Синтетические жидкие диэлектрики: характеристики, виды и применение

Что такое синтетические жидкие диэлектрики. Какими свойствами они обладают. Какие виды синтетических диэлектриков существуют. Где применяются синтетические жидкие диэлектрики. Каковы их преимущества и недостатки.

Что представляют собой синтетические жидкие диэлектрики

Синтетические жидкие диэлектрики — это искусственно созданные жидкости с высокими изоляционными свойствами. Они являются альтернативой традиционным нефтяным электроизоляционным маслам и обладают рядом преимуществ:

• Повышенная нагревостойкость
• Стойкость к воздействию сильных электрических полей
• Пожаробезопасность
• Стабильность характеристик в широком диапазоне температур
• Низкая гигроскопичность

Основные виды синтетических жидких диэлектриков включают:

1. Хлорированные ароматические углеводороды (совол, совтол)
2. Кремнийорганические жидкости
3. Фторорганические жидкости
4. Синтетические эфиры
5. Высокотемпературные углеводородные масла

Характеристики и свойства синтетических жидких диэлектриков

Ключевые электрофизические характеристики синтетических жидких диэлектриков:

• Диэлектрическая проницаемость ε = 2,0-5,2
• Удельное объемное сопротивление ρ = 10^9-10^14 Ом·м
• Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ = 10^-4-10^-2
• Электрическая прочность Епр = 14-20 МВ/м

Каковы основные физико-химические свойства синтетических диэлектриков? У большинства из них:

• Низкая температура застывания (до -60°C)
• Высокая температура вспышки (более 300°C)
• Малая вязкость в широком температурном диапазоне
• Хорошая теплопроводность
• Химическая инертность

Хлорированные ароматические углеводороды

Хлорированные ароматические углеводороды, такие как совол и совтол, относятся к полярным диэлектрикам. Они обладают следующими характеристиками:

• Диэлектрическая проницаемость ε ≈ 5,0-5,2
• Удельное сопротивление ρ = 10^9-10^11 Ом·м
• Тангенс угла потерь tgδ = 10^-3-10^-2
• Электрическая прочность до 18-20 МВ/м

Преимущества хлорированных углеводородов:

• Высокая стабильность в сильных электрических полях
• Стойкость к старению
• Негорючесть и пожаробезопасность

Недостатки:

• Высокая температура застывания (для совола Тз = -8°C)
• Токсичность

Кремнийорганические жидкости

Кремнийорганические (силиконовые) жидкости представляют собой полимеры на основе силоксановых групп. Их свойства близки к неполярным диэлектрикам:

• Диэлектрическая проницаемость ε = 2,4-2,5
• Тангенс угла потерь tgδ ≈ 3·10^-4
• Удельное сопротивление ρ = 10^11-10^12 Ом·м
• Электрическая прочность Епр = 18-20 МВ/м

Ключевые преимущества кремнийорганических жидкостей:

• Высокая нагревостойкость (температура вспышки более 300°C)
• Низкая температура застывания (до -60°C)
• Низкая гигроскопичность
• Нетоксичность
• Высокая стабильность свойств в широком диапазоне температур

Фторорганические жидкости

Фторорганические жидкости — это соединения фтора с углеродом. Они относятся к неполярным диэлектрикам и обладают следующими характеристиками:

• Диэлектрическая проницаемость ε = 1,9-2,0
• Тангенс угла потерь tgδ = (1-2)·10^-4
• Удельное сопротивление ρ = 10^12-10^14 Ом·м
• Электрическая прочность Епр = 14-18 МВ/м

Особенности фторорганических жидкостей:

• Негорючесть
• Высокая нагревостойкость (до 500°C)
• Высокая дугостойкость
• Малая гигроскопичность
• Низкие диэлектрические потери
• Стабильность свойств до высоких температур

Синтетические эфирные масла

Синтетические эфирные масла, такие как органические сложные эфиры и эфиры фосфорной кислоты, обладают рядом преимуществ:

• Высокие температуры кипения и воспламенения
• Хорошее соотношение вязкость-температура
• Биоразлагаемость
• Низкая токсичность

Органические сложные эфиры широко применяются в конденсаторах. Эфиры фосфорной кислоты используются в трансформаторах, устанавливаемых во взрывоопасных зонах.

