Materiały elektroizolacyjne: rodzaje, właściwości, cechy i zastosowania

Materiały izolacyjne mają na celu ograniczenie struktur i poszczególnych elementów przed kontaktem z określonymi środowiskami. Zgodnie z tą zasadą, konstruowanie materiałów na wodę, parę wodną i ciepło. W miejscach gdzie stosowane są przewody elektryczne, wymagany jest inny rodzaj izolacji - w postaci dielektryków. Ich zadaniem jest wykluczyć kontakty między przewodami prądu czynnego a materiałami, które nie są obliczone, aby zapewnić tę funkcję. Obiekty techniczne, urządzenia, konstrukcje budowlane, a nawet powłoki dekoracyjne mogą działać jako cele. Z kolei materiały elektroizolacyjne tworzą barierę dla przejścia prąd elektryczny niezależnie od tego, czy jest zmienna czy stała.

Klasyfikacja izolatorów

Izolatory elektryczne różnią się pochodzeniem i stanem skupienia. W odniesieniu do pochodzenia, jako znak odróżniający należy do materiałów organicznych i nieorganicznych, a także surowców naturalnych i syntetycznych. Do naturalnych materiałów należy mika, która charakteryzuje się wytrzymałością, elastycznością i zdolnością do rozszczepiania. Jest to nieorganiczny dielektryk pochodzenia naturalnego. Odwrotnie, w grupie syntetycznych materiałów organicznych można zauważyć chemiczne związki o wysokiej masie cząsteczkowej. W postaci gotowej do użycia są oferowane jako tworzywa sztuczne i elastomery. Główne różnice operacyjne są określone przez klasyfikację materiałów elektroizolacyjnych zgodnie ze stanem skupienia. Wyróżnia się stałe i płynne dielektryki gazowe.

Właściwości obecnych izolatorów

Głównym zadaniem dielektryka jest zapewnienie funkcji izolacyjnej. Dlatego, jako podstawowe właściwości użytkowe, można zauważyć zwiększoną rezystywność, małą styczną straty dielektrycznej i wysokie napięcie przebicia - wspomniany już przebicie. Opór określa, w jaki sposób materiał będzie w stanie przeszkodzić w przewodzeniu prądu o różnych parametrach kontaktowania obwód elektryczny. Z kolei utrata dielektryka wskazuje na wpływ izolatora na działanie czynnego przewodnika - wartość ta powinna mieć tendencję do zera, ale częściej wysoka rezystywność prowadzi do wzrostu strat w obwodzie głównym. Jest to również ważne i przenikliwe właściwości materiałów elektroizolacyjnych, które są określone przez napięcie. W tym przypadku możemy mówić o bezpośredniej przenikalności materiału docelowego. Co więcej, wszystkie wymienione właściwości są ustalone tylko wtedy, gdy odnotowano stabilność ich "pracy" w czasie i przy danej temperaturze. Czasami częstotliwość pola elektrycznego jest wskazana jako parametr stabilności podczas testowania.

Charakterystyka izolatorów elektrycznych

Jedną z głównych cech dielektryków jest odporność powierzchni. Jest to opór, który występuje, gdy prąd przepływa przez powierzchnię materiału. Kolejną istotną cechą jest stała dielektryczna. Jak już wspomniano, przenikalność jest bezpośrednio związana z przenikalnością materiału docelowego. Na szczególną uwagę zasługują właściwości fizyczne i chemiczne. Spośród nich odnotowano absorpcję wody, lepkość i kwasowość. Absorpcja wody wskazuje na stopień porowatości materiału i obecność w nim rozpuszczalnych w wodzie pierwiastków. Im wyższa jest ta wartość, tym wyższa jest wydajność materiału jako dielektryka. Z kolei lepkość charakteryzuje się płynnością, która jest ważna dla określenia oddziaływania materiału z ciekłymi lub stopionymi dielektrykami. Liczby kwasowe zwykle charakteryzują się dielektrykami ciekłymi. Na przykład główne cechy materiałów elektroizolacyjnych są ograniczone do zdolności do neutralizacji wolnych kwasów zawartych w 1 g materiału. Obecność wolnych kwasów obniża właściwości elektroizolacyjne izolatorów elektrycznych.

