Електрически изолационни материали и тяхната класификация. Влакнести електроизолационни материали

Някои материали, използвани в електрическите уреди и схемите за захранване, имат диелектрични свойства, т.е. те имат висока токова съпротива. Тази способност им позволява да не преминават ток и следователно те се използват за създаване на изолация на живи части. Електроизолационните материали не са предназначени само за отделяне на токопроводящи части, но и за създаване на защита срещу опасните ефекти от електрически ток. Например, захранващите кабели на електрическите уреди са покрити с изолация.

Електрически изолационни материали и тяхното приложение

Електроизолационните материали се използват широко в промишлеността, радиото и производството на инструменти, развитието на електрическите мрежи. Нормалната работа на електрически уред или безопасността на схемата за захранване до голяма степен зависи от използваните диелектрици. Някои параметри на материала, предназначен за електрическа изолация, определят своето качество и възможности.

Използването на изолационни материали е предмет на правила за безопасност. Целостта на изолацията е ключът към безопасна работа с електрически ток. Много опасно е да се използват устройства с повредена изолация. Дори малък електрически ток може да има ефект върху човешкото тяло.

Свойства на диелектриците

Електроизолационните материали трябва да притежават определени свойства, за да изпълняват функциите си. Основната разлика между диелектриците и проводниците е голямата стойност на специфичното съпротивление на обема (109-1020 ома-см-см). Електрическата проводимост на проводниците е 15 пъти по-голяма, отколкото в диелектриците. Това се дължи на факта, че изолаторите по своето естество имат няколко пъти по-малко свободни йони и електрони, които осигуряват проводимостта на материала. Но при нагряване на материала те стават по-големи, което увеличава текущата проводимост.

Има активни и пасивни свойства на диелектриците. За пасивни свойства най-важните са пасивните свойства. Проницаемостта на материала трябва да бъде колкото е възможно по-малка. Това позволява на изолатора да не въвежда паразитни капацитети във веригата. За материал, който се използва като диелектрик на кондензатор, диелектричната константа трябва, напротив, да бъде колкото е възможно по-голяма.

Изолационни параметри

Основните параметри на електрическата изолация включват електрическа якост, специфично електрическо съпротивление, относителна проницаемост, диелектричен загубен ъгъл. При оценяването на електрическите свойства на материала също взема предвид зависимостта на тези характеристики на ценностите на електрическия ток и напрежение.

Електроизолационните продукти и материали имат по-голяма стойност на електрическата якост в сравнение с проводниците и полупроводниците. Също така важно за диелектрика е стабилността на специфичните стойности при нагряване, увеличаване на напрежението и други промени.

Класификация на диелектрични материали

В зависимост от силата на тока, преминаващ през проводника, се използват различни видове изолация, които се различават по своите възможности.

По какви параметри се разделят електрическите изолационни материали? Класификацията на диелектриците се основава на агрегатното им състояние (твърдо, течно и газообразно) и произход (органични: естествени и синтетични, неорганични: естествени и изкуствени). Най-често срещаният вид твърди диелектрици, които могат да се видят на корди от домакински уреди или други електрически уреди.

Твърдите и течни диелектрици, от своя страна, са разделени на подгрупи. Твърдите диелектрици включват лакове, ламинирани пластмаси и различни видове слюда. Восъци, масла и втечнени газове са течни електрически изолационни материали. Специалните газообразни диелектрици се използват много по-рядко. Този тип също така включва естествен електрически изолатор - въздух. Използването му се дължи не само на характеристиките на въздуха, които го правят отличен диелектрик, но и неговата икономичност. Използването на въздух като изолация не изисква допълнителни разходи за материали.

Твърди диелектрици

Твърдите електроизолационни материали са най-широкият клас диелектрици, които се използват в различни области. Те имат различни химични свойства, а диелектричната константа варира от 1 до 50 000.

Твърдите диелектрици са разделени на неполярни, полярни и фероелектрични елементи. Основните им различия са в механизмите на поляризация. Този клас изолация има свойства като химическа устойчивост, проследяване, дендрити. Химическата устойчивост се изразява в способността да издържат влиянието на различни агресивни среди (киселина, алкали и др.). Устойчивостта на корозия определя способността да издържат на въздействията електрическа дъга, и дендритите - на образуването на дендрити.

Твърдите диелектрици се използват в различни области на енергетиката. Например, керамичните електроизолационни материали най-често се използват като линейни изолатори и втулки в подстанции. Тъй като изолацията на електрическите устройства използва хартия, полимери, стъклопакети. При машините и апаратите най-често се използват лакове, картон, сплав.

За приложение при различни експлоатационни условия, изолацията има някои специални свойства чрез комбиниране на различни материали: топлинна устойчивост, влагоустойчивост, устойчивост на излъчване и устойчивост на замръзване. Термоустойчиви изолатори могат да издържат на температури до 700 ° С, те включват стъкло и материали в тяхната основа, organosility и някои полимери. Влагоустойчив и тропически устойчив материал е флуоропласт, който не е хигроскопичен и хидрофобен.

