Charakterystyka materiałów elektroizolacyjnych

Materiały elektroizolacyjne to materiały, którymi izolowane są przewody. Charakteryzują się: wysoką rezystancją, wytrzymałością elektryczną — odpornością materiału na przebicie przez jego napięcie elektryczne i straty elektryczne, charakteryzującą się tangensem kąta strat, odpornością cieplną, charakteryzującą się maksymalną dopuszczalną dla danego dielektryka temperaturą podczas jego długotrwałego użytkowania w sprzęcie elektrycznym.

Materiały elektroizolacyjne - Dielektryki mogą być stałe, ciekłe i gazowe.

Celem materiałów elektroizolacyjnych w elektryczności jest stworzenie między częściami o różnych potencjałach elektrycznych, takiego środowiska, aby uniemożliwić przepływ prądu między tymi częściami.

Rozróżnia właściwości elektryczne, mechaniczne, fizykochemiczne i termiczne dielektryków.

Charakterystyki elektryczne dielektryków

Rezystancja objętościowa — rezystancja dielektryka, gdy przepływa przez niego prąd stały. Dla płaskiego dielektryka jest równy:

Rv = ρv (d / S), om

gdzie ρv — rezystancja objętościowa właściwa dielektryka, czyli opór sześcianu o krawędzi 1 cm, gdy prąd stały przepływa przez dwa przeciwległe boki dielektryka, Ohm-cm, S to pole przekroju poprzecznego dielektryka dielektryk, przez który przepływa prąd (powierzchnia elektrod), cm2, e — grubość dielektryka (odległość między elektrodami), zob.

Rezystancja powierzchniowa dielektryka

Rezystancja powierzchniowa — rezystancja dielektryka, gdy przez jego powierzchnię przepływa prąd. Ten opór to:

Rs = ρs (l / S), om

gdzie ps — opór właściwy powierzchni dielektryka, czyli opór kwadratu (dowolnej wielkości), gdy prąd stały przepływa z jednej strony na przeciwną, Ohm, l- długość powierzchni dielektryka (w kierunku przepływu prądu ), cm, C — szerokość powierzchni dielektrycznej (w kierunku prostopadłym do przepływu prądu), zob

Stała dielektryczna.

Jak wiadomo, pojemność kondensatora — dielektryka zamkniętego między dwiema równoległymi i przeciwległymi metalowymi płytkami (elektrodami) wynosi:

C = (ε S) / (4π l), cm,

gdzie ε — względna stała dielektryczna materiału, równa stosunkowi pojemności kondensatora o danym dielektryku do pojemności kondensatora o tych samych wymiarach geometrycznych, ale którego dielektrykiem jest powietrze (a raczej próżnia); C — powierzchnia elektrody kondensatora, cm2, l — grubość dielektryka zamkniętego między elektrodami, patrz

Kąt strat dielektrycznych

Strata mocy w dielektryku po przyłożeniu do niego prądu przemiennego wynosi:

Pa = U NS Ia, W

gdzie U jest przyłożonym napięciem, Ia jest składową czynną prądu przepływającego przez dielektryk, A.

Jak wiadomo: Ia = AzR / tgφ = AzRNS tgδ, A, Azr = U2πfC

gdzie Azp jest składową reaktywną prądu przepływającego przez dielektryk, A, C jest pojemnością kondensatora, cm, f jest częstotliwością prądu, Hz, φ — kątem, pod jakim wektor prądu przechodzącego przez dielektryk przed przyłożonym wektorem napięcia do tego dielektryka, stopnie, δ — kąt komplementarny do φ do 90 ° (kąt strat dielektrycznych, stopnie).

W ten sposób określa się wielkość strat mocy:

Pa = U22πfCtgδ, W

Ogromne znaczenie praktyczne ma kwestia zależności tgδ od wielkości przyłożonego napięcia (krzywa jonizacji).

Przy jednorodnej izolacji, bez rozwarstwień i pęknięć, tgδ jest prawie niezależne od wielkości przyłożonego napięcia; w obecności rozwarstwień i pęknięć, wraz ze wzrostem przyłożonego napięcia, tgδ gwałtownie wzrasta z powodu jonizacji pustych przestrzeni zawartych w izolacji.

Okresowe pomiary strat dielektrycznych (tgδ) i porównanie ich z wynikami poprzednich pomiarów charakteryzują stan izolacji, stopień i intensywność jej starzenia.

Wytrzymałość dielektryczna

W instalacjach elektrycznych dielektryki tworzące izolację cewki muszą wytrzymać działanie pola elektrycznego. Natężenie (napięcie) tiulu wzrasta wraz ze wzrostem napięcia tworzącego to pole, a gdy natężenie pola osiąga wartość krytyczną, dielektryk traci swoje właściwości elektroizolacyjne, tzw. przebicie dielektryczne.

Napięcie, przy którym następuje przebicie, nazywane jest napięciem przebicia, a odpowiadające mu natężenie pola to wytrzymałość dielektryczna.

Wartość liczbowa wytrzymałości dielektrycznej jest równa stosunkowi napięcia przebicia do grubości dielektryka w miejscu przebicia:

Epr = UNHC/l, kV/mm,

gdzie Upr — napięcie przebicia, kV, l — grubość izolacji w punkcie przebicia, mm.

Materiały elektroizolacyjne

Właściwości fizykochemiczne dielektryków

Oprócz elektrycznych wyróżnia się następujące właściwości fizyko-chemiczne dielektryków.

Liczba kwasowa — określa ilość (mg) wodorotlenku potasu (KOH) potrzebną do zneutralizowania wolnych kwasów zawartych w ciekłym dielektryku i pogorszenia jego właściwości elektroizolacyjnych.

Lepkość — określa stopień płynności ciekłego dielektryka, od którego zależy zdolność penetracji lakierów podczas impregnacji drutów nawojowych, a także konwekcja oleju w transformatorach itp.

Rozróżniają lepkość kinematyczną, mierzoną lepkościomierzami kapilarnymi (szklane rurki w kształcie litery U) oraz tzw. lepkość warunkową, określaną na podstawie prędkości przepływu płynu z kalibrowanego otworu w specjalnym lejku. Jednostką lepkości kinematycznej jest Stokes (st).

Lepkość warunkowa mierzona w stopniach Englera.

Odporność termiczna — zdolność materiału do wykonywania swoich funkcji pod wpływem temperatury roboczej przez czas porównywalny z szacowanym okresem normalnej pracy urządzeń elektrycznych.

Pod wpływem ogrzewania następuje starzenie termiczne materiałów elektroizolacyjnych, w wyniku czego izolacja przestaje spełniać stawiane jej wymagania.

Klasy odporności cieplnej materiałów elektroizolacyjnych (GOST 8865-70).Litera wskazuje klasę odporności na ciepło, a liczby w nawiasach - temperaturę, ° C

Y (90) Materiały włókniste z celulozy, bawełny i naturalnego jedwabiu, nieimpregnowane ani zanurzane w płynnym materiale elektroizolacyjnym A (105) Materiały włókniste z celulozy, bawełny lub naturalnego, wiskozowego i syntetycznego jedwabiu, impregnowane lub zanurzane w płynnym materiale elektroizolacyjnym D (120) Materiały syntetyczne (folie, włókna, żywice, związki) B (130) Materiały z miki, azbestu i włókna szklanego stosowane z organicznymi spoiwami i impregnatami F (155) Materiały z miki, azbestu i włókna szklanego połączone z syntetycznymi substancjami wiążącymi i impregnatami H (180) ) Materiały na bazie miki, azbestu i włókna szklanego w połączeniu ze spoiwami krzemowo-krzemowymi i impregnatami C (powyżej 180) Mika, materiały ceramiczne, szkło, kwarc lub ich kombinacje bez spoiw lub z nieorganicznymi substancjami wiążącymi

Temperatura mięknienia, w której stałe dielektryki mające stan amorficzny w stanie zimnym (żywice, bitumy) zaczynają mięknąć. Punkt mięknienia określa się, gdy nagrzaną izolację wyciska się z pierścienia lub rury za pomocą stalowej kulki lub rtęci.

Punkt kroplenia, w którym pierwsza kropla oddziela się i spada ze zlewki (z otworem o średnicy 3 mm na dnie), w której badany materiał jest podgrzewany.

Temperatura zapłonu pary, w której mieszanina pary cieczy izolacyjnej i powietrza zostaje zapalona przez przedstawiony płomień palnika. Im niższa temperatura zapłonu cieczy, tym większa jest jej lotność.

Odporność na wilgoć, odporność chemiczną, mrozoodporność i odporność na tropikalne dielektryki - stabilność właściwości elektrycznych i fizyko-chemicznych materiałów elektroizolacyjnych pod wpływem wilgoci, kwasów lub zasad w niskich temperaturach w zakresie od -45°C do -60°C, jak a także klimat tropikalny, charakteryzujący się wysoką i gwałtownie zmieniającą się temperaturą powietrza w ciągu dnia, jego dużą wilgotnością i zanieczyszczeniem, obecnością pleśni, owadów i gryzoni.

Odporność na dielektryki łukowe i koronowe — odporność materiałów elektroizolacyjnych na działanie ozonu i azotu uwalnianych podczas cichego wyładowania — koronowego, a także odporność na działanie iskier elektrycznych i stabilny łuk.

Właściwości termoplastyczne i termoutwardzalne dielektryków

Termoplastyczne materiały elektroizolacyjne to takie, które na zimno są początkowo stałe, miękną po podgrzaniu i rozpuszczają się w odpowiednich rozpuszczalnikach. Po schłodzeniu materiały te ponownie twardnieją. Przy wielokrotnym ogrzewaniu pozostaje ich zdolność do zmiękczania i rozpuszczania się w rozpuszczalnikach. Tym samym ogrzewanie takich materiałów nie powoduje zmian w ich strukturze molekularnej.

W przeciwieństwie do nich tzw. materiały termoutwardzalne po obróbce cieplnej w odpowiednim trybie utwardzają się (wypalają). Po wielokrotnym ogrzewaniu nie miękną i nie rozpuszczają się w rozpuszczalnikach, co wskazuje na nieodwracalne zmiany w ich strukturze molekularnej, które zaszły podczas ogrzewania.

Właściwości mechaniczne materiałów izolacyjnych to: maksymalna wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, statyczne i dynamiczne zginanie oraz sztywność.