Unele materiale folosite în aparatele electrice și circuitele de alimentare au proprietăți dielectrice, adică au o rezistență mare la curent. Această abilitate le permite să nu treacă curentul și, prin urmare, sunt utilizate pentru a crea izolație pentru piesele purtătoare de curent. Materialele electroizolante sunt concepute nu numai pentru a separa părțile purtătoare de curent, 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 aplicațiile acestora
Materiale izolante electrice sunt utilizate pe scară largă în industrie, fabricarea de radio și instrumente și dezvoltarea rețelelor electrice. Funcționarea normală a unui aparat electric sau siguranța unui circuit de alimentare depinde în mare măsură dedielectrici folositi. Unii parametri ai unui material destinat izolației electrice determină calitatea și capacitățile acestuia.
Utilizarea materialelor izolante este supusă reglementărilor de siguranță. Integritatea izolației este cheia pentru lucrul în siguranță cu curent electric. Este foarte periculos să folosiți dispozitive cu izolația deteriorată. Chiar și un curent electric ușor 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 conductori este rezistivitatea de volum mare (109–1020 ohm cm). Conductivitatea electrică a conductorilor în comparație cu dielectricii este de 15 ori mai mare. Acest lucru se datorează faptului că izolatorii prin natura lor au de câteva ori mai puțini ioni și electroni liberi, care asigură conductivitatea curentă a materialului. Dar atunci când materialul este încălzit, sunt mai mulți, ceea ce contribuie la creșterea conductibilității electrice.
Distingeți între proprietățile active și pasive ale dielectricilor. Pentru materialele izolante, proprietățile pasive sunt cele mai importante. Constanta dielectrică a materialului trebuie să fie cât mai mică posibil. Acest lucru permite izolatorului să nu introducă capacități parazite în circuit. Pentru materialul care este folosit ca dielectric al unui condensator, constanta dielectrică ar trebui, dimpotrivă, să fie cât mai mare posibil.
Opțiuni de izolare
La parametrii principaliizolația electrică include rezistența electrică, rezistivitatea electrică, permisivitatea relativă, unghiul de pierdere dielectrică. La evaluarea proprietăților electroizolante ale materialului se ia în considerare și dependența caracteristicilor enumerate de mărimile curentului și tensiunii electrice.
Produsele și materialele electroizolante au o rezistență electrică mai mare în comparație cu conductorii și semiconductorii. De asemenea, importantă pentru dielectric este stabilitatea unor valori specifice în timpul încălzirii, creșterea tensiunii și alte modificări.
Clasificarea materialelor dielectrice
În funcție de puterea curentului care trece prin conductor, se folosesc diferite tipuri de izolație, care diferă prin capacitățile lor.
În funcție de ce parametri se împart materialele electroizolante? Clasificarea dielectricilor se bazează pe starea lor de agregare (solidă, lichidă și gazoasă) și originea (organice: naturale și sintetice, anorganice: naturale și artificiale). Cel mai comun tip de dielectric solid, care poate fi văzut pe cablurile aparatelor de uz casnic sau ale oricăror alte aparate electrice.
Dielectricii solizi și lichidi, la rândul lor, sunt împărțiți în subgrupe. Dielectricii solizi includ țesături lăcuite, laminate și diferite tipuri de mică. Cerurile, uleiurile și gazele lichefiate sunt materiale electroizolante lichide. Dielectricii gazoși speciali sunt folosiți mult mai rar. Acest tip include șiizolatorul electric natural este aerul. Utilizarea sa se datorează nu numai caracteristicilor aerului, care îl fac un dielectric excelent, ci și economiei sale. Utilizarea aerului ca izolație nu necesită costuri suplimentare cu materiale.
Dielectrici solizi
Materiale izolante electrice solide sunt cea mai largă clasă de dielectrici care sunt utilizate în diferite domenii. Au proprietăți chimice diferite, iar constanta dielectrică variază de la 1 la 50.000.
Dielectricii solizi sunt împărțiți în nepolari, polari și feroelectrici. Principalele lor diferențe sunt în mecanismele de polarizare. Această clasă de izolație are proprietăți precum rezistența chimică, rezistența la urmărire, rezistența dendritică. Rezistența chimică se exprimă în capacitatea de a rezista influenței diferitelor medii agresive (acide, alcaline etc.). Rezistența de urmărire determină capacitatea de a rezista la efectele unui arc electric, iar rezistența dendritică determină formarea dendritelor.
Dielectricii solizi sunt folosiți în diverse domenii ale energiei. De exemplu, materialele ceramice electroizolante sunt cel mai frecvent utilizate ca izolatori de linii și bucșe în stații. Hârtia, polimerii, fibra de sticlă sunt folosite ca izolație pentru aparatele electrice. Pentru mașini și dispozitive se folosesc cel mai des lacuri, carton, compus.
Pentru utilizare în diferite condiții de funcționare, izolației i se oferă unele proprietăți speciale prin combinarea diferitelormateriale: rezistență la căldură, rezistență la umiditate, rezistență la radiații și rezistență la îngheț. Izolatoarele termorezistente sunt capabile să reziste la temperaturi de până la 700 °C, acestea includ sticlă și materiale pe bază de acestea, organosiliți și unii polimeri. Materialul rezistent la umiditate și tropical este fluoroplastic, care este non-higroscopic și hidrofob.
