Svojstva elektroizolacijskih materijala

Električni izolacijski materijali su materijali kojima se izoliraju žice. Imaju: visoku otpornost, električnu čvrstoću — sposobnost materijala da se odupre proboju kroz svoj električni napon i električne gubitke, karakteriziran tangentom kuta gubitaka, otpornost na toplinu, karakteriziran temperaturom koja je maksimalno dopuštena za dati dielektrik tijekom njegova dugotrajna uporaba u električnoj opremi.

Električni izolacijski materijali - Dielektrici mogu biti čvrsti, tekući i plinoviti.

Svrha električnih izolacijskih materijala u elektricitetu je stvoriti između dijelova koji imaju različite električne potencijale takvo okruženje da spriječi prolaz struje između tih dijelova.

Razlikovati električna, mehanička, fizikalno-kemijska i toplinska svojstva dielektrika.

Električne karakteristike dielektrika

Masivni otpor — otpor dielektrika kada kroz njega prolazi istosmjerna struja. Za ravni dielektrik je jednak:

Rv = ρv (d / S), ohm

gdje je ρv — specifični volumenski otpor dielektrika, koji je otpor kocke s rubom od 1 cm, kada istosmjerna struja prolazi kroz dvije suprotne strane dielektrika, Ohm-cm, S je površina poprečnog presjeka dielektrik kroz koji prolazi struja (površina elektroda), cm2, e — debljina dielektrika (razmak između elektroda), vidi

Površinski otpor dielektrika

Površinski otpor - otpor dielektrika kada struja prolazi kroz njegovu površinu. Ovaj otpor je:

Rs = ρs (l / S), