> Техника, страница 32 > Волокнистые изоляционные материалы

Волокнистые изоляционные материалы

Волокнистые изоляционные материалы (электрические), класс наиболее важных в электрохозяйстве естественных и, в особенности, искусственных диэлектриков, имеющих основанием вещества волокнистого строения и производимых из ваты (смотрите) путем организации распределения волокон и увеличения связи между ними. Во многих случаях волокнистое основание применяется в качестве В. и. м. без каких-либо посторонних дополнений, и тогда своеобразные свойства В. и. м. проявляются особенно отчетливо. Но гораздо многочисленнее случаи применения волокнистых веществ в сочетании с иными веществами—лаками, смолами, битуминозными составами и тому подобное. склеивающими, скрепляющими и сообщающими им влаго- и газонепроницаемость, иногда жесткость, липкость и другие специальные свойства. В некоторых случаях волокнистое основание просто пропитывают изолирующей жидкостью (например минеральными маслами) или склеивают лаками, смолами, битуминозными составами и тому подобное. со слюдой, также для сообщения непроницаемости. Во всех этих случаях смешанного состава своеобразная природа волокнистого основания сказывается тем менее, чем тщательнее пропитка или иная обработка его: это вполне понятно, т. к. цель этой обработки заключается именно в исключении некоторых нежелательных явлений, свойственных волокнистому веществу. В виду этого при рассмотрении В. и. м. следует по преимуществу исходить от свойств волокнистых веществ в чистом виде.

Классификация В. и. м. Все В. и. м. могут быть рассматриваемы как структурные производные ваты: все они представляют дисперсные системы из упругой, твердой, волокнистой фазы в газовой, жидкой, полутвердой или твердой среде, причем характерные свойства волокнистой фазы проявляются тем менее, чем более вязкость среды. Структурное различие многочисленных

Табл, i .—С труктурная классификация волокнистых изоляционных материалов.

Структ. класс	Структ. тип	Распредел. волокон	Направление волокон		Виды В. и. метров.
	Вата	Объемное	Беспорядочное,равно вероятное		Вата—растительно волокнис-
о			по всем направлениям		тан, целлюлозная, асбестовая,
£					стеклянная и т. д.
					Рыхлый—бумага растительно-
					волокнистая,целлюлозная и асбе-
					стовая, разные виды легкого кар-
>» а					тона, шерстяной войлок, торфя-
к S	Войлок	Пластовое	Беспорядочное, с наибольшей		пая подстилка и т. д.
>> §			вероятностью в плоскости npo-j		Плотный—прессованный кар-
			стирания пласта		тон (прессшпан)
					Весьма плотный—анэлектрои,
ω д					вулканизованная фибра, перга-
Е-.					ментированная бумага, пилит и
О Си О	Прядь	Цилиндри-	Беспорядочное, с наибольшей		т. Д · Обвивка—из хлопка, шелка,
И и		ческое	вероятностью по оси цилиндра		вискозы
	Пряжа	Цилиндри-	Беспорядочное, с наибольшей		Нить, шнур—растителыю-во-
а		ческое	вероятностью по семейству вин-		локнистые, шелковые, асбестовые,
и			товых линий определенного вин-		стеклянные, вискозные и т. д.
« о			тового хода
	Веревка	Несколькими	Беспорядочное, с наибольшей		Изолирующие веревки—из раз-
С		ВИНТОВЫМИ	вероятностью по семейству дважды		ных волокон, сложные шнуры
		цилиндрами,	винтовых линии, имеющих проти-		из различных волокнистых мате-
о		не имеющими	воноложный смысл крутки, при		риалов
		перегибов	чем вероятнейшее направление
и			есть периодич. функции точки
д о>	Плете-		Беспорядочное, с наибольшей		Изоляционная тесемка — рас-
	ние 1	Плоской	вероятностью по направлению зиг-		тительио-волокнистая, шелковая,
	f	полосой	загообразных линии, имеющих		стеклянная и т. д.
х	Кинер )		волнистое искривление в плоско-		Изоляционная тесьма из разных
			стях, нормальных к плоскости		материалов
н Р*			простирания, причем наивсроят-
о			нейшее направление есть периоди
			ческая функция точки
	Лента )	Многими ци-	Беспорядочное, с наибольшей		Изоляционная лента,бинт, лип-
к §	1	линдрами, с	вероятностью но двум взаимно		кая лента.
О X		точками пере-	перпендикулярным линиям, име-		Изоляционные ткани—расти-
б 2		гиОа. причем	ющим волнистое искривление в		тельно-волокнистые(миткаль,кем-
		оси цилиндров	плоскости, перпендикулярной к		брик. муслин, Empire Cloth и
		имеют два	плоскости простирания, причем		т. д.), шелковые, асбестовые, сте-
К		взаимно пер-	наивероятнейшее направление		клянные
		пендикуляр-	есть периодическ. функция точки
к		иых напр а-
		вления

типов В. и. м. характеризуется видом математической функции точки, причем эта функция выражает вероятность того или другого направления волоконных осей в каждой точке. Это различие лежит, в качестве признака деления, в основании структурной классификации В. и. м. (табл. 1). Сырьевая классификация В. и. м. сообразуется с природой волокна и в этом отношении тождественна с классификацией ваты (смотрите Вата, табл. 1). Производственная классификация В. и. м. имеет в виду род обработки, которой подвергается волокнистое основание. Наконец, функциональная классификация (табл. 2) рассматривает В. и. м. как товар, в связи с его служебным назначением.

