Dažiem materiāliem, ko izmanto elektroierīcēs un strāvas padeves ķēdēs, ir dielektriskas īpašības, tas ir, tiem ir augsta strāvas pretestība. Šī spēja ļauj tiem neizlaist strāvu, un tāpēc tos izmanto, lai izveidotu strāvu nesošo daļu izolāciju. Elektriskie izolācijas materiāli ir paredzēti ne tikai strāvu nesošo daļu atdalīšanai, bet arī aizsardzībai pret elektriskās strāvas bīstamo ietekmi. Piemēram, elektroierīču strāvas vadi ir pārklāti ar izolāciju.
Elektroizolācijas materiāli un to pielietojums
Elektroizolācijas materiāli tiek plaši izmantoti rūpniecībā, radio un instrumentu ražošanā, kā arī elektrisko tīklu attīstībā. Normāla elektroierīces darbība vai strāvas padeves ķēdes drošība lielā mērā ir atkarīga noizmantotie dielektriķi. Daži elektroizolācijai paredzētā materiāla parametri nosaka tā kvalitāti un iespējas.
Uz izolācijas materiālu izmantošanu attiecas drošības noteikumi. Izolācijas integritāte ir droša darba ar elektrisko strāvu atslēga. Ir ļoti bīstami izmantot ierīces ar bojātu izolāciju. Pat neliela elektriskā strāva var ietekmēt cilvēka ķermeni.
Dielektriķu īpašības
Elektroizolācijas materiāliem ir jābūt noteiktām īpašībām, lai tie varētu veikt savas funkcijas. Galvenā atšķirība starp dielektriķiem un vadītājiem ir liela apjoma pretestība (109–1020 omi cm). Vadītāju elektriskā vadītspēja salīdzinājumā ar dielektriķiem ir 15 reizes lielāka. Tas ir saistīts ar faktu, ka izolatoros pēc savas būtības ir vairākas reizes mazāk brīvo jonu un elektronu, kas nodrošina materiāla strāvas vadītspēju. Bet, kad materiāls tiek uzkarsēts, to ir vairāk, kas veicina elektrovadītspējas palielināšanos.
Izšķir dielektriķu aktīvās un pasīvās īpašības. Izolācijas materiāliem vissvarīgākās ir pasīvās īpašības. Materiāla dielektriskajai konstantei jābūt pēc iespējas zemākai. Tas ļauj izolatoram neievadīt ķēdē parazitāras kapacitātes. Materiālam, ko izmanto kā kondensatora dielektriķi, dielektriskajai konstantei, gluži pretēji, jābūt pēc iespējas lielākai.
Izolācijas iespējas
Uz galvenajiem parametriemelektriskā izolācija ietver elektrisko izturību, elektrisko pretestību, relatīvo caurlaidību, dielektrisko zudumu leņķi. Novērtējot materiāla elektriskās izolācijas īpašības, tiek ņemta vērā arī uzskaitīto raksturlielumu atkarība no elektriskās strāvas un sprieguma lielumiem.
Elektroizolācijas izstrādājumiem un materiāliem ir lielāka elektriskā izturība salīdzinājumā ar vadītājiem un pusvadītājiem. Dielektriķim svarīga ir arī konkrēto vērtību stabilitāte karsēšanas, sprieguma pieauguma un citu izmaiņu laikā.
Dielektrisko materiālu klasifikācija
Atkarībā no strāvas jaudas, kas iet caur vadītāju, tiek izmantoti dažādi izolācijas veidi, kas atšķiras pēc to iespējām.
Pēc kādiem parametriem sadala elektroizolācijas materiālus? Dielektriķu klasifikācija balstās uz to agregācijas stāvokli (cieta, šķidra un gāzveida) un izcelsmi (organiskā: dabīgā un sintētiskā, neorganiskā: dabiskā un mākslīgā). Visizplatītākais cieto dielektriķu veids, ko var redzēt uz sadzīves tehnikas vai jebkuru citu elektroierīču vadiem.
