Баку, Азербайджан)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РАЗЛИЧНЫЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИКОВ
Аннотация: влияние температуры на различные свойства диэлектриков (электрические параметры, механическую прочность, твердость, вязкость, эластичность, химические свойства и др.) велико. Основные качественные показатели электроизоляции ухудшаются с повышением температуры. Поэтому большое значение имеет высокотемпературная стойкость электроизоляции, т.е. верхний предел рабочей температуры изоляции, без серьезного снижения эксплуатационной надежности.
Ключевые слова: нагревостойкость, электроизоляционных материалах, электрические параметры, механическую прочность, твердость, вязкость, эластичность, химические свойства.
Большое количество различных диэлектриков используется в электротехнике, радиоэлектронике и приборостроении. По задачам, которые они выполняют в аппаратах и устройствах, их разделяют на электроизоляционные, конденсаторные материалы (пассивные диэлектрики) и управляемые материалы (активные диэлектрики).
С повышением температуры в электроизоляционных материалах изменяется ряд процессов. Эти процессы весьма разнообразны и определяются главным образом химическим составом изоляции и условиями эксплуатации. Плавление и размягчение твердых электроизоляционных материалов при
нагревании (в аморфных телах), резкое снижение механической прочности, изменение размеров и формы изделия, процесс окисления, снижение эластичности за счет дополнительной полимеризации и т. д. наблюдается.
В некоторых случаях вместо полимеризации, наоборот, происходит разрушение молекул полимера, что отрицательно влияет на механические свойства материала. Эти процессы бывают обратимыми и необратимыми. Они могут возникать в результате как кратковременного температурного воздействия, так и длительного нагрева. Во втором случае в изоляции происходит процесс «термического старения» [1,2].
Способность электроизоляционного материала (или электроизоляционной конструкции) выдерживать высокую температуру как короткое, так и длительное время (сравнимое с нормальным временем эксплуатации изделия) без повреждения и серьезного ущерба его основным практическим свойствам называется нагревостойкости. Диэлектрики делятся на классы нагревостойкости в зависимости от допустимого предела рабочей температуры. Теплостойкость неорганических диэлектриков определяется резким изменением их электрических свойств, например большим увеличением tg5 или уменьшением удельного электрического сопротивления. Жаростойкость оценивают по температуре, соответствующей этим изменениям. Теплостойкость органических диэлектриков оценивают по возникновению механической деформации при растяжении или изгибе при нагреве, погружая иглу с давлением в материал. Однако для этих материалов термостойкость может определяться и электрическими свойствами [3].
Высший температурный предел изоляции определяют путем тщательного изучения ее кратковременной и длительной термостойкости с учетом коэффициента запаса в зависимости от условий эксплуатации, необходимой степени надежности и времени эксплуатации. Для проверки стойкости электроизоляционных материалов к термическому износу образцы этих материалов выдерживают при относительно низкой температуре, а затем сравнивают их свойства со свойствами исходных материалов. Скорость
термического изнашивания органических и элементно-органических соединений возрастает согласно закономерности температурной зависимости скорости химических реакций (теория Аррениуса). Период старения т (например, от момента снижения механической прочности до момента достижения определенной части ее первоначального значения) связан следующей зависимостью от температуры старения Т: А „
1пт = —+ В
Т (1)
где A и B — постоянные величины для данного материала при данных условиях износа.
Таким образом, зависимость т - в логарифмическом масштабе от обратной величины температуры старения носит линейный характер. Зачастую в этой зависимости уменьшению времени износа вдвое соответствует повышение температуры в среднем на 10 К. Такие зависимости оплачиваются также за срок службы изоляции электрических машин и других электроизоляционных конструкций. Помимо температуры, давления воздуха и концентрации кислорода, большое влияние на скорость износа оказывают озон, который является более сильным окислителем, чем кислород, и различные химические реагенты. Термический износ вызван ультрафиолетовыми лучами, электрическим полем, механической прочностью и т. д. усиливается своим влиянием. Согласно рекомендации Международной электротехнической комиссии (МЭК) государственный стандарт разделяет электроизоляционные материалы на следующие классы нагревостойкости (таблица 1): Классы жаростойкости материалов, работающих при высоких температурах, — 200, 220 и 2500 °С, при более высоких температурах — 275, 3000 °С и т. д. характеризуется. К классу 200 относятся композиционные материалы, состоящие из полиимидов, стеклянного или асбестового волокна и связующего вещества высокой термостойкости. К классу 220 относятся некоторые полиимиды, фторопласты и пластмассы, содержащие кремний оксидные соединения с кремний органическими или другими термостойкими связующими [4,5].
