Egyes elektromos készülékekben és tápellátási áramkörökben használt anyagok dielektromos tulajdonságokkal rendelkeznek, vagyis nagy az áramellenállásuk. Ez a képesség lehetővé teszi, hogy ne engedjék át az áramot, ezért az áramot vezető részek szigetelésére használják. Az elektromos szigetelő anyagok nem csak az áramot vezető alkatrészek szétválasztására szolgálnak, hanem az elektromos áram veszélyes hatásai ellen is védelmet nyújtanak. Például az elektromos készülékek tápkábeleit szigetelés borítja.
Elektromos szigetelőanyagok és alkalmazásaik
Az elektromos szigetelő anyagokat széles körben használják az iparban, a rádió- és műszergyártásban, valamint az elektromos hálózatok fejlesztésében. Egy elektromos készülék normál működése vagy az áramkör biztonsága nagymértékben függ attólhasznált dielektrikum. Az elektromos szigetelésre szánt anyagok bizonyos paraméterei meghatározzák annak minőségét és képességeit.
A szigetelőanyagok használatára a biztonsági előírások vonatkoznak. A szigetelés integritása a biztonságos elektromos árammal végzett munka kulcsa. Nagyon veszélyes a sérült szigetelésű eszközök használata. Még egy kis elektromos áram is hatással lehet az emberi szervezetre.
Dielektrikumok tulajdonságai
Az elektromos szigetelő anyagoknak bizonyos tulajdonságokkal kell rendelkezniük, hogy elláthassák funkcióikat. A fő különbség a dielektrikumok és a vezetők között a nagy térfogatú ellenállás (109-1020 ohm cm). A vezetők elektromos vezetőképessége a dielektrikumokhoz képest 15-ször nagyobb. Ennek oka az a tény, hogy a szigetelők természetüknél fogva többszörösen kevesebb szabad iont és elektront tartalmaznak, amelyek biztosítják az anyag áramvezető képességét. De ha az anyagot felmelegítik, több van belőlük, ami hozzájárul az elektromos vezetőképesség növekedéséhez.
Tegyen különbséget a dielektrikumok aktív és passzív tulajdonságai között. A szigetelőanyagoknál a passzív tulajdonságok a legfontosabbak. Az anyag dielektromos állandójának a lehető legkisebbnek kell lennie. Ez lehetővé teszi, hogy a leválasztó ne vigyen be parazita kapacitásokat az áramkörbe. A kondenzátor dielektrikumjaként használt anyag dielektromos állandójának éppen ellenkezőleg, a lehető legnagyobbnak kell lennie.
Szigetelési lehetőségek
A fő paraméterekhezAz elektromos szigetelés magában foglalja az elektromos szilárdságot, az elektromos ellenállást, a relatív permittivitást és a dielektromos veszteségszöget. Az anyag elektromos szigetelő tulajdonságainak értékelésekor a felsorolt jellemzők elektromos áram és feszültség nagyságától való függését is figyelembe veszik.
Az elektromos szigetelő termékek és anyagok nagyobb elektromos szilárdsággal rendelkeznek, mint a vezetők és a félvezetők. Szintén fontos a dielektrikum számára a fajlagos értékek stabilitása fűtés, feszültségnövekedés és egyéb változások során.
Dielektromos anyagok osztályozása
A vezetőn áthaladó áram teljesítményétől függően különböző típusú szigeteléseket alkalmaznak, amelyek képességeikben különböznek.
Milyen paraméterek szerint osztják fel az elektromos szigetelő anyagokat? A dielektrikumok osztályozása aggregáltsági állapotuk (szilárd, folyékony és gáznemű) és eredetük (szerves: természetes és szintetikus, szervetlen: természetes és mesterséges) alapján történik. A legelterjedtebb szilárd dielektrikum típus, amely a háztartási gépek vagy bármely más elektromos készülék vezetékén látható.