Cietie un šķidrie dielektriķi savukārt tiek iedalīti apakšgrupās. Cietie dielektriķi ietver lakotus audumus, laminātus un dažāda veida vizlas. Vaski, eļļas un sašķidrinātās gāzes ir šķidri elektroizolācijas materiāli. Īpaši gāzveida dielektriķi tiek izmantoti daudz retāk. Šis veids ietver arīdabiskais elektriskais izolators ir gaiss. Tās izmantošana ir saistīta ne tikai ar gaisa īpašībām, kas padara to par lielisku dielektriķi, bet arī ar tā ekonomiju. Gaisa izmantošana kā izolācija neprasa papildu materiālu izmaksas.
Cietie dielektriķi
Cietie elektroizolācijas materiāli ir visplašākā dielektriķu klase, ko izmanto dažādās jomās. Tiem ir dažādas ķīmiskās īpašības, un dielektriskā konstante svārstās no 1 līdz 50 000.
Cietos dielektriķus iedala nepolārajos, polārajos un feroelektriķos. To galvenās atšķirības ir polarizācijas mehānismos. Šai izolācijas klasei ir tādas īpašības kā ķīmiskā izturība, izsekošanas pretestība, dendrītiskā pretestība. Ķīmiskā izturība izpaužas kā spēja izturēt dažādu agresīvu vidi (skābes, sārmi utt.) ietekmi. Izsekošanas pretestība nosaka spēju izturēt elektriskā loka ietekmi, un dendrīta pretestība nosaka dendrītu veidošanos.
Cietie dielektriķi tiek izmantoti dažādās enerģijas jomās. Piemēram, keramikas elektroizolācijas materiāli visbiežāk tiek izmantoti kā līniju un bukses izolatori apakšstacijās. Papīrs, polimēri, stikla šķiedra tiek izmantota kā elektroierīču izolācija. Mašīnām un ierīcēm visbiežāk izmanto lakas, kartonu, maisījumu.
Izmantošanai dažādos ekspluatācijas apstākļos izolācijai tiek piešķirtas dažas īpašas īpašības, apvienojot dažādasmateriāli: karstumizturība, mitruma izturība, starojuma izturība un sala izturība. Karstumizturīgie izolatori spēj izturēt temperatūru līdz 700 °C, tajos ietilpst stikli un materiāli uz to bāzes, organosilīti un daži polimēri. Mitrumizturīgs un tropu izturīgs materiāls ir fluoroplasts, kas nav higroskopisks un hidrofobs.
Radiācijas izturīga izolācija tiek izmantota ierīcēs ar atomu elementiem. Tas ietver neorganiskās plēves, dažus polimēru veidus, stiklšķiedras un vizlas materiālus. Sala izturīgas ir izolācijas, kas nezaudē savas īpašības temperatūrā līdz -90 ° C. Īpašas prasības tiek izvirzītas izolācijai, kas paredzēta ierīcēm, kas darbojas kosmosa vai vakuuma apstākļos. Šiem nolūkiem tiek izmantoti vakuuma necaurlaidīgi materiāli, tostarp īpaša keramika.
Šķidrie dielektriķi
Šķidrie elektroizolācijas materiāli bieži tiek izmantoti elektriskajās mašīnās un aparātos. Eļļai ir transformatora izolācijas loma. Šķidrie dielektriķi ietver arī sašķidrinātas gāzes, nepiesātinātu vazelīnu un parafīna eļļas, poliorganosiloksānus, destilētu ūdeni (attīrītu no sāļiem un piemaisījumiem).
Šķidro dielektriķu galvenie raksturlielumi ir dielektriskā konstante, elektriskā izturība un elektriskā vadītspēja. Arī dielektriķu elektriskie parametri lielā mērā ir atkarīgi no to attīrīšanas pakāpes. Cietie piemaisījumi var palielināt šķidrumu elektrisko vadītspēju brīvo jonu un elektronu pieauguma dēļ. Šķidrumu attīrīšana ar destilāciju, jonu apmaiņu utt. palielina materiāla elektrisko izturību, tādējādi samazinot tā elektrisko vadītspēju.
Šķidrie dielektriķi ir iedalīti trīs grupās:
- naftas eļļas;
- augu eļļas;
- sintētiskie šķidrumi.