Izolatory gazowe

Praktycznie wszystkie gazowe materiały elektroizolacyjne zapewniają stałą dielektryczną, współczynnik 1. Zalety takich produktów obejmują niewielką część strat dielektrycznych, chociaż stopień uszkodzenia jest również niewielki. Zasadą jest, że głównym ośrodkiem gazowym pełniącym funkcję izolatora elektrycznego jest powietrze, uzupełnione specjalnymi wtrętami. Ale do dnia dzisiejszego gaz SF6 jest również szeroko stosowany, który jest stosowany jako dielektryczna baza. Typy gazowe materiałów elektroizolacyjnych oparte są na sześciofluorek siarki, który zapewnia wyższą ochronę w indeksie rozkładu, aw niektórych przypadkach obserwuje się również łuk elektryczny. Jeśli chodzi o trudne warunki pracy docelowego obiektu ochrony, ośrodek gazowy można uzupełnić izolatorami organicznymi.

Solidne dielektryki

Tradycyjnie izolatory tego typu są rozumiane jako materiały takie jak szkło, kwarc, porcelana, tworzywa sztuczne i guma. Ich pochodzenie może być naturalne i syntetyczne. W cienkich warstwach izolatorów mogą występować podwyższone wskaźniki rezystywności i napięcia przebicia - te wartości zależą od stałej dielektrycznej i wytrzymałości elektrycznej konstrukcji. Zwiększenie różnicy potencjałów w odniesieniu do stałego lub ciekłego dielektryka zwiększy prąd przepływający przez obiekt docelowy. W rezultacie zjawisko to przyczynia się do powstawania dodatniego ładunku kosmicznego w pobliżu katody na tle separacji elektronów. Awaria elektryczna może być rozpatrywana jako wynik zniekształcenia naładowanego pola w strukturze samego izolatora. Półprzewodnikowe materiały elektroizolacyjne są spolaryzowane, dlatego ich dielektryczna stała przekracza jedność. Również w momencie stosowania zmiennych pól elektrycznych polaryzacja przyczynia się do powstawania strat dielektrycznych. W tym kontekście warto podkreślić materiały, które mają minimalne straty dielektryczne, nawet w polach o wysokiej częstotliwości. Należą do nich polietylen i kwarc.

Płynne dielektryki

Ciekłe izolatory obejmują syntetyczne płyny, oleje, pasty, lakiery i żywice. Szczególnie powszechne oleje mineralne, które są produktem rafinacja oleju i reprezentujące połączenie ciekłych węglowodorów. Stosowane są w przełącznikach oleju, małych transformatorach, kondensatorach i kablach. Popularna i płynna izolacja elektryczna w postaci impregnacji. Jest często używany do przygotowania kabli i tych samych kondensatorów do pracy. Materiał jest papierową izolacją, w której papier jest nośnikiem, a impregnacja jest aktywnym środkiem ochronnym.

Izolacja tulei

Jest to materiał z grupy mechanicznych urządzeń ochronnych, które zapewniają zewnętrzną ochronę fizyczną. Zwykle stosowana elastyczna wkładka, która chroni przewody zasilające, transformatory i kable. Na tej samej zasadzie działa tradycyjna taśma izolacyjna, której zadaniem jest stworzenie fizycznej bariery. Rękawy działają również jako warstwa, z którą nie wchodzi w interakcje obecne źródło na poziomie elektrochemicznym. Jednak wśród braków tego materiału jest szybkie zużycie.

Kondensatory

Izolacja elektryczna jest ważnym warunkiem pełnej wydajności kondensatorów. W niektórych przypadkach kondensator sam w sobie działa jako dielektryk w składzie złożonego obwodu elektrycznego. Takie urządzenia mają różne zastosowania, w tym neutralizację efektów indukcyjnych w liniach z prąd przemienny akumulacja ładunku, a także odbieranie impulsów prądu dla wszystkich aplikacji. Aby wykorzystać kondensator jako punkt izolacyjny, musisz mieć pojęcie o wymaganej pojemności. W urządzeniach oblicza się je w oparciu o charakterystykę systemu lub obliczając wielkość ładunku na płycie. W samej konstrukcji, aby zapewnić funkcję ochronną, można zastosować materiały elektroizolacyjne w postaci lakierów i olejów. W zależności od rodzaju kondensatora, określa się również zestaw funkcji drugorzędnych - na przykład uwzględnia się palność, odporność na wilgoć, odporność na zużycie itp.