Izolația rezistentă la radiații este utilizată în dispozitivele cu elemente atomice. Include filme anorganice, unele tipuri de polimeri, fibra de sticla si materiale pe baza de mica. Rezistente la îngheț sunt izolațiile care nu își pierd proprietățile la temperaturi de până la -90 ° C. Sunt impuse cerințe speciale pentru izolația destinată dispozitivelor care funcționează în condiții de spațiu sau de vid. În aceste scopuri, se folosesc materiale etanșe la vid, care includ ceramică specială.
Dielectrici lichidi
Materiale lichide de izolare electrică sunt adesea folosite în mașinile și aparatele electrice. Uleiul joacă rolul de izolație într-un transformator. Dielectricii lichizi includ, de asemenea, gaze lichefiate, uleiuri nesaturate de vaselină și parafină, poliorganosiloxani, apă distilată (purificată din săruri și impurități).
Principalele caracteristici ale dielectricilor lichidi sunt constanta 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 creșterii ionilor liberi și a electronilor. Purificarea lichidelor prin distilare, schimb ionic etc. duce la o creștere a rezistenței electrice a materialului, reducând astfel conductivitatea electrică a acestuia.
Dielectricii lichidi sunt împărțiți în trei grupuri:
- uleiuri de petrol;
- uleiuri vegetale;
- fluide sintetice.
Uleiurile cele mai des folosite sunt uleiurile petroliere, cum ar fi uleiurile pentru transformatoare, cabluri și condensatoare. Fluidele sintetice (organosiliciu și compuși organofluorinați) sunt, de asemenea, utilizate în ingineria aparatelor. De exemplu, compușii organosiliciului sunt rezistenți la îngheț și higroscopici, așa că sunt utilizați ca izolator în transformatoarele mici, dar costul lor este mai mare decât prețul uleiurilor din petrol.
Uleiurile vegetale practic nu sunt folosite ca materiale izolante în tehnologia de izolare electrică. Acestea includ ulei de ricin, semințe de in, cânepă și tung. Aceste materiale sunt dielectrice slab polare și sunt utilizate în principal pentru impregnarea condensatoarelor de hârtie și ca agent de formare a peliculei în lacuri, vopsele și emailuri electroizolante.
Dielectrice pe gaz
Cele mai comune dielectrice gazoase sunt aerul, azotul, hidrogenul și gazul SF6. Gazele electroizolante sunt împărțite în naturale și artificiale. Aerul natural este folosit ca izolație între părțile purtătoare de curent ale liniilor electrice și mașinile electrice. Ca izolator, aerul are dezavantaje care fac imposibilă utilizarea lui în dispozitive sigilate. Datorită prezenței unei concentrații mari de oxigen, aerul este un agent oxidant, iar în câmpuri neomogene apare o rezistență electrică scăzută a aerului.
Transformatoarele de putere și cablurile de în altă tensiune folosesc azot ca izolație. Hidrogenul, pe lângă faptul că este un material electroizolant, este și răcire forțată, motiv pentru care este adesea folosit la mașinile electrice. În instalațiile sigilate, SF6 este cel mai des utilizat. Umplerea cu gaz SF6 face ca dispozitivul să fie rezistent la explozie. Este utilizat în întrerupătoarele de în altă tensiune datorită proprietăților sale de stingere a arcului.
Dielectrici organici
Materiale dielectrice organice sunt împărțite în naturale și sintetice. În prezent, dielectricii organici naturali sunt utilizați extrem de rar, deoarece producția de cele sintetice se extinde din ce în ce mai mult, reducându-le astfel costul.
La dielectricii organici naturali includ celuloza, cauciucul, parafina și uleiurile vegetale (ulei de ricin). Majoritatea dielectricilor organici sintetici sunt diverse materiale plastice și elastomeri adesea utilizați în aparatele electrocasnice și alte echipamente.
Dielectrici anorganici
Materiale dielectrice anorganice sunt împărțite în naturale și artificiale. Cea mai comună dintre materialele naturale este mica, care are rezistență chimică și termică. Flogopitul și moscovita sunt, de asemenea, folosite pentru izolarea electrică.
La anorganic artificialdielectricii includ sticla și materialele bazate pe aceasta, precum și porțelanul și ceramica. În funcție de aplicație, dielectricului artificial i se pot conferi proprietăți speciale. De exemplu, ceramica feldspatică este utilizată pentru bucșe, care au o tangentă cu pierderi dielectrice ridicate.
Materiale fibroase de izolare electrică
Materialele fibroase sunt adesea folosite pentru izolarea aparatelor și mașinilor electrice. Acestea includ materiale de origine vegetală (cauciuc, celuloză, țesături), textile sintetice (nailon, capron), precum și materiale din polistiren, poliamidă etc.
Materialele fibroase organice sunt foarte higroscopice, deci sunt rareori folosite fără impregnare specială.
Recent, în locul materialelor organice s-au folosit izolații din fibre sintetice, care au un nivel mai ridicat de rezistență la căldură. Acestea includ fibre de sticlă și azbest. Fibra de sticlă este impregnată cu diverse lacuri și rășini pentru a-și spori proprietățile hidrofobe. Fibra de azbest are o rezistență mecanică scăzută, așa că se adaugă adesea fibre de bumbac.
