Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Высоконагревостойкая электрическая изоляция

Взаимодействие между проводниковыми и электроизоляционными материалами под воздействием высокой температуры - Высоконагревостойкая электрическая изоляция

Оглавление
Высоконагревостойкая электрическая изоляция
Введение
Материалы на основе природных слюд
Гибкие, формовочные и прокладочные материалы из природных слюд
Исследование свойств материалов из природных слюд
Электрические свойства природного фторфлогопита
Материалы на основе синтетических фторфлогопитов
Превращения в материалах на основе фторфлогопита под воздействием высокой температуры
Гибкие, формовочные и прокладочные фторфлогопитовые материалы
Исследование свойств материалов из фторфлогопита
Свойства формовочных и прокладочных материалов из фторфлогопита
Исследование свойств материалов на основе титансодержащего фторфлогопита
Пропиточные составы
Пропиточные составы на основе кремнийорганических связующих
Исследование свойств пропиточных составов при высоких температурах в разных средах
Свойства пропиточного состава на основе олигометилсилоксана, наполненного алундом
Покрытия
Органосиликатные, металлофосфатные и стеклокерамические покрытия
Исследования свойств покрытий
Свойства стеклокерамических покрытий
Заливочные компаунды
Фосфатные, органосиликатные и кремнийорганические заливочные компаунды и герметики
Исследование свойств заливочных компаундов
Свойства алюмосиликатфосфатных компаундов
Слоистые и композиционные пластики
Слоистые пластики на основе асбеста, стеклоткани и слюды
Исследование свойств слоистых пластиков при высоких температурах
Свойства слоистых пластиков на основе алюмофосфатов и стеклоткани или асбеста
Свойства слоистых пластиков на основе полиалюмоорганосилоксана и слюдопластовой бумаги
Свойства слоистых пластиков на основе фосфатов и нитевидных кристаллов
Композиционные пластики
Стекла
Стекла, микалексы и ситаллы
Исследование свойств стекол и материалов на их основе
Свойства новомикалексов
Свойства слюдоситаллов
Керамика из тугоплавких оксидов
Корундовая, периклазовая, бериллиевая, циркониевая керамика
Исследование свойств корундовых керамических материалов
Материалы из тугоплавких безоксидных соединений
Исследование свойств пиролитического нитрида бора при высоких температурах
Изоляция проводов
Изоляция проводов со стекловолокнистой изоляцией
Взаимодействие между проводниковыми и электроизоляционными материалами под воздействием высокой температуры
Исследование свойств изоляции проводов при высоких температурах
Свойства стекловолокнистой изоляции проводов
Системы электрической изоляции высокой нагревостойкости
Системы изоляции высоковольтного оборудования высокой нагревостойкости
Применение изоляции высокой нагревостойкости в электротехническом оборудовании
Применение изоляции высокой нагревостойкости в генераторах и трансформаторах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в электромагнитных насосах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в МГД машинах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в тензорезисторах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в электротермическом оборудовании
Заключение, литература

Хорошая электропроводность, механическая прочность, стойкость к испарению и окислению проводниковых материалов являются необходимыми факторами для длительной работы их в условиях высоких температур в разных газовых средах. Однако наличие у проводника всех этих свойств еще не гарантирует надежную работу обмоточного провода или изоляционной системы в целом.

При длительном нагревании неизбежно изменение электрических и механических свойств проводящей жилы и изоляции за счет реакционной диффузии.
Исследовали [81] влияние стекловолокнистой и стеклокерамической изоляции на свойства проводящих жил из никеля, биметалла медь- никель и сплава 204. Объектами исследования являлись отрезки проводников диаметром 0,5 мм, длиной 100-180 мм, упрощенные макеты типа пучков и макеты, конструкция которых приведена в гл. 10. Отрезки проводов и пучки помещали в открытые кварцевые пробирки и в двойные вакуумированные кварцевые ампулы, куда для сравнения помещали неизолированные отрезки проводников. Пробирки, ампулы и макеты устанавливали в печи сопротивления при температурах 600, 700 и 800 °С или в вакуумные печи при 600-700 °С. В процессе старения контролировали состояние поверхности образцов, изменение электрического сопротивления проводника, механическую прочность, а также изучали микроструктуру образцов. Состояние поверхности контролировали визуально и с помощью бинокулярной лупы, электрическое сопротивление измеряли потенциометрическим методом, разрушающее напряжение при растяжении определяли на разрывной машине, число двойных перегибов - при нагрузке 36 МПа. Микроструктуру изучали с помощью металлографического микроскопа при увеличении в 200 раз и микрозондового рентгеновского анализа. Анализируемые участки фотографировали в лучах отраженных электронов, в характеристических излучениях элементов, входящих в состав проводников и изоляции, а также проводили количественный элементный анализ.

