ТВЕРДЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ  

Общие характеристики твердых  диэлектриков.

Добавим некоторые термины, специфичные для твердых диэлектриков:

химическая стойкость- способность выдерживать контакты с разными средами (кислота - кислотостойкость, щелочь - щелочестойкость, озон - озоностойкость, масло - маслостойкость, вода - водостойкость);

трекингостойкость- способность противостоять действию дуги;

дендритостойкость - способность противостоять образованию дендритов.

Виды диэлектриков. Применение твердых диэлектриков в энергетике.

          Все диэлектрические материалы можно разделить на группы, используя разные принципы. Например, разделить на неорганические и органические материалы.

Неорганические диэлектрики: стекла, слюда, керамика, неорганические пленки (окислы, нитриды, фториды), металлофосфаты, электроизоляционный бетон. Особенности неорганических диэлектриков - негорючи, как правило, свето-, озоно, - термостойки, имеют сложную технологию изготовления. Старение на переменном напряжении практически отсутствует, склонны к старению на постоянном напряжении.

Органические диэлектрики: полимеры, воски, лаки, резины, бумаги, лакоткани. Особенности органических диэлектриков - горючи (в основном), малостойки к атмосферным и эксплуатационным воздействиям, имеют (в основном) простую технологию изготовления, как правило, более дешевы по сравнению с неорганическими диэлектриками. Старение на постоянном напряжении практически отсутствует, на переменном напряжении стареют за счет частичных разрядов, дендритов и водных триингов.

Применение в энергетике:

 - линейная и подстанционная изоляция - это фарфор, стекло и кремнийорганическая резина в подвесных изоляторах ВЛ, фарфор в опорных и проходных изоляторах, стеклопластики в качестве несущих элементов, полиэтилен, бумага в высоковольтных вводах, бумага, полимеры в силовых кабелях;

- изоляция электрических приборов - бумага, гетинакс, стеклотекстолит, полимеры, слюдяные материалы;

- машин, аппаратов - бумага, картон, лаки, компаунды, полимеры;

- конденсаторы разных видов- полимерные пленки, бумага, оксиды, нитриды.

          С практической точки зрения в каждом случае выбора материала электрической изоляции следует анализировать условия работы и выбирать материал изоляции в соответствии с комплексом требований. Для ориентировки целесообразно разделить основные диэлектрические материалы на группы по условиям применения.

1. Нагревостойкая электрическая изоляция. Это в первую очередь изделия из слюдяных материалов, некоторые из которых способны работать до температуры 700 °С. Стекла и материалы на их основе (стеклоткани, стеклослюдиниты). Органосиликатные и металлофосфатные покрытия. Керамические материалы, в частности нитрид бора. Композиции из кремнийорганики с термостойким связующим. Из полимеров высокой нагревостойкостью обладают полиимид, фторопласт.

2. Влагостойкая электрическая изоляция. Эти материалы должны быть гидрофобны (несмачивание водой) и негигроскопичны. Ярким представителем этого класса является фторопласт. В принципе возможна гидрофобизация путем создания защитных покрытий на других негидрофобных диэлектриках.

3. Радиационно стойкая изоляция. Это, в первую очередь, неорганические пленки, керамика, стеклотекстолит, слюдинитовые материалы, некоторые виды полимеров (полиимиды, полиэтилен).

4. Тропикостойкая изоляция. Материал должен быть гидрофобным, чтобы работать в условиях высокой влажности и температуры. Кроме того, он должен быть стойким против плесневых грибков. Лучшие материалы: фторопласт, некоторые другие полимеры, худшие - бумага, картон.          

Новосибирская фирма выполняет заказ по поставке в одну из тропических стран прибора для обнаружения взрывчатых веществ. В высоковольтном блоке прибора используется изолятор из фторопласта.  При изготовлении работник произвольно заменил дорогой фторопласт более дешевым поливинилхлоридом, обладающим соответствующими электрофизическими характеристиками, но не обладающим необходимой гидрофобностью. В результате при испытаниях произошли ложные срабатывания и фирма потерпела убытки.

5. Морозостойкая изоляция. Это требование характерно, в основном для резин, т.к. при понижении температуры все резины теряют эластичность. Наиболее морозостойка кремнийорганическая резина с фенильными группами (до -90°С).

6. Изоляция для работы в вакууме (космос, вакуумные приборы). Для этих условий необходимо использовать вакуумно-плотные материалы. Пригодны некоторые, специально приготовленные керамические материалы, малопригодны полимеры.

Цель работы - Изучение вращения тела вокруг закрепленной оси на примере маятника Обербека. Приборы и материалы - маятник Обербека, нить с грузами и перегрузками, милисекундометр. Теория. При вращательном движении твердого тела вокруг закрепленной оси все точки тела описывают окружности в плоскостях, перпендикулярных к оси вращения с центрами лежащими на этой оси. Если ось вращения - одна из главных осей инерции тела, то основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела выглядит следующим образом 1) и преобразуется к виду 2); где - момент импульса твердого тела, - сумма всех моментов сил приложенных к телу, I - момент инерции тела относительно оси вращения, N - сумма проекций моментов сил на ось вращения, - угловое ускорение тела. В этой работе, для изучения вращения тела, я использовал маятник Обербека. Твердое тело выполнено в виде крестовины из стержня с насажанными грузами m1. Вращатель-ный момент N создается натяжением нити Т, переброшенной через шкив радиуса r, насажанный на ту же ось, что и крестовина. К нити привязан груз (с перегрузками) суммарной массы m. Экспериментально проверяя правильность следствий, вытекающих из уравнения 2). Без учета момента сил трения в оси подшипника шкива уравнение 2) принимает вид 3) здесь принято во внимание, что Т=Т' (нить невесома). Используя для описания движение платформы с перегрузком второй закон Ньютона и учитывая связь между ускорением платформы с перегрузком и угловым ускорением крестовины, получим еще два уравнения: 4) 5) . Знаки проекции величин, входящих в 4), соответствуют положительному направлению оси Х, ко-торый направлен от оси вращения вертикально вниз. Из уравнений 3) и 5) получаем: 6) . Так как платформа с перегрузком из состояния покоя движется прямолинейно с постоянным ус-корением, то проходимое ими расстояние меняется со временем по закону: 7) Исключая из 6) и 7) ускорение получим формулу для момента инерции маятника 8) . Уравнение 8) получено без учета момента силы трения в оси подшипника шкива. Предполагая, что этот момент практически не зависит от угловой скорости вращения маятника, то есть является постоянным, можно экспериментально определить его величину Для этого к концу нити намотанной на любой из шкивов прикрепляется платформа с перегрузками суммарной массой m, поднятая на высоту h. Очевидно, что до того момента, когда маятник начнет вращаться, система маятник - платформа обладает потенциальной энергией mgh