A szilárd és folyékony dielektrikumok viszont alcsoportokra vannak osztva. A szilárd dielektrikumok közé tartoznak a lakkozott szövetek, laminátumok és különféle csillámfajták. A viaszok, olajok és cseppfolyósított gázok folyékony elektromos szigetelő anyagok. Speciális gáznemű dielektrikumokat sokkal ritkábban használnak. Ez a típus is tartalmazzaa természetes elektromos szigetelő a levegő. Használata nemcsak a levegő tulajdonságainak köszönhető, amelyek kiváló dielektrikummá teszik, hanem gazdaságosságának is köszönhető. A levegő szigetelésként történő felhasználása nem igényel további anyagköltségeket.
Szilárd dielektrikumok
A szilárd elektromos szigetelőanyagok a különböző területeken használt dielektrikumok legszélesebb osztályát jelentik. Különböző kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, és a dielektromos állandó 1 és 50 000 között van.
A szilárd dielektrikumokat nempoláris, poláris és ferroelektromos anyagokra osztják. Legfőbb különbségük a polarizációs mechanizmusokban van. Ez a szigetelési osztály olyan tulajdonságokkal rendelkezik, mint a vegyszerállóság, a nyomkövetési ellenállás, a dendrites ellenállás. A kémiai ellenállás abban fejeződik ki, hogy képes ellenállni a különféle agresszív környezetek (sav, lúg stb.) hatásának. A nyomkövetési ellenállás határozza meg az elektromos ív hatásainak ellenálló képességét, a dendrites ellenállás pedig a dendritek képződését.
Szilárd dielektrikumokat különféle energiaterületeken használnak. Például a kerámia elektromos szigetelőanyagokat leggyakrabban vezeték- és perselyszigetelőként használják alállomásokon. Az elektromos készülékek szigeteléseként papírt, polimereket, üvegszálat használnak. Gépekhez és eszközökhöz leggyakrabban lakkot, kartont, keveréket használnak.
Különböző üzemi körülmények között történő használatra a szigetelés a különböző anyagok kombinálásával különleges tulajdonságokat biztosítanyagok: hőállóság, nedvességállóság, sugárzásállóság és fagyállóság. A hőálló szigetelők akár 700 °C-os hőmérsékletet is képesek ellenállni, idetartoznak az üvegek és az azokon alapuló anyagok, organosilitek és egyes polimerek. Nedvesség- és trópusoknak ellenálló anyag fluoroplast, amely nem higroszkópos és hidrofób.
Sugárzásálló szigetelést használnak az atomelemes készülékekben. Tartalmaz szervetlen filmeket, bizonyos típusú polimereket, üvegszálas és csillám alapú anyagokat. A fagyálló szigetelések -90 ° C-ig nem veszítik el tulajdonságaikat. Különleges követelmények vonatkoznak a térben vagy vákuumban üzemelő készülékek szigetelésére. Erre a célra vákuumtömör anyagokat használnak, köztük speciális kerámiákat.
Folyékony dielektrikum
Folyékony elektromos szigetelőanyagokat gyakran használnak elektromos gépekben és készülékekben. Az olaj a transzformátor szigetelésének szerepét tölti be. A folyékony dielektrikumok közé tartoznak még a cseppfolyósított gázok, a telítetlen vazelin- és paraffinolajok, a poliorganosziloxánok, a desztillált víz (sóktól és szennyeződésektől megtisztítva).
A folyékony dielektrikumok fő jellemzői a dielektromos állandó, az elektromos szilárdság és az elektromos vezetőképesség. Ezenkívül a dielektrikumok elektromos paraméterei nagymértékben függnek a tisztítás mértékétől. A szilárd szennyeződések növelhetik a folyadékok elektromos vezetőképességét a szabad ionok és elektronok növekedése miatt. Folyadékok tisztítása desztillációval, ioncserével stb. az anyag elektromos szilárdságának növekedéséhez vezet, ezáltal csökkenti az elektromos vezetőképességét.
A folyékony dielektrikumok három csoportra oszthatók:
- ásványolajok;
- növényi olajok;
- szintetikus folyadékok.
