Видове, свойства, характеристики и приложение на електроизолационните материали
Изолационните материали са предназначени да ограничават конструкции и отделни елементи от контакт с определени среди. На този принцип работят строителните водо-, паро- и топлоизолационни материали. В областите, където се използват електрически проводници, е необходима изолация от различен вид - под формата на диелектрици. Тяхната задача е да изключат контактите между активни работещи токопроводи и материали, които не са предназначени да осигурят тази функция. Целевите обекти могат да бъдат технически средства, устройства, строителни конструкции и дори декоративни покрития. От своя страна електроизолационните материали създават бариера за преминаването на електрически ток, независимо дали е AC или DC.
Класификация на изолаторите
Електрическите изолатори се различават по своя произход и агрегатно състояние. Що се отнася до произхода, като признаци се разграничават принадлежност към органични и неорганични материали, както и към естествени и синтетични суровини. Естествените материали включват слюда, която се характеризира със здравина, гъвкавост и способност за разцепване. Това е неорганичен диелектрик от естествен произход. И обратно, в групата на синтетичните органични материали могат да се отбележат химически високомолекулни съединения. Те се предлагат в готова за употреба форма като пластмаси и еластомери. Основните експлоатационни разлики се определят от класификацията на електроизолационните материали според тяхното агрегатно състояние. Различават се твърди и течни, както и газообразни диелектрици.
Свойства на токови изолатори
Основната задача на диелектрика е даосигуряване на изолационна функция. Следователно, като основни експлоатационни свойства, може да се отбележи повишено съпротивление, малък тангенс на загубата на диелектрик и високо напрежение на пробив - вече споменатото разрушаване. Съпротивлението определя колко материалът може да предотврати провеждането на ток за различни параметри на контактната електрическа верига. Диелектричните загуби от своя страна показват влиянието на изолатора върху работата на активния проводник - тази стойност трябва да клони към нула, но най-често високото съпротивление просто води до увеличаване на загубите в главната верига. Важни са и проникващите свойства на електроизолационните материали, които се определят от напрежението. В този случай можем да говорим за директна пропускливост на целевия материал. В този случай всички изброени свойства са фиксирани само ако е отбелязана стабилността на тяхната "работа" във времето и при дадена температура. Понякога честотата на електрическото поле също се посочва като параметър за стабилност по време на тестове.
Характеристики на електрическите изолатори
Една от основните характеристики на диелектриците е повърхностното съпротивление. Това е съпротивлението, което възниква, когато токът преминава през повърхността на материала. Следващата най-важна характеристика може да се нарече диелектрична проницаемост. Както вече споменахме, пропускливостта е пряко свързана с проникването на целевия материал. И физико-химичните характеристики заслужават специално внимание. Сред тях се отбелязват водопоглъщането, вискозитета и киселинността. Водопоглъщането показва степента на порьозност на материала и наличието на водоразтворими елементи в него. Колкото по-висока е тази стойност, толкова по-висока е ефективността на материала като диелектрик. От друга страна, вискозитетътхарактеризиращ се с течливост, която е важна за определяне на взаимодействието на материал с течни или разтопени диелектрици. Киселинното число обикновено се характеризира с течни диелектрици. Например, основните характеристики на електроизолационните материали се свеждат до способността да неутрализират свободните киселини, съдържащи се в 1 g от материала. Наличието на свободни киселини понижава електроизолационните качества на електрическите изолатори.
Газообразни изолатори
Почти всички газообразни електроизолационни материали осигуряват диелектрична константа с коефициент, равен на 1. Предимствата на такива продукти включват малка част от диелектричните загуби, въпреки че степента на разрушаване също е малка. По правило основната газообразна среда с функцията на електрически изолатор е въздухът, допълнен със специални включвания. Но към днешна дата широко се използва и SF6, който се използва като диелектрична основа. Газообразните видове електроизолационни материали се основават на серен хексафлуорид, който осигурява по-висока защита по отношение на пробив, а в някои случаи се наблюдава и потискане на дъгата. Когато става въпрос за трудни условия на експлоатация на целевия обект на защита, газовата среда може да бъде допълнена с органични изолатори.
Твърди диелектрици
Традиционно този тип изолатор се отнася до материали като стъкло, кварц, порцелан, пластмаса и гума. Техният произход може да бъде естествен и синтетичен. В тънки слоеве изолатори може да има повишени показатели за съпротивление и напрежение на пробив - тези стойности зависят от диелектричната константа и електрическата якост на конструкцията. Увеличаване на потенциалната разлика по отношение на твърд или течен диелектрик ще бъдеувеличаване на тока, преминаващ през целта. В резултат на това това явление допринася за образуването на положителен пространствен заряд в близост до катода на фона на отделяне на електрони. Електрическият срив може да се разглежда като резултат от изкривяване на зареденото поле в структурата на самия изолатор. Електроизолационните материали в твърдо състояние са обект на поляризация, така че тяхната диелектрична константа надвишава единицата. Също така, в момента на прилагане на променливи електрически полета, поляризацията допринася за образуването на диелектрични загуби. В този контекст си струва да се подчертаят материали, които дори във високочестотни полета имат минимални диелектрични загуби. Те включват полиетилен и кварц.
