Холодостойкость изоляционных материалов

Холодостойкость – это способность электрической изоляции длительно выдерживать действие низких температур без недопустимого ухудшения ее свойств и характеристик.

При низких температурах электропроводность материалов увеличивается, однако ухудшаются их механические свойства, т.е. материалы, гибкие и эластичные в нормальных условиях, становятся хрупкими и жесткими. Поэтому на практике оценку холодостойкости материалов выполняют по их способности выдерживать вибрации определенной частоты и амплитуды.

Теплопроводность изоляционных материалов

Теплопроводность – это способность нагретого материала отдавать тепло в окружающую среду непосредственно или через другие материалы.

Такая отдача тепла приводит к выравниванию температуры в материале и в среде, которая его окружает. Степень нагрева изоляционного материала обусловлена мощностью диэлектрических потерь в этом материале. Чем больше мощность диэлектрических потерь и чем хуже отводит разогретый материал тепло (т.е. чем меньше его теплопроводность), тем быстрее может наступить тепловой пробой такого материала.

Тепловое расширение изоляционных материалов

Тепловое расширение изоляционных материалов характеризуется температурным коэффициентом линейного расширения:

,

где l₀ – длина материала при начальной температуре, м,

l_Т – длина материала при конечной температуре, м,

Т₀ – начальная температура, К,

Т – конечная температура, К.

В системе СИ измеряется в К^-1.

Чем меньше величина этого коэффициента, тем дольше изоляционный материал может эксплуатироваться без наступления теплового пробоя. Небольшими значениями этого коэффициента обладают материалы неорганического происхождения, имеющие высокую нагревостойкость.

Химические свойства диэлектриков

В эксплуатации важно, чтобы изоляционные материалы не приводили к коррозии соприкасающихся с ними металлических частей, а также, чтобы они не вступали в химическую реакцию с другими материалами. Химические свойства материалов могут оцениваться по их способности к спрессовыванию, склеиванию, а также по их способности к растворению.

Растворимость материала – это количество твердого материала, которое переходит в жидкий раствор с единицы поверхности в единицу времени.

Максимальное количество твердого материала, которое растворяется в данном растворе, называется концентрацией насыщенного раствора.

Неполярные или слабополярные материалы (церезин, каучук) легко растворяются в неполярных растворителях, например в бензине. То же происходит с полярными материалами (фенолформальдегидные смолы), которые растворяются в полярных растворителях, например в спирте.

Растворимость уменьшается с повышением степени полимеризации диэлектрика: высокомолекулярные вещества с линейной структурой молекул растворяются относительно легко, а с пространственной структурой – очень трудно. С ростом температуры растворимость также возрастает.

Воздействие излучений высокой энергии на изоляционные материалы

Излучения высокой энергии позволяют получить материалы повышенной нагревостойкости и повышенной механической прочности или могут привести к синтезу необходимых материалов. В технике важно знать, насколько электрооборудование, попавшее под кратковременное или длительное воздействие излучений, будет стойким к действию излучений и сохранит ли оно свои механические и электрические свойства, т.е. насколько оно будет радиационно стойким.

Существуют несколько разновидностей излучений:

• корпускулярное излучение (к нему относятся: медленные и быстрые нейтроны, осколки ядер, - частицы и- лучи);

• волновое излучение (обусловлено - лучами, жестким или мягким рентгеновским излучением).

Интенсивность излучения измеряют в ваттах на квадратный метр, а для нейтронов часто указывают плотность потока энергии быстрых или медленных нейтронов сквозь поверхность площадью 1 м². Иногда для характеристики процесса облучения используют произведение плотности потока энергии нейтронов, скорости и времени облучения. Энергия излучения, попадая на поверхность материала, убывает по мере проникновения в глубину.

На практике используют материалы, которые, кроме использования их электрических и механических свойств, выполняют роль экранов-поглотителей таких излучений. Степень рассеяния излучений в экранах-поглотителях зависит от интенсивности облучения, а также качества материала экрана. Излучения рассеиваются в материалах из-за внутреннего фотоэффекта (ионизации), из-за комптоновского эффекта (явления изменения длины волны фотонов при их рассеянии на электронах (открыт в 1922 году)), а также из-за процессов возбуждения атомов и ядерных преобразований.

Под действием излучений внутренняя структура материала изменяется благодаря химическим реакциям и молекулярным преобразованиям. Это сопровождается ликвидацией и образованием двойных связей, выделением побочных продуктов химических реакций (например, газов), реакциями полимеризации, вулканизации, образованием поперечных связей или полным разрушением материала. В связи с этим к материалам предъявляются следующие требования радиационной стойкости:

• они должны в большей мере образовывать двойные связи, чем обнаруживать разрыв цепей;

• они должны быть способны поглощать энергию без чрезмерной ионизации.