> Техника, страница 42 > Дерево электроизоляционный материал
Дерево электроизоляционный материал
Дерево электроизоляционный материал.
Д. в электропромышленности применяется давно; в настоящее же время ни у нас, ни в западных странах, ни в Америке нет еще технических условий на дерево как изоляционный материал, и самые свойства его, особенно в обработанном и облагороженном виде изучены весьма слабо.
В Америке, где применение дерева как изоляционного материала особенно распространено, наиболее часто идет в дело сахарный клен. Будучи парафинирован под вакуумом, он характеризуется след, данными:
удельное объёмное сопротивление 3-10109-г.м, уд. поверхностное сопротивление 6-108й-с.и; диэлектр. коэфф. (при 60000 пер/сек.) 4,1; электрическ. крепость (при 15 миллиметров толщины) 4,5 kV/мм. У клена, проваренного в трансформаторном масле, электрическая крепость (при толщине 25 миллиметров) 3,0 kV/мм. Пропитка древесины, с целью консервации, хлорист. цинком весьма понижает ее уд. электрнч. сопротивление. С возрастанием ί° уд. электрнч. сопротивление Д. падает; о ходе этого падения можно судить по данным Дитриха для буковой древесины (табл. 1):
ТаОл. 1. — Зависимость Электр, сопротивления буковой древесины от I.
Температура. 20’ 49’ 84’ 106,5
Уд. Объем, сопр. в О-с.и. 500-101" 150-1010 27-10" 4-10°
Основная характеристика древесины, вытекающая из ее своеобразного волокнистого строения и обусловливающая ее высокие ме-ханич. качества, при малом уд. в., в электрическом отношении сама но себе ставит препятствие к электротехнич. применению Д. (гигроскопичность), но вместе с тем благоприятствует облагорожению Д. (путем специальных пропиток). Однако, поглощение влаги древесиною как не обработанною, так и облагороженною, не всегда вредно в электрическом отношении: небольшое содержание влажности может даже повышать электрическую крепость древесины в направлениях нормальных к имеющимся в ней капиллярным ходам. Эти сосуды древесной ткани образуют, как известно, две системы: одну—параллельную оси и идущую по поверхности коаксиальных цилиндров (годичные слои) и другую—радиальную (сердцевинные лучи). Соответственно с этой анизотропией строения, электрнч. свойства по разным направлениям оказываются в древесине весьма различными. Типичны направления: параллельное оси, то есть вдоль волокон (продольное), вдоль сердцевинных лучей (радиальное) и направление, касательное к годовым слоям (тангенциальное), то есть перпендикулярное к сердцевинным лучам и к волокнам (см.фигура). Практически, то есть при выпиливании из ствола досок, направление тангенциальное м. б. лишь на небольших участках. и потому сердцевинные лучи составляют с плоскостями продольного распила углы промежуточные между 0 и 90°. Опыт показал, что в электрическ. отношении, при углах наклона меньших 20 — 25°, сердцевинные лучи начинают ужеоказы-вать действие, приближающееся к действию лучей параллельных. В дальнейшем поперечный распил будет обозначаться буквой П, продольный В (то есть по волокнам), причем Вн будет обозна чать распил продольный нормальный (фигура,а, когда угол сердцевинных лучей с плоскостью распила превосходит 25°) и Вп—продольный распил параллельный (фигура, б, когда этот угол меньше 25°).
Д. в известном направлении может обладать электрическ. характеристиками, в 3—4 раза превосходящими те же характеристики в другом направлении. Так, уд. электр. сопротивление пихты в направлении нормальном к волокнам равно 1 1016й-с.и, тогда как г. параллельном оно составляет 3,7-1016 Ь’-с.ч (Маццотти). Апизотропн. строением древесины обусловлено также различие диэлектрик, коэфф. по разным направлениям (табл. 2).
Т а 0 л. 2.—Д и э л е к т р и ч. к о а ф ф. д р е в е с и-II ы красного бука и дуба при д л и н с в о л н ы λ=со, по дани м м Г. 111 та рк е.
| Условия опыта | Древесина воздушносухая | Древесина абсолютно сухая | ||
| Древесина | I! во- 1 _[_ волокнам локнам | во локнам | L волокнам | |
| Красный бук. | 4,83 | 7,73 | 2,51 | 3,63 |
| Дуб. | 4,22 | 6.S4 | 2,46 | 3,64 |
В направлении нормальном к волокнам диэлектрический коэффициент больше, чем в направлении параллельном; при этом содержание влажности в древесине ведет к увеличению диэлектрического коэффициента по обоим направлениям.