Т а б л. 2.— Функциональная классификация волокнистых изоляционных материалов (принятая Британской ассоциацией Eng. Stds Com.).

Класс диэлектриков	Вид материала данного класса
0. Непропитанные материалы из органических волокон	1. Непропитанные ткани из органич. волокон (хлопка, шелка, льна и т. д.) 2. Непропитанная бумага всех родов из органических волокон 3. Непропитанные тесьма, лента и навивка из органических волокон 4. Прессшпан
А. Материалы, пропитанные маслом, лаком, битуминозными составами и т. д.	1. Ткани из органич. волокна, пропитанные маслом или лакированные, в частности Empire Cloth 2. Бумага, лакированная или пропитанная маслом, битуминозными составами или воском 3. Хлопковая или шелковая обмотка 4. Прессованный картон 5. Вулканизованная фибра 6. Тесьма, лента и навивка 7. Бумага всех родов, включая слоистые бакелиты 8. Асбестовые изделия при объёмном содержании асбеста менее 75%
В. Огнестойкие материалы	1. Нек-рые миканитовые изделия—слюда-шелк, слю-да-кембрик, слюда-японс-кая бумага 2. Асбестовые тесьма, ткани, бумага и шнуры, с объёмным содержанием асбеста не менее 75% 3. Невоспламеняющийся и самогаснущий картон

Отношение к влажности. Природа волокна, составляющего основание данного В. и. м. (форма, размеры, химический состав и способ обработки), определяет многие свойства В. и. м. и не безразлична для остальных его свойств. Однако строение В. и. м. настолько своеобразно, что, независимо от природы волокна, В. и. м. имеют ряд общих свойств, присущих им как определенным дисперсным структурам. Эти свойства указаны в статье вата (смотрите); сложность распределения наиболее вероятных направлений волокон В. и. м. увеличивает и сложность общих свойств ваты благодаря явлениям анизотропии, неоднородности, периодичности и др. Наиболее своеобразная

io 15 2,0 2.5 5,0 5,5 №.

Фигура 1.

особенность В. и. м.—их отношение к влажности. Образуя сплетениями своих волокон бесчисленные запутанные капилляры с разветвлениями и слепыми порами, все В. и. м., а в особенности содержащие лишь волокнистое основание, обладают большим влаго-поглощением. Величина его зависит от рода волокна, степени его уплотнения и толщины слоя В. и. м. На фигуре 1 показана зависимость влагопоглощения от толщины слоя

%

для бумаги тощего размола, по РетцовуЕ¹]; кривая а характеризует привес бумаги через 3 часа, кривая б—через 24 часа. На фигуре 2 показана, по Флеммингу [²], зависимость той же величины от уд. веса В. и. м. в соответствии с родом волокна; кривая а относится к джуту и пеньке, б—к бумажному волокну и в—к хлопку. Указанные выше

капиллярные ходы, будучи сквозными, способны не только поглощать, но и проводить влагу туда, где она всасывается, испаряется или стекает. Это фитильное или сифонное

(в зависимости от формы В. и. м.) действие имеет важное практическое значение; оно исследовано Люмьером [³], выяснившим, что, с удлинением сифона из пропускной бумаги, хлопковой ткани ит. д. быстрота ка-• пиллярного передвижения возрастает, быстро приближаясь к характерной для данного В. и. м. постоянной (фигура 3). Дополнит, сведения о влагопоглощении В. и. м. см. Вата, Вулканизованная фибра и Бакелиты.

В отношении поглощения паров особенное значение имеет уже не простое наличие капилляров, а их форма—сужение и расширение их просвета, особенно в слепых ходах. Как выяснено теоретически и экспериментально Косоноговым [*],при переходе от широкого капилляра к узкому (фигура 4) возникает прирост давления газовой среды; поэтому рыхлое тело, находящееся во влажной газовой среде, должно сгущать в себе влажность, и все узкие места его капилляров служат ловушками влаги из среды. Выведенные из опыта кривые содержания влажности в различных целлюлозных полупродуктах (полумассах), в зависимости от влажности воздуха, представлены, по Герц-бергу [⁵], на фигуре 5: кривая а относится к белым древесным опилкам, б—к бурым, в— к натронной целлюлозе, г-jK льняному полупродукту, д—к хлопковому.

%

Поглощение капельножидкой и парообразной влаги В. и. м. чрезвычайно велико и, главное, изменчиво. Поэтому значения различных характеристик В. и. м. находятся в тесной связи с состоянием влажности В. и. м., и каждая характеристика меняется в весьма широких пределах.

Механические свойства В. и.м. Всем волокнистым веществам свойственна значительная упругость, дающая возможность сгибать их, сжимать и растягивать; эта высокая упругость, с одной стороны, и податливость к механич. воздействиям, с другой, обусловлены строением В. и. м., как целого, и высокой упругостью волокон, взятых в отдельности. Вата и производные от нее В. и. м. отличаются мягкостью, но состоят из волокон весьма твердых (таковы не только волокна асбестовые, стеклянные и тому подобное., но и волокна шелка, целлюлозы и др.). В частности, эта твердость имеет следствием весьма высокий электроположительный ранг целлюлозы в трибоэлектрическом ряде. Механические свойства В. и. метров. км

Фигура 6.

зависят от длины волокон, причем разрывная длина В. и. м. падает с увеличением длины волокна, тогда как удлинения при разрыве и способность выдерживать складку достигают наибольшего значения при волокнах от 1 до 1,5 миллиметров. Кривые Гофмана и Якобсена [⁶] (фигура 6) показывают эту зависимость для отбеленной целлюлозы: а— разрывная длина, б—удлинение при разрыве, в—остаточное удлинение и г—число выдерживаемых двойных перегибов, причем буквы без индексов относятся к целлюлозе тощего размола, а буквы с индексом—к жирному размолу. Содержание влаги в В. и. м. меняет их механические свойства в разном смысле: так, слишком сухие целлюлозные В. и. м. становятся ломкими, а слишком влажные—мало прочными на разрыв. Как пример на фигуре 7 дается кривая для не-пропитанной манильской бумаги по Дель-Мару [⁷], показывающая, что при 10% поглощенной влаги эта бумага обладает наи-

О Ю 20 30 40 50%

Фигура 7.

фигура 8, по Герцбергу [⁸], показывают прочность на разрыв (а и %) и соответственное удлинение (б и 6_t) хорошо проклеенной

бумаги в зависимости от влажности воздуха; кривые а и б относятся к продольному направлению бумаги, а, и б,—к поперечному. Прочность и удлинение, т. о., антидромны (взаимообратны походу—«ножницы»). Упругость и растяжимость различных волокон, а кг

также зависимость этих величин от влажности и быстроты растяжения подробно исследованы Каргером и Шмитом [^в] при помощи приборов ПоланиЁи [¹⁰]; в частности, модуль упругости овечьей шерсти установлен в 47 000 килограмм/см², а вываренного натурального шелка (тусса) — в 715 000 килограмм/см².

Действие нагрева. Вследствие сильного влияния влажности на свойства В. и. м. последние находятся в прямой зависимости от тепловых условий—длительности и t° нагрева; кроме того, свойства В. и. м. зависят от тепловых условий косвенно, через состояние влажности. Троутон [^п] теоретически вывел уравнение состояния влажности В. и. м. в зависимости от темп-ры и влажности атмосферы, подтвержденное до известной степени опытными данными Массона и Ричарда [¹²]. Это уравнение:

(где q—% поглощенного пара, Н—давление пара, Тс и п—постоянные данного вещества) не зависит от t° опыта. Однако гораздо лучше согласуется с данными опыта эмпирическое соотношение японских исследователей Кудзираи, Кобаяси и Ториямы [“]:

1 ⁼ Lp- + M-Np ’ ^

где q имеет то же значение, р—относительная влажность воздуха в %, L, М и N— постоянные, значения которых даны в таблице 3.

Таблица 3.—Ч исленные значения коэффициентов в формуле (2).

Материал	L	М	N
Хлопковая ткань.	16,51 1,835	0,1133	0,00173
Манильская бумага.		0,175	0,00156
Канатная бумага.	3,42	0,172	0,00158
Лакированная канатная бумага ..	11,34	0,146	0,00170
Литероид (Leatheroid).	3,26	0,160	0,00133
Прессшпан.	3,04	0,161	0,00135
Фильтровальная бумага	2,76	0,179	0,00153
Шелк..	2,23	0,149	0,0)137
Асбестовая бумага.	9,00	0,910	0,00826

Значительною гигроскопичностью В. и. м. объясняется и косвенная зависимость всех их свойств, связанных с влажностью, от t°. Кроме того, нагрев меняет свойства раз личных веществ, пропитывающих, склеивающих и заполняющих поры В. и. м., и этим опять изменяет их свойства.

Старение. Влияние более высокой f° или более длительного прогрева выражается также в постарении многих В. и. м., поскольку стареет образующее их волокно. Даже огнеупорные В. и. м. на асбестовом основании при длительных высоких нагре-

связана с длительностью прогрева в часах г и абсолютной температурой Т соотношением:

lgr =§-F(w), (3)

где F{w)—нек-рая эмпирически установленная табличная функция от», a Q—постоянная данного вещества. Соответственные кривые даны на фигуре 9. В отделе материаловедения Государственного эксперимент, электротехнического института (ГЭЭИ) удалось

Таблица 4. —Численные значения коэффициентов в ф о р м у л а х (3) и (4).

