Elektriske isoleringsmaterialer og deres klassificering. Fiber elektriske isoleringsmaterialer

Nogle materialer, der anvendes i elektriske apparater og strømforsyningssystemer, har dielektriske egenskaber, det vil sige, de har en stor strømmodstand. Denne mulighed gør det muligt for dem ikke at passere nuværende, og derfor bruges de til at skabe isolering af levende dele. Elektriske isoleringsmaterialer er ikke kun designet til at adskille strømbærende dele, men også for at skabe beskyttelse imod de farlige virkninger af elektrisk strøm. For eksempel er elektriske apparaters strømledninger dækket af isolering.

Elektriske isoleringsmaterialer og deres anvendelse

Elektriske isoleringsmaterialer er meget udbredt inden for industri, radio og instrumentfremstilling, udvikling af elektriske netværk. Den normale drift af et elektrisk apparat eller en strømforsyningssystems sikkerhed er i vid udstrækning afhængig af det anvendte dielektrikum. Nogle parametre af materialet beregnet til elektrisk isolering bestemmer dets kvalitet og kapacitet.

Anvendelsen af isoleringsmaterialer er underlagt sikkerhedsregler. Isoleringens integritet er nøglen til sikker drift med elektrisk strøm. Det er meget farligt at bruge enheder med beskadiget isolering. Selv en lille elektrisk strøm kan påvirke menneskekroppen.

Egenskaber ved dielektrikum

Elektriske isoleringsmaterialer skal have visse egenskaber for at kunne udføre deres funktioner. Hovedforskellen mellem dielektrikum og ledere er den store værdi af den specifikke volumenresistens (109-1020 ohm-cm). Ledernes elektriske ledningsevne er 15 gange større end i dielektrikum. Dette skyldes det faktum, at isolatorer af deres natur har flere gange mindre fri ioner og elektroner, hvilket giver materialets nuværende ledningsevne. Men med opvarmning af materialet bliver de større, hvilket øger den nuværende konduktivitet.

Der er aktive og passive egenskaber ved dielektrikum. For passive egenskaber er de vigtigste de passive egenskaber. Materialets permittivitet skal være så lille som muligt. Dette gør det muligt for isolatoren ikke at indføre parasitiske kapacitanser i kredsløbet. For et materiale, der anvendes som dielektrisk af en kondensator, skal den dielektriske konstant tværtimod være så stor som muligt.

Isoleringsparametre

De vigtigste parametre for elektrisk isolering omfatter elektrisk styrke, specifik elektrisk modstand, relativ dielektrisk konstant, vinkel på dielektriske tab. Ved vurderingen af materialets elektriske isolationsegenskaber tages der også hensyn til afhængigheden af de anførte egenskaber på værdierne for elektrisk strøm og spænding.

Elektriske isoleringsprodukter og materialer har en større værdi af elektrisk styrke i sammenligning med ledere og halvledere. Også vigtigt for dielektriske er stabiliteten af de specifikke værdier, når de opvarmes, hvilket øger spændingen og andre ændringer.

Klassificering af dielektriske materialer

Afhængigt af strømmen af den strøm, der passerer gennem lederen, anvendes forskellige typer isolering, som afviger i deres egenskaber.

Hvad er parametrene for at dele elektriske isoleringsmaterialer? Klassifikation af dielektrikum er baseret på deres aggregerede tilstand (fast, flydende og gasformig) og oprindelse (organisk: naturlig og syntetisk, uorganisk: naturlig og kunstig). Den mest almindelige type af fast dielektrikum, som kan ses på ledninger af husholdningsapparater eller andre elektriske apparater.

Fast og flydende dielektrikum er igen opdelt i undergrupper. Solid dielektrikum omfatter lakker, laminater og forskellige typer glimmer. Voks, olier og flydende gasser er flydende elektriske isoleringsmaterialer. Særlige gasformige dielektrikum anvendes meget mindre ofte. Denne type omfatter også en naturlig elektrisk isolator - luft. Dens brug skyldes ikke kun luftens egenskaber, hvilket gør det til et fremragende dielektrisk, men også dets økonomi. Brug af luft som isolering kræver ikke ekstra materialomkostninger.

Solid dielektrikum

Faste elektriske isoleringsmaterialer er den bredeste klasse af dielektrikum, der anvendes i forskellige felter. De har forskellige kemiske egenskaber, og værdien af permittiviteten varierer fra 1 til 50.000.

Faste dielektrikum er opdelt i ikke-polære, polære og ferroelektriske. Deres væsentligste forskelle er i polarisationsmekanismerne. Denne klasse af isolering har sådanne egenskaber som kemisk resistens, sporing, dendritter. Kemisk resistens udtrykkes i evnen til at modstå indflydelsen fra forskellige aggressive miljøer (syre, alkali, etc.). Trigoregostoykost bestemmer evnen til at modstå virkningerne af den elektriske lysbue og dendritisk modstand - dannelsen af dendritter.

Solid dielektrikum anvendes i forskellige energifelter. For eksempel anvendes keramiske elektriske isoleringsmaterialer oftest som lineære og bøsningsisolatorer i transformatorstationer. Som isolering af elektriske apparater anvendes papir, polymerer, glasdug. Til maskiner og apparater anvendes lak, pap, forbindelse oftest.

