Neki materijali koji se koriste u električnim uređajima i strujnim krugovima imaju dielektrična svojstva, odnosno imaju visoku otpornost na struju. Ova sposobnost im omogućava da ne propuštaju struju, pa se stoga koriste za stvaranje izolacije dijelova koji nose struju. Električni izolacijski materijali dizajnirani su ne samo za odvajanje dijelova koji vode struju, već i za stvaranje zaštite od opasnih učinaka električne struje. Na primjer, kablovi za napajanje električnih uređaja su prekriveni izolacijom.
Elektroizolacioni materijali i njihova primena
Elektroizolacioni materijali se široko koriste u industriji, izradi radija i instrumenata, te razvoju električnih mreža. Normalan rad električnog uređaja ili sigurnost strujnog kruga uvelike ovisi o tomekorišćeni dielektrici. Neki parametri materijala namijenjenog za električnu izolaciju određuju njegovu kvalitetu i mogućnosti.
Upotreba izolacijskih materijala podliježe sigurnosnim propisima. Integritet izolacije je ključ za siguran rad sa električnom strujom. Veoma je opasno koristiti uređaje sa oštećenom izolacijom. Čak i mala električna struja može uticati na ljudsko tijelo.
Svojstva dielektrika
Elektroizolacioni materijali moraju imati određena svojstva da bi obavljali svoje funkcije. Glavna razlika između dielektrika i vodiča je velika zapreminska otpornost (109–1020 ohm cm). Električna provodljivost provodnika u odnosu na dielektrike je 15 puta veća. To je zbog činjenice da izolatori po svojoj prirodi imaju nekoliko puta manje slobodnih iona i elektrona, koji osiguravaju strujnu vodljivost materijala. Ali kada se materijal zagrije, ima ih više, što doprinosi povećanju električne provodljivosti.
Razlikujte aktivna i pasivna svojstva dielektrika. Za izolacijske materijale, pasivna svojstva su najvažnija. Dielektrična konstanta materijala treba biti što niža. Ovo omogućava izolatoru da ne unosi parazitske kapacitete u kolo. Za materijal koji se koristi kao dielektrik kondenzatora, dielektrična konstanta bi, naprotiv, trebala biti što veća.
Opcije izolacije
Na glavne parametreelektrična izolacija uključuje električnu snagu, električnu otpornost, relativnu permitivnost, ugao dielektričnog gubitka. Pri ocjeni elektroizolacijskih svojstava materijala uzima se u obzir i ovisnost navedenih karakteristika od veličine električne struje i napona.
Elektroizolacioni proizvodi i materijali imaju veću električnu snagu u poređenju sa provodnicima i poluprovodnicima. Za dielektrik je takođe važna stabilnost specifičnih vrednosti tokom zagrevanja, porasta napona i drugih promena.
Klasifikacija dielektričnih materijala
U zavisnosti od snage struje koja prolazi kroz provodnik, koriste se različite vrste izolacije koje se razlikuju po svojim mogućnostima.
Prema kojim parametrima se dijele električni izolacijski materijali? Klasifikacija dielektrika zasniva se na njihovom agregacijskom stanju (čvrsto, tekuće i plinovito) i porijeklu (organsko: prirodno i sintetičko, neorgansko: prirodno i umjetno). Najčešći tip čvrstog dielektrika, koji se može vidjeti na kablovima kućanskih aparata ili bilo kojih drugih električnih uređaja.
Čvrsti i tečni dielektrici su zauzvrat podijeljeni u podgrupe. Čvrsti dielektrici uključuju lakirane tkanine, laminate i razne vrste liskuna. Voskovi, ulja i tečni plinovi su tekući električni izolacijski materijali. Posebni plinoviti dielektrici se koriste mnogo rjeđe. Ova vrsta takođe uključujeprirodni električni izolator je zrak. Njegova upotreba je posljedica ne samo karakteristika zraka koje ga čine odličnim dielektrikom, već i njegove ekonomičnosti. Upotreba zraka kao izolacije ne zahtijeva dodatne materijalne troškove.
Čvrsti dielektrici
Čvrsti električni izolacijski materijali su najšira klasa dielektrika koji se koriste u raznim poljima. Imaju različita hemijska svojstva, a dielektrična konstanta se kreće od 1 do 50.000.
Čvrsti dielektrici se dijele na nepolarne, polarne i feroelektrike. Njihove glavne razlike su u mehanizmima polarizacije. Ova klasa izolacije ima svojstva kao što su hemijska otpornost, otpornost na praćenje, dendritska otpornost. Hemijska otpornost se izražava u sposobnosti da izdrži uticaje različitih agresivnih sredina (kiselina, alkalija itd.). Otpor praćenja određuje sposobnost da se izdrži efekte električnog luka, a dendritski otpor određuje formiranje dendrita.
Čvrsti dielektrici se koriste u različitim poljima energije. Na primjer, keramički električni izolacijski materijali najčešće se koriste kao izolatori vodova i izolatora u trafostanicama. Papir, polimeri, fiberglas se koriste kao izolacija za električne uređaje. Za mašine i uređaje najčešće se koriste lakovi, karton, smesi.
Za upotrebu u različitim radnim uslovima, izolaciji se daju neka posebna svojstva kombinovanjem različitihmaterijali: otpornost na toplinu, otpornost na vlagu, otpornost na zračenje i otpornost na mraz. Izolatori otporni na toplinu mogu izdržati temperature do 700 °C, uključujući stakla i materijale na njihovoj osnovi, organosilite i neke polimere. Materijal otporan na vlagu i tropski uticaj je fluoroplast, koji nije higroskopan i hidrofoban.
