ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева»

Институт механики и энергетики

Кафедра электрификации и автоматизации производства

Контрольная работа

по электротехническим материалам

«Непропитанные волокнистые материалы органического происхождения. Проводниковые изделия»

Автор работы_____________________________________Н. Г. Мазяркин

Обозначение работы Кр-02069964-140100.62-20-16

Проподаватель______________________________________С. В. Усанова

Саранск

2016 Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Непропитанные волокнистые материалы органического происхождения... 4

2. Проводниковые изделия ………………………………………………………9

Заключение ………………………………………………………………………11

Список использованных источников …………………………………………..12

Введение

Функции, который выполняют материалы, разнообразны: обеспечение протекания тока (в проводниковых материалах), сохранение определенной формы при механических нагрузках (в конструкционных материалах), обеспечение изоляции (в диэлектрических материалах), превращение электрической энергии в тепловую (в резистивных материалах). Обычно материал выполняет несколько функций. Например, диэлектрик обязательно испытывает какие-то механические нагрузки, то есть является конструкционным материалом.

Материаловедение – наука, занимающаяся изучением состава, структуры, свойств материалов, поведение материалов при различных воздействиях, тепловых, электрических, магнитных и т.д., а также при сочетании этих воздействий.

Электротехническое материаловедение – это раздел материаловедения, который занимается материалами для электротехники и энергетики, т.е. материалами, обладающими специфическими свойствами, необходимыми для конструирования, производства и эксплуатации электротехнического оборудования.

Материалы играют определяющую роль в энергетике. Электротехнические материалы являются одним из определяющих факторов технико-экономических показателей любой системы электроснабжения.

Основные материалы, которые используются в энергетике, можно разделить на несколько классов – это проводниковые материалы, магнитные материалы и диэлектрические материалы. Общим для них является то, что они эксплуатируются в условиях действия напряжения, а значит и электрического поля.

1. Непропитанные волокнистые материалы органического происхождения.

Электроизоляционные материалы широко применяются в промышленности, радио- и приборостроении, развитии электрических сетей. Нормальная работа электрического прибора или безопасность схемы электроснабжения во многом зависит от используемых диэлектриков. Некоторые параметры материала, предназначенного для электрической изоляции, определяют его качество и возможности. Применение изоляционных материалов обусловлено правилами безопасности. Целостность изоляции является залогом безопасной работы с электрическим током. Весьма опасно использовать приборы с поврежденной изоляцией. Даже незначительный электрический ток может оказать воздействие на организм человека.

К непропитанным волокнистым электроизоляционным материалам относятся древесина, а также листовые и рулонные материалы, состоящие из волокон органического и неорганического происхождения. Волокнистые материалы органического происхождения (бумага, картон, фибра и ткани) получают из растительных волокон древесины, хлопка и натурального шелка.

Нормальная влажность электроизоляционных картонов, бумаги и фибры колеблется от 6 до 10%. Волокнистые органические материалы на основе синтетических волокон (капрон) обладают влажностью от 3 до 5%. Такая же примерно влажность наблюдается у материалов, получаемых на основе неорганических волокон (асбест, стекловолокно).

Характерными особенностями неорганических волокнистых материалов являются их негорючесть и высокая нагревостойкость (класс С). Эти ценные свойства в большинстве случаев снижаются при пропитке этих материалов электроизоляционными лаками.

Волокнистые материалы состоят преимущественно из части удлиненной формы – волокон, промежутки между которыми за­полнены воздухом у непропитанных материалов и природными или синтетическими смолами у пропитанных. Преимуществами многих волокнистых материалов являются невысокая стоимость, доволь­но большая механическая прочность, гибкость и удобство обработки. Недостатки: невысокие электрическая прочность и теплопровод­ность, более высокая, чем у массивных материалов того же состава, гигроскопичность. Пропитка улучшает свойства волокнистых мате­риалов.

Дерево является одним из первых электроизоляционных и кон­струкционных материалов, получивших применение в электротех­нике, чему способствовали его дешевизна и легкость механической обработки. Основой дерева, как и всякого растительного волокна, является органическое вещество целлюлоза, представляющая собой полимерный углеводород (С₆Н₁₀0₅)_n, молекулы которого име­ют вид длинных цепей с числом звеньев до двух тысяч. В каждом элементарном звене молекулы содержится по три гидроксильных группы ОН, обусловливающих полярность целлюлозы. Эти группы смещаются в электрическом поле по отношению ко всей молекуляр­ной цепи, что создает эффект дипольно-радикальной поляризации. Поэтому целлюлоза имеет относительно большие диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь (ε_r=6,5-7; tgδ=0,005-0,01).

Более тяжелые породы деревьев имеют большую механическую прочность, чем легкие. Прочность поперек волокон у дерева мень­ше, чем вдоль.

