История электротехники - Коллектив авторов

Разработаны и проходят стадию технологического опробования цианэтилированные целлюлозные материалы, а также ацетилированные бумаги. По сравнению с аналогичными материалами, изготовленными на обычной целлюлозе, нагревостойкость цианэтилированных целлюлозных материалов приблизительно на 20 °С выше, водопоглощение ацетилированных целлюлозных бумаг примерно на 50% ниже, удельное сопротивление на два-четыре порядка выше. Снижается также зависимость сопротивления от температуры. В ВЭИ созданы стеклянные бумаги, изготовляемые сухим формованием и методом растяжки срезов стекловолокон. Новые материалы обладают высокой нагревостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, высокой прочностью на разрыв. Качество асбестовых бумаг, выпускаемых промышленностью, не отвечает основным требованиям, предъявляемым к электроизоляционным материалам. В связи с этим ВЭИ разработана технология изготовления тонких асбестовых бумаг на основе хризотилового асбеста с повышенными электрическими характеристиками. Нагревостойкость различных электроизоляционных материалов, в которых применены эти бумаги, 400 °С.

В электротехнике (в трансформаторостроении, кабельной технике) широко применяются нефтяные масла. Однако они имеют существенный недостаток — способны окисляться при повышенных температурах, в результате чего образуются осадки, изменяющие физико-химические и электрические характеристики масел. Кроме того, нефтяные масла горючи и взрывоопасны, имеют низкую диэлектрическую проницаемость. Все это обусловило необходимость форсирования работ, связанных с получением синтетических жидких диэлектриков. В ВЭИ, ВНИИЭМ и ряде других организаций интенсивно ведутся работы по синтезу электроизоляционных жидкостей различного химического состава (хлор- и фторсодержащие углеводороды, жидкие полиизобутилены, кремнийорганические жидкости).

Наибольший интерес для электротехнической промышленности представляют жидкие хлордифенилы — смеси индивидуальных хлорпроизводных дифенила. Хлордифенилы негорючи, взрывобезопасны, имеют высокие электрические характеристики и термически стабильны. К таким электроизоляционным материалам относятся: совол, хлордифенил и совтол, производство которых уже освоено промышленностью.

Для заполнения малогабаритных трансформаторов, рассчитанных на работу при высоких температурах, применяются фторорганические жидкости, имеющие наряду с высокими электрическими характеристиками хорошие охлаждающие свойства. Для пропитки силовых кабелей широко используется масло октол (смесь полимеров изобутилена), обладающее высокой термической стабильностью и стабильностью в электрическом поле. Для силовых высоковольтных трансформаторов создан специальный целлюлозный картон.

В 50-е годы разработаны жидкие кремнийорганические диэлектрики, которые отличаются высокой нагревостойкостью, имеют низкую температуру застывания, малый температурный коэффициент вязкости, хорошие электрические свойства в широком интервале частот и температур, химически инертны. Отечественной промышленностью освоен выпуск нескольких разновидностей полиорганосилоксановых жидкостей. Наибольший интерес представляют полиметил- и полиэтилсилоксановые жидкости с высокими температурами кипения.

Наиболее важным из числа газообразных электроизоляционных материалов является воздух. В силу своей всеобщей распространенности воздух часто входит в состав электротехнических установок и играет в них роль электроизоляционного материала дополнительно к жидким и твердым электротехническим материалам. Однако электрическая прочность воздуха весьма невелика [10.6].

В 1941–1942 гг. Б.М. Гохберг опубликовал результаты исследования электрофизических характеристик гексафторида серы. Это соединение оказалось наиболее перспективным для изоляции электроустановок и было названо Б.М. Гохбергом элегазом. Само название «элегаз» указывает на то, что это газ, предназначенный для целей электротехники.

Современное развитие электротехники идет в направлении повышения напряжений, роста мощностей и увеличения частот. К электротехническим материалам, применяемым в электро- и радиотехнике, предъявляются более высокие, чем прежде, требования.

