ДЕРЕВО (электроизоляционный материал)

Дерево электроизоляционный материал

ДЕРЕВО (электроизоляционный материал). Дерево 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 сами его свойства, 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 следующими данными: удельное объемное сопротивление 3·1010 Ом-см, удельное поверхностное сопротивление 6·108 Ом-см; диэлектрический коэффициент (при 60000 пер/сек.) 4,1; электрическая крепость (при 15 мм толщины) 4,5 kV/мм. У клена, проваренного в трансформаторном масле, электрическая крепость (при толщине 25 мм) 3,0 kV/мм. Пропитка древесины, с целью консервации, хлористым цинком весьма понижает ее удельное электрическое сопротивление. С возрастанием удельное электрическое сопротивление дерева падает; о ходе этого падения можно судить по данным Дитриха для буковой древесины (табл. 1):

Зависимость электрического сопротивления буковой древесины от температуры

Основная характеристика древесины, вытекающая из ее своеобразного волокнистого строения и обусловливающая ее высокие механические качества, при малом удельном весе, в электрическом отношении сама по себе ставит препятствие к электротехническому применению дерева (гигроскопичность), но вместе с тем благоприятствует облагораживанию дерева (путем специальных пропиток).

Однако, поглощение влаги древесиной как не обработанной, так и облагороженной, 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, электрические свойства по разным направлениям оказываются в древесине весьма различными. Типичны направления: параллельное оси, т. е. вдоль волокон (продольное), вдоль сердцевинных лучей (радиальное) и направление, касательное к годовым слоям (тангенциальное), т. е. перпендикулярное к сердцевинным лучам и к волокнам (см. фиг.).

Направления волокон дерева

Практически, т. е. при выпиливании из ствола досок, направление тангенциальное м. б. лишь на небольших участках, и потому сердцевинные лучи составляют с плоскостями продольного распила промежуточные углы между 0 и 90°. Опыт показал, что в электрическом отношении, при углах наклона меньших 20—25°, сердцевинные лучи начинают уже оказывать действие, приближающееся к действию лучей параллельных. В дальнейшем поперечный распил будет обозначаться буквой П, продольный В (т. е. по волокнам), причем Вн будет обозначать распил продольный нормальный (фиг., а, когда угол сердцевинных лучей с плоскостью распила превосходит 25°) и Вп - продольный распил параллельный (фиг., б, когда этот угол меньше 25°).

Дерево в известном направлении может обладать электрическими характеристиками, в 3—4 раза превосходящими те же характеристики в другом направлении. Так, удельное электрическое сопротивление пихты в направлении нормальном к волокнам равно 1·1016 Ом-см, тогда как в параллельном оно составляет 3,7·1016 Ом-см (Маццотти). Анизотропным строением древесины обусловлено также различие диэлектрических коэффициентов по разным направлениям (табл. 2).

Диэлектрический коэффициент древесины красного бука

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.

М. М. Михайлов и И. А. Майгельдинов (1928 г.) исследовали изменения электрической крепости, объемного 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 объемного 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 дерева приблизительно одинакова, а при поперечном направлении распиловки проолифленное дерево обладает большей электрической крепостью, чем парафинированное. Напротив, объемное 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 проолифливать. Опыты показали, что шестидневное действие масла с 5—10% воды произвело некоторое снижение электрической крепости лишь у образцов типа П. Зависимость количества поглощенной в сыром воздухе влаги показывает, что наибольшую влагостойкость дерева дает парафинировка без вакуума для образцов П и в некоторых случаях для образцов В, а также проварка в олифе. Дерево при пропитке получает значительную стойкость к прохождению по его поверхности тихого разряда, в отличие от бакелизованного картона, на котором 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 (см. Бакелиты). Повышение температуры, сопровождающее процесс полимеризации, ведет к искусственной выдержке дерева, 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 облагораживания. Обработанное дерево приобретает пониженную влагоемкость и гигроскопичность; повышаются все его механические свойства (прочность на изгиб, на скручивание и на разрезание - примерно вдвое, а на сжатие - втрое). Сильно повышаются и электрические свойства, а также 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.

Применения. В связи с весьма недостаточной исследованностью дерева как изоляционного материала и способов его обработки объем его применений еще не установился. В Германии правила безопасности допускают применение дерева в технике высокого напряжения только под маслом, и притом пропитанного особыми составами (например, парафином или изоляционным лаком). Рекомендуется пропитка дерева под давлением, после предварительной просушки под вакуумом при температуре 60—70°. Однако, и пропитанное дерево, согласно этим правилам, должно применяться с осторожностью в виду его гигроскопичности. Дерево признается здесь, гл. обр., материалом для изоляции второй ступени, например, при наличии фарфоровой обкладки. Американская практика, напротив, склонна к широкому применению дерева, пропитывая хорошо выдержанное и просушенное горячим способом (при 100—110°) дерево маслами, естественными и синтетическими смолами, различными составами, в некоторых случаях также консервирующими и противовоспламенительными средствами; сама пропитка ведется под вакуумом. Чаще дерево 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 других отраслей промышленности. Штыри изоляторов высокого напряжения (например, на 18 kV)обладают большой 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 дерева изготавливают оси 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, бакелизованное дерево нашло себе широкое применение при производстве подшипников, осей, матриц для пластических материалов, в построении гидравлических 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 винных бочек и различной аппаратуры пивного производства, в фанерном производстве и т. д. В настоящее время уже имеется в Нанси общество Le Bois Bakelise с капиталом в 1500000 фр.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.