Материал	Q-10-3	А-10"3	а	в-кг3
Хлопок. Фильтров, бумага Полотно. Манильск. бумага Шелк. Хлопковая ткань Empire Cloth.	7,028 6,774 6,781 6,932 7,149 5,572	0,909 0,322 0,12642 1,058	1,1508 7,278 13,74435 1,4678	12 12 12 12
Для полотна ур-ие (4) удовлетворяется сравнительно точно, для хлопка, фильтровальной и манильской бумаги—приблизительно, а для шелка и Empire Clotb кривая Е(м>) не соответствует уравнению вида (4).

Т. Э. m. IV.

13

подобрать почти для всех случаев (кроме шелка и Empire Cloth) функцию F(w), а именно:

а

F(w)=Ae"+B. (4)

Коэфф-ты ур-ий (3) и (4) даны в таблице 4. По формулам (3) и (4) и фигура 9 можно, т. о., предусмотреть срок потери материалом определенного % того или другого качества, если известна связь этого качества со степенью постарения этого материала. Так, например, постарение на 10% (потеря 10% веса через окисление) при 105° требует срока, указанного в таблице 5.

Таблица 5. — С р о к и старения разных волокнистых материалов.

Материал	Срок старения при 105° на 10%
	годы	месяцы	ДНИ
Хлопок.	52	7	11
Фильтровальная
бумага.	17	11	29
Полотно.	31	2	25
Манильская бумага	10	10	29
Шелк.	9	11	5
Хлопковая ткань
Empire Cloth.	1	1	2

Эти числа дают достаточное основание для технически и экономически рационального подхода при выборе В. и. м. В частности благодаря им отказались от применения весьма распространенной в англо-саксонских странах ткани Empire Cloth, наименее стойкой из всех волокнистых оснований для В. и. м. При отсутствии доступа атмосферы В. и. м. на органическом основании более стойки в отношении температуры, чем при доступе атмосферы,—обстоятельство, особенно важное для службы кабелей с бумажной изоляцией. Ропер [^,5] нашел, что повышение t° освинцованных кабелей до 200 и даже до 300° не привело их изоляцию в состояние негодности; он полагает, что долговременный нагрев изоляции примерно до 110° безвреден для нее, и считает верхним пределом безопасных длительных нагревов 180°, а кратковременных—1° выше этой. Зависимость механик. свойств непосредственно от длительности нагрева при разных температурах может

быть пояснена примером кривых для манильской бумаги. Фигура 10 показывает изменения ее прочности на разрыв (в % от начальной) при 125, 150 и 175°—по Фишеру и Аткинсону [^1в], а фигура 11—изменение проч ности и удлинения при разрыве для той же бумаги при 100°—по Дель-Мару [”].

Электропроводность. Применяемые в производстве В. и. м. волокна (асбест, стекло, целлюлоза, шерсть, шелк, вискоза) сами до себе обладают весьма высокой изоляционной способностью. Однако общая зависимость В. и. м. от содержания влаги

120

ГОО во 60 40 20

О 1 2 3 -4 S

^__
	X		Манильенс	1
				____ίο оа _
-Щ ---J	очность hl Удлинение η	*разрыв юраэро/ве ·
Млител.	ьность но	spefia		/оо ° ----а Недели

Фигура 11.

делает на практике электроизоляционную способность В. и. м. неопределенной величиной, если не указывается при этом состояние влажности. Кросс и Биван даже нашли (в 1895 г.), что электропроводность влажной целлюлозы втрое превосходит электропроводность воды. Зависимость удельного сопротивления ρ (в ii-см) различных В. и. м. от относительной влажности выражается, по Кудзираи и Акахире [¹⁸], эмпирической функцией:

lg Р=А — ₁₀ ооо-Ср^! ^

(значения коэффициентов А, В и С показаны в таблице 6).

Свойства воды (вязкость, электропроводность) меняются с изменением t°. Поэтому зависимость электропроводности В. и. м. от содержания влаги сама изменяется с t°. Пример кривых этого рода, по Те-дески [¹⁹], показан на фигуре 12. Значительн. подъем температуры, оказывая осушающее действие, увеличивает сопротивление В. и. м., тогда как дальнейший подъем может оказать на него уже непосредственное понижающее воздействие.

Фигура 13 дает пример этой двойственной зависимости сопротивления хлопковой обмотки от температуры: ветвь А обусловлена высушивающим действием тепла, а. ветвь В—непосредственным.