Til anvendelse under forskellige driftsbetingelser gives isolering nogle særlige egenskaber ved at kombinere forskellige materialer: varmebestandighed, fugtbestandighed, strålingsbestandighed og frostbestandighed. Varmebestandige isolatorer er i stand til at modstå temperaturer op til 700 ° C, de omfatter briller og materialer baseret på dem, organosilitter og nogle polymerer. Vandtæt og tropisk resistent materiale er fluoroplastisk, hvilket er ikke-hygroskopisk og hydrofobt.

Isolationsbestandig mod stråling anvendes i enheder med atomelementer. Det omfatter uorganiske film, visse typer polymerer, glas-tekstolit og glimmerbaserede materialer. Frostbestandig isolering anses for at miste egenskaberne ved temperaturer op til -90 ° C. Der er særlige krav til isolering beregnet til apparater, der arbejder under rum- eller vakuumforhold. Til disse formål anvendes vakuumtætte materialer, som omfatter speciel keramik.

Flydende dielektrikum

Væske elektrisk isolerende materialer anvendes ofte i elektriske maskiner og apparater. I transformeren spilles isolationens rolle af olie. Flydende dielektrikum omfatter også flydende gasser, umættede vaselin og paraffinolier, polyorganosiloxaner, destilleret vand (renset for salte og urenheder).

De vigtigste egenskaber ved flydende dielektrikum er dielektrisk permeabilitet, elektrisk styrke og elektrisk ledningsevne. Også de elektriske parametre for dielektrikum afhænger i høj grad af graden af deres oprensning. Faste urenheder kan øge væskens elektriske ledningsevne på grund af udvidelsen af frie ioner og elektroner. Rensning af væsker ved destillation, ionbytter osv. Leder til en stigning i styrken af materialets elektriske styrke og derved reducerer dets elektriske ledningsevne.

Flydende dielektrikum er opdelt i tre grupper:

• Olieolie;
• Vegetabilske olier;
• Syntetiske væsker.

De mest anvendte olieolier, såsom transformer, kabel og kondensator. Syntetiske væsker (organosilicium og organofluorforbindelser) anvendes også til instrumentering. For eksempel er organiske siliciumforbindelser frostbestandige og hygroskopiske, derfor anvendes de som isolatorer i små transformatorer, men deres omkostninger er højere end prisen på olieolier.

Vegetabilske olier anvendes praktisk taget ikke som isoleringsmateriale i elektrisk isoleringsteknologi. Disse omfatter ricinus, hørfrø, hamp og tungolie. Disse materialer er svagt polære dielektrikum og anvendes primært til imprægnering af papirkondensatorer og som filmdannende substans i elektrisk isolerende lakker, maling, emaljer.

Gasformige dielektrikum

De mest almindelige gasformige dielektriciteter er luft, nitrogen, hydrogen og SF6 gas. Elektriske isolerende gasser er opdelt i naturlige og kunstige. Det naturlige gælder for luft, som bruges som isolering mellem levende dele af kraftledninger og elektriske maskiner. Som isolator har luften ulemper, hvilket gør det umuligt at bruge det i forseglede indretninger. På grund af tilstedeværelsen af en høj koncentration af ilt er luft et oxidationsmiddel, og lav elektrisk luftstyrke forekommer i ikke-ensartede felter.

I krafttransformatorer og højspændingskabler anvendes nitrogen som isolering. Brint, ud over elektrisk isolerende materiale, er også tvunget til at køle, så det bruges ofte i elektriske maskiner. I lukkede installationer anvendes SF6 gas oftest. Fyldning med SF6 gas gør enheden eksplosionssikker. Den bruges i højspændingsafbrydere på grund af dets bue-undertrykkende egenskaber.

Økologiske dielektrikum

Organiske dielektriske materialer er opdelt i naturlige og syntetiske. Naturligt organiske dielektrikum anvendes i øjeblikket ekstremt sjældent, da produktionen af syntetiske stoffer i stigende grad udvides og derved reducerer deres omkostninger.

Til naturlige organiske dielektriciteter indbefatter cellulose, gummi, paraffin og vegetabilske olier (ricinusolie). De fleste af de syntetiske organiske dielektriciteter er forskellige plast og elastomerer, der ofte anvendes i elektriske husholdningsapparater og andet udstyr.

Uorganiske dielektriciteter

Uorganiske dielektriske materialer er opdelt i naturlige og kunstige. Den mest almindelige af naturlige materialer er glimmer, som har kemisk og termisk modstand. Phlogopit og muscovite bruges også til elektrisk isolering.

Til kunstig uorganisk dielektrikum indbefatter glas og materialer baseret på det, såvel som porcelæn og keramik. Afhængigt af anvendelsesområdet kan en kunstig dielektrisk have særlige egenskaber. For hegn isolatorer bruger feldspar keramik, som har en høj tangent af dielektriske tab.

Fiber elektriske isoleringsmaterialer

Fibermaterialer anvendes ofte til isolering i elektriske apparater og maskiner. De omfatter materialer af vegetabilsk oprindelse (gummi, cellulose, stoffer), syntetiske tekstiler (nylon, kapron) samt materialer fra polystyren, polyamid osv.

Økologiske fibrøse materialer har høj hygroskopicitet, så de anvendes sjældent uden særlig imprægnering.

For nylig er der i stedet for organiske materialer anvendt syntetisk fiberisolering, som har et højere niveau af varmebestandighed. Disse omfatter glasfiber og asbest. Glasfiberen er imprægneret med forskellige lakker og harpikser for at øge dens hydrofobe egenskaber. Asbestfibre har en lav mekanisk styrke, så det tilføjer ofte bomuldsfibre.