Вязкость изоляционных материалов

ХРУПКОСТЬ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Хрупкость – это способность изоляционных материалов разрушаться без заметной пластичной деформации.

Она зависит от структуры материала и условий испытания, степени концентрации напряжений в определенном месте материала, от скорости изменения механической нагрузки, действующей на материал, а также от температуры окружающей среды.

Большая часть изоляционных материалов является хрупкой, потому что она является нестойкой к внезапно прилагаемым усилиям, изменяющимися с большой скоростью, т.е. к динамическим нагрузкам. На практике часто проверяют способность материалов выдерживать воздействие вибраций, т.е. колебаний определенной амплитуды и частоты.

Для жидких, полужидких и газообразных веществ вводится понятие вязкости. Вязкость – свойство газов или жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой. Она численно характеризуется коэффициентами динамической вязкости, [Па*с], кинематической вязкости, [м²/с], УВ условной вязкости, [°Е] (градусы Энглера).

Значение вязкости входит в законы гидродинамики вязких сред, а именно в закон Пуазейля (открыт в 1840 году), который описывает процесс истечения вязкой жидкости через тонкие капиллярные трубки, и в закон Стокса (открыт в 1851 году) – закон, определяющий скорость перемещения твердого шарика в неограниченной вязкой среде при действии на него небольшой постоянной силы.

Согласно закону Пуазейля количество жидкости Q, [м³], обладающей динамической вязкостью h и протекающей под действием небольшой разности давлений на концах трубы Dp за время t сквозь капилляр длиной l и радиусом r (при l>>r), определяется формулой:

.

Согласно закону Стокса скорость движения твердого шарика радиусом r в неограниченной жидкой среде с динамической вязкостью h под воздействием непрерывно действующей на шарик небольшой силы F будет равна:

,

где d – диаметр твердого шарика.

Для характеристики режима течения вязкой жидкости или газа в какой-либо среде вводится понятие параметра (числа) Рейнольдса (открыт в 1883 году).

Параметр (число) Рейнольдса является безразмерным и определяется отношением:

,

где - плотность газа (жидкости), [кг/м³],

- скорость течения газа (жидкости), [м/с],

l – поперечный размер трубы или размер тела, обтекаемого газом (жидкостью), [м],

- динамическая вязкость газа (жидкости), [Па*с],

- кинематическая вязкость газа (жидкости), [м²/с].

Существуют три режима течения жидкости или газа:

· ламинарным (слоистым) называется такое течение газа (жидкости), при котором его (ее) частицы движутся вдоль прямолинейных траекторий, не перемешиваясь; в этом случае слои газа (жидкости) скользят относительно друг друга; такое течение стационарно; Re <1;

· турбулентным называется такое течение газа (жидкости), при котором он (она) интенсивно перемешивается; в этом случае нерегулярным образом изменяются давление и скорость перемещения газа (жидкости); такое течение нестационарное; Re >1000;

· переходный режим (1< Re <1000) может перейти в турбулентный, если существенно увеличить скорость течения газа (жидкости) (снизить давление в среде) или увеличить поперечные размеры потока газа (жидкости).

В системе СГС (устарела и практически не используется) кинематическая вязкость v измеряется в стоксах, а динамическая вязкость в пуазах:

[]=1 Ст=,

[]=1 П=.

Кинематическая вязкость связана с динамической следующим соотношением:

.

Физический смысл динамической вязкости : она численно равна импульсу, переносимому от слоя к слою через единичную площадку в единицу времени при градиенте скорости, равном единице.

Условная вязкость УВ – это отношение времени истечения 200 мл какой-либо изоляционной жидкости при определенной температуре ко времени истечения
200 мл дистиллированной воды при температуре 20. Она измеряется в градусах Энглера °Е:

,

где - постоянная прибора (водное число). Обычно находится в интервале 50-52 с.

Существует эмпирическая формула (полученная из опыта), которая прямо пропорционально связывает между собой динамическую и условную вязкости. ГОСТ нормирует значения условной вязкости. Например, для трансформаторного масла при 20 °С условная вязкость не должна превышать 5 °Е, а при температуре
50 °С – 1,8 °Е.