Повышение уровня характеристик может быть достигнуто как путем усовершенствования известных материалов, так и посредством синтеза новых диэлектриков. Так, для высокочастотной техники может представить интерес синтез керамических материалов с малыми потерями и высокой добротностью. В области электроизоляционных материалов, предназначенных для работы при промышленной частоте, очень важно повысить их нагрево- и влагостойкость. Большие перспективы в этом отношении имеют электроизоляционные композиции на основе кремний-органических полимеров, эпоксидных и полиуретановых смол.

10.3. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

В настоящее время под керамическими материалами подразумеваются не только такие мате-

риалы, как фаянс, фарфор, огнеупоры, строительная керамика, абразивы, эмали, цементы и стекла, но также неметаллические магнитные материалы, сегнетоэлектрики, синтетические монокристаллы и другие виды, еще не существовавшие несколько лет назад.

Слово керамика происходит от греческого слова «keramos», что означает горшечная глина или фаянс. Традиционная керамика изготавливается силикатной промышленностью, которая занимается главным образом производством изделий из глин, цемента и силикатных стекол.

Изготовление фаянса путем формования и обжига глиняных изделий известно давно. В раскопках находят изделия из обожженной глины, имеющие возраст около 17 тыс. лет. В Египте около 5 тыс. лет до нашей эры существовало промышленное производство керамических изделий.

Производство силикатных стекол известно также с древних времен. Эмали на каменных украшениях и изделия из стекла были известны 12–5 тыс. лет до нашей эры, а в Египте около 2 тыс. лет до нашей эры имелась достаточно развитая стекольная промышленность.

Производство цементных материалов получило развитие не более 200 лет назад.

В России гончарное производство было широко распространено уже в X–XIII вв. Глиняные изделия, найденные при раскопках Великого Новгорода, указывают на высокое мастерство русских гончаров.

В XVIII в. в России был создан фарфор и стало осваиваться его промышленное производство. В 1756 г. под Москвой строится фарфоровый завод. В 1798 г. начинает выпускать продукцию первый фаянсовый завод вблизи Киева.

В XIX в. керамическая промышленность России добивается значительных успехов. Центрами силикатной промышленности становятся такие города, как Москва, Санкт-Петербург, Харьков и др.

Если провести анализ керамической промышленности развитых стран, то можно увидеть, что наибольший объем занимает производство натрий- и кальцийсиликатных стекол. Затем наиболее крупным по объему является производство извести и цемента (здесь большая доля падает на производство строительного цемента). Наиболее разнообразная группа изделий относится к тонкой керамике, которая включает фаянс, фарфор и другие виды материалов с тонким черепком. К следующей распространенной группе традиционной керамики относятся эмали, выпускаемые для покрытия металлов, затем следуют строительные материалы, огнеупоры и абразивные материалы.

Несмотря на то что силикатная (традиционная) керамика составляет наибольший объем выпускаемых керамических изделий и материалов, в последнее время разрабатываются разнообразные типы новых керамических материалов, которые обладают уникальными свойствами. Такие материалы разработаны либо для применения при очень высоких температурах и при этом обладают большой механической прочностью, высокими значениями электрического сопротивления и химической стойкостью, либо при исследовании материалов, когда открываются новые свойства, которые позволяют создавать принципиально новые устройства или существенно улучшить параметры существующих (например, открытие варисторного и позисторного эффектов, высокотемпературной сверхпроводимости и гигантского магнитного сопротивления в оксидных перовскитовых структурах).

В последние 50 лет было создано много новых керамических материалов [10.8–10.13]:

керамика чистых оксидов для специальных электротехнических или огнеупорных изделий характеризуется высокими значениями ряда свойств и стабильностью; ее изготовляют чаще всего на основе корунда Аl2O3, диоксида циркония ZrO2, оксида магния (MgO), шпинели MgAl2O4 и форстерита Mg2SiO4;

ядерное топливо на основе использования диоксида урана UO2, который сохраняет свои свойства при длительном использовании в ядерных реакторах;