A leggyakrabban használt olajok a kőolajok, például a transzformátor-, kábel- és kondenzátorolajok. Szintetikus folyadékokat (szerves szilícium és szerves fluorvegyületek) is használnak a készülékgyártásban. Például a szerves szilíciumvegyületek fagyállóak és higroszkóposak, ezért kis transzformátorokban szigetelőként használják őket, de költségük magasabb, mint a kőolajok ára.
A növényi olajokat gyakorlatilag nem használják szigetelőanyagként az elektromos szigeteléstechnikában. Ide tartozik a ricinus-, lenmag-, kender- és tungolaj. Ezek az anyagok gyengén poláris dielektrikumok, és főként papírkondenzátorok impregnálására, valamint filmképző anyagként használják elektromos szigetelő lakkokban, festékekben és zománcokban.
Gázdielektrikumok
A leggyakoribb gáznemű dielektrikumok a levegő, a nitrogén, a hidrogén és az SF6 gáz. Az elektromos szigetelő gázokat természetes és mesterséges gázokra osztják. A természetes levegőt szigetelésként használják az elektromos vezetékek és az elektromos gépek áramvezető részei között. Szigetelőként a levegőnek vannak olyan hátrányai, amelyek lehetetlenné teszik a lezárt készülékekben való alkalmazását. A magas oxigénkoncentráció miatt a levegő oxidálószer, inhomogén mezőkben a levegő elektromos erőssége alacsony.
A transzformátorok és a nagyfeszültségű kábelek nitrogént használnak szigetelésként. A hidrogén amellett, hogy elektromos szigetelő anyag, kényszerhűtés is, ezért gyakran használják elektromos gépekben. Zárt telepítéseknél leggyakrabban az SF6-ot használják. Az SF6 gázzal való feltöltés robbanásbiztossá teszi a készüléket. Ívoltó tulajdonságai miatt nagyfeszültségű megszakítókban használják.
Szerves dielektrikumok
A szerves dielektromos anyagokat természetes és szintetikus anyagokra osztják. A természetes szerves dielektrikumokat jelenleg rendkívül ritkán alkalmazzák, mivel a szintetikusak gyártása egyre jobban terjeszkedik, ezáltal csökken a költségük.
A természetes szerves dielektrikumok közé tartozik a cellulóz, a gumi, a paraffin és a növényi olajok (ricinusolaj). A szintetikus szerves dielektrikumok többsége különféle műanyagok és elasztomerek, amelyeket gyakran használnak elektromos háztartási készülékekben és egyéb berendezésekben.
Szervetlen dielektrikumok
A szervetlen dielektromos anyagokat természetes és mesterséges anyagokra osztják. A természetes anyagok közül a legelterjedtebb a csillám, amely vegyi és hőálló. A flogopitot és a muszkovitot elektromos szigetelésre is használják.
Mesterséges szervetlenrea dielektrikumok közé tartozik az üveg és az azon alapuló anyagok, valamint a porcelán és a kerámia. Alkalmazástól függően a mesterséges dielektrikum különleges tulajdonságokat kaphat. Például földpát kerámiát használnak perselyekhez, amelyek nagy dielektromos veszteséggel rendelkeznek.
Szálas elektromos szigetelőanyagok
Szálos anyagokat gyakran használnak elektromos készülékek és gépek szigetelésére. Ide tartoznak a növényi eredetű anyagok (gumi, cellulóz, szövetek), szintetikus textíliák (nylon, capron), valamint polisztirolból, poliamidból stb.
A szerves szálas anyagok rendkívül higroszkóposak, ezért ritkán használják speciális impregnálás nélkül.
A közelmúltban szerves anyagok helyett szintetikus szálas szigetelést alkalmaznak, amelyek hőállósága magasabb. Ezek közé tartozik az üvegszál és az azbeszt. Az üvegszálat különféle lakkokkal és gyantákkal impregnálják, hogy növeljék hidrofób tulajdonságait. Az azbesztszál alacsony mechanikai szilárdságú, ezért gyakran adnak hozzá pamutszálat.
