Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 7 - Phạm Thành Chung được biên soạn nhằm giúp các em sinh viên nắm được các nội dung về: Tính hút ẩm của điện môi; Đặc tính nhiệt của điện môi; Tính chất cơ học của điện môi; Tính chất hoá học của điện môi. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng tại đây.
Chương Đặc tính Cơ- Lý -Hóa điện mơi Khi chọn vật liệu cách điện, ta ý đến đặc tính cách điện mà cịn phải xét đến tính ổn định lâu dài điều kiện làm việc chúng Mặt khác, làm việc môi trường khác (tia tử ngoại, sóng ngắn, mơi trường hố chất, nước muối…) phải xét đến tác hại môi trường không dẫn đến cố trầm trọng ảnh hưởng đến thiết bị Do cần phải xét đến tính - lý - hoá vật liệu để đảm bảo làm việc lâu dài hiệu 7.1 Tính hút ẩm điện mơi Vật liệu cách điện nói chung mức độ hay nhiều hút ẩm vào bên từ môi trường xung quanh, hay thấm ẩm tức cho nước xuyên qua chúng Khi bị thấm ẩm tính chất cách điện điện môi bị giảm nhiều Những vật liệu cách điện không cho nước vào bên đặt mơi trường có độ ẩm cao, bề mặt ngưng tụ lớp ẩm làm cho dòng rò bề mặt tăng, điện áp phóng điện dọc theo bề mặt giảm gây cố cho thiết bị điện 7.1.1 Độ ẩm khơng khí a - Độ ẩm tuyệt đối: m [g H2O / m3] đánh giá khối lượng (gram) nước chứa đơn vị thể tích khơng khí (m3) Ở nhiệt độ định đó, độ ẩm không vượt trị số định m ≤ mmax : độ ẩm bão hoà b - Độ ẩm tương đối: ϕ= m 100% m max Điều kiện chuẩn khí hậu: t0 = 200C, P = 760mmHg, m = 11g/m3, ϕ = 65% 176 Chương Đặc tính Cơ- Lý -Hóa điện mơi 7.1.2 Độ ẩm vật liệu (ψ) Là lượng nước đơn vị trọng lượng vật liệu Khi vật liệu có độ ẩm ψ vào mơi trường φ sau thời gian tiến tới ψcân + ψ > ψcb : ψ giảm xuống ψcb Vật liệu sấy khô + ψ < ψcb : ψ tăng lên ψcb Vật liệu bị thấm ẩm 7.1.3 Tính thấm ẩm vật liệu Là khả cho ẩm xuyên thấu qua điện môi, biểu thị độ thấm ẩm m.h Φ= S.τ.(P1 − P2 ) ψ ψcb t (giờ) [μg/cm.h.mmHg] Trong đó: m - khối lượng ẩm (μg) h - bề dày vật liệu cách điện (cm) S - diện tích mặt phẳng VL cách điện (cm2) τ - thời gian đặt VL cách điện vào môi trường (h) (P1 - P2) - chênh lệch áp suất phía bề mặt VL cách điện (mmHg) Đây tham số quan để đánh giá phẩm chất cách điện vật liệu Độ thấm ẩm vật liệu khác khác nhau: Parafin: Φ = 0,0007 Polistirol: Φ = 0,03 Xenlulô: Φ = 177 ÷ Chương Đặc tính Cơ- Lý -Hóa điện môi 7.1.4 Sự ngưng ẩm bề mặt vật liệu Sự ngưng ẩm bề mặt vật liệu đánh giá góc biên dính nước θ θ900 - Vật liệu có liên kết ion (vật liệu cực tính) có khả dính nước mạnh Ở vật liệu này, lực liên kết phân tử vật liệu với phân tử nước mạnh lực liên kết phân tử nước với Do góc biên dính nước θ < 900 - Vật liệu trung tính: lực liên kết phân tử nước với mạnh lực liên kết phân tử nước với phân tử vật liệu Do khả dính nước θ > 900 178 Chương Đặc tính Cơ- Lý -Hóa điện mơi 7.1.5 Ảnh hưởng tính ẩm đến phẩm chất điện mơi - Nước chất có cực tính mạnh: ε = 80÷82, ρ= 10-5 ÷ 10-6 [1/Ω.cm] Do ẩm xuyên qua điện môi làm giảm điện trở cách điện điện dẫn tăng tăng tổn hao tgδ giảm điện áp chọc thủng Uct điện mơi chóng bị phá huỷ - Khi ẩm ngưng tụ bề mặt, kết hợp với bụi bẩn bề mặt tạo dung dịch điện phân tạo ion (+), ion (-) chuyển động cực làm tăng dòng điện rò bề mặt làm giảm Upđ bề mặt Các biện pháp giảm tác hại độ ẩm: - Sấy khô sấy chân khơng để ẩm bên ngồi - Tẩm loại vật liệu xốp sơn cách điện - Quét, phủ lên bề mặt điện môi lớp sơn men cách điện nhằm ngăn chặn xâm nhập ẩm vào bên - Để nâng cao điện áp phóng điện bề mặt phải tăng cường chiều dài rò điện