Chương 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 thường mà còn xét đến các đặc tính của
Trang 1Chương 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 thường 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 hưởng tới các đặc tính vật lý như: tiếng ồn, nhiệt độ môi trường…
- 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 nước 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 được đặt trong môi trường không khí Trong không khí thì luôn luôn chứa một lượng nước nhất định (có một độ ẩm nhất định) Nước 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 được, nhưng việc đo độ ẩm này rất khó khăn vì vậy người ta thường 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 lượng ẩm như nhau thì đăc tính điện của
điện môi sẽ thay đổi khác nhau
Xét hai chất điện môi cùng đặt trong
một môi trường, trong cùng một thời gian,
cùng nhiệt độ thì chúng sẽ hút một lượng
ẩm khác nhau
Tính hút ẩm của điện môi không bảo
giờ được quy chuẩn hoá, còn tính hút ẩm
của vật liệu được đặc trưng bởi độ ẩm của
vật liệu đó
ϕ
ϕp
t 0 b
a
Trang 2Nếu đặt vật liệu cách điện trong môi trường 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 trường thì sau một thời gian độ ẩm của vật liệu sẽ tăng đến độ ẩm cân bằng ổn định ϕp (đường b)
Ngược lại nếu lúc đầu độ ẩm của vật liệu hớn hơn độ ẩm của môi trường thì sau một thời gian độ ẩm của vật liệu giảm xuống cân bằng với độ ẩm của môi trường ϕp (đường a)
1.2 Tính thấm nước 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 trường ẩm, quá trình ngưng tụ hơi nước để tạo màng ẩm đó người ta gọi là tính thấm nước của điện môi
Tính thấm nước của điện môi ảnh hưởng nhiều đến điện dẫn mặt δs của
điện môi, cụ thể là làm cho δs tăng Vậy tính thấm nước phụ thuộc vào tính trạng
bề mặt của điện môi, phu thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ của môi trường Nếu độ
ẩm của môi trường càng lớn thì độ dày của màng ẩm càng tăng
Để giảm tính thấm nước 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 được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn hoặc lâu dài và khi nhiệt độ thay đổi đột ngột không bị hư hỏng nghĩa là không làm cho tính chất của điện môi xấu Tiêu chuẩn về tính chịu nhiệt được xác định tuỳ theo loại
điện moi và công dụng của nó Dựa vào tính chịu nhiệt của điện môi, người ta đr phân loại điện môi theo cấp chịu nhiệt và nhiệt độ làm việc cho phép lớn nhất của chúng
Nhiệt độ làm việc
cho phép lớn nhất 90
0 1050 1200 1300 1550 1800 >1800
- Cấp Y: Bao gồm vật liệu sợi gôc là xenlulô và tơ (sợi vải, giấy, gỗ) nó chưa được ngâm tẩm vào trong chất cách điện lỏng
Trang 3- Cấp A: Bao gồm các loại vật liệu hữu cơ như trên nhưng đr được 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 như Mica, amiăng, và sợi thuỷ tinh, được 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 nhưng 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 ≥ +1350C, còn điểm cháy là +1650C
2.3 Độ nhớt
Độ nhớt là một đặc tính quan trọng của các chất lỏng Điện môi lỏng thường dùng để cách điện, để tẩm, ngâm, làm lạnh nên phải có một độ nhớt nhất
định
Độ nhớt thường được xác định bằng phương pháp Engter, theo phương pháp này thì độ nhớt của chất lỏng xác định bằng tỷ số giữa thời gian cháy của 200ml chất lỏng ở nhiệt độ 500C qua một lỗ nhỏ có đường kính xác định với thời gian chảy của 200ml nước cất ở nhiệt độ 200C cũng qua lỗ nhỏ ấy (vào khoảng
51 ữ 52giây)
t
Trang 4Trong đó: tA là thời gian chảy của 200ml chất lỏng ở 500C
tB là thời gian chảy của 200ml nước cất ở 200C
Ví dụ: Dầu MBA có độ nhớt quy định là η = 1,8
Nếu η > 1,8 chứng tỏ dầu đr đặc, có nhiều tạp chất, khó lưu thông, làm lạnh kém
Nếu η < 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 trường này sang môi trường khác Nhiệt dẫn có ảnh hưởng đến cường 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 đr được 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
Drn nở nhiệt là sự drn nở của vật liệu khi vật liệu được gia nhiệt và được xcs định bởi hệ số drn nở nhiệt
Hệ số drn nở nhiệt là độ biến thiên tương đối của kích thước vật liệu khi nhiệt độ tăng lên 1 đơn vị
Drn nở nhiệt có liên quan đến tính chịu nhiệt của vật liệu Vật liệu có hệ
số drn nở nhiệt bé thì có tính chịu nhiệt cao và ngược 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 đr được nghiên cứu trong môn Cơ kỹ thuật
Còn đối với vật liệu có kết cấu sợi thì sức bền cơ giới phụ thuộc vào phương 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 như thuỷ tinh, vật liệu gốm và nhiều loại chất dẻo… thì sức bền chịu nén ớn hơn nhiều so với sức bền chịu kéo
θ = 20 000 kg/cm2; θ = 500 kg/cm2
Trang 5Sức 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 được tải trọng tĩnh (tải trọng không hay đổi) và dễ bị hư hỏng khi có tải trọng động (tải trọng thay đổi đột ngột)
Để đánh giá khả năng chịu tải trọng của vật liệu người ta dùng phương pháp thử “Độ dai va đập”, Độ dai ca đập δvđ của vật liệu được 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 =
δ (kg/cm2)
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 thước bé
Độ cứng được xác định bằng phương pháp Brinel
Đặt lên mẫu thử một viên bi co đường 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 phương pháp Brinel là:
h
D
P
TB
.
.
π
= (kg/mm2)
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 như kim loại, khí, nước, axit, bazơ…
Vì vậy về phương diện hoá học, điện môi cần đạt được 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 trường khác như khí, nước, axit, bazơ, dung dịch muối… và trong quá trình làm việc lâu dài không bị ảnh hưởng của phóng xạ có tia năng lượng cao và cần phải ổn định khi chịu tác dụng của những tia đó