Эффект Эвершеда [²⁰,²¹]. Характерное для В. и. м. умеренное присутствие влаги имеет следствием существенную зависимость электрическ. сопротивления этих веществ от силы действующего на них электрического поля. Эта зависимость выражается эмпирической формулой:

R — -4= > (6)

i/и

I®»

S во 1⁶⁰

20

гЛ
50·
«>	ч

7 0,2 O.U Об 0.0

Увеличение веса

Фигура 12.

Таблица 6.—Численные значения коэффициентов

Материал	Толщина	А	В	С
	В миллиметров
Миткаль.	0,22	11,685	809,7	0,057
Хлопковая ткань
Empire Cloth.	0,20	9,725	371,8	0,315
Полотно.	0,35	1,255	783,3	0,114
Манильская бумага.	0,12	11,445	880,3	0,00
Канатная бумага.	0,19	11,415	718.3	0,202
Литер оид.	0,17	11,690	745,3	0,062
Прессшпан.	0,28	11,750	814,4	0,134
Фильтровальная бу-
мага.	0,17	11,815	816,5	0,123
Шелк.	0,08	11,970	496,6	0,560
Муслин.	0,24	12,075	554,7	0,348
Асбестовая бумага.	0,12	10,915	679,0	0,302

ΜΩ

ь.’бО

	А	V
		f ;	V
О 40 во 120 160

Фигура 13.

где R—сопротивление, U—приложенное напряжение и А—постоянная. Т. о. при возрастании напряжения в 10 раз сопротивление падает приблизительно до ¹/а начального значения (собственно до 10*). Кривые фигура 14 и 15 показывают этот «эффект Эвершеда» на примере хлопка (для напряжений

0—60 Vh 0—500 V). Подобные же кривые получаются для простой и для пропитанной бумаги,

для миканитового полотна, пилита и т. д. и свойственны вообще всем В. и. м., если содержание влажности в них обычное, то есть среднее. Напро- _мптив, при полной ,₀₀сухости В. и. м., равно как и при во отсырелом состоянии,их электро- ⁶⁰ сопротивление ^ уже не зависит от силы поля, и го кривая сопротивления становится параллельной оси абсцисс. В тех случаях, когда эффект Эвершеда возникает, равновесие устанавливается не мгновенно: изменение напряжения несколько отстает от изменения поля. В силу этого влажного _мп гистерезиса, кри вая сопротивления при убывающей силе поля лежит ниже, чем при силе возрастающей (пример: кривые для якорн. обмотки на фигуре 15). Объяснение этих гои зоо лоо 300V важных явлений

Фигура 15. дано былов 1913г.

Эвершедом. Как

I
V
—
					-3.0

го зо 2/0 Фигура 14.

so боУ

					2,6

показывает опыт с химически чистой фильтровальной бумагой, количество поглощенной ей влаги способно было бы вызвать

Фигура 16.

i - л е (5). проводимость в 10⁶ — 10⁹ раз больше наблюдаемой на самом деле. Следовательно, не вся поглощенная вода обслуживает проведение тока, а лишь ничтожная доля ее, — очевидно, водяная пленка, стелющаяся по стенкам между волокнами и капилляром. Толщина водяного слоя при поверхностной проводимости установлена для разных тел из опытов приблизительно в 10"* ** (3· 10* лиг на кварце и 10⁴ на стекле). Т. о. каналы тела, дающего эффект Эвершеда, следует представлять себе содержащими жа-меновские цепочки влаги и воздушных пузырьков (или масляных и вообще практически не проводящих пузырьков), водные стенки которых имеют толщину в десятки μ. Между тем, поверхностное натяжение жидкости, находящейся в электрическ. поле, зависит, как известно, от силы поля (эффект Липмана), и потому каждое изменение поля влечет за собой изменение формы мениска, с соответствующим перераспределением влаги и изменением толщины водн. стенок пузырьков. Построенная Эвершедом модель (фигура 16) с капиллярной трубкой просветом в 0,30— 0,35 миллиметров, содержащей жаменовскую цепочку из воды и воздуха, мп показывает эффект^ш Эвершеда качественно и количественно, °^oaV особенно если параллельно соединено значительное число таких трубок.

Фигура 17 дает харак- _т0-теристику одной из таких систем, со дер-жащей 13 трубок,

при чем наблюдает- ^и0 1о0 S{t0 $ооУ

ся также и гистерезис (пунктиры, кривые). С течением времени характеристика снижается: кривая А получена через 20 часов после наполнения трубок, В—через 44, С—через 98 и Ώ (совпадающая с предыдущей)—через 113 часов. Микроскопические наблюдения над моделью Эвершеда установили (фигура 18) следующее: когда сила поля увеличивается, то в 4, со стороны положительного электрода, начинается утолщение оболочки воздушного пузырька, распространяющееся затем в виде волны F к В, в сторону отрицательного электрода; т. к. этот процесс совершается с некоторой скоростью, то на полную деформацию пузырька требуется известное время. В этом и лежит причина запаздывания эффекта Эвершеда. Пример характеристик этого запаздывания для манильской бумаги показан на фигуре 19 [¹⁸].

