Električni izolacijski materiali: vrste, lastnosti, lastnosti in aplikacije

Izolacijski materiali so namenjeni omejevanju struktur in posameznih elementov od stika z določenimi okolji. V skladu s tem načelom gradimo vodne, parne in toplotnoizolacijske materiale. Na območjih, kjer se uporabljajo električni vodniki, je potrebna drugačna vrsta izolacije - v obliki dielektrikov. Njihova naloga je, da izključijo kontakte med aktivnimi vodniki toka in materiali, ki niso izračunani za zagotavljanje te funkcije. Tehnični predmeti, naprave, gradbene konstrukcije in celo dekorativni premazi lahko delujejo kot tarče. Električni izolacijski materiali ustvarjajo oviro za prehod električni tok ne glede na to, ali je spremenljiva ali konstantna.

Klasifikacije izolatorjev

Električni izolatorji se razlikujejo glede na izvor in agregatno stanje. V zvezi z izvorom se kot znak razlikujejo organski in anorganski materiali ter naravne in sintetične surovine. Naravni materiali vključujejo sljudo, ki jo odlikuje moč, fleksibilnost in sposobnost delitve. To je anorganski dielektrik naravnega izvora. Nasprotno pa lahko v skupini sintetičnih organskih snovi opazimo kemijske spojine z visoko molekulsko maso. V obliki, pripravljeni za uporabo, so na voljo kot plastika in elastomeri. Glavne operativne razlike so določene z razvrstitvijo električnih izolacijskih materialov glede na agregatno stanje. Odlikujejo se trdni in tekoči ter plinasti dielektriki.

Lastnosti tokovnih izolatorjev

Glavna naloga dielektrika je zagotoviti izolacijsko funkcijo. Torej, kot osnovne lastnosti lastnosti, lahko opazimo povečano upornost, majhno tangento dielektrične izgube in visoko napetost okvare - že omenjeno okvaro. Odpornost določa, kako bo material lahko oviral prevajanje toka z različnimi parametri kontaktiranja električni tokokrog. Izguba dielektrika pa nakazuje učinek izolatorja na delovanje aktivnega prevodnika - ta vrednost naj bi se nagibala na nič, toda bolj pogosto visoka odpornost vodi do povečanja izgub v glavnem tokokrogu. Prav tako je pomembno in prodorne lastnosti električnih izolacijskih materialov, ki jih določa napetost. V tem primeru lahko govorimo o neposredni prepustnosti ciljnega materiala. Poleg tega so vse navedene lastnosti določene le, če je bila ugotovljena stabilnost njihovega "dela" v času in pri določeni temperaturi. Včasih je frekvenca električnega polja prikazana kot parameter stabilnosti med preskušanjem.

Značilnosti električnih izolatorjev

Ena glavnih značilnosti dielektrikov je odpornost površine. To je upor, ki se pojavi, ko tok teče po površini materiala. Naslednja najpomembnejša značilnost je dielektrična konstanta. Kot smo že omenili, je prepustnost neposredno povezana s penetracijo ciljnega materiala. Posebno pozornost je treba nameniti fizičnim in kemičnim lastnostim. Med njimi sta upoštevana absorpcija vode, viskoznost in kislost. Absorpcija vode kaže stopnjo poroznosti materiala in prisotnost v vodi topnih elementov. Višja kot je vrednost, večja je učinkovitost materiala kot dielektrika. Za viskoznost pa je značilna fluidnost, ki je pomembna za določanje interakcije materiala s tekočino ali staljenimi dielektriki. Kisle številke so ponavadi značilne za tekoče dielektrike. Na primer, glavne značilnosti električnih izolacijskih materialov so zmanjšane na zmožnost nevtralizacije prostih kislin, ki jih vsebuje 1 g materiala. Prisotnost prostih kislin znižuje električne izolacijske lastnosti električnih izolatorjev.

Plinski izolatorji

Praktično vsi plinasti električni izolacijski materiali zagotavljajo dielektrično konstanto, faktor 1. Prednosti takih izdelkov vključujejo majhen delež dielektričnih izgub, čeprav je tudi stopnja razpada majhna. Praviloma je glavni plinasti medij s funkcijo električnega izolatorja zrak, dopolnjen s posebnimi vključki. Toda do danes se široko uporablja tudi plin SF6, ki se uporablja kot dielektrična osnova. Plinaste vrste električnih izolacijskih materialov temeljijo na žveplovem heksafluoridu, kar zagotavlja višjo stopnjo zaščite v indeksu razgradnje, v nekaterih primerih pa opazimo tudi lok. Pri težkih pogojih delovanja ciljnega objekta zaščite se lahko plinasti medij dopolni z organskimi izolatorji.

Trdni dielektriki

Tradicionalno so izolatorji tega tipa materiali, kot so steklo, kremen, porcelan, plastika in guma. Njihov izvor je lahko naraven in sintetičen. V tankih slojih izolatorjev se lahko povečajo indikatorji upornosti in napetosti razpada - te vrednosti so odvisne od dielektrične konstante in električne trdnosti konstrukcije. Povečanje potencialne razlike glede na trdni ali tekoči dielektrik bo povečalo tok, ki poteka skozi ciljni objekt. Posledica tega je, da ta pojav prispeva k nastanku pozitivnega prostorskega naboja v bližini katode v ozadju elektronskega ločevanja. Električna okvara se lahko obravnava kot posledica popačenja polnjenega polja v strukturi samega izolatorja. Trdni električni izolacijski materiali so polarizirani, zato njihova dielektrična konstanta presega enoto. Tudi v trenutku uporabe spremenljivih električnih polj polarizacija prispeva k nastanku dielektričnih izgub. V tem kontekstu je treba poudariti materiale, ki imajo minimalne dielektrične izgube tudi v visokofrekvenčnih poljih. Sem spadajo polietilen in kremen.

Tekoči dielektriki

Tekoči izolatorji so sintetične tekočine, olja, paste, laki in smole. Še posebej običajna mineralna olja, ki so proizvod rafiniranje nafte in predstavlja kombinacijo tekočih ogljikovodikov. Uporabljajo se v oljnih stikalih, majhnih transformatorjih, kondenzatorjih in kablih. Priljubljena in tekoča električna izolacija v obliki impregnacije. Pogosto se uporablja pri pripravi kablov in enakih kondenzatorjev za delo. Material je papirna izolacija, v kateri je papir nosilec in impregnacija je aktivni zaščitni medij.

Izolacija rokavov

To je material iz skupine mehanskih zaščitnih naprav, ki zagotavlja zunanjo fizično zaščito. Običajno uporabljamo fleksibilno podlogo, ki ščiti vodnike energetskih enot, transformatorjev in kablov. Po enakem načelu deluje tradicionalna izolacijska traka, katere naloga je ustvariti fizično oviro. Rokavi delujejo tudi kot plast, s katerim ne delujejo trenutni vir na elektrokemični ravni. Vendar pa je med pomanjkljivostmi tega materiala hitra obraba.

Kondenzatorji

Električna izolacija je pomemben pogoj za popolno delovanje kondenzatorjev. V nekaterih primerih kondenzator deluje kot dielektrik v sestavi kompleksnega električnega tokokroga. Takšne naprave imajo različne aplikacije, vključno z nevtralizacijo indukcijskih učinkov v linijah z izmenični tok akumulacija naboja, kot tudi sprejemanje tokovnih impulzov za vse vrste aplikacij. Če želite uporabiti kondenzator kot izolacijsko točko, morate imeti idejo o zahtevani zmogljivosti. Pri napravah se izračuna na podlagi značilnosti sistema ali z izračunom velikosti naboja na ploščici. V sami konstrukciji, da bi zagotovili zaščitno funkcijo, lahko uporabimo električne izolacijske materiale v obliki lakov in olj. Glede na vrsto kondenzatorja je določen tudi niz sekundarnih funkcij - na primer upoštevajo se gorljivost, odpornost proti vlagi, odpornost proti obrabi itd.

Vakuum kot izolator

Plinski medij pri izjemno nizkem tlaku lahko ustvari pogoje, ko plin preprosto ne more tvoriti opaznega toka v medsektorski vrzeli. Takšni pogoji se imenujejo izolacijski vakuum. Pri trčenju z elektroni ali pozitivnimi ioni, ki izhajajo iz elektrod, se ionizacija plinskih molekul pod nizkim tlakom zgodi zelo redko. Tako imenovani visoki vakuum pod pogojem konstantne napetosti do 20 kV na katodni površini lahko brez okvare doseže poljsko jakost reda velikosti 5 MV / cm. Če govorimo o anodi, potem mora biti napetost nekajkrat višja. Vendar pa opazno povečanje napetosti prispeva k temu, da vakuumski izolacijski materiali izgubijo svoj zaščitni potencial. V tem primeru lahko pride do okvare, ki je posledica izmenjave nabitih delcev v snopu katode in anode. Dielektriki te vrste se pogosteje uporabljajo v elektroniki. Uporabljajo se za pospeševanje elektronov v konvencionalnih napravah in v rentgenskih napravah za zagotavljanje visokonapetostnih aplikacij.

Spojina kot glavni dielektrik v radijski tehniki

Zelo praktičen za uporabo in poceni način dielektrične zaščite. Spojina se nanaša na delovno območje, potem pa se strdi in v celoti pridobi osnovne funkcionalne lastnosti. Hkrati pa ni mogoče trditi, da so spojine nujno trdni izolacijski materiali, saj obstajajo tudi vrste tekočin. Tudi v delovnem stanju se ne strdi. Obstajajo tudi vrste loncev in impregnacije tega materiala. Posebnost vseh spojin je popolna odsotnost topil v sestavku. Tako je mogoče zagotoviti občutljivo impregnacijo kompleksnih elektromehanskih delov in naprav.

Sodobni električni izolacijski materiali

Nova generacija električnih izolatorjev vključuje široko skupino polimernih materialov. To so predvsem filmski izdelki, ki zagotavljajo dielektrični učinek z ustvarjanjem ustrezne lupine. Film je narejen v obliki zvitkov, katerih debelina se giblje od 5 do 250 mikronov. Poleg osnovnih električnih izolacijskih lastnosti so takšne folije značilne za fleksibilnost, elastičnost, trdnost in odpornost na trganje. Enostaven za uporabo in polimerni izolacijski trak, ki ima debelino 0,2-0,3 mm. Tovrstni materiali izgubljajo v mnogih tradicionalnih dielektrih le v eni kakovosti - okoljska varnost. To ni najbolj neškodljiv material v smislu strupene nevarnosti, zato se uporablja predvsem v industriji, čeprav obstajajo izjeme.

Področja uporabe električnega izolatorja

Praktično vsa področja, kjer gre za električno napeljavo, v takšni ali drugačni obliki, uporabljajo dielektrična sredstva. Osnovni primer so kabli, ki prejmejo več plasti izolacije, tako električne kot mehanske. Izdelavo instrumentov lahko imenujemo druga najbolj priljubljena uporaba te izolacije. Od učinkov tokov omejujemo posamezne dele strojne opreme in tehnološke enote v električnih strojih. V gradbeništvu so tudi povpraševanje po sredstvih za izolacijo od trenutnih. Na primer, električni izolacijski materiali so vključeni tudi v ožičenje doma in na ulici. Uporaba dielektrikov vam omogoča, da prihranite materiale, ki so blizu prevodnega vezja. V nekaterih primerih se takšna izolacija upravičuje kot sredstvo za zmanjšanje izgub v napetosti glavne linije.

Zaključek

Razpon možnosti za električno izolacijo je precej širok, kar omogoča namensko izbiro materiala posebej za specifične potrebe. Na primer, v vsakdanjem življenju so trdni tipi električnih izolacijskih materialov skupni, kot tudi dielektriki v obliki delov. V industriji in gradbeništvu je mogoče uporabiti plin in tekoča okolja. Komunalna sfera pokriva skoraj celotno paleto električnih izolacij, saj so zaščitni pogoji lahko zelo različni.