Исследование взаимодействия проводников с изоляцией в воздушной среде

Неизолированные и изолированные проводники подвергали длительному, в течение десятков тысяч часов, старению в воздушной среде при 600-800 °С. Известно, что при длительном нагревании металлов и сплавов на воздухе происходят окисление, рекристаллизация и рост зерен. При длительном нагревании изолированных проводников к этим процессам добавляются еще диффузионное проникновение продуктов деструкции электроизоляционных покрытий в металл и разрушение контактной поверхности металл-изоляция.
При исследовании изменения свойств проводов в результате старения при высоких температурах выявили следующее. Неизолированные проводники из никеля в воздушной среде окислились с образованием черной плотной окалины, сквозное окисление наступило при 700 °С через 5000 ч и при 800 °С — через 1000 ч. При 600 °С — 6000 ч жила диаметром 0,5 мм окислилась на 1/3 диаметра.

Рис. 9.1. Зависимость удельного объемного сопротивления проводников из никеля (I), биметалла Си—Ni (II) и сплава 204 (III) от времени старения в вакууме (сплошная линия) и в воздухе (штриховая) при 600 °С:
1 - проводник (отрезок); 2 — макет

Рис. 9.2. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении проводников из никеля (I), биметалла Cu-Ni (II) и сплава 204 (III) от времени старения в вакууме (сплошная линия) и в воздухе (штриховая) при 600 °С:
1 — проводник (отрезок); 2 — макет
Изоляция отрезков проводов при нагревании в условиях 600-800 °С растрескалась и осыпалась, в макетах после старения при 650 °С - 10 000 ч никелевая жила охрупчилась. Микроструктурный анализ показал рост зерен, окисление по их границам, образование окалины на поверхности и развитие пористости после выдержки при 600 °С — 6000 ч. Как видно из рис. 9.1, а и 9.2, а, старение приводит также к увеличению электрического сопротивления жилы и уменьшению ее механической прочности уже
в первые 100 ч нагревания. После старения отрезков провода с изоляцией в воздушной среде при 800 °С по данным микрозондового рентгеновского анализа имело место проникновение никеля в изоляцию провода на глубину примерно 30 мкм, проникновение же в жилу элементов А1, Ti, Ва, V, РЬ, Сг, входящих в состав изоляции, не обнаружено.
Неизолированные биметаллические проводники из меди и никеля при нагревании окислялись с образованием черной окалины, сквозное окисление проводника диаметром 0,5 мм наступало после 500 ч нагрева при 800 °С. После старения при 600 °С — 5000 ч проводник еще полностью не окислен. Микроструктурный анализ показал наличие взаимной диффузии меди и никеля и значительную пористость, сосредоточенную в переходной зоне, размер которой растет с увеличением температуры и времени выдержки. Взаимная диффузия меди и никеля сопровождалась ростом электрического сопротивления (рис. 9.1, б), механическая прочность изменялась незначительно, по-видимому, в связи с процессами образования в переходной зоне твердого раствора медь—никель наряду с процессами окисления.
При нагревании неизолированных проводников из сплава 204 также наблюдали интенсивное окисление с образованием черной отслаивающейся окалины. Изоляция провода на этом сплаве растрескивалась и осыпалась вместе с окалиной. Проводник диаметром 0,5 мм нормально работал при температуре 600 °С - 500 ч, при 700 °С — 80 ч, при 800 °С - 10 ч. После старения на воздухе при 650 °С — 1000 ч в макетах обнаружили зеленые пятна, охрупчивание жилы, местами сечение разрушено до 80%. Микроструктурный анализ также показал разрушение поверхности и развитие диффузионный пористости. Электрическое сопротивление и механическую прочность в воздушной среде не определяли из-за разрушения поверхности.