Μ. М. Михайлов и И. А. Майгельдинов (1928 год) исследовали изменения электрнч. крепости, объёмного и поверхностного электрического сопротивления у древесины пяти наиболее ходовых пород в зависимости от влажности как в непропитанном виде, так и после того как они были предварительно подвергнуты специальной пропитке—парафином без применения вакуума, парафином с применением вакуума, олифой и трансформаторным маслом. В табл. 3, 4,5 и 6 сопоставлены полученные при этих испытаниях результаты. Зависимость поверхностного и объёмного сопротивления для направлений Вп и Вн порознь в указываемом исследовании не могла быть выяснена, т. к. для измерения применялись американские концентрические электроды. Пропитка парафином под вакуумом ведет к большему поглощению древесиной парафина, чем при проварке, но результаты дает несколько худшие (большая гигроскопичность и меньшая электрическая крепость). При продольном направлении распиловки электрическая крепость парафинированного и проолифленного Д. приблизительно одинакова, а при поперечном направлении распиловки проолифленное дерево обладает большей электрическою крепостью, чем парафинированное. Напротив, объёмное сопротивление парафинированного дерева больше, чем проолифленного. Пропитка дерева трансформаторным маслом дает ему значительную электрическую крепость, понижающуюся, однако, если в бак с маслом, содержащим промасленные деревянные приспособления, попадает влага. Поэтому части эти надлежит
| Воздушносухап | После трехнед | ||||||
| Папра- | уд. объёмное | поверхн. | |||||
| Порода древесины | вленпе распила | электрнч. крепость | электрич. | электрич. сопротивле- | содержание влаги в % | электрич. крепость | УД
три |
| сопротивле- | пне при коль- | ||||||
| в kV/C.H | нис в 2-с.и | цевых электродах в 2 | в kV/см | ||||
| Серый бук.
» t>. |
Ви
Вн |
52
41,5 |
J- 1,4·10ιβ | J- 7,9-10" | 8.3
8.3 |
110,4 | |
| * ». | II | 14 | 2,7-10* | 9,4-10" | 9,2 | 7 | |
| Белый бук. | Вп | 57 | 2-10" | 6,0-10" | 7,6 | 11,9 | |
| Береза.. | Вн | 59,8 | 8,6-10“ | 2,8-10" | 7,9 | 21 | |
| » .. | II | 15,2 | 4,2-1010 | 4,0- 10,а | 8,2 | 9,4 | |
| Ольха. | Вп
Вн |
60,5
56,4 |
j- ι,ο·ιο" | } 4,7-10" | 7.5
7.5 |
^26,3 | |
| Дуб..
* .. |
Ви
Вн |
47.0
39.1 |
ί 110" | j 3,9-10" | 9.3
9.3 |
— | |
Таблица (.-Электрические свойства древесины (пропитанной в течение 1112 часов парафином (
от 70 до 135°, после чего дерево проваривалось до прекращения выделения пуз
| Содержание | Вполне сухая | После трехнед | |||||
| поглощенного | |||||||
| Папра- | |||||||
| парафина в % | уд. объёмное электрич. сопротивление | поверхности. | |||||
| Порода древесины | вление распила | от первоначального веса | электрич. крепость в кУ см | электрич. со-протнвл. при
КОЛЬЦОВЫ X электродах | электрич. крепость в kV/см | уд тр | |
| в 2-cat | |||||||
| древесины | и 2 | ||||||
| Серый бук.
» ». |
Вп
Вн |
1 62 | 58
52 |
} 7-10" | } 1,5-10“ | 61,3 | |
| » ». | II | 54,3 | 2 4,4 | 7,5-10" | 5* 10” | 13 | |
| Белый бук.
