Vật liệu điện - Chương 4 doc

Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 25 Chơng IV: Đặc tính cơ lý hoá của điện môi Khi chọn và sử dụng vật liệu điện không những phải chú ý đến những đặc tính của nó trong điều kiện bình thờng mà còn xét đến các đặc tính của điện môi khi chịu tác dụng của những đặc tính vật lý, cơ giới, hoá học Ta biết các bộ phận cách điện của thiết bị điện chịu ảnh hởng tới các đặc tính vật lý nh: tiếng ồn, nhiệt độ môi trờng - Các đặc tính cơ: uốn, kéo, nén, đàn hồi, va đập - Các đặc tính hoá học: Oxy hoá I. đặc tính vật lý của điện môi 1. Tính hút ẩm và tính thấm nớc của vật liệu cách điện 1.1. Tính hút ẩm Phần lớn tang vật liệu cách điện đều có tính hút ẩm làm cho đặc tính điện của nó xấu đi, trong thực tế hầu hết các thiết bị điện đều đợc đặt trong môi trờng không khí. Trong không khí thì luôn luôn chứa một lợng nớc nhất định (có một độ ẩm nhất định). Nớc có điện dẫn rất lớn, khi các thiết bị điện hút ẩm thì đặc tính điện bị kém đi. - Xác định độ ẩm của điện môi: là độ ẩm mà điện môi đó hút đợc, nhng việc đo độ ẩm này rất khó khăn vì vậy ngời ta thờng đo điện trở cachs điện hoặc điện dng của điện môi từ đó suy ra độ ẩm của điện môi. Thực nghiệm cho thấy rằng nếu điện môi cùng hút một lợng ẩm nh nhau thì đăc tính điện của điện môi sẽ thay đổi khác nhau. Xét hai chất điện môi cùng đặt trong một môi trờng, trong cùng một thời gian, cùng nhiệt độ thì chúng sẽ hút một lợng ẩm khác nhau. Tính hút ẩm của điện môi không bảo giờ đợc quy chuẩn hoá, còn tính hút ẩm của vật liệu đợc đặc trng bởi độ ẩm của vật liệu đó. p t 0 b a Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 26 Nếu đặt vật liệu cách điện trong môi trờng có nhiệt độ và độ ẩm khác với độ ẩm cuẩ vật liều đó thì sau một thời gian vật liệu sẽ có một độ ẩm cân bằng ổn định. Lúc đó độ ẩm của vật liệu điện nhỏ hơn độ ẩm của môi trờng thì sau một thời gian độ ẩm của vật liệu sẽ tăng đến độ ẩm cân bằng ổn định p (đờng b). Ngợc lại nếu lúc đầu độ ẩm của vật liệu hớn hơn độ ẩm của môi trờng thì sau một thời gian độ ẩm của vật liệu giảm xuống cân bằng với độ ẩm của môi trờng p (đờng a). 1.2. Tính thấm nớc của điện môi (tính hấp thụ) Những điện môi không hút ẩm chúng sẽ tạo ra trên bề mặt của điện môi một màng ẩm, khi đặt điện môi trong môi trờng ẩm, quá trình ngng tụ hơi nớc để tạo màng ẩm đó ngời ta gọi là tính thấm nớc của điện môi. Tính thấm nớc của điện môi ảnh hởng nhiều đến điện dẫn mặt s của điện môi, cụ thể là làm cho s tăng. Vậy tính thấm nớc phụ thuộc vào tính trạng bề mặt của điện môi, phu thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ của môi trờng. Nếu độ ẩm của môi trờng càng lớn thì độ dày của màng ẩm càng tăng. Để giảm tính thấm nớc của điện môi thì ta làm cho bề mặt của điện môi nhẵn và có thể tráng men hoặc bôi lên bề mặt của điện môi rắn một lớp Parafin ngoài ra phải để điện môi rắn ở nơi khô ráo và định kỳ sơn sấy. 2. Đặc tính nhiệt của điện môi 2.1. Tính chịu nhiệt của điện môi Là khả năng chịu đợc nhiệt độ cao trong thời gian ngắn hoặc lâu dài và khi nhiệt độ thay đổi đột ngột không bị h hỏng