СИНТЕТИЧЕСКИЕ ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

Трансформаторное и другие описанные в § 6-3 электроизоляционные масла нефтяного происхождения обладают преимуществами, которые и обеспечили им весьма широкое применение: они сравнительно дешевы и могут производиться заводами нефтеперерабатывающей промышленности в больших количествах; при хорошей очистке tg 6, ках это и свойственно чистым неполярным диэлектрикам, мал, а электрическая прочность, достаточно высока. Однако в некоторых случаях качество этих масел оказывается недостаточно высоким. Например, когда требуется полная пожарная безопасность и взрывобезопасность, маслонаполнешше трамсаппараты при-

форматоры и другие меняться не могут.

Нефтяные масла склонны и к элект­рическому старению, т. е. они могут ухуд­шать свои свойства под действием электрического поля высокой напряженности. Для пропитки конденсаторов с целью получения повышенной емкости в данных габаритных размерах конденсатора желательно иметь полярный жидкий диэлектрик с более высоким, чем у неполярных нефтяных масел, значением ег.

Имеются синтетические жидкие диэлектрики, по тем или иным свойствам пре­восходящие нефтяные электроизоляционные масла. Рассмотрим важнейшие из них. Хлорированные углеводороды получаются из различных углеводородов путем замены в их молекулах некоторых (или даже всех) атомов водорода атомами хлора. Наиболее широкое применение имеют полярные продукты хролирования дифенила, имеющие общий состав С1аН10_„ С1„. Молекула дифенила С12Н10 (или Н5С5 — С5Н5) состоит из двух фенильных остатков. Чаще всего применяются смеси различных изомеров хлорированных дифенилов со средней степенью хлорирования п от Здоб.

Хлорированные дифенилы (ХД) обладают ег, повышенной по сравнению с н&-полярными нефтяными маслами; так, пентахлордифенил С12Н5С15 (в СССР назы­вается совол) имеет при 50 Гц и 20 °С ег = 5, а при 90 °С — е.г = 4,1. Поэтому замена масел на ХД при пропитке конденсаторов уменьшает объем конденсатора (при той же электрической емкости) почти в два раза. Преимуществом ХД является также их негорючесть. Однако ХД имеют и свои недостатки. Они сильно токсичны, из-за чего применение их для пропитки конденсаторов в некоторых странах за­прещено законом. В связи с сильно выраженной полярностью ХД на их электро­изоляционные свойства весьма значительно влияют примеси (рис. 6-9); наличие примесей существенно сказывается на потерях сквозной электропроводности при повышенной температуре, но практически не влияет на tg б в области дипольного максимума потерь. Недостатком ХД является заметное снижение их ег и, следова­тельно, емкости пропитанных ХД конденсаторов при пониженных температурах. Хлорированные дифенилы обладают сравнительно высокой вязкостью, что в неко­торых случаях вызывает необходимость разбавления ХД менее вязкими хлориро­ванными углеводородами. Так, при 50 °С кинематическая вязкость совола составляет 75 мма/с, а трихлордифенила (Ci2H,Cl3) — 126 мм2/с; совтол (смесь 90 % совола и 10 % трихлорбензола С6Н3С13) имеет при той же температуре вязкость 25 мм2/с, а гексол (смесь 20% совола и 80 % гексхлорбутадиена С4С1в)—всего 1,8 мм2/с. Температура застывания совола равна -\-5° С, совтола — минус 7 °С, гексола — ниже минус 60 °С.

Кремнийорганические жидкости обладают малым tg б, низкой гигроскопич­ностью и повышенной нагревостойкостью. Для них характерна слабо выраженная зависимость вязкости от температуры (см. рис. 6-4). Как и другие кремнийоргани­ческие продукты, эти жидкости весьма дорогие. В зависимости от характера радика­лов, присоединенных к атомам Si (стр. 123), различают полиметилсилоксановые (ПМС), полиэтилсилоксановые (ПЭС), полифенилсилоксановые (ПФС) и другие кремнийорганические жидкости. Кремнийорганические жидкости имеют ег от 2,5 до 3,3 и tg б от 0,0001 до 0,0003 (при 1 кГц и 20 °С); наивысшая допустимая рабочая температура некоторых из этих жидкостей доходит до 250 °С (длительно) и до 350 °С (кратковременно). Кинематическая вязкость жидкости марки ПМС-10 (ГОСТ 13032—77) около 10 мм2/с, а марки ПМС-20 — около 20 mmVc (при 20 °С). Фтороорганические жидкости имеют малый tg б, ничтожно малую гигроскопич­ность и высокую нагревостойкость. Некоторые фторорганические жидкости могут длительно работать при температуре 200 °С и выше. Как отмечалось (стр. 63, 92), пары некоторых фторорганических жидкостей имеют необычно высокую для газо­образных диэлектриков электрическую прочность.

