Диэлектрические ( кабельные) резины и их назначение
Диэлектрические (кабельные) резины характеризуются малыми диэлектрическими потерями и высокой электрической прочностью. Получают их из кремнийорганических, этилен-пропиленовых, изопреновых каучуков, наполненных светлыми минеральными наполнителями.
Традиционные резины на основе натурального, изопренового и бутадиен-стирольных каучуков широко применялись и применяются для изоляции и оболочки проводов и кабелей, рассчитанных на напряжение до 25 кВ. В настоящее время кабельными заводами России выпускается более 200 различных марок кабелей и проводов с применением резин. Наиболее резиноемкими кабелями, выпускаемыми в России, являются гибкие силовые (шланговые) провода и кабели, судовые и шахтные кабели. Однако, с появлением полимерных материалов, состоящих из насыщенных углеводородных макромолекул и, следовательно, обладающих более высокой тепло-, озоно-, влагостойкостью и более стабильными электрическими параметрами, указанные эластомеры все чаще вытесняются полиолефинами и этиленпропиленовым каучуком. Следует упомянуть о бутил каучуке — популярном изоляционном компаунде для кабелей среднего напряжения в период 1940—1950 гг. Этилен-пропилен-диеновые каучуки (СКЭПТ), особенно новые марки, полученные на металлоценновых катализаторах — наиболее распространенные в мировой кабельной промышленности изоляционные эластомеры. Применяются с начала 1960-х годов в качестве конкурента сшитой политиленовой изоляции для силовых кабелей распределительных энергосистем напряжением до 35 кВ. Отличаются хорошей эластичностью, повышенной озоно- и атмосферостой-костью, но недостаточная термо-, влаго- и триингостойкость ограничивает их использование в кабелях выше 138 кВ.
Среди защитных (оболочковых) покрытий кабельных изделий необходимо отметить ряд полярных каучуков, отличающихся высокой химической стойкостью к действию нефтепродуктов и других агрессивных сред. Хлоропреновую, а позднее и нитрильную резины достаточно широко применяют с середины XX века в качестве оболочки телефонных, шахтных, нефтепогружных и др. электрокабелей. Однако уровень их потребления последние 10—15 лет не растет, поскольку они проигрывают по теплостойкости относительно более новым оболочковым компаундам на базе хлорированных и хлорсульфированных полиолефинов, а также кремний и фторсодержащих каучуков.
Руководство по материалам электротехники для всех. Часть 7
Продолжение руководства по материалам электротехники. В этой части начинаем разбирать диэлектрики: стеклотекстолит, лакоткань, резину и эбонит. 
Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)
Стеклотекстолит
Разновидность текстолита, в которой используется стеклоткань и чаще всего эпоксидная смола. Обычно светло желтого цвета. Широко распространенный композиционный материал, сочетает в себе легкость, прочность, упругость, не гниет, трудногорюч.
В виде листов — основной материал печатных плат, имеет за рубежом название FR-4. достаточно прочный и стабильный для изготовления многослойных печатных плат. Вне формы листов частно именуется fiberglass — стеклопластик.
Примеры применения
Основной материал для изготовления печатных плат. Выпускается уже с заранее наклеенной медной фольгой с одной или с двух сторон, именуется «Стеклотекстолит фольгированный ГОСТ 10316-78».
Заготовки печатных плат из 1,5 мм фольгированного стеклотекстолита.
Конструкционный материал. В виде листов различной толщины «Стеклотекстолит конструкционный ГОСТ 10292-74» Оправки катушек, держатели электродов, корпусные элементы.
Обрезки листового стеклотекстолита различной толщины. Деталь на переднем плане специально была сломана — на изломе виден текстильный материал.
Электроизоляционный материал. В качестве прокладок, сепараторов, держателей, защитных пластин.
Что стоит добавить
Стеклотекстолит и стеклопластики вообще — очень интересные материалы. Стеклопластиковая арматура при падении на бетонный пол звенит, что говорит о высокой упругости материала. Материал легче стали, при этом во многом сопоставим с ней по прочности.
Материал анизотропен. Так как он слоистый, при нагрузке перпендикулярно слоям он значительно прочнее, чем при нагрузке направленной на разделение слоев. При изготовлении изделий путем формования стеклоткани с эпоксидной смолой это учитывают при выборе направлений укладки ткани.
Материал обманчиво легко обрабатывается. Легко режется ножовкой, пилится напильником, сверлится. Но стеклянные волокна в составе очень быстро изнашивают рабочую кромку инструмента. Обычные сверла из быстрорежущей стали тупятся уже после двух-трёх десятков отверстий, поэтому стеклотекстолит на производстве печатных плат сверлится твёрдосплавными сверлами из карбида вольфрама. Но сверла эти очень хрупкие и сверлить ими возможно только в станке.
Материал разрушается необратимо, этим поведением (как и треском при разрыве волокон) сильно напоминает дерево. Если стальная деталь при превышении нагрузки погнется, то её можно при помощи молотка и какой-то там матери выправить обратно, то стеклопластиковая деталь при превышении нагрузки с треском теряет форму и ремонту не подлежит, только замене.