nghĩa là không làm cho tính chất của điện môi xấu. Tiêu chuẩn về tính chịu nhiệt đợc xác định tuỳ theo loại điện moi và công dụng của nó. Dựa vào tính chịu nhiệt của điện môi, ngời ta đ phân loại điện môi theo cấp chịu nhiệt và nhiệt độ làm việc cho phép lớn nhất của chúng. Cấp chịu nhiệt Y A E B F H C Nhiệt độ làm việc cho phép lớn nhất 90 0 105 0 120 0 130 0 155 0 180 0 >180 0 - Cấp Y: Bao gồm vật liệu sợi gôc là xenlulô và tơ (sợi vải, giấy, gỗ) nó cha đợc ngâm tẩm vào trong chất cách điện lỏng. Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 27 - Cấp A: Bao gồm các loại vật liệu hữu cơ nh trên nhng đ đợc tẩm bằng sơn hoặc ngâm trong chất cách điện lỏng. - Cấp E: Gồm các chất dẻo có chất độn hữu cơ và chất liên kết nhiệt cứng. - Cấp B: Gồm các vật liệu vô cơ nh Mica, amiăng, và sợi thuỷ tinh, đợc dẫn bằng những vật liệu hữu cơ. - Cấp F: Bao gồm micanít, các sản phẩm thuỷ tinh không co chất đệm hoặc có chất đệm vô cơ và dùng chất co tính chịu nhiệt cao để dán. - Cấp H: Bao gồm những chất hữu cơ ở cấp F nhng dùng chất silic hữu cơ có tính chịu nhiệt cao để dán và tẩm. - Cấp C: Bao gồm vật liệu thuần tuý vô cơ, không dán hoặc tẩm bằng vật liệu có thành phần hữu cơ. Ví dụ: Ôxyt nhôm, mica, thuỷ tinh, thạch anh, amiăng, micalếch, micanit chịu nhiệt (dán bằng chất vô cơ) 2.2. Điểm chớp cháy và điểm cháy Điểm chớp cháy là một trong những đặc tính riêng của môi chất lỏng. Điểm chớp cháy của chất lỏng là nhiệt độ mà khi nung nóng chất lỏng tới nhiệt độ đó sẽ làm cho hỗn hợp của hơi chất lỏng với không khí bùng cháy. Khi tiếp xúc với ngọn lửa bé tong thời gian ngắn. Điểm cháy của chất lỏng là nhiệt độ mà khi tiếp xúc với ngọn lửa thì chất lỏng đó bôc cháy. Điểm cháy cao hơn điểm chớp cháy. Đối với dầu MBA thì điểm chớp cháy quy định phải +135 0 C, còn điểm cháy là +165 0 C. 2.3. Độ nhớt Độ nhớt là một đặc tính quan trọng của các chất lỏng. Điện môi lỏng thờng dùng để cách điện, để tẩm, ngâm, làm lạnh nên phải có một độ nhớt nhất định. Độ nhớt thờng đợc xác định bằng phơng pháp Engter, theo phơng pháp này thì độ nhớt của chất lỏng xác định bằng tỷ số giữa thời gian cháy của 200ml chất lỏng ở nhiệt độ 50 0 C qua một lỗ nhỏ có đờng kính xác định với thời gian chảy của 200ml nớc cất ở nhiệt độ 20 0 C cũng qua lỗ nhỏ ấy (vào khoảng 51 ữ 52giây). B A t t = Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 28 Trong đó: t A là thời gian chảy của 200ml chất lỏng ở 50 0 C t B là thời gian chảy của 200ml nớc cất ở 20 0 C Ví dụ: Dầu MBA có độ nhớt quy định là = 1,8 Nếu > 1,8 chứng tỏ dầu đ đặc, có nhiều tạp chất, khó lu thông, làm lạnh kém. Nếu < 1,8 thì dầu lỏng quá, dễ bị cháy. 2.4. Nhiệt dẫn của điện môi Nhiệt dẫn của điện môi là khả năng truyền nhiệt của vật liệu từ môi trờng này sang môi trờng khác. Nhiệt dẫn có ảnh hởng đến cờng độ cách điện của điện môi, nhất là khi có sự phóng điện do nhiệt hoặc khi điện môi chịu sự biến đổi đột ngột của nhiệt độ. Nhiệt dẫn của điện môi luôn bé hơn hiều so với kim loại. Vật liệu cách điện xốp có nhiệt dẫn bé nhất vì không khí dẫn nhiệt kém, khi đ đợc tẩm thì nhiệt dẫn tăng lên. Vật