Области применения синтетических жидких диэлектриков

Синтетические жидкие диэлектрики находят применение в различных областях электротехники и электроники:

• Силовые и импульсные трансформаторы
• Высоковольтные выключатели
• Конденсаторы
• Кабели
• Радиоэлектронная аппаратура

В каких случаях применяют синтетические диэлектрики вместо минеральных масел?

• При высоких рабочих температурах оборудования
• В сильных электрических полях
• Во взрыво- и пожароопасных средах
• При необходимости длительной эксплуатации без замены
• В компактных устройствах

Преимущества и недостатки синтетических жидких диэлектриков

Основные преимущества синтетических диэлектриков по сравнению с минеральными маслами:

• Более высокая нагревостойкость
• Лучшая стойкость к воздействию сильных электрических полей
• Пожаробезопасность многих видов
• Стабильность свойств в широком диапазоне температур
• Более длительный срок службы

Недостатки синтетических диэлектриков:

• Более высокая стоимость
• Токсичность некоторых видов
• Несовместимость с отдельными конструкционными материалами

Современные тенденции в области синтетических диэлектриков

Каковы основные направления развития синтетических жидких диэлектриков? В последние годы наблюдаются следующие тенденции:

• Разработка биоразлагаемых диэлектриков на основе растительных масел
• Создание высокотемпературных синтетических масел для работы при 200-300°C
• Улучшение теплофизических свойств для повышения эффективности охлаждения
• Снижение вязкости для улучшения циркуляции в оборудовании
• Повышение устойчивости к окислению и термическому старению

Одним из перспективных направлений является разработка нанофлюидов — жидкостей с добавлением наночастиц для улучшения диэлектрических и теплофизических характеристик.

Экологические аспекты применения синтетических диэлектриков

При использовании синтетических жидких диэлектриков важно учитывать их воздействие на окружающую среду. Какие меры принимаются для снижения экологических рисков?

• Отказ от применения токсичных хлорированных диэлектриков типа ПХБ
• Разработка биоразлагаемых синтетических масел
• Внедрение технологий регенерации отработанных диэлектриков
• Создание замкнутых систем без контакта диэлектрика с окружающей средой
• Применение экологически безопасных методов утилизации

Современные синтетические диэлектрики должны не только обладать высокими эксплуатационными характеристиками, но и соответствовать строгим экологическим требованиям.