*13

т
т				1.вч
S				2.3в
			СиД	2.Ю

Фигура 17.

Фиг.

Значение эффекта Эвершеда в службе В. и. м. весьма велико. В частности, этим эффектом объясняется увеличение тока чистой проводимости в бумажных конденсаторах и увеличение угла диэлектрическ. потерь в В.и.м. с ростом напряжения; при этом повышение

частоты переменного поля уменьшает зависимость угла потерь от напряжения, так как изменение проводимости не поспевает за изменением поля, и кривая изменений проводимости с увеличением частоты постепенно выравнивается. Фигура 20 показывает пример зависимости ко-эфф-та мощности р (р=tg ό, где ί—угол потерь) от напряжения при разных частотах у лакированной проволоки, обвитой хлопком и шелком; так как диэлектрические потери N выражаются соотношением

N=cuCUHgi, (7) где ω—частота, С— емкость и U—напряжение, то в В. и. м. потери, вследствие роста tg ό с увеличением напряжения, растут быстрее, чем квадрат напряжения. о го w eo во юоУ Сетон и Торияма Фигура 20. [^2а] выразили вели чину коэфф-та мощности Р (диэлектрические потери в W на см³), при частоте 50 пер/ск., темп-ре в 30° и градиенте потенциала 500 У/мм, в зависимости от относительной влажности атмосферы в %, соотношением:

^{Р =} (loo^)»¹⁰" (¹⁰⁰-Р)]²> (8)

где с т и п—постоянные, зависящие от вещества и условий опыта (темп-ры, частоты). В обычных условиях, при влажности 70— 80%, Р= 1. При большой влажности потери растут с увеличением частоты, сперва медленно, затем более быстро и потом снова медленно. При малой влажности потери за_г

висят от частоты линейно. При большой влажности коэффициент мощности убывает с возрастанием частоты, тогда как при малой

он почти постоянен. При постоянном токе потери сперва растут с временем, но, пройдя максимум, возвращаются к первоначальному значению. Теоретически значения влажности для диэлектрич. потерь в В. и. м. рассмотрены Делафильдом дю-Буа [²³], исходившим из предположения, что водяные

шарики в волокнистых изоляционных материалах действием поля вытягиваются и разрываются.

Диэлектрический коэффициент. Состояние влажности определяется также диэлектрич. коэфф. В. и. м., причем зависимость ε от влажности меняется с t°, частотой и величиной диэлектрич. потерь.

Фигура 21 дает [²¹] группу кривых для специального картона в сухом и во влажном состоянии, в зависимости от частоты и t° фигура 22 [²⁵] и фигура 23 [^2в] показывают зависимость емкости конденсатора из парафи-

Ц/<Р

шарованной бумаги от частоты и t°, причем фигура 22 относится к случаю малых потерь, а фигура 23—больших. Диэлектрич. коэфф-т £ <Р

ЧО 13

го^ и

Твердая були ----сГ сГ	геа
вес	т 1 1 1 1 _1_	__	1 1 у_L
I
	Давление пр,	1 1	7оизвовс/7)ва

/so

Фигура 24.

ЗОО^м¹

В. и. м. зависит также от плотности вещества и, следовательно, от давления, которому вещество подвергалось в процессе производства. Весьма вероятно, что тут имеют г™.

Фигура 25.

значение влагоемкость и гигроскопичность В. и. м., убывающие с ростом плотности. Фигура 24 [²⁷] показывает на примере твердой

бумаги антидромность хода диэлектрического коэффициента и плотности как функций давления при производстве.

Электрическая крепость. Эта характеристика, как известно, весьма изменчива у всех диэлектриков. Вполне понятно, что, при чрезвычайной зависимости свойств В. и. м. от производственного процесса и условий их службы,им свойственна сложная и прихотливая характеристика электрической ^W»T-крепости. Однако во всех случаях исходная причина этой характеристики В. и. м. коренится в войлочно-пористой структуре с обусловленными последней вла-гопоглощением и гигроскопичностью.

Уменьшение этой пористости ведет к увеличению электрич. крепости материалов,и наоборот. Фигура 25 [²⁸] показывает среднюю кривую зависимости электрич. крепости непропитанных материалов из растительного волокна от их плотности, причем для бумаг даны также отдельные кривые, характеризующие джут, маниллу и хлопок. Сопоставляя фигура 25 и 24, можно установить также зависимость электрич. крепости от давления при производстве В. и. м. Ход кривой электрич. крепости в зависимости от плотности антидромен соответствующей кривой влагопогло-щения. фигура 26 дает [²⁸] пример этой аити-дромности для непропитаиного прессшпана:

Фигура 27.

Фигура 28.