» ». |
В и Вп | [ 31,6 | 70
40 |
j- 7-10" | j- з-ю" | 71
48 |
|
| Береза .. | Вп В и | }81 | 75,5
64 |
}· 7-10" | j- 3-10" | 73 | |
| » .. | II | 71 | 23,1 | 6,7-10" | 3-10" | 13 | |
| Ольха .. | В И | 85,4 | 72,6 | 7-10" | 3-10" | 85,8 | |
| Дуб.. | Вп | J- 51,5 | 72 | — | — | 44 | |
| » .. | вн | 49 | 72 | ||||
463 ДЕРЕВО
| Вполне сухая | После тре | |||||
| Содержание | ||||||
| Напра- | поглощенно- | |||||
| Порода древесины | влснис | го парафина в % от перво- | электрич. | уд. объёмное | поверхн. электрич. со- | электрич. |
| распила | начального во- | крепость | электрич. сопротивление | противление при кольце- | крепость | |
| са древесины | в k /au | В S-CM | вых электродах в ΰ | в кХ/см | ||
| Серый бук.
9 ». |
В н Вп | 60 | 52,3 | |> 7-10” | }> 310” | 51
72,2 |
| 9 9. | И | 75 | 24 | > 710” | > 310” | 11,6 |
| Белый бук.
» ». |
Вн
ВII |
{зЗ,6 | 42,2 | }> 7 -10й | ! 310” | 52
60,5 |
| Береза..
» .. |
Вп
Вн |
1 S3,8 | 65
55 |
}> 7-10” | {> 310” | 75
68 |
| 9 .. | 11 | 76,6 | 22,7 | > 7· 10” | > 310й | 12,2 |
| Ольха..
)> .. |
Вп В и | {03,2 | 74,8
64 |
}> 7· 10” | {> 3-10” | 76,6 |
| Дуб..
» .. |
В и Вн | 53,5 | 75
49 |
{ 7-10” | { 1,2-10” | 83
58 |
Т а б л. 6,—Э лектрнческие с в о и с т η а древесины [пропитанной олифой при 1°, подымаете при 130° в течение 8 ч., остывавшей в олифе до 60° в течение 2 ч. и затем выдержанной в печн,
Порода древесины
Напра вление распила
Содержание поглощенной олифы в % от первоначального веса древесины
| Вполне сухая | ||
| электрич. | уд. объёмное | поверхн. электрич. со- |
| электрич. | противление | |
| крепость в k Υ/см | сопротивление | при кольце вых электро- |
| В С2-С.Ч | дах в 9 | |
| 66,3
54 |
} 3,1-10” | {0,4-10” |
| 34 | 4,1-10" | 4,3-10” |
| 71.5
50.5 |
12,1·10” | {.5,3-10,! |
| 68 | 1 8,8-10” | 1 3,6-10” |
| 33 | 6,9-10° | 7,4-10" |
| 70 | 6,2-10” | 3,7-10” |
| 76,2 | — | — |
| 64,5 | ~ | |
После тре электрич. крепость в kV/c-w
Серый бук
» » Белый бук » » Береза. ».
Ольха. Дуб.
Вп
В и
П
Вп
В и
Вп
В и
П
Вп
В и
Вп
[•60 68 34
86
89,3
68
49.4 12,8 70 48 76
62,3
16,2
74.5
проолифливать. Опыты показали, что шестидневное действие масла с 5—10% воды произвело нек-рое снижение электрич. крепости лишь у образцов типа П. Зависимость количества поглощенной в сыром воздухе влаги показывает, что наибольшую влагостойкость Д. дает парафинировка без вакуума для образцов П и в некоторых случаях для образцов 15, а также проварка в олифе. Д. при пропитке получает значительную стойкость 1C прохождению по его поверхности тихого разряда, в отличие от бакелизованного картона, на к-ром тихий разряд с течением времени переходит в дуговой.
Другой способ пропитки, дающий древесине весьма высокие качества, состоит в пропитке ее (в деревянных баках) раствором бакелита или карболита под вакуумом, после чего растворитель удаляется испарением, а смола подвергается переводу из стадии А в стадию С (си.Бакелиты). Повышение ί°,сопровождающее процесс полимеризации, ведет к искусствен, выдержке Д., а выделяющиеся при этом формальдегид и фенол (или крезол) способствуют его консервации. Кроме того, древесина этим процессом просушивается и освобождается от соков. Т. о., бакелизация (или карбонизация) древесины совмещает в себе различные стороны ее облагорожения. Обработанное дерево приобретает пониженную влагоемкость и гигроскопичность; повышаются все его механич. свойства (прочность на изгиб, на скручивание и на разрезыва-ние—примерно вдвое, а на сжатие—втрое). Сильно повышаются и электрические свойства, а ташке стойкость против кислот (м. б. повышена также стойкость против щелочей). Обработанная древесина легко принимает хорошую и сохраняющуюся полировку и может быть легко лакируема. Наконец, следует отметить ее хорошую защиту от разрушающих факторов и большую однородность и определенность ее физико-химических свойств.
