Električni izolacijski materijali i njihova klasifikacija. Vlaknasti izolacijski materijali

Neki materijali koji se koriste u električnim aparatima i shemama napajanja imaju dielektrična svojstva, tj. Imaju visoki otpor struje. Ova sposobnost omogućuje im da ne prolaze struju, pa se stoga koriste za stvaranje izolacije živih dijelova. Električni izolacijski materijali nisu samo dizajnirani za odjeljivanje dijelova koji strujom nose, već i za stvaranje zaštite od opasnih učinaka električne struje. Na primjer, kabeli za napajanje električnih aparata prekriveni su izolacijom.

Električni izolacijski materijali i njihova primjena

Električni izolacijski materijali naširoko se koriste u industriji, proizvodnji radija i instrumenata, razvoju električnih mreža. Uobičajeni rad električnog uređaja ili sigurnost sheme napajanja uvelike ovisi o korištenim dielektriku. Neki parametri materijala namijenjeni električnoj izolaciji određuju njegovu kvalitetu i sposobnosti.

Upotreba izolacijskih materijala podliježe sigurnosnim propisima. Integritet izolacije ključ je za siguran rad s električnom strujom. Vrlo je opasno koristiti uređaje s oštećenom izolacijom. Čak i mala električna struja mogu imati utjecaja na ljudsko tijelo.

Svojstva dielektrika

Električni izolacijski materijali moraju imati određena svojstva kako bi mogli obavljati svoje funkcije. Glavna razlika između dielektrici i vodiča je velika vrijednost specifičnog otpora volumena (109-1020 ohm-cm-cm). Električna vodljivost vodiča je 15 puta veća nego u dielektrici. To je zbog činjenice da izolatori po svojoj prirodi imaju nekoliko puta manje slobodnih iona i elektrona, koji osiguravaju vodljivost materijala. No, uz zagrijavanje materijala, oni postaju veći, što povećava trenutnu vodljivost.

Postoje aktivna i pasivna svojstva dielektrije. Za pasivna svojstva, najvažnije su pasivna svojstva. Permitivnost materijala bi trebala biti što manja. To omogućuje izolatoru da ne uvodi parazitske kapacitete u krug. Za materijal koji se koristi kao dielektrični kondenzator, dielektrična konstanta mora, naprotiv, biti što veća.

Parametri izolacije

Glavni parametri električne izolacije uključuju električnu čvrstoću, specifičnu električnu otpornost, relativnu permitivnost, kut dielektričnog gubitka. Kod vrednovanja električnih izolacijskih svojstava materijala, uzima se u obzir ovisnost navedenih karakteristika na vrijednost električne struje i napona.

Električni izolacijski proizvodi i materijali imaju veću vrijednost električne snage u usporedbi s vodičima i poluvodičima. Također je važno za dielektričnu stabilnost specifičnih vrijednosti kod zagrijavanja, povećanje napona i drugih promjena.

Razvrstavanje dielektričnih materijala

Ovisno o snazi ​​struje koja prolazi kroz vodič, koriste se različite vrste izolacije, koje se razlikuju po njihovim mogućnostima.

Koji su parametri električni izolacijski materijali podijeljeni? dielektrici klasifikacija na temelju njihove stanje agregacije (krutom, tekućem i plinovitom) i podrijetlo (organski: prirodni i sintetski, anorganske: prirodne i umjetne). Najčešći tip krutih dielektrika, koji se može vidjeti na kablovima kućanskih aparata ili bilo kojeg drugog električnog aparata.

Čvrste i tekuće dielektrici, zauzvrat, podijeljene su u podskupine. Čvrste dielektrici uključuju lakove, laminirana plastika i raznih vrsta mike. Voskovi, ulja i ukapljeni plinovi su tekući električni izolacijski materijali. Posebna plinovita dielektrika se koristi mnogo rjeđe. Ovaj tip također uključuje prirodni električni izolator - zrak. Njegova uporaba uzrokovana je ne samo obilježjima zraka, što ga čine izvrsnim dielektričnim, već i njegovim gospodarstvom. Korištenje zraka kao izolacije ne zahtijeva dodatne materijalne troškove.

Čvrsta dielektrika

Čvrsti električni izolacijski materijali su najširi klasovi dielektrika koji se koriste u različitim poljima. Imaju različite kemijske osobine, a dielektrična konstanta varira od 1 do 50.000.

Čvrste dielektrici su podijeljene na nepolarne, polarne i ferroelectrics. Njihove su glavne razlike u mehanizmima polarizacije. Ova klasa izolacije ima takva svojstva kao kemijska otpornost, praćenje, dendriti. Kemijska otpornost se izražava u sposobnosti izdržavanja utjecaja različitih agresivnih sredina (kiselina, alkali itd.). Otpornost na koroziju određuje sposobnost izdržavanja utjecaja električni luk, i dendriti - do formiranja dendrita.

Čvrste dielektrici se koriste u raznim područjima energije. Na primjer, keramički električni izolacijski materijali najčešće se upotrebljavaju kao linearni i izolatori u podstanicama. Kao izolacija električnih uređaja koriste papir, polimere, staklene tkanine. Najčešće se koriste za strojeve i uređaje, lakove, karton, spoj.

