Električni izolacijski materiali in njihova razvrstitev. Vlakni električni izolacijski materiali

Nekateri materiali, ki se uporabljajo v električnih napravah in sistemih oskrbe z električno energijo, imajo dielektrične lastnosti, torej imajo visoko odpornost proti toku. Ta sposobnost omogoča, da ne prenesejo toka, zato se uporabljajo za ustvarjanje izolacije delov v živo. Električni izolacijski materiali niso namenjeni le ločevanju tokovnih delov, ampak tudi za zaščito pred nevarnimi učinki električnega toka. Napajalni kabli električnih naprav so na primer prekriti z izolacijo.

Električni izolacijski materiali in njihova uporaba

Električni izolacijski materiali se pogosto uporabljajo v industriji, radiu in napravah, razvoju električnih omrežij. Normalno delovanje električnega aparata ali varnost sistema oskrbe z električno energijo je v veliki meri odvisno od uporabljenega dielektrika. Nekateri parametri materiala, namenjeni za električno izolacijo, določajo njegovo kakovost in zmogljivosti.

Za uporabo izolacijskih materialov veljajo varnostni predpisi. Celovitost izolacije je ključ do varnega delovanja z električnim tokom. Zaščitno izolacijo je zelo nevarno. Celo majhen električni tok lahko vpliva na človeško telo.

Lastnosti dielektrik

Električni izolacijski materiali morajo imeti določene lastnosti, da lahko opravljajo svoje funkcije. Glavna razlika med dielektriki in vodniki je velika vrednost specifične volumske upornosti (109-1020 ohm-cm-cm). Električna prevodnost prevodnikov je 15-krat večja kot v dielektriki. To je posledica dejstva, da imajo izolatorji po svoji naravi nekajkrat manj prostih ionov in elektronov, kar zagotavlja prevodnost materiala. Toda z ogrevanjem materiala postanejo večji, kar povečuje trenutno prevodnost.

Obstajajo aktivne in pasivne lastnosti dielektrik. Za pasivne lastnosti so najpomembnejše pasivne lastnosti. Dielektričnost materiala mora biti čim manjša. To omogoča, da izolator ne uvaja parazitskih kapacitivnosti v vezje. Za material, ki se uporablja kot dielektrični kondenzator, mora biti dielektrična konstanta čim večja.

Parametri izolacije

Glavni parametri električne izolacije so električna trdnost, specifična električna upornost, relativna dielektričnost, kot dielektrične izgube. Pri ocenjevanju električnih izolacijskih lastnosti materiala se upošteva tudi odvisnost navedenih karakteristik od vrednosti električnega toka in napetosti.

Električni izolacijski izdelki in materiali imajo večjo vrednost električne trdnosti v primerjavi z vodniki in polprevodniki. Za dielektriko je pomemben tudi stabilnost specifičnih vrednosti pri segrevanju, povečanje napetosti in drugih sprememb.

Klasifikacija dielektričnih materialov

Glede na moč toka, ki poteka skozi vodnik, se uporabljajo različne vrste izolacije, ki se razlikujejo po svojih zmogljivostih.

S kakšnimi parametri so razdeljeni električni izolacijski materiali? Razvrstitev dielektriki temeljijo na njihovem agregatnem stanju (trdna, tekoča in plinasta) in izvor (organski: naravni in sintetični, anorganski: naravno in umetno). Najpogostejša vrsta trdnih dielektrikih, ki jih je mogoče videti na kabel gospodinjskih aparatov in drugih električnih naprav.

Trdi in tekoči dielektriki se nato delijo na podskupine. Trdi dielektriki vključujejo lase, laminirana plastika in različne vrste sljude. Voski, olja in utekočinjeni plini so tekoči električni izolacijski materiali. Posebni plinasti dielektriki se uporabljajo veliko manj pogosto. Ta tip vključuje tudi naravni električni izolator - zrak. Njegovo uporabo ne povzročajo le značilnosti zraka, zaradi česar je odličen dielektrik, ampak tudi gospodarstvo. Uporaba zraka kot izolacije ne zahteva dodatnih materialnih stroškov.

Trdni dielektriki

Solid električni izolacijski materiali so najširši razred dielektrik, ki se uporabljajo na različnih področjih. Imajo različne kemične lastnosti, dielektrična konstanta pa je od 1 do 50.000.

Trdni dielektriki so razdeljeni na nepolarne, polarne in feroelektrike. Njihove glavne razlike so v mehanizmih polarizacije. Ta razred izolacije ima takšne lastnosti kot kemična odpornost, sledenje, dendrite. Kemijska odpornost je izražena v sposobnosti, da prenese vpliv različnih agresivnih okolij (kisline, alkalije itd.). Odpornost proti koroziji določa sposobnost prenosa vplivov električni lok, in dendritov - do nastanka dendritov.

Trdni dielektriki se uporabljajo na različnih področjih energije. Na primer, keramični električni izolacijski materiali se najpogosteje uporabljajo kot linearni in vbodni izolatorji v substacijah. Ker izolacija električnih naprav uporablja papir, polimere, steklene krpe. Za stroje in aparate se najpogosteje uporabljajo laki, karton, spojine.

Za uporabo v različnih obratovalnih pogojih izolacija daje nekaj posebnih lastnosti s kombinacijo različnih materialov: toplotno odpornost, odpornost na vlago, odpornost proti sevanju in odpornost proti zmrzovanju. Toplotno odporni izolatorji lahko prenesejo temperaturo do 700 ° C, vključujejo stekla in materiale, ki temeljijo na njih, organosiliti in nekateri polimeri. Material, odporen proti vlagi in tropno odporen, je fluoroplastičen, ki je nehigroskopen in hidrofoben.