Odkurz jako izolator

Podłoże gazowe przy bardzo niskim ciśnieniu może tworzyć warunki, gdy gaz po prostu nie może wytworzyć zauważalnego prądu w szczelinie międzyelektrodowej. Takie warunki nazywane są próżnią izolacyjną. Kiedy zderzają się z elektronami lub dodatnimi jonami, które wylatują z elektrod, bardzo rzadko zdarza się jonizowanie cząsteczek gazu pod niskim ciśnieniem. Tak zwana wysoka próżnia pod warunkiem stałego napięcia do 20 kV na powierzchni katody może wytrzymać bez uszkodzenia przy natężeniu pola rzędu 5 MV / cm. Jeśli mówimy o anodzie, napięcie powinno być kilka razy wyższe. A jednak zauważalny wzrost napięcia przyczynia się do tego, że próżniowe materiały izolacyjne tracą swój potencjał ochronny. Awaria w tym przypadku może wystąpić w wyniku wymiany naładowanych cząstek w wiązce katoda-anoda. Dielektryki tego typu są częściej stosowane w elektronice. Wykorzystuje się je do przyspieszania elektronów w urządzeniach konwencjonalnych, a w urządzeniach rentgenowskich do zastosowań wysokonapięciowych.

Związek jako główny dielektryk w radiotechnice

Dość praktyczny w użyciu i niedrogi sposób na ochronę dielektryczną. Związek nakłada się na obszar roboczy, po czym twardnieje, w pełni nabywając jego podstawowe właściwości funkcjonalne. Jednocześnie nie można powiedzieć, że związki są koniecznie stałymi materiałami izolacyjnymi, ponieważ istnieją również odmiany typu ciekłego. Nawet w stanie roboczym nie twardnieją. Istnieją również rodzaje doniczkowe i impregnujące tego materiału. Charakterystyczną cechą wszystkich związków jest całkowity brak rozpuszczalników w kompozycji. Umożliwia to delikatną impregnację skomplikowanych elektromechanicznych części i aparatury.

Nowoczesne materiały elektroizolacyjne

Nowa generacja izolatorów elektrycznych obejmuje szeroką grupę materiałów polimerowych. Są to głównie produkty foliowe, które zapewniają efekt dielektryczny, tworząc odpowiednią powłokę. Folia wykonana jest w formacie rolek, których grubość waha się od 5 do 250 mikronów. Oprócz podstawowych właściwości elektroizolacyjnych folie takie charakteryzują się elastycznością, elastycznością, wytrzymałością i odpornością na rozdarcie. Łatwa w użyciu i polimerowa taśma izolacyjna o grubości 0,2-0,3 mm. Takie materiały tracą wiele tradycyjnych dielektryków tylko w jednej jakości - bezpieczeństwo ekologiczne. Nie jest to najbardziej nieszkodliwy materiał pod względem zagrożenia toksycznego, dlatego jest wykorzystywany głównie w przemyśle, choć są wyjątki.

Obszary zastosowania izolatorów elektrycznych

Praktycznie wszystkie obszary, w których odbywa się okablowanie, w takiej czy innej postaci, są stosowane i środki dielektryczne. Podstawowym przykładem są kable, które otrzymują kilka warstw izolacji, zarówno elektrycznych, jak i mechanicznych. Tworzenie instrumentów można nazwać drugim najbardziej popularnym zastosowaniem tej izolacji. Od skutków prądów ograniczają poszczególne części sprzętu i jednostki technologiczne w maszynach elektrycznych. W budownictwie potrzebne są również środki izolacji od prądu. Na przykład materiały izolacji elektrycznej są również zaangażowane w układanie przewodów domowych i ulicznych. Zastosowanie dielektryków pozwala zaoszczędzić materiały znajdujące się w pobliżu obwodu przewodzącego. W niektórych przypadkach taka izolacja usprawiedliwia się jako sposób zmniejszenia strat napięcia linii głównej.

Wniosek

Zakres opcji izolacji elektrycznej jest dość szeroki, co umożliwia celowy dobór materiału specjalnie do konkretnych potrzeb. Na przykład w życiu codziennym powszechne są rodzaje elektroizolacyjnych półprzewodników, a także dielektryki w postaci części. W przemyśle i budownictwie można stosować środowiska gazu i cieczy. Kula komunalna obejmuje prawie cały zakres izolacji elektrycznej, ponieważ warunki ochrony mogą być bardzo różne.