Течни диелектрици
Течните изолатори включват синтетични течности, масла, пасти, лакове и смоли. Особено разпространени са минералните масла, които са продукт на рафиниране на петрол и представляват комбинация от течни въглеводороди. Използват се в маслени прекъсвачи, малки трансформатори, кондензатори и кабели. Популярна и течна електрическа изолация под формата на импрегниране. Често се използва при подготовката на кабели и същите кондензатори за работа. Материалът е хартиена изолация, в която хартията е носител, а импрегнирането е активна защитна среда.
Електрическа изолация на ръкава
Това е материал от групата на механичните защитни средства, който осигурява външна физическа защита. Гъвкавите ръкави обикновено се използват за защита на проводниците на захранващи блокове, трансформатори и кабели. На същия принцип работи и традиционната изолационна лента, чиято задача е да създаде физическа бариера. Ръкавите също действат като слой, който не взаимодейства с източника на ток на електрохимично ниво.Въпреки това, сред недостатъците на този материал се отбелязва бързото износване.
Кондензатори
Електрическата изолация е важно условие за пълната работа на кондензаторите. В някои случаи самият кондензатор действа като диелектрик като част от сложна електрическа верига. Такива устройства имат различни приложения, включително неутрализиране на индуктивни ефекти в линии с променлив ток, натрупване на заряд, както и генериране на токови импулси за различни приложения. За да използвате кондензатор като изолираща точка, трябва да имате представа за необходимия капацитет. В устройствата се изчислява въз основа на характеристиките на системата или чрез изчисляване на размера на заряда върху плочата. В самия дизайн могат да се използват електроизолационни материали под формата на лакове и масла, за да се осигури защитна функция. В зависимост от вида на кондензатора се определя и набор от вторични функции - например се вземат предвид горимост, влагоустойчивост, износоустойчивост и др.
Вакуумът като изолатор
Газообразна среда при изключително ниско налягане може да създаде условия, при които газът просто не може да образува забележим ток в междуелектродната междина. Такива условия се наричат изолационен вакуум. При сблъсък с електрони или положителни йони, които излитат от електродите, йонизацията на газовите молекули под ниско налягане се случва много рядко. Така нареченият висок вакуум, при условие на постоянно напрежение до 20 kV на повърхността на катода, може да мине без пробив при напрегнатост на полето от порядъка на 5 MV/cm. Ако говорим за анода, тогава напрежението трябва да бъде няколко пъти по-високо. Независимо от това, забележимо увеличение на напрежението допринася за факта, че вакуумните електроизолационни материали губят своя защитен потенциал. Разбивка в този случай можевъзникват в резултат на обмен на заредени частици във връзката катод-анод. Диелектриците от този тип се използват по-често в електрониката. Те се използват както за ускоряване на електрони в конвенционални устройства, така и в рентгенови машини за приложения с високо напрежение.
Съединение като основен диелектрик в радиотехниката
Доста практичен за използване и евтин начин за диелектрична защита. Съединението се нанася върху работната зона, след което се втвърдява, придобивайки напълно основните си функционални качества. В същото време не може да се каже, че съединенията са непременно твърди електроизолационни материали, тъй като има и разновидности от течен тип. Дори в работно състояние те не се втвърдяват. Има и видове запълване и импрегниране на този материал. Отличителна черта на всички съединения е пълното отсъствие на разтворители в състава. Това дава възможност да се осигури деликатно импрегниране на сложни електромеханични части и устройства.
Съвременни електроизолационни материали
Към електроизолаторите от ново поколение принадлежат широка група полимерни материали. По принцип това са филмови продукти, които осигуряват ефекта на диелектрик чрез създаване на подходяща обвивка. Филмът се произвежда на рула, чиято дебелина варира от 5 до 250 микрона. В допълнение към основните електроизолационни свойства, такива филми се характеризират с гъвкавост, еластичност, здравина и устойчивост на разкъсване. Лесна за използване и полимерна изолационна лента, която е с дебелина 0,2-0,3 мм. Такива материали губят много традиционни диелектрици само в едно качество - екологична безопасност. Това не е най-безобидният материал от гледна точка на токсична заплаха, така че се използва предимно в индустрията, въпреки че имаи изключения.
Приложения на електрически изолатори
Почти всички области, в които е включено електрическото окабеляване, използват диелектрични средства под една или друга форма. Основният пример са кабели, които получават няколко слоя изолация - както електрическа, така и механична. Инструментите могат да се нарекат втората най-популярна област за използване на тази изолация. От въздействието на токовете са ограничени както отделни части на хардуера, така и технологични възли в електрическите машини. В строителството се търсят и средства за изолация от ток. Например, електроизолационните материали се използват и при полагане на домашно и улично окабеляване. Използването на диелектрици ви позволява да спестите материали, които са близо до проводимата верига. В някои случаи такава изолация се оправдава като средство за намаляване на загубите в напрежението на главната линия.
Заключение
Гамата от опции за електрическа изолация е доста широка, което дава възможност за целенасочен избор на материала специално за конкретни нужди. Например, типовете електроизолационни материали в твърдо състояние са често срещани в ежедневието, както и диелектриците под формата на части. В промишлеността и строителството могат да се използват газови и течни среди. Секторът на комуналните услуги обхваща почти цялата гама от електрическа изолация, тъй като условията на защита могат да бъдат много различни.