Электроизоляционные материалы

Металлокерамические и электроугольные изделия

Жаростойкие сплавы

Сплавы высокого сопротивления

1) Манганин – сплав на основе меди, с добавкой 2-3 % никеля и 12-13 марганца, светло-оранжевого цвета, плотность ~ 8400 кг/м³, удельное сопротивление (4,7 … 5,3) ×10^-7 Ом×м, рабочая температура до 200 ⁰С. Имеет малую термо- эдс в паре с медью.

Манганиновые изделия: проволока, лента, обмоточные провода - применяют для резисторов высоких классов точности.

2) Константан – сплав на основе меди, с добавкой 32 – 40 % никеля и 1—2 % марганца. Цвет серебристый с желтизной. Плотность ~ 8900 кг/м³, удельное сопротивление (4,5 … 4,8) ×10^-7 Ом×м. Рабочая температура до 450 ⁰С.

В паре с медью даёт высокую термо- эдс.

Изделия резисторы низких классов точности, термопары

Рабочая температура 900 … 1200 ⁰С. Основные компоненты сплавов: никель, хром, алюминий, железо. Жаростойкость обусловлена образованием на поверхности плотной оксидной плёнки, исключающей прохождение кислорода вглубь.

Различают:

а ) нихромы (55 – 78 % никеля,15 – 25 % хрома, марганца и железа) – пластичны, легко протягиваются в проволоку и ленту. Широкое применение ограничено высокой стоимостью;

б ) фехрали и хромали (~ 0,7 % Mn, ~ 0,6 % Ni, 12 – 15 % Cr, 3,5 – 5,5 % Al, остальное - железо) – значительно дешевле нихромов, обрабатываются хуже, применяют в нагревательных приборах и различных сопротивлениях.

Недостаток - повышение твердости и хрупкости после нагрева до ~ 1000 ⁰С и охлаждения.

1. Металлокерамические изделия получают спеканием под высоким давлением порошкообразных компонентов.

Металлокерамику на основе порошков серебра и оксида кадмия применяют в низковольтных аппаратах.

Для дугоразмыкающих контактов используют металлокерамику из порошков серебра, вольфрвма, никеля, меди и графита, имеющую высокую устойчивость против приваривания.

2. Электроугольные изделия: щетки, контакты, осветительные угли - изготавливают методом порошковой технологии из смеси углеродистых материалов

(графит, кокс, антрацит и сажа), с введением металлических порошков. Связующие – каменно-угольные, бакелитовые и кремний-органические смолы.

Щетки для электрических машин:

- графитные – изготавливают из натурального графита, отличаются мягкостью, бесшумностью работы.

- Угольно – графитные – изготавливают из сажи, кокса и связующих смол – механически прочные, твердые.

- Металло–графитные – порошки графита, меди – низкое электросопротивление.

- Электрографитированные – из графита, кокса, сажи и смол, обжигают в печах, Т_н =2500⁰С

Назначение, классификация и основные характеристики диэлектриков

Диэлектриками – называют вещества, имеющие весьма малую электропроводность, характеризуемую токами утечки. Их используют для изоляции токоведущих частей в электротехнических устройствах.

Различают:

1) Газообразные диэлектрики.

2) Жидкие (минеральные масла и синтетические жидкости).

3) Твёрдые (органические и минеральные).

По структуре - кристаллические и аморфные.

Общие свойства:

а) все диэлектрики способны поляризоваться;

б) под действием переменного напряжения в них происходит рассеивание электрической энергии и переход её в тепловую;

в) в сильных электрических полях возможен пробой диэлектрика (т.е. потеря электроизоляционных свойств).

1) Электрические характеристики:

а ) удельное сопротивление (Ом×м)

Для диэлектриков =10⁸…10¹⁸ Ом×м. Изменение в зависимости от температуры оценивается – температурным коэффициентом удельного сопротивления. Для диэлектриков ТK_ρ < 0, т.е. с повышением температуры - уменьшается;

б) относительная диэлектрическая проницаемость ε_r – характеризует способность диэлектрика поляризоваться и образовывать электрическую ёмкость в конденсаторах;

ε_r = 1 (для вакуума, воздуха). Для различных диэлектриков ε_r - от единицы до нескольких тысяч.

Различают:

- электронную поляризацию (ε_r = 1…2);

- дипольную (ε_r =3…8);

- ионную (ε_r = 8…20);

- спонтанную (ε_r = 1500…7500 – характерна для сегнетодиэлектриков).

Таблица

Значения ε_r для некоторых изоляционных материалов

Материал ε_r

Газы Гетинакс Фторопласт Лакоткани Полиэтилен Полистирол Электрокартон Масло трансформаторное Совол Оргстекло Поливинилхлорид Вода дистиллированная Титанат кальция Титанат бария Титанат бария с добавками 1,000072 – 1,00138 6 – 8 1.9 – 2.1 3 – 4 2,3 – 2,4 2,4 – 2,6 1,8 – 2,5 2,2 5 4 3 – 5 80 150 2000 9000

в) диэлектрические потери – возникают в виде потерь активной мощности в диэлектриках, работающих при переменном напряжении. Они проявляются в нагреве диэлектрика и характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь (tg δ).

Потери активной мощности P_а = U²2πƒC×tg δ.

tg δ = 2…6 (×10^-4) – для жидких и твёрдых диэлектриков высокого класса и может быть до 0,05. При нагреве диэлектрические потери растут;

г) электрическая прочность (E_пр) – напряжённость электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика:

Е_пр кВ/мм,

где U_пр – пробивное напряжения, h – толщина слоя диэлектрика.

Различают:

а) электрический пробой - под действием внешнего электрического поля за очень короткое время (~ 10^-8с);

б) тепловой пробой – происходит из-за диэлектрических потерь, когда количество выделяющейся теплоты больше отводимой.

2) Механические характеристики - определяют путём механических испытаний, при которых устанавливают пределы прочности при растяжении, сжатии, изгибе, а также удельную ударную вязкость.

3) Тепловые характеристики:

а) температура плавления или размягчения диэлектрика;

б) теплостойкость – позволяет оценить стойкость диэлектрика к кратковременному нагреву. Определяется при помощи аппарата Мартенса или по методу кольца и шара;