Vissa material som används i elektriska apparater och strömförsörjningskretsar har dielektriska egenskaper, det vill säga de har ett högt motstånd mot ström. Denna förmåga tillåter dem att inte passera ström, och därför används de för att skapa isolering för strömförande delar. Elektriska isoleringsmaterial är utformade inte bara för att separera strömförande delar, utan också för att skapa skydd mot de farliga effekterna av elektrisk ström. Till exempel är nätsladdarna till elektriska apparater täckta med isolering.
Elektriska isoleringsmaterial och deras tillämpningar
Elektriska isoleringsmaterial används i stor utsträckning inom industri, radio- och instrumenttillverkning och utvecklingen av elektriska nätverk. Den normala driften av en elektrisk apparat eller säkerheten hos en strömförsörjningskrets beror till stor del påanvänd dielektrikum. Vissa parametrar för ett material avsett för elektrisk isolering avgör dess kvalitet och kapacitet.
Användningen av isoleringsmaterial omfattas av säkerhetsföreskrifter. Isoleringens integritet är nyckeln till säkert arbete med elektrisk ström. Det är mycket farligt att använda enheter med skadad isolering. Även en lätt elektrisk ström kan ha en effekt på människokroppen.
Dielektrikens egenskaper
Elektriska isoleringsmaterial måste ha vissa egenskaper för att kunna utföra sina funktioner. Den största skillnaden mellan dielektrikum och ledare är den stora volymresistiviteten (109–1020 ohm cm). Ledarnas elektriska ledningsförmåga i jämförelse med dielektrikum är 15 gånger högre. Detta beror på det faktum att isolatorer till sin natur har flera gånger färre fria joner och elektroner, vilket ger materialets strömledningsförmåga. Men när materialet värms upp blir de fler, vilket bidrar till en ökning av elektrisk ledningsförmåga.
Skilj mellan aktiva och passiva egenskaper hos dielektrikum. För isoleringsmaterial är passiva egenskaper viktigast. Materialets dielektriska konstant bör vara så låg som möjligt. Detta tillåter isolatorn att inte införa parasitiska kapacitanser i kretsen. För det material som används som dielektrikum i en kondensator bör dielektricitetskonstanten tvärtom vara så stor som möjligt.
Isolerings alternativ
Till huvudparametrarnaelektrisk isolering inkluderar elektrisk styrka, elektrisk resistivitet, relativ permittivitet, dielektrisk förlustvinkel. Vid utvärdering av materialets elektriska isoleringsegenskaper tas även hänsyn till de angivna egenskapernas beroende av storleken på den elektriska strömmen och spänningen.
Elektriska isoleringsprodukter och material har en större elektrisk styrka jämfört med ledare och halvledare. Viktigt för dielektrikumet är också stabiliteten hos specifika värden under uppvärmning, spänningsökning och andra förändringar.
Klassificering av dielektriska material
Beroende på effekten av strömmen som passerar genom ledaren, används olika typer av isolering, som skiljer sig åt i deras kapacitet.
Enligt vilka parametrar är elektriska isoleringsmaterial uppdelade? Klassificeringen av dielektrika baseras på deras aggregationstillstånd (fast, flytande och gasformig) och ursprung (organisk: naturlig och syntetisk, oorganisk: naturlig och artificiell). Den vanligaste typen av fast dielektrikum, som kan ses på sladdarna till hushållsapparater eller andra elektriska apparater.
Fast och flytande dielektrikum är i sin tur indelade i undergrupper. Fasta dielektrika inkluderar lackerade tyger, laminat och olika typer av glimmer. Vax, oljor och flytande gaser är flytande elektriska isoleringsmaterial. Speciella gasformiga dielektrika används mycket mindre ofta. Denna typ inkluderar ocksåden naturliga elektriska isolatorn är luft. Dess användning beror inte bara på luftens egenskaper, vilket gör den till ett utmärkt dielektrikum, utan också på dess ekonomi. Användningen av luft som isolering kräver inga extra materialkostnader.
Solid Dielectrics
Solida elektriska isoleringsmaterial är den bredaste klassen av dielektrikum som används inom olika områden. De har olika kemiska egenskaper och dielektricitetskonstanten sträcker sig från 1 till 50 000.
Solid dielektrik är indelad i icke-polär, polär och ferroelektrisk. Deras huvudsakliga skillnader ligger i polarisationsmekanismerna. Denna klass av isolering har sådana egenskaper som kemisk beständighet, spårningsbeständighet, dendritisk beständighet. Kemisk resistens uttrycks i förmågan att motstå påverkan av olika aggressiva miljöer (syra, alkali, etc.). Spårningsresistans bestämmer förmågan att motstå effekterna av en ljusbåge, och dendritisk resistans bestämmer bildningen av dendriter.
Solid dielektrikum används inom olika energiområden. Till exempel är keramiska elektriska isoleringsmaterial vanligast som lednings- och bussningsisolatorer i transformatorstationer. Papper, polymerer, glasfiber används som isolering för elektriska apparater. Till maskiner och apparater används oftast lack, kartong, blandning.
