Električni izolacijski materijali: vrste, svojstva, karakteristike i primjena

Izolacijski materijali namijenjeni su ograničavanju konstrukcija i pojedinačnih elemenata od kontakta s određenim okruženjima. Prema tom principu, izgradnja materijala za vodu, paru i toplinsku izolaciju. U područjima gdje se koriste električni vodiči potrebna je drugačija vrsta izolacije - u obliku dielektrika. Njihova je zadaća isključiti kontakte između vodiča aktivne struje i materijala koji nisu izračunati za tu funkciju. Tehnički objekti, uređaji, građevinske konstrukcije i čak dekorativni premazi mogu djelovati kao mete. Električni izolacijski materijali zauzvrat stvaraju prepreku za prolaz električna struja bez obzira je li varijabla ili konstantna.

Klasifikacija izolatora

Električni izolatori razlikuju se po svojem porijeklu i agregatnom stanju. S obzirom na podrijetlo, kao znak razlikovati pripadaju organskih i anorganskih materijala, kao i prirodnih i sintetičkih sirovina. U prirodne materijale ubrajamo tinjac, koji se odlikuje snagom, fleksibilnošću i sposobnošću cijepanja. To je anorganski dielektrik prirodnog podrijetla. Nasuprot tome, u skupini sintetskih organskih tvari mogu se uočiti kemijski spojevi visoke molekulske mase. U obliku spremnom za uporabu, nude se kao plastika i elastomeri. Glavne operativne razlike su određene klasifikacijom električnih izolacijskih materijala prema agregatnom stanju. Razlikuju se čvrsti i tekući kao i plinoviti dielektrici.

Svojstva strujnih izolatora

Glavni zadatak dielektrika je osigurati izolacijsku funkciju. Stoga, kao osnovna svojstva svojstava, može se primijetiti povećani otpornost, mali tangens dielektričnih gubitaka i visoki napon probijanja - već spomenuti kvar. Otpor određuje kako će materijal biti u stanju spriječiti provođenje struje s različitim parametrima kontakta električni krug. Gubitak dielektrika, pak, ukazuje na učinak izolatora na rad aktivnog vodiča - ta vrijednost treba težiti nuli, ali najčešće visoka otpornost samo dovodi do povećanih gubitaka u glavnom krugu. Također je važno i prodorna svojstva električnih izolacijskih materijala, koji su određeni naponom. U ovom slučaju možemo govoriti o izravnoj propusnosti ciljanog materijala. Štoviše, sva navedena svojstva fiksirana su samo ako je uočena stabilnost njihovog "rada" u vremenu i pri određenoj temperaturi. Ponekad je frekvencija električnog polja naznačena kao parametar stabilnosti tijekom ispitivanja.

Karakteristike električnih izolatora

Jedna od glavnih karakteristika dielektrika je otpornost površine. To je otpor koji nastaje kad struja teče preko površine materijala. Sljedeća najznačajnija karakteristika je dielektrična konstanta. Kao što je već spomenuto, propusnost je izravno povezana s prodornošću ciljanog materijala. A fizičke i kemijske karakteristike zaslužuju posebnu pozornost. Među njima se bilježe apsorpcija vode, viskoznost i kiselost. Upijanje vode ukazuje na stupanj poroznosti materijala i prisutnost u vodi topivih elemenata. Što je ta vrijednost viša, veća je učinkovitost materijala kao dielektrik. S druge strane, viskoznost je karakterizirana fluidnošću, koja je važna za određivanje interakcije materijala s tekućim ili rastaljenim dielektrikama. Kiselinski brojevi su obično karakterizirani tekućim dielektrikama. Na primjer, glavne značajke električnog izolacijskog materijala smanjene su na sposobnost neutralizacije slobodnih kiselina sadržanih u 1 g materijala. Prisutnost slobodnih kiselina smanjuje električna izolacijska svojstva električnih izolatora.