Синтетические жидкие диэлектрики | Электроматериаловедение | Архивы

• материалы

Содержание материала

• Электроматериаловедение
• Строение металлических проводниковых материков
• Свойства металлов
• Факторы, влияющие на свойства проводников
• Проводниковая медь и сплавы
• Проводниковый алюминий
• Проводниковые железо
• Свинец
• Благородные металлы
• Тугоплавкие металлы в электротехнике
• Проводниковые материалы с большим удельным сопротивлением
• Обмоточные провода
• Монтажные провода
• Установочные провода
• Кабели
• Магнитные материалы
• Магнитно-мягкие материалы
• Магнитно-твердые материалы
• Диэлектрики
• Способы измерения электрических характеристик диэлектриков
• Характеристики электроизоляционных материалов
• Газообразные диэлектрики
• Жидкие диэлектрики
• Очистка, сушка и регенерация электроизоляционных масел
• Синтетические жидкие диэлектрики
• Твердые органические диэлектрики
• Поликонденсационные органические диэлектрики
• Природные электроизоляционные смолы
• Нагревостойкие высокополимерные диэлектрики
• Пленочные электроизоляционные материалы
• Электроизоляционные лаки
• Электроизоляционные эмали
• Воскообразные диэлектрики
• Термопластичные компаунды
• Термореактивные компаунды
• Электроизоляционные бумаги, картоны, фибра, волокнистые материалы
• Текстильные электроизоляционные материалы
• Электроизоляционные лакоткани
• Электроизоляционные пластмассы
• Свойства и области применения пластмасс
• Слоистые электроизоляционные пластмассы
• Древеснослоистые пластмассы и намотанные изделия
• Электроизоляционные резины
• Электроизоляционная слюда
• Миканиты
• Микафолий и микалента
• Слюдинитовые и слюдопластовые электроизоляционные материалы
• Керамика
• Фарфоровые изоляторы
• Стекло и стеклянные изоляторы
• Характеристики изоляторов
• Конденсаторные керамические материалы
• Сегнетокерамика
• Минеральные диэлектрики
• Полупроводниковые материалы
• Полупроводниковые материалы и изделия
• Основные полупроводниковые изделия
• Электроугольные изделия
• Припои и клеи

Страница 25 из 59

§ 52. Синтетические жидкие диэлектрики
Из синтетических жидких диэлектриков наибольшее применение получили совол и «калория-2».
Совол — жидкий синтетический диэлектрик. Исходным материалом для его изготовления служит кристаллическое вещество — дифенил, представляющее собой двухъядерный углеводород ароматического ряда. Химическая формула дифенила

В расплавленном состоянии дифенил хлорируется, т. е. через него пропускают хлор в присутствии катализатора (олово, железо и др.). При этом происходит реакция замещения атомов водорода атомами хлора в молекулах дифенила. Если будет замещено более четырех атомов водорода атомами хлора, то продукт получается маслообразным. В соволе атомами хлора замещено пять атомов водорода

Так как молекулы совола построены несимметрично, то они полярны и совол является полярным диэлектриком. Его диэлектрическая проницаемость е = 5,0—5,2, т. е. совпадает с величиной диэлектрической проницаемости изоляционных бумаг, что увеличивает емкость конденсаторов и повышает электрическую прочность (fnp) бумажной изоляции. Поэтому совол применяется в бумажных конденсаторах в качестве пропитывающего вещества. Величина tg6 совола несколько выше, чем у нефтяных масел, а электрическая прочность близка к электрической прочности нефтяных изоляционных масел.
Совол является негорючим веществом, что составляет его главное преимущество перед нефтяным маслом. Однако он имеет существенные недостатки, ограничивающие его применение. У совола температура застывания 5° С. Кроме того, совол обладает большой вязкостью, которая при 40° С колеблется в пределах 185—200 сст, тогда как у нефтяного масла она равна 14 сст. Это исключает пропитку бумаги при комнатной температуре и требует подогрева совола до температуры 50° С.
Большим недостатком совола является его токсичность (ядовитость) в результате наличия в нем хлора. Поэтому совол необходимо хранить в хорошо закрывающейся таре. При работе с соволом надо быть осторожным, так как он вызывает раздражение слизистых оболочек.
«Калория-2» принадлежит к группе кремнийорганических жидкостей , молекулы которых представляют собой линейные цепочки типа
Эта жидкость выгодно отличается от совола по ряду характеристик. Ее температура застывания ниже — 60°С, температура

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Т а б л и ц а 30

Основные характеристики электроизоляционных жидкостей

вспышки 145° С, tg6 при 20° С равен 0,0003, а при 100° С равен 0,0008, удельное объемное сопротивление почти не изменяется в интервале температур от 20 до 100°С и составляет (2,5—1,0) -1013 ом-см. Однако электрическая прочность жидкости «калория-2» несколько ниже прочности нефтяного масла.
Кремнийорганическая жидкость «калория-2» применяется в бумажных конденсаторах в качестве пропитывающего жидкого диэлектрика, обладающего высокой стабильностью характеристик в широком интервале температур от —60 до +100° С.
За последнее время разработано и используется для пропитки силовых кабелей до 10 кВ синтетическое масло «Октол».