К недостаткам дерева относятся высокая гигроскопичность, не­стандартность свойств, низкая нагревостойкость и горючесть. При пропитке дерева льняным маслом или различными смолами свойст­ва улучшаются. Если детали на дерева предназначены для работы в трансформаторном масле, то после сушки они пропитываются тем же маслом.

В электротехнике дерево применяется для изготовления дере­вянных опор линий электропередачи, крепежных деталей трансфор­маторов высокого и низкого напряжения, пазовых клиньев элект­рических машин и т. п.

Бумаги и картоны листовые или рулонные материалы коротковолокнистого строения, состоящие в основном из целлюлозы. Наиболее тонкий и высококачественный вид электроизоляционных бумаг конденсаторная бумага, применяемая для изготовления диэлектрика конденсаторов. Конденсаторную бумагу изготовляют из сульфатной древесной целлюлозы. В настоящее разработан простой способ производства борированной целлюлозы, обеспечивающий конденсаторной бумаге резко сниженную зависимость tgδ от плот­ности бумаги. По новой технологии выпускается бумага ма­рок: КОН – обычная, СКОН - специальная, улучшенного качест­ва. МКОН – с малыми диэлектрическими потерями. ЭМКОН с высокой электрической прочностью и малыми потерями.

При использовании конденсаторной бумаги в качестве диэлектри­ка обычно берут несколько слоев с применением различных пропи­точных масс, в качестве которых могут использоваться различные неполярные, полярные, жидкие, полужидкие и твердые пропиточ­ные массы. Применение нескольких слоев обеспечивает перекрытие сквозных отверстий и проводящих включений в отдельных листах. Бумага не является высокочастотным диэлектриком. На перемен­ном токе она используется до частоты 10кГц.

К числу старейших материалов, применяемых в качестве элект­роизоляционных, относится электрокартон. Это связано с его низкой стоимостью и хорошими технологическими свойствами. В сочета­нии с высокой стабильностью и механической прочностью при про­питке электрокартона трансформаторным маслом можно получить изоляцию с высокими электрическими параметрами.

Для производства электроизоляционных картонов наиболее ши­роко применяют сульфатную целлюлозу, а в некоторые виды карто­нов добавляют хлопковую целлюлозу высокой степени чистоты. Картон марки AM, в который добавляется хлопковая целлюлоза имеет лучшие электрические характеристики, чем картон марки А. Электроизоляционные свойства картона улучшают при пропит­ке его жидким диэлектриком, поэтому электроизоляционный кар­тон широко применяется в качестве основного твердого материала в силовых трансформаторах, для которых он выпускается пяти раз­личных марок.

Из материалов волокнистого строения в электромашинно- и аппаратостроении широко применяется листовая и трубчатая фибра, в основном в качестве конструкционного и изоляционного материала. Так как под действием электрической дуги фибра выделяет большое количество газов, то в электрических аппаратах она ис­пользуется также и в качестве дугогасительных элементов, однако использование фибры для этой цели сокращается из-за возможности применения других материалов с более высокими диэлектрически­ми и механическими характеристиками (органическое стекло, ви­нипласт, фенолоформальдегидные смолы). Изготовляется фибра из тонкой бумаги, пропускаемой через раствор хлористого цинка. После намотки на стальной барабаня и получения нужной толщины слоя, в котором отдельные слои бумаги прилипают друг к другу, фибра срезается с барабана, тщательно промывается водой и прес­суется. Промывка необходима для удаления следов хлористого цин­ка, ухудшающего электроизоляционные свойства фибры. Листовую электротехническую фибру изготовляют марки ФЭ по ГОСТ14613-69 толщиной 0,4-12мм. Цвет фибры в зависимости от использованного красителя может быть красного, коричневого, черного или серого цвета.

Органические диэлектрические материалы делятся на естественные и синтетические. Естественные органические диэлектрики в настоящее время используются крайне редко, так все больше расширяется производство синтетических, тем самым снижая их стоимость. К естественным органическим диэлектрикам относят целлюлозу, каучук, парафин и растительные масла (касторовое масло). Большую часть синтетических органических диэлектриков представляют различные пластмассы и эластомеры, часто используемые в электрических бытовых приборах и другой технике.

Волокнистые материалы часто применяются для изоляции в электрических аппаратах и машинах. К ним относят материалы растительного происхождения (каучук, целлюлозу, ткани), синтетический текстиль (нейлон, капрон), а также материалы из полистирола, полиамида и т.д.

Органические волокнистые материалы обладают высокой гигроскопичностью, поэтому редко используются без специальной пропитки. В последнее время взамен органических материалов применяют синтетические волокнистые изоляции, которые обладают более высоким уровнем нагревостойкости. К ним относится стеклянное волокно и асбест. Стеклянное волокно пропитывают различными лаками и смолами для повышения его гидрофобных свойств. Асбестовое волокно обладает малой механичной прочностью, поэтому нередко в него добавляют хлопчатобумажное волокно.