Materiale electroizolante și clasificarea acestora. Materiale electroizolante fibroase

Unele materiale utilizate în aparatele electrice și schemele de alimentare cu energie au proprietăți dielectrice, adică au o rezistență ridicată la curent. Această abilitate le permite să nu treacă curentul și, prin urmare, ele sunt folosite pentru a crea izolația pieselor live. Materialele de izolare electrică nu sunt concepute numai pentru a separa părțile care transportă curentul, ci și pentru a crea protecție împotriva efectelor periculoase ale curentului electric. De exemplu, cablurile de alimentare ale aparatelor electrice sunt acoperite cu izolație.

Materiale electroizolante și aplicarea lor

Materialele electroizolante sunt utilizate pe scară largă în industrie, radio și instrumente, dezvoltarea rețelelor electrice. Funcționarea normală a unui aparat electric sau siguranța unui sistem de alimentare cu energie depinde în mare măsură de dielectricii folosiți. Unii parametri ai materialului destinat izolației electrice determină calitatea și capacitățile sale.

Utilizarea materialelor de izolare este supusă reglementărilor de siguranță. Integritatea izolării este cheia pentru o funcționare sigură cu curent electric. Este foarte periculos să utilizați dispozitive cu izolație deteriorată. Chiar și un mic curent electric poate avea un efect asupra corpului uman.

Proprietățile dielectricilor

Materialele electroizolante trebuie să aibă anumite proprietăți pentru a-și îndeplini funcțiile. Principala diferență dintre dielectrici și conductoare este valoarea mare a rezistivității volumice specifice (109-1020 ohm-cm-cm). Conductivitatea electrică a conductorilor este de 15 ori mai mare decât în ​​cazul dielectricilor. Acest lucru se datorează faptului că izolatorii prin natura lor au de câteva ori mai puține ioni liberi și electroni, care asigură conductivitatea materialului. Dar, cu încălzirea materialului, acestea devin mai mari, ceea ce mărește conductivitatea curentă.

Există proprietăți active și pasive ale dielectricilor. Pentru proprietățile pasive, cele mai importante sunt proprietățile pasive. Permitivitatea materialului ar trebui să fie cât mai mică posibil. Acest lucru permite izolatorului să nu introducă capacități parazite în circuit. Pentru un material care este folosit ca dielectric al unui condensator, constanta dielectrică trebuie, dimpotrivă, să fie cât mai mare posibil.

Parametrii de izolare

Parametrii principali ai izolației electrice includ rezistența electrică, rezistența electrică specifică, permitivitatea relativă, unghiul de pierdere dielectrică. La evaluarea proprietăților de izolare electrică a materialului, se ia în considerare și dependența caracteristicilor enumerate de valorile curentului și tensiunii electrice.

Produsele și materialele izolatoare electrice au o valoare mai mare a rezistenței electrice în comparație cu conductorii și semiconductorii. De asemenea, important pentru dielectric este stabilitatea valorilor specifice atunci când este încălzită, crescând tensiunea și alte modificări.

Clasificarea materialelor dielectrice

În funcție de puterea curentului care trece prin conductor, se folosesc diferite tipuri de izolație, care diferă în ceea ce privește capacitățile.

Prin ce parametri sunt împărțite materialele izolatoare electrice? Clasificarea dielectricilor se bazează pe starea lor agregată (solidă, lichidă și gazoasă) și originea (organică: naturală și sintetică, anorganică: naturală și artificială). Cel mai obișnuit tip de dielectric solid, care poate fi văzut pe cablurile aparatelor de uz casnic sau ale altor aparate electrice.

Dielectricii solizi și lichizi, la rândul lor, sunt împărțiți în subgrupe. Dielectricii solizi includ lacurile, materiale plastice laminate și diferite tipuri de mica. Ceara, uleiurile și gazele lichefiate sunt materiale electroizolante lichide. Dielectricii gazoși speciali sunt utilizați mult mai puțin frecvent. Acest tip include, de asemenea, un izolator electric natural - aer. Utilizarea sa este cauzată nu numai de caracteristicile aerului, ceea ce îl face un dielectric excelent, dar și economia sa. Utilizarea aerului ca izolație nu necesită costuri materiale suplimentare.

Dielectrici solizi

Materialele electroizolante solide sunt cea mai largă clasă de dielectrice utilizate în diverse domenii. Au proprietăți chimice diferite, iar constanta dielectrică variază de la 1 la 50.000.

Dielectricile solide sunt împărțite în elemente nepolar, polar și feroelectric. Principalele lor diferențe sunt în mecanismele de polarizare. Această clasă de izolație are proprietăți precum rezistența chimică, urmărirea, dendritele. Rezistența chimică este exprimată în capacitatea de a rezista influenței diferitelor medii agresive (acid, alcalin etc.). Rezistența la coroziune determină capacitatea de a rezista impactului arc electric, și dendrite - la formarea de dendriți.

Dielectricile solide sunt utilizate în diferite domenii de energie. De exemplu, materialele izolatoare electrice ceramice sunt cele mai des folosite ca izolatoare liniare și izolate în substații. Ca izolație a dispozitivelor electrice utilizați hârtie, polimeri, pânză de sticlă. Pentru mașini și aparate, lacurile, cartonul, compuși sunt cel mai adesea folosite.

Pentru aplicarea în diferite condiții de funcționare, izolația are proprietăți speciale prin combinarea diferitelor materiale: rezistența la căldură, rezistența la umiditate, rezistența la radiații și rezistența la îngheț. Izolații rezistent la căldură sunt capabili să reziste la temperaturi de până la 700 ° C, includ ochelari și materiale pe baza acestora, organosilite și niște polimeri. Materialul rezistent la umiditate și rezistență tropicală este fluoroplastic, care este nehigroscopic și hidrofob.

Izolarea rezistentă la radiații este utilizată în dispozitivele cu elemente atomice. Acestea includ filme anorganice, unele tipuri de polimeri, materiale din sticlă-textoit și mica. Izolarea termoizolantă este considerată a nu-și pierde proprietățile la temperaturi de până la -90 ° C. Cerințele speciale se aplică izolației destinate aparatelor care funcționează în condiții de spațiu sau vid. În aceste scopuri se utilizează materiale cu densitate scăzută, care includ ceramică specială.

Lichide dielectrice

Materialele electroizolante lichide sunt adesea folosite în mașinile și aparatele electrice. În transformator, rolul izolației este jucat de ulei. Lichide dielectrice sunt, de asemenea, menționate ca gaze lichefiate, vaselină nesaturată și uleiuri parafinice, polinorganosiloxani, apă distilată (purificată din săruri și impurități).

Principalele caracteristici ale dielectricelor lichide sunt permeabilitatea dielectrică, rezistența electrică și conductivitatea electrică. De asemenea, parametrii electrici ai dielectricilor depind în mare măsură de gradul de purificare a acestora. Impuritățile solide pot crește conductivitatea electrică a lichidelor datorită extinderii ionilor liberi și a electronilor. Purificarea lichidelor prin distilare, schimb de ioni etc. conduce la o creștere a valorii rezistenței electrice a materialului, reducând astfel conductivitatea sa electrică.

Lichidele dielectrice sunt împărțite în trei grupe:

• uleiuri petroliere;
• uleiuri vegetale;
• lichide sintetice.

Uleiul petrolier utilizat cel mai frecvent, cum ar fi transformatorul, cablul și condensatorul. Lichide sintetice (compuși organosiliciu și organofluorină) sunt, de asemenea, utilizați în instrumentație. De exemplu, compușii organosilicieni sunt rezistenți la îngheț și higroscopici, deci sunt utilizați ca izolatori în transformatoare mici, dar costul lor este mai mare decât prețul uleiurilor petroliere.

Uleiul vegetal practic nu este folosit ca material izolant în tehnica de izolație electrică. Acestea includ castor, semințe de in, cânepă și tung ulei. Aceste materiale sunt dielectrice slab polare și sunt utilizate în principal pentru impregnarea condensatoarelor de hârtie și ca substanțe care formează pelicula în lacuri, vopsele, emailuri electrice.

Dielectrici gazoși

Cele mai obișnuite dielectrice gazoase sunt aerul, azotul, hidrogenul și gazul SF6. Gazele electroizolante sunt împărțite în materiale naturale și artificiale. Naturalul se referă la aer, care este folosit ca izolație între părțile subțiri ale liniilor electrice și mașinile electrice. Deoarece izolator de aer are dezavantaje care fac imposibilă utilizarea în dispozitive închise ermetic. Datorită prezenței concentrației ridicate de oxigen atmosferic este un oxidant și o rezistență electrică scăzută a aerului este prezentată în câmpurile neomogene.

În transformatoarele de putere și în cablurile de înaltă tensiune, azotul este utilizat ca izolație. Hidrogenul, în plus față de materialul izolator electric, este, de asemenea, răcire forțată, deci este adesea utilizat în mașini electrice. În instalațiile sigilate, cel mai adesea se utilizează gaz SF6. Umplerea cu gaz SF6 face ca dispozitivul să nu provoace explozie. Se utilizează în întrerupătoare de înaltă tensiune datorită proprietăților sale de suprimare a arcului.

Dielectrice organice

Materialele dielectrice organice sunt împărțite în naturale și sintetice. Dielectricii organici naturali sunt utilizați în prezent extrem de rar, deoarece producția sintetică crește din ce în ce mai mult, reducând astfel costurile acestora.

Dielectricilor organici naturali se numără celuloza, cauciucul, parafina și legumele ulei (ulei de ricin). Majoritatea dielectricilor organici sintetici sunt diverse materiale plastice și elastomeri, adesea folosite în aparatele electrice de uz casnic și alte echipamente.

Materiale dielectrice anorganice

Materialele dielectrice anorganice sunt împărțite în materiale naturale și artificiale. Cele mai obișnuite dintre materialele naturale sunt mica, care are rezistență chimică și termică. De asemenea, phlogopitul și muscovitul sunt folosite pentru izolarea electrică.

Pentru dielectricele anorganice artificiale se includ sticla și materialele pe care se bazează, precum și porțeleanul și ceramica. În funcție de domeniul de aplicare, un dielectric artificial poate primi proprietăți speciale. De exemplu, pentru izolatorii de gard folosim ceramica feldspat, care are o tangenta mare de pierderi dielectrice.

Materiale electroizolante fibroase

Materialele fibroase sunt adesea folosite pentru izolarea în aparate și mașini electrice. Acestea includ materiale vegetale (cauciuc, celuloză, țesături), textile sintetice (nailon, nylon) și materiale de polistiren, poliamidă, etc.

Materialele fibroase organice sunt foarte higroscopice, deci sunt rareori folosite fără impregnare specială.

Recent, în loc de materialele organice, se folosește o izolație fibroasă sintetică, care are un nivel mai ridicat de rezistență la căldură. Acestea includ fibre de sticlă și azbest. Fibra de sticlă este impregnată cu diferite lacuri și rășini pentru a-și crește proprietățile hidrofobe. Fibra de azbest are o rezistență mecanică scăzută, adesea adăugând fibră de bumbac.