Plinski izolatori

Gotovo svi plinoviti električni izolacijski materijali osiguravaju dielektričnu konstantu, faktor 1. Prednosti takvih proizvoda uključuju mali udio dielektričnih gubitaka, iako je i stupanj oštećenja mali. U pravilu, glavni plinoviti medij s funkcijom električnog izolatora je zrak, nadopunjen posebnim inkluzijama. Ali do danas se široko koristi i plin SF6, koji se koristi kao dielektrična baza. Plinoviti tipovi električnih izolacijskih materijala temelje se na sumporovom heksafluoridu, što osigurava veću zaštitu u indeksu probojnosti, au nekim slučajevima se također opaža i luk. Kada je riječ o teškim uvjetima rada ciljnog objekta zaštite, plinoviti medij može se dopuniti organskim izolatorima.

Čvrsti dielektrici

Tradicionalno se za izolatore ovog tipa podrazumijevaju materijali kao što su staklo, kvarc, porculan, plastika i guma. Njihovo podrijetlo može biti prirodno i sintetsko. U tankim slojevima izolatora mogu se povećati pokazatelji otpornosti i probojnog napona - ove vrijednosti ovise o dielektričnoj konstanti i električnoj čvrstoći konstrukcije. Povećanje razlike potencijala u odnosu na čvrsti ili tekući dielektrik povećat će struju koja prolazi kroz ciljni objekt. Kao rezultat toga, ova pojava doprinosi stvaranju pozitivnog prostornog naboja u blizini katode na pozadini odvajanja elektrona. Električni kvar može se smatrati rezultatom izobličenja polja naboja u strukturi samog izolatora. Električni izolacijski materijali u čvrstom stanju su polarizirani, stoga njihova dielektrična konstanta prelazi jedinicu. Također u trenutku primjene promjenjivih električnih polja, polarizacija doprinosi stvaranju dielektričnih gubitaka. U tom kontekstu vrijedi istaknuti materijale koji imaju minimalne dielektrične gubitke čak iu visokofrekventnim poljima. To uključuje polietilen i kvarc.

Tekući dielektrici

Tekući izolatori uključuju sintetičke tekućine, ulja, paste, lakove i smole. Posebno uobičajena mineralna ulja koja su proizvod rafiniranje nafte i predstavlja kombinaciju tekućih ugljikovodika. Koriste se u uljnim prekidačima, malim transformatorima, kondenzatorima i kabelima. Popularna i tekuća električna izolacija u obliku impregnacije. Često se koristi u pripremi kabela i istih kondenzatora za rad. Materijal je papirna izolacija, u kojoj je papir nosač, a impregnacija je aktivni zaštitni medij.

Izolacija rukava

To je materijal iz skupine mehaničkih zaštitnih uređaja koji osigurava vanjsku fizičku zaštitu. Obično se koristi fleksibilni podmetač koji štiti provodnike energetskih jedinica, transformatora i kabela. Po istom principu radi i tradicionalna izolacijska traka, čiji je zadatak stvoriti fizičku barijeru. Rukavi također djeluju kao sloj koji ne djeluje trenutni izvor na elektrokemijskoj razini. Međutim, među nedostacima ovog materijala dolazi do brzog habanja.

kondenzatori

Električna izolacija važan je uvjet za punu učinkovitost kondenzatora. U nekim slučajevima, kondenzator djeluje kao dielektrik u sastavu složenog električnog kruga. Takvi uređaji imaju različite primjene, uključujući neutralizaciju indukcijskih učinaka u linijama s izmjenična struja akumulacija naboja, kao i primanje strujnih impulsa za sve vrste primjena. Da biste koristili kondenzator kao izolacijsku točku, morate imati ideju o potrebnom kapacitetu. U uređajima se izračunava na temelju karakteristika sustava ili izračunavanjem veličine naboja na ploči. U samoj konstrukciji, da bi se osigurala zaštitna funkcija, mogu se koristiti električni izolacijski materijali u obliku lakova i ulja. Ovisno o tipu kondenzatora, određuje se i skup sekundarnih funkcija - na primjer, uzimaju se u obzir gorivost, otpornost na vlagu, otpornost na habanje itd.