На величину вязкости газа (жидкости) влияет температура. С ростом температуры вязкость уменьшается. Степень ее уменьшения характеризуется температурным коэффициентом динамической вязкости.

,

где - температурный коэффициент динамической вязкости, [ ]=.

НАГРЕВОСТОЙКОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ. КЛАССЫ НАГРЕВОСТОЙКОСТИ

Нагревостойкость – это способность электрической изоляции выдерживать длительное время действие повышенной температуры без недопустимого ухудшения ее свойств и характеристик.

Качество изоляции при действии на нее повышенной температуры оценивается:

- для неорганических диэлектриков изменением величин (в сторону уменьшения) и (в сторону увеличения);

- для органических диэлектриков изменением величин предела прочности при растяжении и предела прочности при изгибе , а кроме этого степенью погружения иглы в изоляционный материал под давлением при нагреве и изменением величин и .

Степень нагревостойкости изоляционного материала может быть оценена величинами его температуры вспышки и температуры воспламенения.

Температура вспышки – это температура, при которой изоляционный материал вспыхивает в парах воздуха при поднесении к нему небольшого пламени.

Температура воспламенения – температура, которая больше температуры вспышки и при которой изоляционный материал при поднесении к нему пламени загорается.

В эксплуатации эти температуры должны быть по возможности выше.

В соответствии с рекомендациями МЭК (Международной электротехнической комиссии) изоляционные материалы делятся на классы нагревостойкости (Y-E – чисто органические изоляционные материалы, B-H – комбинированные изоляционные материалы, C – неорганические изоляционные материалы).

Таблица 1 – Классы нагревостойкости диэлектриков

Класс нагревостойкости	Y	A	E	B	F	H	C
Допустимая рабочая температура,							>180

К классу нагревостойкости Y относятся материалы на основе бумаги или ткани (пряжа, ткани, ленты, бумаги, картоны, древесина), которые не пропитаны и не погружены в жидкий изоляционный материал.

К классу нагревостойкости А относятся те же материалы, но при условии, что они пропитаны жидким изоляционным материалом или погружены в него (провод с хлопчатобумажной изоляцией в пропитанной лаком обмотке электрической машины или же в погруженной в электроизоляционное масло обмотке маслонаполненного трансформатора; лакоткани на хлопчатобумажной или шелковой основе и масляных или битумно-масляных лаках; лакобумаги на тех же лаках).

К классу нагревостойкости Е относятся материалы на основе пластмасс с использованием органических связующих на основе различных смол, компаундов, лаков и т.п. (гетинакс, текстолит, пресс-порошки с наполнением древесной мукой, полиэтилентерефталатные пленки, эпоксидные, полиэфирные и полиуретановые смолы и компаунды, изоляция эмалированных проводов на полиуретановых и эпоксидных лаках и т.д.).

К классу нагревостойкости В относятся материалы неорганического происхождения с использованием органических связующих (щепаная слюда, асбестовые и стекловолокнистые материалы, миканиты (в том числе с бумажной или тканевой органической подложкой), стеклолакоткани, стеклотекстолиты на фенолформальдегидных термореактивных смолах, эпоксидные компаунды с неорганическими наполнителями).

К классу нагревостойкости F относятся неорганические материалы с использованием органических связующих повышенной нагревостойкости (стекловолокно без подложки или с неорганической подложкой, с применением органических связующих и пропитывающих материалов повышенной нагревостойкости: эпоксидных, термореактивных полиэфирных, кремнийорганических).

К классу нагревостойкости H относятся неорганические материалы, у которых в качестве связующего вещества применяются кремнийорганические смолы особо высокой нагревостойкости.

К классу нагревостойкости С относятся неорганические материалы, которые не содержат в себе склеивающих или пропитывающих органических связующих (асбест, стекло, слюда, стекловолокно, кварц, микалекс, нагревостойкие миканиты, непропитанный асбоцемент и т.п.). Исключением являются материалы органического происхождения: фторопласт-4 (политетрафторэтилен) и материалы на основе полиимидов (волокна, пленки, изоляция эмалированных проводов и т.п.).

Дата добавления: 2014-01-07