cách đặt thêm gờ sứ cách điện…Thường xuyên định kỳ làm bề mặt cách điện 179 Chương Đặc tính Cơ- Lý -Hóa điện mơi 7.2 Đặc tính nhiệt điện mơi 7.2.1 Tính chịu nóng (Độ bền nhiệt) - Là khả chịu đựng vật liệu cách điện không bị hư hỏng tác động nhiệt độ cao thay đổi đột ngột nhiệt độ - Đối với điện môi vô cơ: độ bền nhiệt biểu thị nhiệt độ mà từ có biến đổi rõ rệt phẩm chất cách điện: tgδ, Rcách điện… - Đối với vật liệu hữu cơ: độ bền nhiệt nhiệt độ gây biến dạng học mà từ làm giảm phẩm chất điện mơi Ký hiệu cấp chịu nhiệt Nhiệt độ làm việc lớn Từ độ bền nhiệt, người ta nhận cho phép (0C) thấy loại vật liệu cách Y 90 điện chịu nhiệt độ định, vượt qua trị số A 105 tính chất cách điện bị E 120 hỏng Từ tính trên, người B 130 ta qui định nhiệt độ làm việc lớn F 155 cho phép mà vật liệu H 180 làm việc lâu dài mà khơng bị phá huỷ gồm cấp chịu nhiệt C >180 sau: 180 Chương Đặc tính Cơ- Lý -Hóa điện mơi 7.2.1 Tính chịu nóng (Độ bền nhiệt) - Cấp Y: Vật liệu sợi gốc xenlulô (sợi, vải, giấy cốttông, gỗ ) chưa tẩm VL cách điện lỏng - Cấp A: Là VL cách điện cấp Y mà ngâm tẩm VL cách điện lỏng - Cấp E: Là chất dẻo nhựa Epocxy (Cấp Y, A, E thuộc loại cấp cách điện hữu cơ) - Cấp B: sợi amiăng sợi thuỷ tinh mà có kết hợp chất liên kết hữu (nhựa Epocxy, phenol…) - Cấp F: Các sợi thuỷ tinh kết hợp với chất liên kết có độ bền chịu nóng cao (silic hữu cơ, Epocxy poliête chịu nhiệt…) - Cấp H: Tương tự cấp F kết hợp với chất có độ bền chịu nhiệt đặc biệt cao - Cấp C: Gồm vật liệu vơ t, hồn tồn khơng có thành phần kết dính hay tẩm (mica, thuỷ tinh, sứ cách điện, thạch anh…) 181 Chương Đặc tính Cơ- Lý -Hóa điện mơi 7.2.2 Độ dẫn nhiệt Được đặc trưng nhiệt dẫn suất γN = ρN (Với: ρN - nhiệt trở suất) So với kim loại nhiệt dẫn suất VL cách điện nhỏ nhiều 7.2.3 Sự giãn nở nhiệt Được biểu thị hệ số giãn nở dài αL, thể chiều dài vật tăng lên nhiệt độ tăng lên 10C dL αL = L dt [1/độ] (Với: L - chiều dài vật liệu) 182 Chương Đặc tính Cơ- Lý -Hóa điện mơi 7.3 Tính chất học điện mơi 7.3.1 Độ bền chịu kéo, nén, uốn (σK , σN , σU ) Phụ thuộc vào diện tích tiết diện vật liệu Ví dụ: sợi thuỷ tinh: đường kính sợi giảm σ tăng; Khi đường kính giảm xuống cịn 0,01mm đạt ngang độ bền dây đồng Các σ phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ tăng σ giảm 7.3.2 Tính giòn A σ = Biểu thị độ dài va đập [kg.cm/cm2] vd P S D Với: A - lượng để bẻ gãy mẫu vật có tiết diện S (kg.cm) S - diện tích mẫu vật (cm2) h 7.3.2 Độ cứng: Biểu thị khả bề mặt vật liệu chống lại biến dạng gây lực nén truyền từ vật liệu có kích thước bé Với: D - đường kính viên bi thép P Tc = h - độ lún π.D.h P - lực nén 7.4 Tính chất hố học điện mơi -Bền vững mặt hố học nghĩa khơng bị phân huỷ hố học, khơng gây ăn mịn với vật liệu tiếp xúc nó, khơng gây phản ứng hố học với axit, kiềm muối - Chịu gia cơng hố học: mài mịn dung dịch hố học - Bền vững với xạ lượng cao: xạ mặt trời, xạ tia vũ trụ… 183 ... cách điện vật liệu Độ thấm ẩm vật liệu khác khác nhau: Parafin: Φ = 0,00 07 Polistirol: Φ = 0,03 Xenlulơ: Φ = 177 ÷ Chương Đặc tính C? ?- Lý -Hóa điện mơi 7. 1.4 Sự ngưng ẩm bề mặt vật liệu Sự ngưng... ngưng ẩm bề mặt vật liệu đánh giá góc biên dính nước θ θ900 - Vật liệu có liên kết ion (vật liệu cực tính) có khả dính nước mạnh Ở vật liệu này, lực liên kết phân tử vật liệu với phân tử.. .Chương Đặc tính C? ?- Lý -Hóa điện mơi 7. 1.2 Độ ẩm vật liệu (ψ) Là lượng nước đơn vị trọng lượng vật liệu Khi vật liệu có độ ẩm ψ vào mơi trường φ sau thời