För användning i olika driftsförhållanden får isolering vissa speciella egenskaper genom att kombinera olikamaterial: värmebeständighet, fuktbeständighet, strålningsbeständighet och frostbeständighet. Värmebeständiga isolatorer kan motstå temperaturer upp till 700 °C, dessa inkluderar glas och material baserade på dem, organosiliter och vissa polymerer. Fuktbeständigt och tropiskt resistent material är fluorplast, som är icke-hygroskopiskt och hydrofobt.
Strålningsbeständig isolering används i enheter med atomära element. Det inkluderar oorganiska filmer, vissa typer av polymerer, glasfiber och glimmerbaserade material. Frostbeständiga är isoleringar som inte förlorar sina egenskaper vid temperaturer upp till -90 ° C. Särskilda krav ställs på isolering avsedd för enheter som arbetar i rymd- eller vakuumförhållanden. För dessa ändamål används vakuumtäta material, som inkluderar speciell keramik.
Flytande dielektrik
Flytande elektriska isoleringsmaterial används ofta i elektriska maskiner och apparater. Olja spelar rollen som isolering i en transformator. Flytande dielektrikum inkluderar även flytande gaser, omättade vaselin- och paraffinoljor, polyorganosiloxaner, destillerat vatten (renat från s alter och föroreningar).
De huvudsakliga egenskaperna hos flytande dielektrika är dielektricitetskonstant, elektrisk styrka och elektrisk konduktivitet. De elektriska parametrarna för dielektrika beror också till stor del på graden av deras rening. Fasta föroreningar kan öka den elektriska ledningsförmågan hos vätskor på grund av tillväxten av fria joner och elektroner. Rening av vätskor genom destillation, jonbyte m.m. leder till en ökning av materialets elektriska styrka, vilket minskar dess elektriska ledningsförmåga.
Flytande dielektrikum är indelade i tre grupper:
- petroleumoljor;
- vegetabiliska oljor;
- syntetiska vätskor.
De vanligaste oljorna är petroleumoljor som transformator-, kabel- och kondensatoroljor. Syntetiska vätskor (kiselorganiska och organiska fluorföreningar) används också inom apparatteknik. Till exempel är kiselorganiska föreningar frostbeständiga och hygroskopiska, så de används som isolator i små transformatorer, men deras kostnad är högre än priset på petroleumoljor.
Vetabiliska oljor används praktiskt taget inte som isoleringsmaterial inom elektrisk isoleringsteknik. Dessa inkluderar ricinolja, linfrö, hampa och tungolja. Dessa material är svagt polära dielektrika och används främst för impregnering av papperskondensatorer och som filmbildande medel i elektriska isolerande lacker, färger och emaljer.
Gasdielektrik
De vanligaste gasformiga dielektrikumen är luft, kväve, väte och SF6-gas. Elektriska isoleringsgaser delas in i naturliga och konstgjorda. Naturlig luft används som isolering mellan de strömförande delarna av kraftledningar och elektriska maskiner. Som isolator har luft nackdelar som gör det omöjligt att använda den i slutna enheter. På grund av närvaron av en hög koncentration av syre är luft ett oxidationsmedel, och i inhomogena fält uppstår en låg elektrisk styrka hos luft.
Strömtransformatorer och högspänningskablar använder kväve som isolering. Väte är, förutom att vara ett elektriskt isolerande material, även forcerad kylning, varför det ofta används i elektriska maskiner. I täta installationer används oftast SF6. Fyllning med SF6-gas gör enheten explosionssäker. Den används i högspänningsbrytare på grund av dess ljusbågssläckande egenskaper.
Ekologisk dielektrik
Organiska dielektriska material är uppdelade i naturliga och syntetiska. Naturliga organiska dielektrika används för närvarande extremt sällan, eftersom produktionen av syntetiska sådana växer mer och mer, vilket minskar kostnaderna.
Till naturliga organiska dielektrika inkluderar cellulosa, gummi, paraffin och vegetabiliska oljor (ricinolja). De flesta syntetiska organiska dielektrikum är olika plaster och elastomerer som ofta används i elektriska hushållsapparater och annan utrustning.
Oorganisk dielektrik
Oorganiska dielektriska material delas in i naturliga och konstgjorda. Det vanligaste av naturmaterialen är glimmer, som har kemisk och termisk beständighet. Flogopit och muskovit används också för elektrisk isolering.
Till artificiell oorganiskdielektrika inkluderar glas och material baserade på det, samt porslin och keramik. Beroende på applikationen kan det artificiella dielektrikumet ges speciella egenskaper. Till exempel används fältspatkeramik för bussningar, som har en tangent med hög dielektrisk förlust.
Fibrösa elektriska isoleringsmaterial
Fibrösa material används ofta för isolering i elektriska apparater och maskiner. Dessa inkluderar material av vegetabiliskt ursprung (gummi, cellulosa, tyger), syntetiska textilier (nylon, kapron) samt material av polystyren, polyamid, etc.
Ekologiska fibermaterial är mycket hygroskopiska, så de används sällan utan speciell impregnering.
Nyligen, istället för organiska material, har syntetfiberisolering använts, som har en högre nivå av värmebeständighet. Dessa inkluderar glasfiber och asbest. Glasfiber är impregnerat med olika lacker och hartser för att öka dess hydrofoba egenskaper. Asbestfiber har låg mekanisk styrka, så bomullsfiber tillsätts ofta.