Оно представляет собой жидкий продукт совместной полимеризации бутиленов и изобутиленов и является прозрачной жидкостью, почти не имеющей кислоты, и не содержит сульфатов хлорида и свободной серы.
«Октол» обладает большой вязкостью и применяется в качестве вязкой пропитки бумажной изоляции силовых кабелей.
В табл. 30 приведены основные характеристики широко применяемых электроизоляционных жидкостей.

• Назад
• Вперед

• Назад
• Вперед

• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• Архивы
• Как организовать электромонтажные работы

Читать также:

• Значения пробивного напряжения для изоляционных материалов
• Электромонтажные материалы
• США: Недостаточный выпуск трансформаторной стали угрожает национальной безопасности
• Дешевое электричество вытесняет импорт поликремния в Китае
• Выбор материала контактов вакуумных камер выключателей

Синтетические жидкие диэлектрики

К синтетическим жидким диэлектрикам относятся хлорированные ароматические углеводороды (совол, совтол), кремнийорганические и фторорганические жидкости. Эти диэлектрики обладают рядом преимуществ по сравнению с нефтяными маслами и применяются в условиях повышенных тепловых нагрузок, напряженности электрического поля, в пожарои взрывоопасных средах.

Хлорированные углеводороды это продукты хлорирования дифенила (C12h20). Применяются полихлордифенил C12H5Cl5 совол, а также раствор совола в трихлорбензоле совтол.

Хлорированные углеводороды относятся к полярным диэлектрикам, наряду с молекулами примесей могут диссоциировать и их собственные молекулы, что приводит к большей электропроводности (ρ = 109…1011 Ом·м).

Поляризация жидкостей, содержащих дипольные молекулы, определяется одновременно электронной и дипольно-релаксационной составляющими. Поэтому для них диэлектрическая проницаемость имеет более высокие значения (ε ≈ 5,0), чем у нефтяных масел.

Дипольно-релаксационная поляризация существенно влияет на общий уровень диэлектрических потерь. В  нормальных условиях tgδ = 10-2…10-3. При повышении температуры и частоты поля диэлектрические потери сильно увеличиваются, поэтому частотный диапазон применения этих жидкостей ограничен низкими частотами. Электрическая прочность большинства жидкостей на основе хлорированных углеводородов составляет Епр до 18-20 МВ/м.

Совол применяется, главным образом, для пропитки конденсаторной бумаги, это позволяет повысить емкость конденсатора на 50%. К числу его преимуществ относится более высокая стабильность в сильных электрических полях, стойкость к старению, негорючесть, пожаробезопасность. Недостатком совола является высокая температура застывания (Тз = — 8°С), что ограничивает его применение.

Совтол имеет меньшую, чем у совола вязкость и температуру

застывания (Тз = — 35°С), применяется как заменитель трансформаторного масла.

Основной недостаток хлорированных углеводородов токсичность.

Кремнийорганические жидкости это полимеры, линейные молекулы которых содержат силоксанную группу — Si-O-Si-, где атомы кремния связаны с органическими радикалами: — СН3  (метил), С2Н5 (этил) и др. По своим диэлектрическим характеристикам полисилоксановые жидкости близки к неполярным диэлектрикам:

• ε = 2,4…2,5;

• tgδ ≈ 3·10-4;

• ρ = 1011…1012 Ом·м;

• Епр = 18…20 МВ/м.

Они отличаются повышенной нагревостойкостью (Твсп  > 300°С),

низкой температурой застывания (Тз = — 60°С), низкой гигроскопичностью, нетоксичностью, высокой стабильностью свойств при изменении температуры. Эти жидкости используются в импульсных трансформаторах, специальных конденсаторах, радиоэлектронной аппаратуре.