Izolacija otporna na zračenje koristi se u uređajima sa atomskim elementima. Uključuje neorganske filmove, neke vrste polimera, stakloplastike i materijale na bazi liskuna. Otporne na mraz su izolacije koje ne gube svojstva na temperaturama do -90°C. Posebni zahtjevi postavljaju se na izolaciju namijenjenu uređajima koji rade u svemirskim ili vakuumskim uvjetima. Za ove svrhe koriste se vakuumski nepropusni materijali, koji uključuju specijalnu keramiku.
Tečni dielektrici
Tečni električni izolacioni materijali se često koriste u električnim mašinama i aparatima. Ulje igra ulogu izolacije u transformatoru. Tečni dielektrici takođe uključuju tečne gasove, nezasićena vazelin i parafinska ulja, poliorganosiloksane, destilovanu vodu (prečišćenu od soli i nečistoća).
Glavne karakteristike tekućih dielektrika su dielektrična konstanta, električna čvrstoća i električna provodljivost. Također, električni parametri dielektrika u velikoj mjeri zavise od stepena njihovog pročišćavanja. Čvrste nečistoće mogu povećati električnu provodljivost tekućina zbog rasta slobodnih jona i elektrona. Prečišćavanje tečnosti destilacijom, jonskom izmjenom itd. dovodi do povećanja električne čvrstoće materijala, čime se smanjuje njegova električna provodljivost.
Tečni dielektrici se dijele u tri grupe:
- naftna ulja;
- biljna ulja;
- sintetičke tekućine.
Najčešće korišćena ulja su naftna ulja kao što su ulja za transformatore, kablove i kondenzatore. Sintetičke tekućine (organosilicij i organofluorna jedinjenja) se također koriste u inženjerstvu aparata. Na primjer, organosilicijumska jedinjenja su otporna na mraz i higroskopna, pa se koriste kao izolatori u malim transformatorima, ali njihova cijena je veća od cijene naftnih ulja.
Bilna ulja se praktično ne koriste kao izolacijski materijali u tehnologiji elektroizolacije. To uključuje ricinusovo, laneno, konopljino i tungovo ulje. Ovi materijali su slabo polarni dielektrici i uglavnom se koriste za impregnaciju papirnih kondenzatora i kao sredstvo za formiranje filma u električnim izolacijskim lakovima, bojama i emajlima.
Plinski dielektrici
Najčešći gasoviti dielektrici su vazduh, azot, vodonik i gas SF6. Električni izolacijski plinovi se dijele na prirodne i umjetne. Prirodni vazduh se koristi kao izolacija između strujnih delova dalekovoda i električnih mašina. Kao izolator, zrak ima nedostatke zbog kojih je nemoguće koristiti ga u zatvorenim uređajima. Zbog prisustva visoke koncentracije kiseonika, vazduh je oksidaciono sredstvo, au nehomogenim poljima javlja se niska električna jačina vazduha.
Strojni transformatori i visokonaponski kablovi koriste azot kao izolaciju. Vodonik je, osim što je elektroizolacioni materijal, i prisilno hlađenje, zbog čega se često koristi u električnim mašinama. U zatvorenim instalacijama najčešće se koristi SF6. Punjenje SF6 gasom čini uređaj otpornim na eksploziju. Koristi se u visokonaponskim prekidačima zbog svojih svojstava gašenja luka.
Organski dielektrici
Organski dielektrični materijali se dijele na prirodne i sintetičke. Prirodni organski dielektrici se trenutno koriste izuzetno rijetko, jer se proizvodnja sintetičkih sve više širi, čime se smanjuje njihova cijena.
U prirodne organske dielektrike spadaju celuloza, guma, parafin i biljna ulja (ricinusovo ulje). Većina sintetičkih organskih dielektrika su različite plastike i elastomeri koji se često koriste u električnim kućanskim aparatima i drugoj opremi.
Neorganski dielektrici
Neorganski dielektrični materijali se dijele na prirodne i umjetne. Najčešći prirodni materijal je liskun, koji ima hemijsku i termičku otpornost. Flogopit i muskovit se također koriste za električnu izolaciju.
Za umjetno neorganskoDielektrici uključuju staklo i materijale na njegovoj osnovi, kao i porculan i keramiku. Ovisno o primjeni, umjetnom dielektriku se mogu dati posebna svojstva. Na primjer, feldspat keramika se koristi za čahure, koje imaju visoku tangentu dielektričnog gubitka.
Vlaknasti električni izolacijski materijali
Vlaknasti materijali se često koriste za izolaciju u električnim aparatima i mašinama. To uključuje materijale biljnog porijekla (guma, celuloza, tkanine), sintetički tekstil (najlon, kapron), kao i materijale od polistirena, poliamida, itd.
Organski vlaknasti materijali su visoko higroskopni, tako da se rijetko koriste bez posebne impregnacije.
Odnedavno se umjesto organskih materijala koriste izolacije od sintetičkih vlakana, koji imaju viši nivo otpornosti na toplinu. To uključuje staklena vlakna i azbest. Staklena vlakna su impregnirana raznim lakovima i smolama kako bi se povećala njihova hidrofobna svojstva. Azbestna vlakna imaju nisku mehaničku čvrstoću, pa im se često dodaju pamučna vlakna.