Izolacija, odporna proti sevanju, se uporablja v napravah z atomskimi elementi. Vključuje anorganske filme, nekatere vrste polimerov, steklene tekstolite in materiale s sljudo. Smatra se, da izolacija odporna proti zmrzovanju ne izgubi lastnosti pri temperaturi do -90 ° C. Posebne zahteve veljajo za izolacijo, namenjeno napravam, ki delujejo v vesolju ali v vakuumu. V ta namen se uporabljajo vakuumsko-gosti materiali, ki vključujejo posebno keramiko.

Tekoči dielektriki

Tekoči električni izolacijski materiali se pogosto uporabljajo v električnih strojih in aparatih. V transformatorju vlogo izolacije igra olje. Tekoči dielektriki imenujemo tudi utekočinjeni plini, nenasičena vazelina in parafinska olja, poliorganosiloksani, destilirana voda (očiščena iz soli in nečistoč).

Glavne značilnosti tekočih dielektrik so dielektrična prepustnost, električna trdnost in električna prevodnost. Tudi električni parametri dielektrijev so v veliki meri odvisni od stopnje njihovega čiščenja. Trdne nečistoče lahko povečajo električno prevodnost tekočin zaradi širjenja prostih ionov in elektronov. Čiščenje tekočin z destilacijo, izmenjavo ionov itd. povzroči povečanje vrednosti električne trdnosti materiala, kar zmanjša njegovo električno prevodnost.

Tekoči dielektriki so razdeljeni v tri skupine:

• olja;
• rastlinska olja;
• sintetične tekočine.

Najpogosteje uporabljeni naftna olja, kot so transformator, kabelsko in kondenzator. Sintetična tekočina (organosilikonska in organofluorine spojine) se uporabljajo tudi pri izdelavi instrumenta. Na primer, mrazu in silikonske spojine higroskopičen, da se uporablja kot izolator v majhnih transformatorjev, vendar je njihova stroški višji od cene nafte.

Rastlinska olja se praktično ne uporabljajo kot izolacijski materiali v električni izolacijski tehnologiji. Te vključujejo ricinus, laneno seme, konopljo in tung olje. Te šibko polarnih materiali so dielektriki in se v glavnem uporabljajo za impregnacijo papirja kondenzatorjev in tako tvori film snovi v električni lakov, barv, lakov.

Plinasti dielektriki

Najpogostejši plinasti dielektriki so plin iz zraka, dušika, vodika in SF6. Električni izolacijski plini so razdeljeni v naravne in umetne. Naravni se nanaša na zrak, ki se uporablja kot izolacija med živimi deli električnih vodov in električnimi stroji. Ker ima izolator zrak slabosti, zaradi česar je nemogoče uporabiti v zapečatenih napravah. Zaradi prisotnosti visoke koncentracije kisika je zrak oksidant, nizka električna moč zraka pa se pojavlja na neenotnih področjih.

V energetskih transformatorjih in visokonapetostnih kablov se kot izolacija uporablja dušik. Vodik je poleg električnega izolacijskega materiala prisiljen hlajenje, zato se pogosto uporablja tudi v električnih strojih. V zaprtih napravah se najpogosteje uporablja plin SF6. Polnjenje s plinom SF6 naredi napravo eksplozijsko odporno. Uporablja se v visokonapetostnih stikala zaradi lastnosti dušenja dušenja.

Organski dielektriki

Organski dielektrični materiali so razdeljeni v naravne in sintetične. Naravni organski dielektriki se trenutno redko uporabljajo, saj sintetična proizvodnja vse bolj širi in s tem zmanjšuje njihove stroške.

Naravni organski dielektriki vključujejo celulozo, gumo, parafin in zelenjavo olje (ricinusovo olje). Večina sintetičnih organskih dielektrik so različne plastike in elastomeri, ki se pogosto uporabljajo v električnih gospodinjskih aparatih in drugi opremi.

Anorganski dielektriki

Anorganski dielektrični materiali so razdeljeni v naravne in umetne. Najpogostejši naravni materiali so sljuda, ki ima kemično in toplotno odpornost. Za električno izolacijo se uporabljajo tudi flogopit in muscovit.

Na umetne anorganske dielektrike so steklo in materiali, ki temeljijo na njej, ter porcelan in keramika. Glede na področje uporabe lahko umetni dielektri dobimo posebne lastnosti. Na primer, za ograje izolatorji uporabljajo feldspar keramiko, ki ima veliko tangento dielektričnih izgub.

Vlakni električni izolacijski materiali

Vlakne se pogosto uporabljajo za izolacijo električnih aparatov in strojev. Sem spadajo materiali rastlinskega izvora (guma, celuloza, tkanine), sintetični tekstil (najlon, kapron), pa tudi materiali iz polistirena, poliamida itd.

Organski vlaknati materiali so zelo higroskopni, zato jih redko uporabljamo brez posebne impregnacije.

V zadnjem času se namesto organskih materialov uporablja sintetična vlaknasta izolacija, ki ima višjo stopnjo odpornosti proti toploti. Sem spadajo steklena vlakna in azbest. Steklena vlakna so impregnirana z različnimi laki in smolami, da bi povečala njegove hidrofobne lastnosti. Azbestno vlakno ima nizko mehansko moč, zato pogosto dodaja bombažno vlakno.