11 р и м енения. В связи с весьма недостаточною исследованностью Д. как изоляционного материала и способов его обработки объём его применений еще не установился. В Германии правила безопасности допускают применение Д. в технике высокого напряжения только под маслом, и притом пропитанного особыми составами (например, парафином или изоляционным лаком). Рекомендуется пропитка Д. под давлением, после предварительной просушки под вакуумом при t° 60—70°. Однако, и пропитанное дерево, согласно этим правилам, должно применяться с осторожностью в виду его гигроскопичности. Д. признается здесь, гл. обр., материалом для изоляции второй ступени, например, при наличии фарфоровой обкладки. Америк, практика, напротив, склонна к широкому применению Д., пропитывая хорошо выдержанное и просушенное горячим способом (при 100—110°) Д. маслами, естественными и синтетич. смолами, различными составами, в нек-рых случаях также консервирующими и противовоспламенителъными средствами; самая пропитка ведется под вакуумом. Чаще Д. проваривают в течение 12—18 ч. и более в льняном масле. В качестве изоляционного материала применяется твердая древесина.
Многочисленные применения бакелизованного дерева относятся к области как электричества, так и друг, отраслей промышленности. Штыри изоляторов высокого напряжения (например, на 18 kV) обладают большою прочностью в продольном направлении и в случае повреждения фарфорового изолятора сами продолжают нести его службу; у таких изоляторов высокого напряжения перед фарфоровыми есть преимущество—более высокое поверхностное сопротивление при сырой погоде; из такого Д. изготовляют осп коллекторов, изолирующие табуреты, защитные экраны для будок высокого напряжения и т. д. Все эти изделия особенно применимы, по своей дешевизне и нехрупкости, в сельских электрических установках, поскольку они значительно понижают издержки на установку и на поддержание линии, а также утечки энергии в землю. Кроме того, ба-келизованное Д. нашло себе широкое применение при производстве подшипников, осей, матриц для пластических материалов, в построении гидравлнческ. турбин,аэропланов, гидроаэропланов, судов, различных частей ткацких и прядильных машин, в красочной промышленности, в химической—для баков, в строительной—для паркетов и обшивок помещений сырых или с кислотной атмосферой, в производстве випных бочек и различной аппаратуры пивного производства, в фанерном производстве и т. д. В настоящее время уже имеется в Нанси общество Le Bois Bak61ise с капиталом в 1 500 000 фр.
Лит.: Михайлов Μ. М. и М а и г е л ь д и-нов И. А., Электрич. свойства нек-рых пород дерева, «Вестник теоретик, и эксперимент. электротехники·), М., 1928. 10. стр. 375—384; Curtis Н. L. Insulating Properties of Solid Dielectrics, «Bureau of Standards, Bull.», Wsh., 1915, t. 1, .5, p. 359; Μ ο n lilt о u s e A., Electrical Insulating Materials, L., 1926, p. 125—131; Dietrich. «Phys. Ztschr.». Lpz., 1910, B. 11, p. 187; Muller E., «ETZ», 1892, B. 13. p. 72; E b о r 1 i ii L. a. Burgees, Impregnating Wood with Parafin, «I. Eng. Chem.», 1927, 19 May, /; TetlerD., Un nouveau procede de traitement d ’amelioration de hois, «La technique moderne», P., 1929, 1 Janvier, t. 21, J, p. 21—23; Wernicke K., IIolz als Isolationsmatorial, «Elcktr. Kraftbetriebe u. Bahnen». Mch. 1911, Jg. 9, p. 181: Hendricks A. B., High-Tension Testing of Insulating Materials, Trans, of the Amer. Institute of Electr. Engineers», 1911. t. 30, p. 187—213: «Bureau of Standards, Scientific Papers», Wsh. 1915, 234; «Electrical World», N. V. 1911, t. 57, p. 828; Starkell., «Wiedemanns Anna-Ion», B. 60. p. 629—641. 11. 61, p. 804 (диэлектрик, κη-эфф. дерева): М а г г о 11 i D., · Rendiconti d. Accad.R. dei Linee i». Cl. fis., Roma. 1897. Sett. П. Флоренский.