Фторорганические жидкости представляют собой молекулярные соединения фтора с углеродом (например, С8F16). Это неполярные диэлектрики:

• ε = 1,9…2,0;

• tgδ = (1…2)·10-4;

• ρ = 1012…1014 Ом·м;

• Епр = 14…18 МВ/м.

Их основными особенностями являются негорючесть, высокая нагревостойкость (до 500°С) и дугостойкость, малая гигроскопичность, низкие диэлектрические потери и стабильность свойств, в том числе вязкости, до высоких температур. Фторорганические жидкости применяются для заполнения электрической аппаратуры при высоких рабочих температурах. Обладая высокой теплопроводностью, они обеспечивают интенсивное охлаждение в силовых трансформаторах.

Некоторые виды фторорганических жидкостей токсичны, взаимодействуют с резинами, медью.

Материал взят из книги Электротехнические материалы (Л.Г. Петрова)

Классификация жидких диэлектриков | Синтетические углеводороды

В последние годы в качестве заменителей минеральных масел были разработаны другие полиэфирные масла, которые широко используются в трансформаторах в Европе и других странах. Одним из таких масел является не содержащая галогенов пента-этитри-тетра жирная кислота. Полиэфирное масло (масло PETFP), обладающее очень хорошими электрическими, физическими и термическими свойствами. Он также биоразлагаем, т.е. при разложении имеет практически незначительную токсичность и не способствует загрязнению окружающей среды. Классификация жидких диэлектриков

1. Трансформаторное масло (минеральное масло)

Как уже упоминалось, трансформаторное масло является наиболее часто используемым жидким диэлектриком в энергетическом оборудовании. Это почти бесцветная жидкость, состоящая из смеси углеводородов, в которую входят парафины, изопарафины, нафталины и ароматические соединения. В процессе эксплуатации жидкость в трансформаторе подвергается длительному нагреву при высоких температурах около 95°С, вследствие чего происходит постепенный процесс старения. Со временем масло темнеет из-за образования кислот и смол или шлама в жидкости. Некоторые кислоты вызывают коррозию твердых изоляционных материалов и металлических частей трансформатора. Отложения шлама на сердечнике трансформатора, на катушках и внутри маслопроводов уменьшают циркуляцию масла и, таким образом, его теплопередающая способность значительно снижается. Полные спецификации для испытаний трансформаторных масел приведены в IS 1866 (1983), МЭК 296 (1969) и МЭК 474 (1974).

2. Синтетические углеводороды

Среди синтетических диэлектриков Классификация жидких диэлектриков полиолефины являются предпочтительными диэлектриками для применения в силовых кабелях. Более 55% синтетических углеводородов, производимых сегодня в мире, составляют полиолефины. Наиболее часто используемые олефины представляют собой полибутилен и алкилароматические углеводороды (например, алкилбензол). Их общие характеристики очень схожи с характеристиками минеральных масел.

3. Хлорированные углеводороды

Два ароматических углеводорода, бензол и дифенил, хлорируются с образованием хлорированных ароматических соединений, называемых аскарелями или просто полихлорированными бифенилами (ПХБ). Они обладают высокой температурой воспламенения и отличными электрическими свойствами. В последние годы их использование запрещено во всем мире, так как они представляют серьезную опасность для здоровья.

4. Силиконовые масла

Силиконовые масла представляют собой альтернативу ПХД, но они дороги. Даже при температуре 150°C они обладают высокой долговременной термической стабильностью. Силиконовые масла устойчивы к большинству химических веществ и устойчивы к окислению даже при более высоких температурах. Их можно использовать при более высоких температурах, чем минеральные масла. Силиконовые масла являются приемлемой заменой ПХД в трансформаторах, несмотря на их несколько худшие негорючие свойства.