Таблица 1. Классы термостойкости электроизоляционных материалов.
Класс Температура характеризую щая класс Соответствующая классу электрическая изоляция группы
Y 363 (90) Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, натурального шелка и полиамида, пластичные массы с непропитанными органическими добавками, поливинилхлорид, вулканизированный натуральный каучук
A 378 (105) Волокнистые материалы, пропитанные масляными, маслосмолистыми и другими лаками, полиамидными смолами, поливинилацетатными технологическими лаками (для проводов)
E 393 (120) Синтетические волокна с термореактивными связующими, пленки, смолы, ламинированные пластики, поликарбонатные пленки, эпоксидные технологические лаки (для проводов)
B 403 (130) Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна в сочетании со связующими и поглотителями соответствующего класса теплоемкости.
F 428 (155) Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна в сочетании с синтетическими связующими, полиэфирамидными и полиэфирциануратными технологическими лаками (для проводов)
H 453 (180) Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна в сочетании с кремнийорганическими связующими, кремнийорганическими эластомерами.
Неорганические диэлектрики (электрокерамика, стекло, чистая слюда и др.) и органические диэлектрики относятся к классу фторопласта-4 250. Определение класса нагревостойкости того или иного электроизоляционного материала и изоляционной системы заключается в длительных, трудоемких испытаниях термического старения образцов в условиях, приближенных к условиям эксплуатации. Помимо указанного метода, в последнее время по рекомендации Международной электротехнической комиссии при оценке жаростойкости
материалов применяется более информативный метод. Материалы, испытываемые этим методом, подвергаются термическому изнашиванию при различных высоких температурах (стационарном или циклическом режиме). К примерам относятся, помимо температуры, одновременно электрическое поле, механические силы, химически активная среда и т. д. может быть затронуто. «Конечная точка» старения определяется изменением того или иного важного параметра материала.
После завершения испытания результаты, полученные согласно (1), экстраполируются на низкотемпературную и долговечную часть. Температура старения Т, экстраполированная до определенного значения т, называется температурным индексом (ТИ) материала. Зачастую для определения температурного индекса принимают т =20000 часов. Диапазон термической
выносливости - это участок графика т = f между точками т = 20000 и 5 000
часов. При определении диапазона жаростойкости нижнюю границу 95% доверительного интервала для среднего времени изнашивания материала при каждой температуре определяют специальным методом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Пириева Н.М. /Применения неравновесных электроразрядов в химических реакциях/ Журнал «Инновационные научные исследования», Научно-издательский центр Вестник науки, № 5-3 (19) may 2022, стр 5-14;
2. Safiyev E. S, Piriyeva N.M. /On the issue of assessing the temperature index and the range of heat resistance of polymeric electrical insulating materials / News of Azerbaijan Higher Technical Schools No. 1 Baku, 2022 p. 49-51;
3. Н.М.Пириева, Ф.А.Ибадова //Общие принципы диагностики кабельных линий// Международный научный журнал Флагман науки: научный журнал. Январь 2024. - СПб., Изд. ГНИИ "Нацразвитие" - 2024. №1(12);
4. Пириева Н.М., Джавадзаде Т.Э. Методы определения мест повреждений кабелей со строительной полиэтиленовой изоляцией. Проблема энергетики № 1, Баку, 2023 стр. 85-90;
5. Маруфов И.М., Пириева Н.М., Алиева Г.А., Ганиева H.A. Анализ надежности энергетической системы. Научно-технический журнал, Проблемы энергетики №3. Баку, 2020. с.70-75
Bakhtiyarov A.L.
Azerbaijan State University of Oil and Industry (Baku, Azerbaijan)
INVESTIGATION OF EFFECT OF TEMPERATURE ON VARIOUS PROPERTIES OF DIELECTRICS
Abstract: the influence of temperature on various properties of dielectrics (electrical parameters, mechanical strength, hardness, viscosity, elasticity, chemical properties, etc.) is great. The main quality indicators of electrical insulation deteriorate with increasing temperature. Therefore, the high-temperature resistance of electrical insulation, i.e. the upper limit of the operating temperature of the insulation, is of great importance without seriously reducing operational reliability.
Keywords: heat resistance, electrical insulation materials, electrical parameters, mechanical strength, hardness, viscosity, elasticity, chemical properties.
