Elektroizolační materiály a jejich klasifikace. Vláknité elektrické izolační materiály

Některé materiály používané v elektrických zařízeních a schématech napájení mají dielektrické vlastnosti, tj. Mají vysoký proudový odpor. Tato schopnost jim dovoluje nepřenášet proud, a proto se používají k vytvoření izolace živých částí. Elektrické izolační materiály jsou určeny nejen k oddělení proudových částí, ale také k ochraně před nebezpečnými účinky elektrického proudu. Například napájecí šňůry elektrických spotřebičů jsou pokryty izolací.

Elektrické izolační materiály a jejich aplikace

Elektroizolační materiály jsou široce používány v průmyslu, rozhlasu a tvorbě přístrojů, při vývoji elektrických sítí. Normální provoz elektrického spotřebiče nebo bezpečnostní schéma napájení závisí do značné míry na použitém dielektriku. Některé parametry materiálu určeného pro elektrickou izolaci určují jeho kvalitu a schopnosti.

Použití izolačních materiálů podléhá bezpečnostním předpisům. Integrita izolace je klíčem k bezpečnému provozu s elektrickým proudem. Je velmi nebezpečné používat zařízení s poškozenou izolací. Dokonce i malý elektrický proud může mít vliv na lidské tělo.

Vlastnosti dielektrik

Elektrické izolační materiály musí mít určité vlastnosti, aby mohly plnit své funkce. Hlavním rozdílem mezi dielektrikami a vodiči je velká hodnota specifického objemového odporu (109-1020 ohm-cm-cm). Elektrická vodivost vodičů je 15 krát větší než u dielektrik. To je způsobeno skutečností, že izolátory svou povahou mají několikrát méně volných iontů a elektronů, které zajišťují vodivost materiálu. Ale při ohřevu materiálu se stávají větší, což zvyšuje proudovou vodivost.

Jsou aktivní a pasivní vlastnosti dielektrik. Pro pasivní vlastnosti jsou nejdůležitější pasivní vlastnosti. Dovolenost materiálu by měla být co nejmenší. To dovoluje izolátoru neumožnit zavádění parazitních kapacit do obvodu. Pro materiál, který se používá jako dielektrikum kondenzátoru, musí být dielektrická konstanta naopak co možná největší.

Izolační parametry

Mezi hlavní parametry elektrické izolace patří elektrická pevnost, specifický elektrický odpor, relativní permitivita, dielektrický ztrátový úhel. Při hodnocení elektrických izolačních vlastností materiálu se také bere v úvahu závislost uvedených charakteristik na hodnotách elektrického proudu a napětí.

Elektrické izolační výrobky a materiály mají větší hodnotu elektrické pevnosti ve srovnání s vodiči a polovodiči. Také důležité pro dielektrikum je stabilita specifických hodnot při zahřátí, zvýšení napětí a dalších změn.

Klasifikace dielektrických materiálů

V závislosti na výkonu proudu, který prochází vodičem, se používají různé typy izolace, které se liší jejich schopností.

Tím, jaké parametry jsou rozděleny izolačních materiálů? Klasifikace dielektrika na základě jejich skupenství (pevné, kapalné a plynné) a původ (ekologické: přírodní a syntetické, anorganické: přírodní a umělé). Nejběžnějším typem pevných dielektrika, které lze vidět na šňůře domácích spotřebičů nebo jiných elektrických spotřebičů.

Pevný a kapalný dielektrikum se dále dělí na podskupiny. Mezi tuhé dielektrické prvky patří laky, laminované plasty a různé druhy slídy. Vosky, oleje a zkapalněné plyny jsou tekuté elektrické izolační materiály. Speciální plynné dielektrika se používá mnohem méně často. Tento typ také zahrnuje přirozený elektrický izolátor - vzduch. Jeho použití je způsobeno nejen vlastnostmi vzduchu, což z něj činí vynikající dielektrikum, ale i jeho ekonomiku. Použití vzduchu jako izolace nevyžaduje dodatečné náklady na materiál.

Pevná dielektrika

Pevné elektrické izolační materiály jsou nejširší třídou dielektrik, které se používají v různých oborech. Mají různé chemické vlastnosti a dielektrická konstanta se pohybuje od 1 do 50 000.

Pevná dielektrika je rozdělena na nepolární, polární a feroelektriku. Jejich hlavní rozdíly jsou v mechanismech polarizace. Tato třída izolace má takové vlastnosti jako chemická odolnost, sledování, dendrity. Chemická odolnost je vyjádřena schopností odolávat vlivu různých agresivních prostředí (kyseliny, alkálie atd.). Odolnost proti korozi určuje schopnost odolat nárazům elektrický oblouk, a dendritů - k tvorbě dendritů.

Tuhé dielektrika se používá v různých oblastech energie. Například keramické elektroizolační materiály se nejčastěji používají jako lineární a izolační pouzdra v rozvodnách. Jako izolace elektrických zařízení používejte papír, polymery, skleněné tkaniny. U strojů a přístrojů se nejčastěji používají laky, lepenka, směs.

Pro použití v různých provozních podmínkách izolace dodávají některé speciální vlastnosti, kombinací různých materiálů: tepelnou odolnost, odolnost proti vlhkosti, odpor záření a odolnost proti chladu. Žárovzdorné izolátory, které jsou schopné odolávat teplotám až do 700 ° C, mezi ně patří sklo a materiály na jejich bázi, organosility a některých polymerů. Tropické a odolný proti vlhkosti materiálu je PTFE, který je nehygroskopický a hydrofobní.