Za primjenu u različitim radnim uvjetima izolacija daje posebna svojstva kombinirajući različite materijale: otpornost na toplinu, otpor vlage, otpor zračenja i otpornost na smrzavanje. Izolatori otporni na toplinu mogu izdržati temperature do 700 ° C, uključuju čaše i materijale koji se temelje na njima, organosilite i neke polimere. Materijal koji je otporan na vlagu i tropski otporan je fluoroplastični, koji nije nehigroskopan i hidrofoban.

Izolacija otporna na zračenje koristi se u uređajima s atomskim elementima. To uključuje anorganske filmove, neke vrste polimera, stakleno-textolit i materijale na bazi mike. Smatra se izolacijom od smrzavanja koja ne gubi svojstva pri temperaturama do -90 ° C. Posebni zahtjevi vrijede za izolaciju namijenjenu aparatima koji rade u prostoru ili vakuumskim uvjetima. U tu svrhu koriste se vakuumski gusti materijali, koji uključuju posebnu keramiku.

Tekuće dielektrici

Tekući električni izolacijski materijali često se koriste u električnim strojevima i aparatima. U transformatoru ulogu izolacije igra ulje. Tekuće dielektrici se također nazivaju ukapljeni plinovi, nezasićena vazelina i parafinska ulja, poliorganosiloksana, destilirane vode (pročišćene od soli i nečistoća).

Glavne karakteristike tekućih dielektrika su dielektrična propusnost, električna čvrstoća i električna vodljivost. Također, električni parametri dielektrici uvelike ovise o stupnju njihove pročišćavanja. Krute nečistoće mogu povećati električnu vodljivost tekućina zbog širenja slobodnih iona i elektrona. Pročišćavanje tekućina destilacijom, ionskom izmjenom itd. dovodi do povećanja vrijednosti električne čvrstoće materijala, čime se smanjuje njegova električna vodljivost.

Tekuće dielektrici su podijeljene u tri skupine:

• uljna ulja;
• biljna ulja;
• sintetičke tekućine.

Najčešće korištena ulja ulja, kao što su transformator, kabel i kondenzator. Sintetičke tekućine (organosilikonski i organofluorinski spojevi) također se koriste u instrumentaciji. Na primjer, hladno-otporne i silikonski spojevi su higroskopna, pa se koristi kao izolator u malim transformatora, ali njihovi troškovi su veći od cijene naftnih ulja.

Biljna ulja praktički se ne koriste kao izolacijski materijali u tehnologiji električne izolacije. To uključuje kasturu, laneno sjeme, konoplje i tung oil. Ovi materijali slabo su polarni dielektrici i uglavnom se koriste za impregniranje kondenzatora papira i kao tvari koja tvori film u lakovima, bojama i emajlima.

Plinovite dielektrici

Najčešće plinovite dielektrici su zrak, dušik, vodik i SF6 plin. Električni izolacijski plinovi podijeljeni su na prirodne i umjetne. Prirodno se odnosi na zrak, koji se koristi kao izolacija između živih dijelova električnih vodova i električnih strojeva. Budući da zračni izolator ima nedostatke, što ga čini nemogućim za upotrebu u zapečaćenim uređajima. Zbog prisutnosti visoke koncentracije kisika, zrak je oksidacijsko sredstvo, a niska električna snaga zraka pojavljuje se u nejednakim poljima.

U energetskih transformatora i visokonaponskih kabela, dušik se koristi kao izolacija. Vodik, osim električnog izolacijskog materijala, također je prisilno hlađen, pa se često koristi u električnim strojevima. U zatvorenim postrojenjima najčešće se koristi plin SF6. Ispunjavanje SF6 plina čini napravu protiv eksplozije. Koristi se u visokonaponskim prekidačima zahvaljujući svojstvima suzbijanja luka.

Organska dielektrika

Organski dielektrični materijali podijeljeni su na prirodne i sintetičke. Prirodne organske dielektrici trenutno se koriste vrlo rijetko, jer se sintetička proizvodnja sve više širi, čime se smanjuje njihov trošak.

Prirodne organske dielektrici uključuju celulozu, gumu, parafin i povrće ulje (ricinusovo ulje). Većina sintetičkih organskih dielektrika su različite plastike i elastomeri, često korišteni u kućanskim aparatima i drugoj opremi.

Anorganske dielektrici

Anorganski dielektrični materijali podijeljeni su na prirodne i umjetne. Najčešći prirodni materijal je mica, koja ima kemijsku i toplinsku otpornost. Također se koriste za električnu izolaciju phlogopite i muscovite.

U umjetne anorganske dielektrici uključuju staklo i materijale koji se temelje na njoj, kao i porculan i keramiku. Ovisno o području primjene, umjetni dielektrični mogu se dati posebna svojstva. Na primjer, za ograde izolatori koriste feldspat keramike, koja ima visoku tangent dielektričnih gubitaka.

Vlaknasti izolacijski materijali

Vlaknasti materijali često se koriste za izolaciju u električnim aparatima i strojevima. Oni uključuju biljne tvari (guma, celuloza, tkanina), sintetskog tekstila (najlon, najlon) i polistiren materijala, poliamida, itd

Organski vlaknasti materijali su visoko higroskopni, pa se rijetko koriste bez posebne impregnacije.

Nedavno, umjesto organskih materijala, koristi se sintetička vlaknasta izolacija, koja ima viši stupanj toplinske otpornosti. To uključuje stakleno vlakno i azbest. Stakleno vlakno je impregnirano raznim lakovima i smolama radi povećanja svojih hidrofobnih svojstava. Azbestna vlakna imaju nisku mehaničku čvrstoću, tako često dodaju pamučna vlakna.