Изолация, устойчива на лъчение, се използва в устройства с атомни елементи. Той включва неорганични филми, някои видове полимери, стъкло-текстолит и материали на основата на слюда. Предпазва от замръзване изолация, която не губи свойствата си при температури до -90 ° С. Специални изисквания се прилагат към изолацията, предназначена за уреди, работещи в космически или вакуумни условия. За тази цел се използват вакуумно-плътни материали, които включват специална керамика.

Течни диелектрици

Течните електроизолационни материали често се използват в електрически машини и апарати. В трансформатора, ролята на изолацията се играе от нефт. Течните диелектрици се наричат ​​също втечнени газове, ненаситени вазелини и др парафинови масла, полиорганизолоксани, дестилирана вода (пречистена от соли и примеси).

Основните характеристики на течните диелектрици са диелектричната пропускливост, електрическата якост и електрическата проводимост. Също така, електрическите параметри на диелектриците до голяма степен зависят от степента на тяхното пречистване. Твърдите примеси могат да увеличат електрическата проводимост на течностите, дължащи се на разширяването на свободните йони и електрони. Пречистване на течности чрез дестилация, йонен обмен и др. води до увеличаване на стойността на електрическата якост на материала, като по този начин се намалява неговата електрическа проводимост.

Течните диелектрици са разделени на три групи:

• маслени масла;
• растителни масла;
• синтетични течности.

Най-често използваните масла като трансформатор, кабел и кондензатор. Синтетичните течности (органо-силициеви и органофлуоринови съединения) също се използват при измерванията. Например, студено-устойчиви и силиконови съединения са хигроскопични, така че се използва като изолатор в малки трансформатори, но разходите са по-високи от цената на нефтени масла.

Растителните масла практически не се използват като изолационни материали в електроизолационната технология. Те включват кастор, ленено семе, коноп и тонг масло. Тези слабо полярни материали са диелектрици и се използват главно за импрегниране на хартия кондензатори и като филмообразуващо вещество в електрически лакове, бои, емайли.

Газообразни диелектрици

Най-често срещаните газообразни диелектрици са въздух, азот, водород и SF6 газ. Електроизолационните газове са разделени на естествени и изкуствени. Естественият се отнася до въздуха, който се използва като изолация между живите части на електропроводите и електрическите машини. Като изолатор въздухът има недостатъци, което прави невъзможно използването му в запечатани устройства. Поради наличието на висока концентрация на кислород, въздухът е окислител, а в нееднородни полета се наблюдава ниска електрическа якост на въздуха.

При силови трансформатори и високоволтови кабели азотът се използва като изолация. Водородът, освен електроизолационния материал, също е принуден да охлажда, така че често се използва в електрически машини. В запечатани инсталации най-често се използва газ SF6. Запълването с газ SF6 прави устройството взривобезопасно. Използва се при високоволтови превключватели поради свойствата на заглушаване на дъгата.

Органични диелектрици

Органичните диелектрични материали са разделени на естествени и синтетични. Природните органични диелектрици понастоящем се използват изключително рядко, тъй като синтетичната продукция се разраства все повече, като по този начин се намалява тяхната цена.

Към естествените органични диелектрици включват целулоза, каучук, парафин и зеленчук масло (рициново масло). Повечето синтетични органични диелектрици са различни пластмаси и еластомери, често използвани в домакинските електроуреди и друго оборудване.

Неорганични диелектрици

Неорганичните диелектрични материали са разделени на естествени и изкуствени. Най-често срещаните естествени материали са слюда, който има химическо и термично съпротивление. Също така флогопите и мусковете се използват за електрическа изолация.

Към изкуствените неорганични диелектрици са включени стъкло и материали, базирани на него, както и порцелан и керамика. В зависимост от областта на приложение, даден изкуствен диелектрик може да получи специални свойства. Например, за оградни изолатори се използва фелдшпат керамика, която има висока допирателна диелектрична загуба.

Влакнести електроизолационни материали

Влакнестите материали често се използват за изолация в електрически апарати и машини. Те включват материали от растителен произход (каучук, целулоза, тъкани), синтетични тъкани (найлон, капрон), както и материали от полистирен, полиамид и др.

Органичните влакнести материали са силно хигроскопични, така че рядко се използват без специално импрегниране.

Напоследък вместо органични материали се използва синтетична влакнеста изолация, която има по-високо ниво на топлинна устойчивост. Те включват стъклени влакна и азбест. Стъклото се импрегнира с различни лакове и смоли, за да увеличи хидрофобните си свойства. Азбестовите влакна имат ниска механична якост, така че често се добавят памучни влакна.