Noen materialer som brukes i elektriske apparater og strømforsyningskretser har dielektriske egenskaper, det vil si at de har høy motstand mot strøm. Denne evnen gjør at de ikke kan passere strøm, og derfor brukes de til å lage isolasjon for strømførende deler. Elektriske isolasjonsmaterialer er utformet ikke bare for å skille strømførende deler, men også for å skape beskyttelse mot de farlige effektene av elektrisk strøm. For eksempel er strømledningene til elektriske apparater dekket med isolasjon.
Elektriske isolasjonsmaterialer og deres bruksområder
Elektriske isolasjonsmaterialer er mye brukt i industri, radio- og instrumentproduksjon, og utviklingen av elektriske nettverk. Normal drift av et elektrisk apparat eller sikkerheten til en strømforsyningskrets avhenger i stor grad avbrukte dielektriske stoffer. Noen parametere for et materiale beregnet for elektrisk isolasjon bestemmer kvaliteten og egenskapene.
Bruk av isolasjonsmaterialer er underlagt sikkerhetsforskrifter. Integriteten til isolasjonen er nøkkelen til sikkert arbeid med elektrisk strøm. Det er svært farlig å bruke enheter med skadet isolasjon. Selv en svak elektrisk strøm kan ha en effekt på menneskekroppen.
Properties of dielectrics
Elektriske isolasjonsmaterialer må ha visse egenskaper for å kunne utføre sine funksjoner. Hovedforskjellen mellom dielektrikum og ledere er den store volumresistiviteten (109–1020 ohm cm). Den elektriske ledningsevnen til ledere sammenlignet med dielektrikum er 15 ganger større. Dette skyldes det faktum at isolatorer i sin natur har flere ganger færre frie ioner og elektroner, som gir materialets strømledningsevne. Men når materialet varmes opp, er det flere av dem, noe som bidrar til en økning i elektrisk ledningsevne.
Skille mellom aktive og passive egenskaper til dielektrikum. For isolasjonsmaterialer er passive egenskaper viktigst. Materialets dielektriske konstant bør være så lav som mulig. Dette gjør at isolatoren ikke kan introdusere parasittiske kapasitanser i kretsen. For materialet som brukes som dielektrikum til en kondensator, bør dielektrisitetskonstanten tvert imot være så stor som mulig.
isolasjons alternativer
Til hovedparametreneelektrisk isolasjon inkluderer elektrisk styrke, elektrisk resistivitet, relativ permittivitet, dielektrisk tapsvinkel. Ved evaluering av de elektriske isolasjonsegenskapene til materialet tas også hensyn til avhengigheten til de oppførte egenskapene av størrelsen på den elektriske strømmen og spenningen.
Elektriske isolasjonsprodukter og materialer har større elektrisk styrke sammenlignet med ledere og halvledere. Også viktig for dielektrikumet er stabiliteten til spesifikke verdier under oppvarming, spenningsøkning og andre endringer.
Klassifisering av dielektriske materialer
Avhengig av kraften til strømmen som går gjennom lederen, brukes forskjellige typer isolasjon, som er forskjellige i deres evner.
I henhold til hvilke parametere er elektriske isolasjonsmaterialer delt inn? Klassifiseringen av dielektrikum er basert på deres aggregeringstilstand (fast, flytende og gassformig) og opprinnelse (organisk: naturlig og syntetisk, uorganisk: naturlig og kunstig). Den vanligste typen solid dielektrikum, som kan sees på ledningene til husholdningsapparater eller andre elektriske apparater.
Fast og flytende dielektrikum er på sin side delt inn i undergrupper. Solid dielektrikum inkluderer lakkerte stoffer, laminater og ulike typer glimmer. Voks, oljer og flytende gasser er flytende elektriske isolasjonsmaterialer. Spesielle gassformige dielektriske stoffer brukes mye sjeldnere. Denne typen inkluderer ogsåden naturlige elektriske isolatoren er luft. Bruken skyldes ikke bare egenskapene til luft, som gjør den til et utmerket dielektrikum, men også dens økonomi. Bruk av luft som isolasjon krever ikke ekstra materialkostnader.
Solid Dielectrics
Solide elektriske isolasjonsmaterialer er den bredeste klassen av dielektrikum som brukes på ulike områder. De har forskjellige kjemiske egenskaper, og dielektrisitetskonstanten varierer fra 1 til 50 000.
Solid dielektrikk er delt inn i ikke-polare, polare og ferroelektriske. Deres viktigste forskjeller er i mekanismene for polarisering. Denne klassen av isolasjon har egenskaper som kjemisk motstand, sporingsmotstand, dendritisk motstand. Kjemisk motstand uttrykkes i evnen til å motstå påvirkningen fra ulike aggressive miljøer (syre, alkali, etc.). Sporingsmotstand bestemmer evnen til å motstå effekten av en elektrisk lysbue, og dendrittisk motstand bestemmer dannelsen av dendritter.
Solid dielektrikum brukes i ulike energifelt. For eksempel er keramiske elektriske isolasjonsmaterialer mest brukt som lednings- og gjennomføringsisolatorer i transformatorstasjoner. Papir, polymerer, glassfiber brukes som isolasjon for elektriske apparater. Til maskiner og innretninger brukes oftest lakk, papp, compound.
For bruk under ulike driftsforhold gis isolasjon noen spesielle egenskaper ved å kombinere ulikematerialer: varmebestandighet, fuktbestandighet, strålingsbestandighet og frostbestandighet. Varmebestandige isolatorer er i stand til å motstå temperaturer opp til 700 °C, disse inkluderer glass og materialer basert på dem, organosilitter og noen polymerer. Fuktbestandig og tropisk motstandsdyktig materiale er fluorplast, som er ikke-hygroskopisk og hydrofobt.
Strålingsbestandig isolasjon brukes i enheter med atomelementer. Det inkluderer uorganiske filmer, noen typer polymerer, glassfiber og glimmerbaserte materialer. Frostbestandige er isolasjoner som ikke mister egenskapene ved temperaturer opp til -90 ° C. Spesielle krav stilles til isolasjon beregnet på enheter som opererer i rom- eller vakuumforhold. Til disse formålene brukes vakuumtette materialer, som inkluderer spesialkeramikk.
Flytende dielektrikk
Flytende elektriske isolasjonsmaterialer brukes ofte i elektriske maskiner og apparater. Olje spiller rollen som isolasjon i en transformator. Flytende dielektriske stoffer inkluderer også flytende gasser, umettet vaselin og parafinoljer, polyorganosiloksaner, destillert vann (renset fra s alter og urenheter).
Hovedegenskapene til flytende dielektriske stoffer er dielektrisk konstant, elektrisk styrke og elektrisk ledningsevne. Også de elektriske parametrene til dielektrikum avhenger i stor grad av graden av deres rensing. Faste urenheter kan øke den elektriske ledningsevnen til væsker på grunn av veksten av frie ioner og elektroner. Rensing av væsker ved destillasjon, ionebytte, etc. fører til en økning i den elektriske styrken til materialet, og reduserer dermed dets elektriske ledningsevne.
Væskedielektriske stoffer er delt inn i tre grupper:
- petroleumsoljer;
- vegetabilske oljer;
- syntetiske væsker.
De mest brukte oljene er petroleumsoljer som transformator-, kabel- og kondensatoroljer. Syntetiske væsker (organisk silisium og organofluorforbindelser) brukes også i apparatteknikk. For eksempel er organiske silisiumforbindelser frostbestandige og hygroskopiske, så de brukes som isolator i små transformatorer, men kostnadene deres er høyere enn prisen på petroleumsoljer.
Vegetabilske oljer brukes praktisk t alt ikke som isolasjonsmateriale i elektrisk isolasjonsteknologi. Disse inkluderer ricinusolje, linfrø, hamp og tungolje. Disse materialene er svakt polare dielektriske og brukes hovedsakelig til impregnering av papirkondensatorer og som filmdannende middel i elektriske isolerende lakker, malinger og emaljer.
Gassdielektrikk
De vanligste gassformige dielektriske stoffene er luft, nitrogen, hydrogen og SF6-gass. Elektriske isolasjonsgasser er delt inn i naturlige og kunstige. Naturlig luft brukes som isolasjon mellom strømførende deler av kraftledninger og elektriske maskiner. Som isolator har luft ulemper som gjør det umulig å bruke den i forseglede enheter. På grunn av tilstedeværelsen av en høy konsentrasjon av oksygen er luft et oksidasjonsmiddel, og i inhomogene felt oppstår en lav elektrisk styrke av luft.
Krafttransformatorer og høyspentkabler bruker nitrogen som isolasjon. Hydrogen er, i tillegg til å være et elektrisk isolerende materiale, også tvungen kjøling, og derfor brukes det ofte i elektriske maskiner. I tette installasjoner brukes oftest SF6. Fylling med SF6-gass gjør enheten eksplosjonssikker. Den brukes i høyspenningsbrytere på grunn av dens lysbueslukkende egenskaper.
Organic dielectrics
Organiske dielektriske materialer er delt inn i naturlige og syntetiske. Naturlig organisk dielektrikum brukes i dag ekstremt sjelden, ettersom produksjonen av syntetiske ekspanderer mer og mer, og dermed reduserer kostnadene deres.
Til naturlige organiske dielektrika inkluderer cellulose, gummi, parafin og vegetabilske oljer (ricinusolje). De fleste syntetiske organiske dielektrikum er forskjellige plaster og elastomerer som ofte brukes i elektriske husholdningsapparater og annet utstyr.
Uorganisk dielektrikum
Uorganiske dielektriske materialer er delt inn i naturlige og kunstige. Det vanligste av naturmaterialene er glimmer, som har kjemisk og termisk motstand. Flogopitt og muskovitt brukes også til elektrisk isolasjon.
Til kunstig uorganiskdielektrikk inkluderer glass og materialer basert på det, samt porselen og keramikk. Avhengig av applikasjonen kan det kunstige dielektrikumet gis spesielle egenskaper. For eksempel brukes feltspatkeramikk til gjennomføringer, som har en tangens med høyt dielektrisk tap.
Fibrøse elektriske isolasjonsmaterialer
Fibrøse materialer brukes ofte til isolasjon i elektriske apparater og maskiner. Disse inkluderer materialer av vegetabilsk opprinnelse (gummi, cellulose, tekstiler), syntetiske tekstiler (nylon, kapron), samt materialer laget av polystyren, polyamid, etc.
Organiske fibermaterialer er svært hygroskopiske, så de brukes sjelden uten spesiell impregnering.
Nylig har man i stedet for organiske materialer brukt syntetisk fiberisolasjon, som har en høyere grad av varmebestandighet. Disse inkluderer glassfiber og asbest. Glassfiber er impregnert med forskjellige lakker og harpikser for å øke dens hydrofobe egenskaper. Asbestfiber har lav mekanisk styrke, så det tilsettes ofte bomullsfiber.