Рис. 6-10. Превышение температуры обмоток над температурой бака малогабаритного трансформатора как функция нагрузки

трансформатора для различных заполняющих жидкостей / _ кремнийорганическая жидкость; 2 — нефтяное трансформаторное масло; 3 — фторорганическая жидкость (C4F,), N (температура кипения 178 °С); 4 — фторорганическая жидкость (C4F9)3 О (температур» кипе­ния 101 °С)

Характерными свойствами фтороргаиических жидкостей яв­ляются малая вязкость, низкое поверхностное натяжение (что благоприятствует пропитке пористой изоляции), высокий тем­пературный коэффициент объемного расширения (значительно больший, чем у других электроизоляционных жидкостей), сра­внительно высокая летучесть. Последнее обстоятельство требует герметизации аппаратов, заливаемых фторорганическими жидко­стями. Фторорганические жидкости способны обеспечивать значительно более интен­сивный отвод теплоты потерь от охлаждаемых ими обмоток и магнитопроводов, чем нефтяные масла или кремнийорганические жидкости. Существуют специальные конструкции малогабаритных электротехнических устройств с заливкой фтор-органическими жидкостями, в которых для улучшения отвода теплоты используется испарение жидкости с последующей конденсацией ее в охладителе и возвратом в устройство (кипящая изоляция); при этом теплота испарения отнимается от охла­ждаемых обмоток, а наличие в пространстве над жидкостью фторорганических паров, в особенности под повышенным давлением, значительно увеличивает электри­ческую прочность газовой среды в аппарате.

Преимущество фторорганических жидкостей перед нефтяным маслом и, тем более, перед кремнийорганической жидкостью хорошо иллюстрирует рис. 6-10. Переход кривой 4 через максимум объясняется достижением температуры кипения жидкости при повышении нагрузки.

Важным преимуществом фторорганических жидкостей по сравнению с кремний-органическими является полная негорючесть и высокая дугостойкость (кремний­органические жидкости, как и нефтяные масла, сравнительно легко загораются и горят сильно коптящим пламенем). Как и кремнийорганические соединения, фторорганические жидкости пока еще весьма дорогие.

Прочие синтетические жидкости. Представляют интерес и некоторые другие полярные электроизоляционные жидкости. Нитробензол H6Ce—NO2, этиленгликоль НО—СН2—СН2—ОН и цианоэтилсахароза Сг8Н4еМ8О1:1 имеют высокую диэлектри­ческую проницаемость вг = 35-ь39.

Помимо синтетических электроизоляционных жидкостей, отличающихся по химическому составу и свойствам от нефтяных масел, существуют и синтетические жидкости углеводородного состава. Эти неполярные жидкости в некоторых случаях обладают более ценными свойствами (лучшие электроизоляционные свойства, стой­кость к тепловому старению, газостойкость) по сравнению с нефтяными маслами.

Так, пропитка бумажных конденсаторов полиизебутиленом (стр. 111) с низкой (10—20) степенью полимеризации приводит к повышению постоянной времени самозаряда (см. § 2-1) конденсатора примерно на порядок по сравнению с пропиткой нефтяным конденсаторным маслом или вазелином Сравнительно дешевый отечественный материал (октол) представляет собой смесь полимеров изебутилена и его изомеров, имеющих общий состав С,Н3 и полу­чаемых из газообразных продуктов крекинга нефти. Откол имеет молекулярную массу от 400 до 1500 и плотность 0,850—0,875 Мг/м3; его вязкость при плюс 70 °С составляет 1,3—3,0 мПа-с.

Значение гГ октола 2,0—2,2; tg б (при 1 кГц) 0,0001; температура засты­вания минус 12 °С.

Поиск по сайту: