Sommige materialen die in elektrische apparaten en voedingscircuits worden gebruikt, hebben diëlektrische eigenschappen, dat wil zeggen dat ze een hoge stroomweerstand hebben. Door dit vermogen kunnen ze geen stroom doorlaten en daarom worden ze gebruikt om isolatie te creëren voor stroomvoerende delen. Elektrische isolatiematerialen zijn niet alleen ontworpen om stroomvoerende delen van elkaar te scheiden, maar ook om bescherming te bieden tegen de gevaarlijke effecten van elektrische stroom. De netsnoeren van elektrische apparaten zijn bijvoorbeeld bedekt met isolatie.
Elektrische isolatiematerialen en hun toepassingen
Elektrische isolatiematerialen worden veel gebruikt in de industrie, radio- en instrumentenbouw en de ontwikkeling van elektrische netwerken. De normale werking van een elektrisch apparaat of de veiligheid van een voedingscircuit hangt grotendeels af van:gebruikte diëlektrica. Sommige parameters van een materiaal dat bedoeld is voor elektrische isolatie bepalen de kwaliteit en mogelijkheden ervan.
Het gebruik van isolatiematerialen is onderhevig aan veiligheidsvoorschriften. De integriteit van de isolatie is de sleutel tot veilig werken met elektrische stroom. Het is zeer gevaarlijk om apparaten met beschadigde isolatie te gebruiken. Zelfs een lichte elektrische stroom kan een effect hebben op het menselijk lichaam.
Eigenschappen van diëlektrica
Elektrische isolatiematerialen moeten bepaalde eigenschappen hebben om hun functies te kunnen uitoefenen. Het belangrijkste verschil tussen diëlektrica en geleiders is de grote soortelijke weerstand (109-1020 ohm cm). De elektrische geleidbaarheid van geleiders in vergelijking met diëlektrica is 15 keer groter. Dit komt door het feit dat isolatoren van nature meerdere malen minder vrije ionen en elektronen hebben, die zorgen voor de stroomgeleiding van het materiaal. Maar wanneer het materiaal wordt verwarmd, zijn er meer van, wat bijdraagt aan een toename van de elektrische geleidbaarheid.
Maak onderscheid tussen actieve en passieve eigenschappen van diëlektrica. Voor isolatiematerialen zijn passieve eigenschappen het belangrijkst. De diëlektrische constante van het materiaal moet zo laag mogelijk zijn. Hierdoor kan de isolator geen parasitaire capaciteiten in het circuit introduceren. Voor het materiaal dat wordt gebruikt als het diëlektricum van een condensator, moet de diëlektrische constante juist zo groot mogelijk zijn.
Isolatie opties
Naar de belangrijkste parameterselektrische isolatie omvat elektrische sterkte, elektrische weerstand, relatieve permittiviteit, diëlektrische verlieshoek. Bij de evaluatie van de elektrisch isolerende eigenschappen van het materiaal wordt ook rekening gehouden met de afhankelijkheid van de vermelde kenmerken van de grootte van de elektrische stroom en spanning.
Elektrische isolatieproducten en materialen hebben een grotere elektrische sterkte in vergelijking met geleiders en halfgeleiders. Ook belangrijk voor het diëlektricum is de stabiliteit van specifieke waarden tijdens verwarming, spanningsverhoging en andere veranderingen.
Classificatie van diëlektrische materialen
Afhankelijk van het vermogen van de stroom die door de geleider gaat, worden verschillende soorten isolatie gebruikt, die verschillen in hun mogelijkheden.
Volgens welke parameters worden elektrische isolatiematerialen verdeeld? De classificatie van diëlektrica is gebaseerd op hun aggregatietoestand (vast, vloeibaar en gasvormig) en oorsprong (organisch: natuurlijk en synthetisch, anorganisch: natuurlijk en kunstmatig). Het meest voorkomende type vast diëlektricum, dat te zien is op de snoeren van huishoudelijke apparaten of andere elektrische apparaten.
Vaste en vloeibare diëlektrica zijn op hun beurt onderverdeeld in subgroepen. Vaste diëlektrica omvatten gelakte stoffen, laminaten en verschillende soorten mica. Wassen, oliën en vloeibaar gemaakte gassen zijn vloeibare elektrische isolatiematerialen. Speciale gasvormige diëlektrica worden veel minder vaak gebruikt. Dit type omvat ook:de natuurlijke elektrische isolator is lucht. Het gebruik ervan is niet alleen te danken aan de eigenschappen van lucht, waardoor het een uitstekend diëlektricum is, maar ook aan zijn zuinigheid. Het gebruik van lucht als isolatie vereist geen extra materiaalkosten.
Solid diëlektrica
Vaste elektrische isolatiematerialen zijn de breedste klasse van diëlektrica die op verschillende gebieden worden gebruikt. Ze hebben verschillende chemische eigenschappen en de diëlektrische constante varieert van 1 tot 50.000.
Vaste diëlektrica zijn onderverdeeld in niet-polaire, polaire en ferro-elektriciteit. Hun belangrijkste verschillen zitten in de mechanismen van polarisatie. Deze isolatieklasse heeft eigenschappen als chemische weerstand, spoorweerstand, dendritische weerstand. Chemische resistentie wordt uitgedrukt in het vermogen om de invloed van verschillende agressieve omgevingen (zuur, alkali, etc.) te weerstaan. Traceerweerstand bepa alt het vermogen om de effecten van een elektrische boog te weerstaan, en dendritische weerstand bepa alt de vorming van dendrieten.
Vaste diëlektrica worden gebruikt in verschillende energiegebieden. Keramische elektrische isolatiematerialen worden bijvoorbeeld het meest gebruikt als lijn- en busisolatoren in onderstations. Papier, polymeren, glasvezel worden gebruikt als isolatie voor elektrische apparaten. Voor machines en apparaten worden meestal vernissen, karton en compound gebruikt.
Voor gebruik in verschillende bedrijfsomstandigheden krijgt isolatie een aantal speciale eigenschappen door verschillende te combinerenmaterialen: hittebestendigheid, vochtbestendigheid, stralingsbestendigheid en vorstbestendigheid. Hittebestendige isolatoren zijn bestand tegen temperaturen tot 700 °C, waaronder glas en daarop gebaseerde materialen, organosilieten en sommige polymeren. Vochtbestendig en tropisch bestendig materiaal is fluoroplastisch, dat niet-hygroscopisch en hydrofoob is.
Stralingsbestendige isolatie wordt gebruikt in apparaten met atomaire elementen. Het omvat anorganische films, sommige soorten polymeren, glasvezel en op mica gebaseerde materialen. Vorstbestendig zijn isolaties die hun eigenschappen niet verliezen bij temperaturen tot -90 ° C. Er worden speciale eisen gesteld aan isolatie die bedoeld is voor apparaten die in ruimte- of vacuümomstandigheden werken. Hiervoor worden vacuümdichte materialen gebruikt, waaronder speciaal keramiek.
Vloeibare diëlektrica
Vloeibare elektrische isolatiematerialen worden vaak gebruikt in elektrische machines en apparaten. Olie speelt de rol van isolatie in een transformator. Vloeibare diëlektrica omvatten ook vloeibaar gemaakte gassen, onverzadigde vaseline- en paraffine-oliën, polyorganosiloxanen, gedestilleerd water (gezuiverd van zouten en onzuiverheden).
De belangrijkste kenmerken van vloeibare diëlektrica zijn diëlektrische constante, elektrische sterkte en elektrische geleidbaarheid. Ook hangen de elektrische parameters van diëlektrica grotendeels af van de mate van zuivering. Vaste onzuiverheden kunnen de elektrische geleidbaarheid van vloeistoffen verhogen door de groei van vrije ionen en elektronen. Zuivering van vloeistoffen door distillatie, ionenuitwisseling, enz. leidt tot een toename van de elektrische sterkte van het materiaal, waardoor de elektrische geleidbaarheid wordt verminderd.
Vloeibare diëlektrica zijn onderverdeeld in drie groepen:
- aardolie;
- plantaardige oliën;
- synthetische vloeistoffen.
De meest gebruikte oliën zijn petroleumoliën zoals transformator-, kabel- en condensatoroliën. Synthetische vloeistoffen (organosilicium- en organofluorverbindingen) worden ook gebruikt in de apparaattechniek. Organosiliciumverbindingen zijn bijvoorbeeld vorstbestendig en hygroscopisch, dus ze worden gebruikt als isolator in kleine transformatoren, maar hun kosten zijn hoger dan de prijs van aardolie.
Plantaardige oliën worden praktisch niet gebruikt als isolatiemateriaal in de elektrische isolatietechnologie. Deze omvatten castor-, lijnzaad-, hennep- en tungolie. Deze materialen zijn zwak polaire diëlektrica en worden voornamelijk gebruikt voor het impregneren van papiercondensatoren en als filmvormend middel in elektrisch isolerende vernissen, verven en email.
Gasdiëlektrica
De meest voorkomende gasvormige diëlektrica zijn lucht, stikstof, waterstof en SF6-gas. Elektrische isolatiegassen zijn onderverdeeld in natuurlijk en kunstmatig. Natuurlijke lucht wordt gebruikt als isolatie tussen de stroomvoerende delen van hoogspanningsleidingen en elektrische machines. Als isolator heeft lucht nadelen die het onmogelijk maken om het in afgesloten apparaten te gebruiken. Door de aanwezigheid van een hoge zuurstofconcentratie is lucht een oxidatiemiddel en in inhomogene velden treedt een lage elektrische sterkte van lucht op.
Voedingstransformatoren en hoogspanningskabels gebruiken stikstof als isolatie. Waterstof is niet alleen een elektrisch isolerend materiaal, maar ook geforceerde koeling en wordt daarom vaak gebruikt in elektrische machines. In gesloten installaties wordt SF6 het meest gebruikt. Vullen met SF6-gas maakt het apparaat explosieveilig. Het wordt gebruikt in hoogspanningsstroomonderbrekers vanwege zijn boogdovende eigenschappen.
Organische diëlektrica
Organische diëlektrische materialen zijn onderverdeeld in natuurlijk en synthetisch. Natuurlijke organische diëlektrica worden momenteel uiterst zelden gebruikt, aangezien de productie van synthetische diëlektrica steeds groter wordt, waardoor de kosten dalen.
Natuurlijke organische diëlektrica omvatten cellulose, rubber, paraffine en plantaardige oliën (ricinusolie). De meeste synthetische organische diëlektrica zijn verschillende kunststoffen en elastomeren die vaak worden gebruikt in elektrische huishoudelijke apparaten en andere apparatuur.
Anorganische diëlektrica
Anorganische diëlektrische materialen zijn onderverdeeld in natuurlijk en kunstmatig. De meest voorkomende van de natuurlijke materialen is mica, dat chemische en thermische weerstand heeft. Flogopiet en muscoviet worden ook gebruikt voor elektrische isolatie.
Naar kunstmatige anorganischediëlektrica omvatten glas en daarop gebaseerde materialen, evenals porselein en keramiek. Afhankelijk van de toepassing kan het kunstmatige diëlektricum speciale eigenschappen krijgen. Veldspaatkeramiek wordt bijvoorbeeld gebruikt voor bussen, die een hoog diëlektrisch verlies hebben.
Vezelige elektrische isolatiematerialen
Vezelmaterialen worden vaak gebruikt voor isolatie in elektrische apparaten en machines. Deze omvatten materialen van plantaardige oorsprong (rubber, cellulose, weefsels), synthetisch textiel (nylon, capron), evenals materialen gemaakt van polystyreen, polyamide, enz.
Organische vezelmaterialen zijn zeer hygroscopisch, dus worden ze zelden gebruikt zonder speciale impregnering.
Onlangs is in plaats van organische materialen gebruik gemaakt van synthetische vezelisolatie, die een hogere hittebestendigheid heeft. Deze omvatten glasvezel en asbest. Glasvezel is geïmpregneerd met verschillende vernissen en harsen om de hydrofobe eigenschappen te vergroten. Asbestvezel heeft een lage mechanische sterkte, daarom wordt er vaak katoenvezel aan toegevoegd.