5.  Эфиры

Натуральные эфиры, такие как касторовое масло, использовались в качестве пропитки конденсаторов в течение многих лет, но в настоящее время используются два типа синтетических эфиров, а именно. органические сложные эфиры и сложные эфиры фосфорной кислоты.

Органические сложные эфиры имеют высокие температуры кипения по отношению к их вязкости и, следовательно, имеют высокие температуры воспламенения. Они имеют хорошее соотношение вязкость-температура и широко используются в конденсаторах.

Эфиры фосфорной кислоты имеют высокую температуру кипения и низкую воспламеняемость и поэтому используются в трансформаторах, устанавливаемых во взрывоопасных зонах.

6. Последние разработки

В последние годы появилось несколько новых масел. Они продаются под разными торговыми названиями, такими как высокотемпературное углеводородное масло, тетрахлорэтилен и перфторполиэфир.

Высокотемпературные углеводородные масла (HTH) обладают хорошими электроизоляционными и адекватными свойствами теплопередачи. По химическому составу они аналогичны обычным минеральным трансформаторным маслам, но имеют более высокие температуры кипения и температуры шин. Однако они имеют более высокую вязкость, что снижает способность к теплопередаче.

Тетрахлорэтилен (C ₂ C1 ₄ ) представляет собой негорючую изоляционную жидкость и используется в смесях с минеральным маслом. Он имеет очень низкую вязкость и поэтому обладает отличными свойствами теплопередачи. Некоторые типичные свойства масла HTH и C ₂ C1 ₄ . Перфторполиэфир недавно был представлен на европейском рынке под торговой маркой Galden HT40. Это негорючее масло, температура кипения которого превышает 400°C. Обладает низким давлением паров, поэтому может использоваться в качестве хорошего теплоносителя.

Синтетическая диэлектрическая жидкость lonoPlus 3000®

Текущий запас:

Синтетическая диэлектрическая жидкость lonoPlus 3000®

После долгих лет исследований OEL HELD представляет совершенно новую мощную концепцию диэлектриков: электроды в специальном процессе смешивания.

Поистине универсальный диэлектрик, lonoPlus 3000® подходит для всех операций, от чистовой обработки до самой эффективной черновой обработки. Помимо наилучшей эффективности промывки и максимально возможной разрушающей силы, он предлагает целый ряд уникальных преимуществ.

Особенности:

Более высокая эффективность удаления металла

• Значительно сокращается время, необходимое для создания ионизационного моста

Greater resistance to electrode wear

• Macro-molecules surround the electrode like a protective grid

Improved surface quality

• Satellite electrodes bring about an optimal distribution of discharges

Shining results in Процесс отделки

• В течение минимального времени может быть достигнута шероховатость поверхности менее 0,1 p

Повышает скорость удаления стружки

• Быстрое рассеивание частиц отходов помогает предотвратить образование пятен пригара соблюдение техники безопасности и промышленной гигиены. Токсические или аллергические симптомы не могут возникнуть во время использования. Предел допуска в воздухе вокруг места работы (значение MAK) не достигнут. Диэлектрик IME-MH lonoPlus 3000® можно использовать во всех обычных фильтрующих установках.

  lonoPlus 3000® является продуктом OEL-HELD GmbH, Mineraloelwerk, D-70188 Stuttgart/Германия.

  Нормы для легковоспламеняющихся жидкостей (VbF) не применяются к диэлектрику lonoPlus 3000®.

  
  Технические данные:

  
  Щелкните, чтобы просмотреть историю успеха

  
  Щелкните, чтобы просмотреть спецификацию в формате PDF а также особый акцент на безопасность для людей и окружающей среды.

  
  В отличие от других жидкостей EDM, lonoPlus 3000® представляет собой 100% чистый синтетический продукт, а не масло на минеральной основе. Масла на минеральной основе разрушаются в процессе электроэрозионной обработки, что требует периодической замены. lonoPlus 3000® устраняет частые замены масла и, как дополнительное преимущество, устраняет проблемы с раздражением кожи.