Стеклотекстолит не гниет, стоек к атмосферным воздействиям (однако может расслаиваться из-за замерзания попавшей в случайные поры воды зимой) и прозрачен для радиоволн. Поэтому из него делают различные обтекатели для антенн, кожухи, корпуса. Оборотная сторона медали — материал не подлежит переработке. Вообще, отправляется на свалку и будет лежать там столетиями.
Изготовление изделий сложной формы — неавтоматизируемый процесс с обилием ручного труда. Правильно разложить ткань, подрезать, расправить складки, нанести смолу, выгнать пузыри воздуха — всё вручную. Поэтому изделия из стеклопластиков, из карбона (ткань из углеродного волокна) дорогие и вряд ли когда-то станут дешевле. Это собственно и поставило крест на стеклопластиковых кузовах авто — долго, дорого их производить и не переработать в металлолом потом, хотя такой кузов почти вечный и не заржавеет. Некоторые изделия получают автоматизированной намоткой стеклонити — газовые баллоны, арматуру.
Лакоткань
Лакоткань — гибкий электроизоляционный материал, состоит из ткани (хлопчатобумажная, синтетическая, стеклоткань) пропитанной эластичным связующим (лаки, смолы). Есть ГОСТ 28034-89 на лакоткани.
Кусочек лакоткани. Часто можно встретить в трансформаторах.
Так как слой ткани всего один — лакоткань гибкая и прочная, и зачастую полупрозрачная. Иногда связующее специально делают липким, слои такой ткани хорошо слипаются образуя со временем почти монолитный слой.
Применяется часто для изоляции слоев обмоток в трансформаторах, в обмотках электромоторов, генераторов.
Резина
Эластичный материал, получаемый вулканизацией каучука. Вообще часто резиной называют любой эластичный материал, не акцентируя на разницу в составе, хотя силиконовая резина от изопреновой отличается довольно сильно.
Кабель в резиновой изоляции, поликлиновой приводной ремень, уплотнительные кольца — изделия из резины.
До изобретения вулканизации природный каучук был специфическим материалом — липким на жаре, ломким на холоде, непрочным. Открытие вулканизации Гудиером позволило лишить резину природных недостатков. Если в исходное сырьё ввести 1-2% серы, то при нагревании между молекулами каучука образуются мостики через атомы серы, в результате чего резина становится упругой, эластичной. Если ввести много серы (30%), то мостиков будет так много, что резина станет твёрдой, получится материал под названием эбонит. Регулируя степень вулканизации можно регулировать свойства материала в широких пределах.
Примеры применения
Изоляция проводов. Повод в резиновой изоляции обладает рядом преимуществ перед собратом с изоляцией из ПВХ, резина на морозе дубеет не так сильно, не плавится. Нагревательные приборы, не исключающие контакт с питающим проводом, имеют провод из термостойкой изоляции, например, утюги. Удлинитель из провода в резиновой изоляции —
хорошее решение для тяжелых условий эксплуатации. К сожалению медные жилы такого провода очень часто окисляются, что осложняет монтаж.
Уплотнения. Резиновые колечки, прокладки, манжеты, часто не только обеспечивают
герметичность, но и устраняют неприятные люфты и вибрации в изделиях.
Приводные ремни. Гибкие ремни круглого (пассики), квадратного, плоского, клинового,
поликлинового сечений, зубчатые… и множество других форм. Предназначены для передачи вращения в разных механизмах, например от вала электродвигателя на реечный привод выдвижения лотка у DVD дисковода.
Средства защиты от напряжения. Резиновые перчатки, боты, коврики — всё для защиты электрика от удара электрическим током.
Эбонит
Эбонит — представляет собой высоко-вулканизированный каучук с большим (до 30%) содержанием серы, за счет чего, в отличии от привычной резины, обладает твёрдостью. Есть ГОСТ 2748-77 на эбонит.
Эбонитовый пруток. Я сточил часть прутка для видимости самого материала.
Резиновая защита от высокого напряжения или несколько слов о диэлектрических коврах
Для обеспечения электричеством жилых домов, промышленных и коммерческих объектов в постоянной эксплуатации находятся тысячи объектов электроэнергетики. При этом их работники вынуждены работать с электротоками низких и высоких напряжений. Без применения соответствующей защиты рабочего места рабочие рискуют получить поражение электрическим током при выполнении своих повседневных обязанностей. Одним из элементов такой защиты являются диэлектрические ковры.
Известно, что традиционные типы резин относятся к классу диэлектрических материалов. Для обеспечения высокой надежности и стабильности эксплуатационных показателей изоляционных материалов необходимо было выделить главные характеристики, влияющие на уровень сопротивления, такие как: толщина полотна резины, тип каучука и виды ингредиентов, составляющие резиновую смесь. В процессе совершенствования таких характеристик был создан отдельный класс специальных напольных защитных материалов – диэлектрические резиновые ковры.
Диэлектрические резин овые ковры являются электроизоляционными материалами для покрытия полов в трансформаторных и электрических подстанциях, энергетических установках, в электрощитовых, производственных и других закрытых помещениях. Диэлектрические ковры призваны обеспечить защиту персонала и оборудования от возможного негативного воздействия электрического тока.