liệu có kết cấu inh thể có nhiệt dẫn lớn hơn vật liệu có kết cấu vô định hnhf. 2.5. Dãn nở nhiệt Dn nở nhiệt là sự dn nở của vật liệu khi vật liệu đợc gia nhiệt và đợc xcs định bởi hệ số dn nở nhiệt. Hệ số dn nở nhiệt là độ biến thiên tơng đối của kích thớc vật liệu khi nhiệt độ tăng lên 1 đơn vị. Dn nở nhiệt có liên quan đến tính chịu nhiệt của vật liệu. Vật liệu có hệ số dn nở nhiệt bé thì có tính chịu nhiệt cao và ngợc lại. ii. Đặc tính cơ giới của điện môi 1. Sức bền chịu kéo, nén, uốn của vật liệu Khái niêm về sức bền chịu kéo, nén, uốn đ đợc nghiên cứu trong môn Cơ kỹ thuật. Còn đối với vật liệu có kết cấu sợi thì sức bền cơ giới phụ thuộc vào phơng tác dụng của tải trọng. Đối với vật liệu xốp thì sức bền cơ giới phụ thuộc nhiều vào độ ẩm. Đối với một số vật liệu nh thuỷ tinh, vật liệu gốm và nhiều loại chất dẻo thì sức bền chịu nén ớn hơn nhiều so với sức bền chịu kéo. n = 20 000 kg/cm 2 ; k = 500 kg/cm 2 Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 29 Sức bền cơ giới của nhiều vật liệu còn phụ thuộc vào nhiệt độ, sức bền cơ giới giảm khi nhiệt độ tăng. 2. Độ giòn Vật liệu giòn là vật liệu có khả năng chịu đợc tải trọng tĩnh (tải trọng không hay đổi) và dễ bị h hỏng khi có tải trọng động (tải trọng thay đổi đột ngột). Để đánh giá khả năng chịu tải trọng của vật liệu ngời ta dùng phơng pháp thử Độ dai va đập, Độ dai ca đập vđ của vật liệu đợc xác định bằng tỷ số giữa lực Q làm vỡ mẫu thử với tiết diện ngang S của mẫu bị va đập: S Q vd = (kg/cm 2 ) 3. Độ cứng Độ cứng của vật liệu là khả năng lớp bề mặt của vạt liệu chống lại sự biến dạng khi có một lực tác dụng lên bề mặt qua một vật thể có khích thớc bé. Độ cứng đợc xác định bằng phơng pháp Brinel Đặt lên mẫu thử một viên bi co đờng kính D, và ép lên đó một lực P, trên mặt vật liệu sẽ có nột vết lõm có độ sâu h thì độ cứng theo phơng pháp Brinel là: h D P TB . . = (kg/mm 2 ) III. đặc tính hoá học của điện môi Trong quá trình làm việc lâu dài, vật liệu cách điện trong các cơ cấu điện luôn luôn tiếp xúc với các chất khác nh kim loại, khí, nớc, axit, bazơ Vì vậy về phơng diện hoá học, điện môi cần đạt đợc những yêu cầu cơ bản sau: - Vật liệu cách điện phải ổn định khi làm việc lâu dài. - Không bị phân huỷ và gây nên các tạp chất khác. - Không ăn òn kim loại khi tiếp xúc với kim loại - Không có tác dụng hoá học lên các môi trờng khác nh khí, nớc, axit, bazơ, dung dịch muối và trong quá trình làm việc lâu dài không bị ảnh hởng của phóng xạ có tia năng lợng cao và cần phải ổn định khi chịu tác dụng của những tia đó. . hút ẩm của vật liệu đợc đặc trng bởi độ ẩm của vật liệu đó. p t 0 b a Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 26 Nếu đặt vật liệu cách điện trong. thờng đo điện trở cachs điện hoặc điện dng của điện môi từ đó suy ra độ ẩm của điện môi. Thực nghiệm cho thấy rằng nếu điện môi cùng hút một lợng ẩm nh nhau thì đăc tính điện của điện môi. độ ẩm cuẩ vật liều đó thì sau một thời gian vật liệu sẽ có một độ ẩm cân bằng ổn định. Lúc đó độ ẩm của vật liệu điện nhỏ hơn độ ẩm của môi trờng thì sau một thời gian độ ẩm của vật liệu sẽ