Visbiežāk izmantotās eļļas ir naftas eļļas, piemēram, transformatoru, kabeļu un kondensatoru eļļas. Sintētiskie šķidrumi (silīcija organiskie un fluororganiskie savienojumi) tiek izmantoti arī aparātu inženierijā. Piemēram, silīcija organiskie savienojumi ir sala izturīgi un higroskopiski, tāpēc tos izmanto kā izolatoru mazos transformatoros, taču to izmaksas ir augstākas par naftas eļļu cenu.
Augu eļļas elektroizolācijas tehnoloģijā praktiski neizmanto kā izolācijas materiālus. Tie ietver rīcineļļu, linsēklu, kaņepju un volframa eļļu. Šie materiāli ir vāji polāri dielektriķi, un tos galvenokārt izmanto papīra kondensatoru impregnēšanai un kā plēvi veidojošu līdzekli elektroizolācijas lakās, krāsās un emaljās.
Gāzes dielektriķi
Visizplatītākie gāzveida dielektriķi ir gaiss, slāpeklis, ūdeņradis un SF6 gāze. Elektriskās izolācijas gāzes iedala dabiskajās un mākslīgajās. Dabiskais gaiss tiek izmantots kā izolācija starp elektropārvades līniju un elektrisko mašīnu strāvu nesošajām daļām. Kā izolatoram gaisam ir trūkumi, kuru dēļ to nav iespējams izmantot noslēgtās ierīcēs. Augstas skābekļa koncentrācijas dēļ gaiss ir oksidētājs, un neviendabīgos laukos parādās zema gaisa elektriskā izturība.
Strāvas transformatori un augstsprieguma kabeļi izmanto slāpekli kā izolāciju. Ūdeņradis papildus tam, ka ir elektriski izolējošs materiāls, ir arī piespiedu dzesēšana, tāpēc to bieži izmanto elektriskās mašīnās. Slēgtās instalācijās visbiežāk izmanto SF6. Uzpildīšana ar SF6 gāzi padara ierīci sprādziendrošu. To izmanto augstsprieguma slēdžos, pateicoties tā loka dzēšanas īpašībām.
Organiskie dielektriķi
Organiskos dielektriskos materiālus iedala dabīgajos un sintētiskajos. Dabiskos organiskos dielektriķus pašlaik izmanto ārkārtīgi reti, jo sintētisko dielektriķu ražošana arvien vairāk paplašinās, tādējādi samazinot to izmaksas.
Pie dabīgiem organiskiem dielektriķiem pieder celuloze, gumija, parafīns un augu eļļas (rīcineļļa). Lielākā daļa sintētisko organisko dielektriķu ir dažādas plastmasas un elastomēri, ko bieži izmanto sadzīves elektroierīcēs un citās iekārtās.
Neorganiskie dielektriķi
Neorganiskos dielektriskos materiālus iedala dabiskajos un mākslīgajos. No dabīgajiem materiāliem visizplatītākā ir vizla, kurai ir ķīmiskā un termiskā izturība. Flogopītu un muskovītu izmanto arī elektroizolācijai.
Uz mākslīgo neorganiskodielektriķi ietver stiklu un uz tā bāzes izgatavotus materiālus, kā arī porcelānu un keramiku. Atkarībā no pielietojuma mākslīgajam dielektriķim var piešķirt īpašas īpašības. Piemēram, laukšpata keramiku izmanto buksēm, kurām ir liels dielektrisko zudumu tangenss.
Šķiedru elektroizolācijas materiāli
Šķiedru materiāli bieži tiek izmantoti elektrisko iekārtu un mašīnu izolācijai. Tajos ietilpst augu izcelsmes materiāli (gumija, celuloze, audumi), sintētiskie tekstilizstrādājumi (neilons, kaprons), kā arī materiāli, kas izgatavoti no polistirola, poliamīda utt.
Organiskās šķiedras materiāli ir ļoti higroskopiski, tāpēc tos reti izmanto bez īpašas impregnēšanas.
Pēdējā laikā organisko materiālu vietā izmantota sintētisko šķiedru izolācija, kam ir augstāks siltumnoturības līmenis. Tie ietver stikla šķiedru un azbestu. Stikla šķiedra ir piesūcināta ar dažādām lakām un sveķiem, lai palielinātu tās hidrofobās īpašības. Azbesta šķiedrai ir zema mehāniskā izturība, tāpēc tai bieži pievieno kokvilnas šķiedru.