Современный диэлектрический ковёр представляет собой полотно электроизоляционной резины, которое изготавливается путем высокотемпературной вулканизации на барабанных установках непрерывного действия из каландрованных заготовок резиновых смесей, химический состав которых подобран исходя из требований изоляции.
Высокие показатели выдерживаемого пробивного напряжения для современных диэлектрических резиновых ковров – до 50 кВ – достигаются за счет применения рецептур на основе неполярных синтетических каучуков. Предпочтительно, чтобы из состава таких резиновых смесей, идущих на изготовление диэлектрических ковров, были исключены ингредиенты проводящие электричество, такие как технические углероды (сажи) и графиты, а также добавлены материалы, повышающие электрическое сопротивление. Бессажевые резины видны даже невооруженным глазом – их цвет отличен от черного, характерного для резин, наполненных сажами. При этом не стоит думать, что не может быть диэлектрических ковров из резин наполненных техническими углеродами. Показатели выдерживаемого пробивного напряжения для резиновых ковров доводятся до регламентных за счет увеличения толщины полотна.
Поверхность полотна диэлектрического ковра в большинстве случаев имеет продольное рифление, что, увеличивая коэффициент трения, снижает возможность проскальзывания обуви на покрытии. Реже поверхность ковра делают гладкой, если это является одним из требований эксплуатации.
Важнейшей стадией производства современных диэлектрических резиновых ковров в соответствии с евростандартом IEC 61111:2002 является сплошной измерительный контроль пробивного напряжения для каждого метра покрытия.
В соответствии с требованиями стандарта IEC 61111:2002 диэлектрические ковры имеют прочную и стойкую к истиранию маркировку, наносимую непосредственно в процессе вулканизации, что позволяет клиенту иметь точную информацию об изделии на протяжении всего периода эксплуатации.
Такую технологию и систему контроля используют ведущие европейские производители, в т.ч. словацкая компания Bogu ma s.r.o., продукцию которой представляет на российском рынке НТЦ «Резина».
Использование защитных электроизоляционных покрытий, отвечающих вышеперечисленным критериям выбора, позволяет значительно снизить вероятность неприятностей, даже при работе с электрическими токами высоких напряжений.
Резина как диэлектрик
12. Электроизоляционные резины
Резиновые материалы представляют собой сложную смесь разнообразных компонентов, основным из которых является продукт вулканизации каучука.
Свойства резиновых материалов:
- высокая эластичность в широких интервалах температур;
- хорошая вибростойкость;
- повышенная химическая стойкость;
- стойки к истиранию;
- хорошие диэлектрические свойства.
Недостатки резиновых материалов:
- невысокая бензо-и маслостойкость;
- относительно низкая тепло-и морозостойкость;
- склонность к старению под действием тепла, кислорода и света;
- содержит свободную серу, а она с течением времени выделяется и вызывает коррозию металлов, контактирующих с резиной.
Основными компонентами резин являются каучук, вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, наполнители, противостарители, мягчители, регенерат и красители.
Каучук – основа резиновых смесей, определяющая основные физико-химические и механические свойства резин.
Вулканизация – это физико-химический процесс взаимодействия каучука с вулканизующим веществом, в результате которого происходит изменение свойств каучука: он теряет пластичность, становится эластичным, увеличивается прочность, стойкость к действию химических веществ. Важнейшим вулканизирующим веществом является сера.
Процесс вулканизации в смесях, содержащих одну серу, протекает медленно. Для сокращения времени вводят химические вещества, называемые ускорителями вулканизации (альтакс, каптакс, тиурам).
Наполнители – порошкообразные материалы: активные (сажи, каолин, цинковые белила) – повышают прочность при разрыве, сопротивление истиранию; неактивные(мел, тальк) – для удешевления резин.
Мягчители – вещества, предназначенные для облегчения перемешивания каучука с порошкообразными составляющими и придания резине мягкости (вазелиновое масло, парафин, стеарин, канифоль).
Противостарители применяют для предохранения резиновых изделий от старения (ароматические амины и диамины).
Регенерат – продукт переработки старых резиновых изделий, заменяет каучук, дешевле его.
Красители служат для окраски резины (окись титана, сурик, ультрамарин).
Электротехнические резины включают электроизоляционные и электропроводящие резины. Электроизоляционные резины, применяемые для изоляции токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных перчаток и обуви, изготовляют только на основе неполярных каучуков НК, СКБ; СКС, СКТ и бутилкаучука.
Электропроводящие резины для экранированных кабелей получают из каучуков НК, СКН, наирита, особенно из полярного каучука СКН-26 с введением в их состав углеродной сажи и графита (65-70 %).
Резину, стойкую к воздействию гидравлических жидкостей, используют для уплотнения подвижных и неподвижных соединений гидросистем, рукавов, диафрагм, насосов; для работы в масле применяют резину на основе каучука СКН, набухание которой в жидкости не превышает 1-4 %. Для кремнийорганических жидкостей применимы неполярные резины на основе каучуков НК, СКМС-10 и др.