Vakuum kao izolator

Plinoviti medij pod iznimno niskim tlakom može stvoriti uvjete kada plin jednostavno ne može formirati zamjetljivu struju u među-elektrodnom razmaku. Takvi uvjeti nazivaju se izolacijski vakuum. Prilikom sudara s elektronima ili pozitivnim ionima koji izlaze iz elektroda, ionizacija plinskih molekula pod niskim tlakom javlja se vrlo rijetko. Takozvani visoki vakuum pod uvjetom konstantnog napona do 20 kV na površini katode može se obaviti bez kvara na jakosti polja reda veličine 5 MV / cm. Ako govorimo o anodi, tada bi napetost trebala biti nekoliko puta veća. Ipak, primjetno povećanje napona doprinosi činjenici da vakuumski izolacijski materijali gube zaštitni potencijal. U ovom slučaju može doći do kvarova uslijed zamjene nabijenih čestica u snopu katode i anode. Dielektrika ovog tipa češće se koristi u elektronici. Koriste se u svrhu ubrzavanja elektrona u konvencionalnim uređajima, te u rendgenskim uređajima za primjenu visokog napona.

Spoj kao glavni dielektrik u radijskom inženjerstvu

Vrlo praktičan za korištenje i jeftin način dielektrične zaštite. Spoj se nanosi na radno područje, nakon čega se stvrdnjava, čime se dobivaju temeljne funkcionalne kvalitete. U isto vrijeme, ne može se reći da su spojevi nužno čvrsti izolacijski materijali, budući da postoje i vrste tekućeg tipa. Čak iu radnom stanju ne stvrdnjavaju. Tu su također i vrste zalijevanja i impregnacije ovog materijala. Obilježje svih spojeva je potpuno odsustvo otapala u pripravku. Time je omogućena osjetljiva impregnacija složenih elektromehaničkih dijelova i uređaja.

Moderni električni izolacijski materijali

Nova generacija električnih izolatora uključuje široku skupinu polimernih materijala. To su uglavnom filmski proizvodi koji daju dielektrični učinak stvaranjem odgovarajuće ljuske. Film je izrađen u obliku role, čija debljina varira od 5 do 250 mikrona. Osim osnovnih električnih izolacijskih svojstava, takve filmove karakterizira fleksibilnost, elastičnost, čvrstoća i otpornost na kidanje. Jednostavna je i polimerna izolacijska traka, debljine 0,2-0,3 mm. Takvi materijali gube u mnogim tradicionalnim dielektricima samo u jednoj kvaliteti - ekološkoj sigurnosti. To nije najneopasniji materijal u smislu toksične ugroženosti, pa se uglavnom koristi u industriji, iako postoje iznimke.

Područja primjene električnog izolatora

Gotovo sva područja u kojima je uključeno električno ožičenje, u jednom ili drugom obliku, koriste dielektrična sredstva. Osnovni primjer su kabeli koji primaju nekoliko slojeva izolacije, električni i mehanički. Proizvodnja instrumenata može se nazvati drugom najpopularnijom upotrebom ove izolacije. Od utjecaja struja ograničiti i pojedine dijelove hardvera, i tehnološke jedinice u električnim strojevima. U izgradnji se također traže sredstva za izolaciju od struje. Na primjer, električni izolacijski materijali su također uključeni u polaganje kućnih i uličnih ožičenja. Uporaba dielektrika omogućuje uštedu materijala koji su u blizini vodljivog kruga. U nekim slučajevima takva se izolacija opravdava kao sredstvo za smanjenje gubitaka u naponu glavne linije.

zaključak

Raspon opcija za električnu izolaciju je prilično širok, što omogućuje namjenski odabir materijala posebno za specifične potrebe. Primjerice, u svakodnevnom životu, uobičajeni su električni izolacijski materijali čvrstog stanja, kao i dielektrika u obliku dijelova. U industriji i građevinarstvu mogu se primijeniti plin i tekuća okruženja. Komunalna sfera pokriva gotovo cijeli raspon električne izolacije, jer uvjeti zaštite mogu biti vrlo različiti.