Исследование взаимодействия проводников с изоляцией в вакууме

При нагревании металлов и сплавов в вакууме и в вакуумированных ампулах протекают процессы роста зерен, рекристаллизация, испарение металлов с поверхности. Отсутствие внутреннего окисления приводит к еще более быстрому росту зерна, чем при нагревании в воздушной среде. В процессе старения проводов в вакууме выявили, что поверхность неизолированных проводников после старения остается блестящей и гладкой. Изоляция же проводов при этом чернеет. После старения макетов при 600 °С — 12000 ч никелевая жила в них сохраняет металлический блеск и гладкую поверхность. Микроструктурный анализ таких образцов показал неравномерность размеров зерен по длине проволоки, местами видна темная зона взаимодействия металла и изоляции. Исследованиями установлено также, что значения электрического сопротивления и разрушающего напряжения при растяжении проводов при старении в вакууме при 600 °С практически не изменились в течение тысяч часов (рис. 9.1 и 9.2), количество двойных перегибов в первые 500 ч нагревания уменьшалось вдвое, затем в течение 15 000 ч практически не изменялось (рис. 9.3).


Puc. 9.3. Зависимость количества перегибов, выдерживаемых проводами из различных металлов во время старения в вакууме (сплошная линия) и в воздухе (штриховая) при 600 °С:
1 - провод (отрезок); 2 - макет; 1а, 2а - никель; 1 б, 26 - биметалл; 1 в, 2 в - сплав 204

Поверхность биметаллических проводников из меди и никеля после старения в вакууме также оставалась гладкой и блестящей, никелевое покрытие сохранялось полностью. По данным измерений электрического сопротивления и механических свойств в процессе старения в вакууме при 600 °С их показатели близки к данным, определенным в воздушной среде в таких же температурных условиях. Микрозондовый анализ обнаружил диффузию меди сквозь никелевую оболочку после старения при 600 °С - 1000 ч, элементов изоляции (Al, Ti, Si, V) в проводниковой жиле в этих условиях не обнаружено. Выявляли также, что после старения таких проводов в вакуумированных ампулах их внешний вид изменился: поверхность растравлена, утрачен блеск - образец стал матовым. После нагревания при 800 °С никелевая оболочка отделилась от медной жилы. Микроструктурный анализ показал более интенсивный рост пор в вакууме, чем при нагревании в воздушной среде. При исследовании проводов из сплава 204 с гальваническим покрытием из никеля установили изменение поверхности (приобретает цвет меди) неизолированного провода после 70 ч нагревания в ампулах при 600-800 °С и в вакууме при 600 °С; на стенках ампул также обнаружен медный налет. Изоляция провода в вакууме чернела и осыпалась.  Микроструктурный анализ неизолированных проводников сплава 204 после старения в ампулах показал значительный рост зерна и диффузионную пористость, в изолированных проводах - проникновение продуктов разложения изоляции в проводник по границам зерен. При осмотре макетов, нагревавшихся в вакууме при 600 °С, обнаружены в ряде мест металлизированные медью участки компаунда; жила несмотря на сохранение гибкости и блеска местами разрушена с поверхности. После старения в вакууме при 600 °С - 4000 ч механическая прочность проводов снижается на 20-25%, количество перегибов — на 50 %, электрическое сопротивление увеличивается вдвое (рис. 9.1-9.3). Из-за случайных очагов разрушения поверхности наблюдали большой разброс значений по всем этим свойствам. После старения при 650 °С - 2000 ч по данным микрозондового анализа проводника в жиле обнаружены локальные повышенные концентрации хрома, а в изоляции — наличие меди.
Таким образом, как показали исследования, при длительном нагревании проводов основными факторами, определяющими характер и степень изменения свойств проводников, являлись процессы роста зерен, порообразования, внешнее и внутреннее окисление. Обнаружено также взаимодействие между проводящей жилой и изоляцией. Длительное нагревание проводов в воздушной среде сопровождается ростом зерен, внешним и внутренним окислением проводника и взаимодействием между оксидами компонентов жилы и оксидами, входящими в состав изоляции. Длительное нагревание проводов в вакууме сопровождается ростом зерен и взаимной диффузией меди и никеля в случае сплава 204 и биметалла медь-никель; здесь взаимодействие между компонентами жилы и оксидами, входящими в изоляцию, не является определяющим. Проведенная работа показала, что проводники из никеля могут надежно работать в вакууме при температурах до 700 °С - 15000 ч; в воздушной среде они работоспособны при температурах до 600 °С в течение 5000 ч. Проводники из биметалла медь- никель могут работать в вакууме при 600 °С — 10000 ч. Проводники из сплава 204 в воздушной среде при температурах 600 °С и выше работать не могут. В вакууме эти проводники сохраняют работоспособность при 600 °С — 12000 ч, однако при этом сопротивление жилы возрастает на 30%, механическая прочность снижается на 25%, имеются местные разрушения поперечного сечения.



 
« Высоковольтные выключатели переменного тока   Генераторные выключатели и комплексы »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.