Kai kurios medžiagos, naudojamos elektros prietaisuose ir maitinimo grandinėse, pasižymi dielektrinėmis savybėmis, tai yra, pasižymi dideliu atsparumu srovei. Ši savybė leidžia jiems nepraleisti srovės, todėl jie naudojami srovę turinčių dalių izoliacijai sukurti. Elektros izoliacinės medžiagos skirtos ne tik atskirti srovę tekančias dalis, bet ir sukurti apsaugą nuo pavojingo elektros srovės poveikio. Pavyzdžiui, elektros prietaisų maitinimo laidai yra padengti izoliacija.
Elektros izoliacinės medžiagos ir jų pritaikymas
Elektros izoliacinės medžiagos plačiai naudojamos pramonėje, radijo ir prietaisų gamyboje bei elektros tinklų kūrime. Normalus elektros prietaiso veikimas arba maitinimo grandinės saugumas labai priklauso nuonaudojami dielektrikai. Kai kurie elektros izoliacijai skirtos medžiagos parametrai lemia jos kokybę ir galimybes.
Izoliacinių medžiagų naudojimas priklauso nuo saugos taisyklių. Izoliacijos vientisumas yra raktas į saugų darbą su elektros srove. Labai pavojinga naudoti prietaisus su pažeista izoliacija. Net ir nedidelė elektros srovė gali turėti įtakos žmogaus organizmui.
Dielektrikų savybės
Elektrą izoliuojančios medžiagos turi turėti tam tikras savybes, kad galėtų atlikti savo funkcijas. Pagrindinis skirtumas tarp dielektrikų ir laidininkų yra didelė savitoji varža (109–1020 omų cm). Laidininkų elektrinis laidumas, palyginti su dielektriku, yra 15 kartų didesnis. Taip yra dėl to, kad izoliatoriai pagal savo prigimtį turi kelis kartus mažiau laisvųjų jonų ir elektronų, kurie užtikrina medžiagos srovės laidumą. Tačiau kai medžiaga kaitinama, jų atsiranda daugiau, o tai prisideda prie elektros laidumo padidėjimo.
Atskirkite aktyviąsias ir pasyviąsias dielektrikų savybes. Izoliacinėms medžiagoms svarbiausios yra pasyvios savybės. Medžiagos dielektrinė konstanta turi būti kuo mažesnė. Tai leidžia izoliatoriui neįvesti parazitinių talpų į grandinę. Medžiagos, kuri naudojama kaip kondensatoriaus dielektrikas, dielektrinė konstanta, atvirkščiai, turi būti kuo didesnė.
Izoliacijos parinktys
Į pagrindinius parametruselektros izoliacija apima elektrinį stiprumą, elektrinę varžą, santykinį laidumą, dielektrinių nuostolių kampą. Vertinant medžiagos elektros izoliacines savybes, atsižvelgiama ir į išvardintų charakteristikų priklausomybę nuo elektros srovės ir įtampos dydžių.
Elektroizoliaciniai gaminiai ir medžiagos turi didesnį elektrinį stiprumą, palyginti su laidininkais ir puslaidininkiais. Dielektrikui taip pat svarbus konkrečių verčių stabilumas kaitinant, didėjant įtampai ir kitiems pokyčiams.
Dielektrinių medžiagų klasifikacija
Priklausomai nuo srovės, einančios per laidininką, galios, naudojamos skirtingos izoliacijos rūšys, kurios skiriasi savo galimybėmis.
Pagal kokius parametrus skirstomos elektros izoliacinės medžiagos? Dielektrikų klasifikacija grindžiama jų agregacijos būsena (kieta, skysta ir dujinė) ir kilme (organinė: natūrali ir sintetinė, neorganinė: natūrali ir dirbtinė). Labiausiai paplitęs kieto dielektriko tipas, kurį galima pamatyti ant buitinių prietaisų ar kitų elektros prietaisų laidų.
Kietieji ir skystieji dielektrikai savo ruožtu skirstomi į pogrupius. Kietieji dielektrikai apima lakuotus audinius, laminatus ir įvairių rūšių žėrutį. Vaškas, alyvos ir suskystintos dujos yra skystos elektros izoliacinės medžiagos. Specialūs dujiniai dielektrikai naudojami daug rečiau. Šis tipas taip pat apimanatūralus elektros izoliatorius yra oras. Jis naudojamas ne tik dėl oro savybių, dėl kurių jis yra puikus dielektrikas, bet ir dėl ekonomiškumo. Oro naudojimas kaip izoliacija nereikalauja papildomų materialinių išlaidų.
Kietieji dielektrikai
Tvirtos elektros izoliacinės medžiagos yra plačiausia įvairiose srityse naudojamų dielektrikų klasė. Jie turi skirtingas chemines savybes, o dielektrinė konstanta svyruoja nuo 1 iki 50 000.
Kietieji dielektrikai skirstomi į nepolinius, polinius ir feroelektrikus. Pagrindiniai jų skirtumai yra poliarizacijos mechanizmuose. Ši izoliacijos klasė pasižymi tokiomis savybėmis kaip atsparumas cheminiam poveikiui, atsparumas sekimui, atsparumas dendritui. Cheminis atsparumas išreiškiamas gebėjimu atlaikyti įvairios agresyvios aplinkos (rūgšties, šarmo ir kt.) įtaką. Atsekimo varža lemia gebėjimą atlaikyti elektros lanko poveikį, o dendritinė varža – dendritų susidarymą.
Kietieji dielektrikai naudojami įvairiose energijos srityse. Pavyzdžiui, keraminės elektros izoliacinės medžiagos dažniausiai naudojamos kaip linijų ir įvorių izoliatoriai pastotėse. Elektros prietaisų izoliacijai naudojamas popierius, polimerai, stiklo pluoštas. Mašinoms ir įrenginiams dažniausiai naudojami lakai, kartonas, mišinys.
Naudojant įvairiomis eksploatavimo sąlygomis, izoliacijai suteikiamos tam tikros ypatingos savybės, derinant skirtingasmedžiagos: atsparumas karščiui, atsparumas drėgmei, atsparumas radiacijai ir atsparumas šalčiui. Karščiui atsparūs izoliatoriai gali atlaikyti iki 700 °C temperatūrą, tai yra stiklai ir jų pagrindu pagamintos medžiagos, organozilitai ir kai kurie polimerai. Drėgmei ir tropikams atspari medžiaga yra fluoroplastas, kuris yra nehigroskopiškas ir hidrofobinis.
Radiacijai atspari izoliacija naudojama įrenginiuose su atominiais elementais. Tai apima neorganines plėveles, kai kurių tipų polimerus, stiklo pluoštą ir žėručio pagrindu pagamintas medžiagas. Atsparios šalčiui yra izoliacijos, kurios nepraranda savo savybių esant iki -90 ° C temperatūrai. Specialūs reikalavimai keliami izoliacijai, skirtai įrenginiams, veikiantiems erdvėje arba vakuume. Šiems tikslams naudojamos vakuumui nepralaidžios medžiagos, įskaitant specialią keramiką.
Skysti dielektrikai
Skystos elektros izoliacinės medžiagos dažnai naudojamos elektros mašinose ir aparatuose. Alyva atlieka transformatoriaus izoliacijos vaidmenį. Skystieji dielektrikai taip pat apima suskystintas dujas, nesočią vazeliną ir parafino alyvą, poliorganosiloksanus, distiliuotą vandenį (išvalytą nuo druskų ir priemaišų).
Pagrindinės skystųjų dielektrikų charakteristikos yra dielektrinė konstanta, elektrinis stiprumas ir elektrinis laidumas. Taip pat dielektrikų elektriniai parametrai labai priklauso nuo jų gryninimo laipsnio. Kietos priemaišos gali padidinti skysčių elektrinį laidumą dėl laisvųjų jonų ir elektronų augimo. Skysčių valymas distiliavimo, jonų mainų ir kt. padidina medžiagos elektrinį stiprumą, todėl sumažėja jos elektrinis laidumas.
Skysti dielektrikai skirstomi į tris grupes:
- naftos alyvos;
- augaliniai aliejai;
- sintetiniai skysčiai.
Dažniausiai naudojamos naftos alyvos, tokios kaip transformatorių, kabelių ir kondensatorių alyvos. Sintetiniai skysčiai (organiniai silicio ir organiniai fluoro junginiai) taip pat naudojami aparatų inžinerijoje. Pavyzdžiui, organiniai silicio junginiai yra atsparūs šalčiui ir higroskopiški, todėl jie naudojami kaip izoliatorius mažuose transformatoriuose, tačiau jų kaina yra didesnė nei naftos alyvų kaina.
Augaliniai aliejai elektros izoliacijos technologijoje praktiškai nenaudojami kaip izoliacinės medžiagos. Tai ricinos, sėmenų, kanapių ir tungo aliejus. Šios medžiagos yra silpno poliškumo dielektrikai ir dažniausiai naudojamos popieriniams kondensatoriams impregnuoti ir kaip plėvelę formuojanti medžiaga elektros izoliaciniuose lakuose, dažuose ir emaliuose.
Dujų dielektrikai
Dažniausi dujiniai dielektrikai yra oras, azotas, vandenilis ir SF6 dujos. Elektros izoliacinės dujos skirstomos į natūralias ir dirbtines. Natūralus oras naudojamas kaip izoliacija tarp elektros linijų ir elektros mašinų dalių, kuriomis teka srovė. Kaip izoliatorius, oras turi trūkumų, dėl kurių jo neįmanoma naudoti sandariuose įrenginiuose. Dėl didelės deguonies koncentracijos oras yra oksidatorius, o nehomogeniškuose laukuose susidaro mažas oro elektrinis stiprumas.
Jeigos transformatoriai ir aukštos įtampos kabeliai naudoja azotą kaip izoliaciją. Vandenilis, be elektrinės izoliacinės medžiagos, taip pat yra priverstinis aušinimas, todėl jis dažnai naudojamas elektros mašinose. Sandariuose įrenginiuose dažniausiai naudojamas SF6. Užpildžius SF6 dujomis, įrenginys yra apsaugotas nuo sprogimo. Jis naudojamas aukštos įtampos grandinės pertraukikliuose dėl lanko gesinimo savybių.
Organiniai dielektrikai
Ekologiškos dielektrinės medžiagos skirstomos į natūralias ir sintetines. Natūralūs organiniai dielektrikai šiuo metu naudojami itin retai, nes sintetinių gamyba vis labiau plečiasi, todėl mažėja jų savikaina.
Natūralūs organiniai dielektrikai apima celiuliozę, kaučiuką, parafiną ir augalinius aliejus (ricinų aliejų). Dauguma sintetinių organinių dielektrikų yra įvairūs plastikai ir elastomerai, dažnai naudojami elektriniuose buitiniuose prietaisuose ir kitoje įrangoje.
Neorganiniai dielektrikai
Neorganinės dielektrinės medžiagos skirstomos į natūralias ir dirbtines. Labiausiai paplitusi iš natūralių medžiagų yra žėrutis, pasižymintis cheminiu ir terminiu atsparumu. Flogopitas ir muskovitas taip pat naudojami elektros izoliacijai.
Į dirbtinį neorganinįdielektrikai yra stiklas ir jo pagrindu pagamintos medžiagos, taip pat porcelianas ir keramika. Priklausomai nuo pritaikymo, dirbtiniam dielektrikui gali būti suteikiamos ypatingos savybės. Pavyzdžiui, lauko špato keramika naudojama įvorėms, turinčioms didelį dielektrinių nuostolių tangentą.
Pluoštinės elektros izoliacinės medžiagos
Pluoštinės medžiagos dažnai naudojamos elektros aparatų ir mašinų izoliacijai. Tai augalinės kilmės medžiagos (guma, celiuliozė, audiniai), sintetinė tekstilė (nailonas, kapronas), taip pat medžiagos, pagamintos iš polistireno, poliamido ir kt.
Ekologiškos pluoštinės medžiagos yra labai higroskopinės, todėl jos retai naudojamos be specialaus impregnavimo.
Pastaruoju metu vietoj organinių medžiagų naudojama sintetinio pluošto izoliacija, kuri pasižymi aukštesniu atsparumu karščiui. Tai yra stiklo pluoštas ir asbestas. Stiklo pluoštas impregnuojamas įvairiais lakais ir dervomis, siekiant padidinti jo hidrofobines savybes. Asbesto pluoštas turi mažą mechaninį stiprumą, todėl į jį dažnai pridedamas medvilnės pluoštas.