Izolace odolná vůči záření se používá v zařízeních s atomovými prvky. Zahrnuje anorganické fólie, některé typy polymerů, sklo-textolit a materiály na bázi slídy. Izolace odolná proti mrazu je považována za nezhoršující vlastnosti při teplotách do -90 ° C. Zvláštní požadavky platí pro izolaci určenou pro přístroje pracující v prostorových nebo vakuových podmínkách. Pro tyto účely se používají vakuově hutné materiály, které zahrnují speciální keramiku.

Tekutý dielektrikum

Kapalné elektrické izolační materiály se často používají v elektrických strojích a zařízeních. V transformátoru hraje roli izolace olej. Tekuté dielektriky jsou také označovány jako zkapalněné plyny, nenasycené vazelíny a parafinické oleje, polyorganosiloxany, destilovaná voda (čištěná ze solí a nečistot).

Hlavní charakteristiky kapalného dielektrika jsou dielektrická propustnost, elektrická pevnost a elektrická vodivost. Rovněž elektrické parametry dielektrií závisí do značné míry na stupni jejich čištění. Pevné nečistoty mohou zvýšit elektrickou vodivost kapalin vlivem expanze volných iontů a elektronů. Čištění tekutin destilací, výměnou iontů atd. vede ke zvýšení hodnoty elektrické pevnosti materiálu, čímž se snižuje jeho elektrická vodivost.

Kapalná dielektrika je rozdělena do tří skupin:

• olejové oleje;
• rostlinné oleje;
• syntetických tekutin.

Nejběžněji používané minerální oleje, jako je transformátor, kabel a kondenzátor. Syntetické tekutiny (organokřemičité a organofluorových sloučeniny) se také používají při výrobě přístroje. Například, mrazuvzdorné a silikonové sloučeniny jsou hygroskopické, takže použitý jako izolátor v malých transformátorů, ale jejich náklady jsou vyšší, než je cena ropných olejů.

Rostlinné oleje se prakticky nepoužívají jako izolační materiály v elektroizolační technice. Patří mezi ně kolečko, lněné semínko, konopí a tungový olej. Tyto slabě polární materiály jsou dielektrika a používají se zejména pro impregnaci papíru kondenzátorů a jako filmotvorné látky v elektrických laků, emailů.

Plynná dielektrika

Nejběžnějším plynným dielektrikem jsou vzduch, dusík, vodík a plyn SF6. Elektrické izolační plyny jsou rozděleny na přírodní a umělé. Přírodní se týká vzduchu, který se používá jako izolace mezi živými částmi elektrických vedení a elektrickými stroji. Jako izolátor má vzduch nevýhody, což znemožňuje použití v utěsněných zařízeních. Vzhledem k přítomnosti vysoké koncentrace kyslíku je vzduch oxidačním činidlem a v nerovnoměrných polích se objevuje nízká elektrická pevnost vzduchu.

U výkonových transformátorů a vysokonapěťových kabelů se jako izolace používá dusík. Vodík, kromě elektrického izolačního materiálu, je také nucené chlazení, takže se často používá v elektrických strojích. V uzavřených zařízeních se nejčastěji používá plyn SF6. Plnění plynem SF6 činí zařízení odolné proti výbuchu. Používá se u vysokonapěťových spínačů kvůli vlastnostem potlačení oblouku.

Organická dielektrika

Organické dielektrické materiály jsou rozděleny na přírodní a syntetické. Přírodní organické dielektrika se v současné době používá extrémně vzácně, protože syntetická výroba se stále více rozšiřuje a tím snižuje náklady.

Mezi přírodní organické dielektrické látky patří celulóza, kaučuk, parafín a zelenina olej (ricinový olej). Většina syntetických organických dielektrik jsou různé plasty a elastomery, často používané v domácích elektrospotřebičích a dalších zařízeních.

Anorganická dielektrika

Anorganické dielektrické materiály jsou rozděleny na přírodní a umělé. Nejběžnější z přírodních materiálů je slída, která má chemický a tepelný odpor. Pro elektrické izolace se používá také phlogopit a muskovit.

Mezi umělé anorganické dielektrické prvky patří sklo a materiály na něm založené, stejně jako porcelán a keramika. V závislosti na oblasti použití lze umístit umělý dielektrik speciální vlastnosti. Například pro izolátory plotů používají živicovou keramiku, která má vysokou tečnu dielektrických ztrát.

Vláknité elektrické izolační materiály

Tyto vláknité materiály se často používají pro izolaci v elektrických přístrojů a strojů. Ty zahrnují materiály rostlin (guma, celulóza, textilií), syntetické tkaniny (nylon, nylon) a polystyrénové materiály, polyamid atd

Organické vláknité materiály jsou vysoce hygroskopické, takže se zřídka používají bez speciální impregnace.

V poslední době se místo organických materiálů používá syntetická vláknitá izolace, která má vyšší tepelnou odolnost. Patří sem skleněná vlákna a azbest. Skleněné vlákno je impregnováno různými laky a pryskyřicemi, které zvyšují jeho hydrofobní vlastnosti. Azbestové vlákno má nízkou mechanickou pevnost, takže často přidává bavlněné vlákno.