кривая а относится к материалу из джута и пеньки, б—из хлопка, в—из древесной массы. Электрич. крепость В. и. м. повышается с плотностью вещества не только у материала из чистого волокнистого основания, но и у материала, пропитанного полужидким изоляционным составом, то есть в наиболее ответственном и наиболее частом случае (кабели). Согласно формуле Пуазейля (смотрите Вязкость), пористость В. и. м. (наприм. бумаги) м. б. оценена количеством Q просочившегося под разностью давлений (р₂ — р₂) через В. и. м. воздуха в течение времени г (процесс предполагается медленным):

1 St (ρ,-ρ,)

A i,h ’

где S—площадь испытуемого образцаВ.и.м., Тг—толщина слоя, то есть величина, пропорциональная средней (эффективной) длине

Q-

(9)

капиллярных каналов в образце ,η—вязкость воздуха (при 15°??=0,0001808 CGS). Коэфф.

Таблица 7Н екоторые характеристики британского ассортимента прессованного картона.

Класс	Уд. в.	Поглощение .масла при воды при 105° 20°
А	1,15—1,25	15	100
в	0.9 —1,15	20	150
С*	1,3	—	80
D	1,3	2,0	70—90
Е	1,15—1,2	15	60

* Указать значение электрическ. крепости для класса С не оказалось возможным.

~ зависит от числа, размеров и формы к каналов и пропорционален l’s|, где s_k— площадь сечения отдельного капилляра; эта

сумма может быть заменена произведением ns², где s—площадь среднего (эффективного) сечения канала, а п—плотность распределения каналов.

Коэфф. А, как нашел Эмануели в 1919 году [³⁰], представляет возрастающую функцию электрической крепости Е той же бумаги, когда бумага пропитана шпарочной массой (состав из минерального масла, канифоли и т. д.) или просто маслом.

Электрич. крепость Е сперва быстро растет с газонепроницаемостью А, затем замедляет свой подъем и подходит к области постоянных значений.

Кроме того, Е весьма сильно меняется в зависимости от качества пропитывающего состава и его температуры. Фигура 27 показывает эту зависимость между Е и А для кабельной бумаги, причем кривая а относится к Ё непропитаннон

/О 20 JO ЧО 50 60 70 60 90 WO”

ФИГ. 30.

бумаги, б—к пропитанной шпарочной массой и в—к пропитанной вязким минеральным маслом.

Зависимость пробойного напряжения V от толщины h пробиваемого слоя может быть выражена для В. и. м., по Клерку и Монт-сингеру [³¹], функцией:

V=Eh^m, (10)

где Е—пробойная крепость, а показатель т< 1. Фигура 28 показывает зависимость V от h для непропитанных прессшпанов разных классов; буквы при кривых означают наименование соответственно классу прессшпана по британскому ассортименту (смотрите табл. 7). Подобные же кривые (показывающие непосредственно пробойное напряжение как функцию толщины) для бумаги под маслом, после 24 часов проварки при 80°, представлены на фигуре 29; сплошные кривые относятся к испытанию при 20°, а пунктирные— при 90°; кривая а относится к бумаге из одного хлопка, б—из одной манильской пеньки, в—из специальной сульфитной древес-

Т а б л. 8 .—И екоторые характеристики бумаги.

Сорт бумаги	Образцы увлажнен ные	Образцы просушен ные	Толщина в милях“	Пористость, определен, скоростью просалив, воздуха
	и затем испытанные в сухом воздухе
Жиронепроницаемая	а	а	2,5	3
»	6	б	2,4	2
Древесная масса.	e	в	5,5	17
Крафт-бумага.	г	г	3,0	70
Пергаментированная	0	д	3,0	2
Сульфитная.	e	е	2,0	26
*1 мпль= 0,0254 миллиметров

ной массы (кабельная бумага), г—из гидроцеллюлозы (давшей при 90° весьма плохие результаты), д—из одного джута. Все бумаги были свободны от отяжеляющих веществ.

Зависимость электрич. крепости В. и. м. от t°,—так же, как и зависимость от нее других характеристик,—весьма велика, и притом существенно меняется с влажностью вещества; в некоторых случаях ход кривой после специальной просушки материала становится антидромным ходу ее для материала сырого. Фигура 30 показывает, по Фляйту [^за], такого рода кривые для бумаги различных сортов, при общей толщине слоя бумаги в 1,6 миллиметров; значение букв поясняет табл. 8.

При прочих равных условиях электрич. крепость В. и. м. зависит также, согласно исследованию Кларка [³³], от числа повторно приложенных напряжений, то есть от степени «утомленности» бумаги. Дальнейшие сведения о В. и. м. см. в статьях Вулканизованная фибра, Диэлектрики, Кабель, Картон, Кембрик, Изоляционная лента и Пилит.

В. и. м. термические — см. Асбестовые теплоизоляционные массы, Вата, Термоизоляционные материалы.

Лит.: I: ^х) Retzow U., «Kunststoffe», Munchen,

1922, р.49;²) Fleming A. a. MonkhouseA., «The Electrician», L., 1921, v. 87, p. 211;·) L u-ini 6re L., «CR», P., 1922, t. 174, 17, p. 1096—1101; ⁴) Косоногов И. И., «Ж», 4. физ., M., 1924, T. 56, выл. 1. стр. 25—29; ⁵) Herzberg W., Papierprufung, 3 Aufl., B., 1907; ^e) Hoffmann F. und Jakobsen P., «Papier-Fabrikant», Berlin,

1924, p. 277; ⁷) Del Mar W., «JAIEE», N. Y., 1920, v. 39, p. 55; ⁸) Herzberg W., Papierprufung, 3 Aufl., B., 1907; ⁸) Karger j. u. Schmidt E., «Ztschr. f. techn. Pbys.», Lpz., 1925, 4, p. 124—135; ¹⁰) P о 1 a n у i M., ibid., p. 121—124; ^u) В ouasse IT., Capillarity p. 385—388, P., 1924; ¹²) К u j i г a i T., К obayashi Y. a. Toriyama Y., «Scient. Papers of the Instit. of Phvs. a. Chem. Res.», Tokyo,

1923, y. 1, 6—7, p. 78—93; ¹³) ibid., p. 388—391 ; ¹⁴) Kujirai T. a. Akahira T., «Scient. Papers of the Instit. of Phys. a. Chem. Res.», Tokyo,

1925, v. 2, 21, p. 223—252; ¹⁵) Roper D. W., «JAIEE», N. Y., 1921, v. 40, p. 201—202; ^1β) Fischer H. a. Atkinson R. W., ibid., p. 183; ¹⁷) Del Mar W., ibid., p. 131; ¹⁸) Kuj irai T. a. Akahira T.,«Scient. Papers of the Institute of Phys. a. Chem. Res.», Tokyo, 1923, v. 1, 6—7, p. 94—124; ")Tedeschi B._: «Arch. f. Elektrotechnik», B., 1913, В. 1, p. 497; ²⁰) Eversched S., «Journ. of the Institution of Electr. Engineers», London, 1913, v. 52, p. 51; “) Eversched S., «EuM», 1904, p. 84; ²²) S e t c h S. a. Toriyama Y., «Scient. Papers of the Instit. of Phys. a. Chem. Res.», 1926, v. 3, p. 283— 323; ²³) D e 1 a f i e 1 d du Bois, «JAIEE», N. Y., 1922, y. 41, p. 689—698: ²⁴) Biiltemann A., Leiter und Nichtleiter d. Elektrizitat, «Kunststoffe», Munchen, 1919, p. 49, 65, 91; ²⁵) Grover F., «Bull, of the Bureau of Standards», Wsh., 1911, v. 7, p. 495; Grover F., «Journ. of the Washington Academy of Sciences», 1911, v. 1, p. 277; ^2β) ibid.; ²⁷) Retzow U., «Kunststoffe», Munchen, 1922, p. 49; ²⁸) Μ ο n k h о u s e A., Electrical Insulating Materials, L., 1926; ²⁹) Μ ο n k h о u s e A., «Electrician», I., 1921, 25 Nov.; ³⁰) Emanueli L., «Internat. Conference on Large Electric Systems», 44; Emanueli L., «Elettrotecnica», Milano, 1925, 5 Gen., t. 12, 1, p. 18—20; ³¹) С 1 a r k F. M. a. Μ ο n t s i n-g e г V. M., «Gen. Electr. Rev.», Schenectady (N. Y.), 1925, v. 28, p. 286—290; ³²) Flight W. S., «Journ. of the Institution of Electr. Engineers», L., 1922, v. 60, 306; ³³) С 1 ar k F. M., «JAIEE», N. Y., 1925, v. 44, p. 628—638. II: Schering H., Die Isolierstof-fe d. Elektrotechnik, Berlin, 1924; Demath W., DieMaterialpriifung der Isolierstoffe der Electrotechnik, 2 Aufl., Berlin, 1923; Monkhouse A., Electrical Insulating Materials, L., 1926; Rothmann C. J., «Journ. of the Franklin Institute», Philadelphia, 1919, v. 188, p. 409; Schwaiger A., «Arch. f. Elektrotechnik», B., 1915, B. 3, p. 332; Wagner K. W., ibid., 1915, B. 3, p. 67; W e b e r H. C. a. M a c k ay T. C., «Journ. of the Franklin Institute», Philadelphia, 1918, v. 186, p. 374; Sent W., «Elektrisch. Betrieb», Munchen, 1923, B. 21, p. 193; Издания British Elec

tric. a. Allied Industries Research Association («ERA»), содержащие инструкции для испытания волокнистых эл.-изол. материалов: A/S₂ (волокнистые материалы), A/S₃ (прессшпан), A/S₄ (вулканизованная фибра), A/S_s (изол. бумага не для кабелей), A/S_e (лакированная бумага и изделия из нее), A/S._l0 (невоспла-меняющийся и самогаснущий картон), A/S_u (непро-питанные изол. ткани). П. Флоренский.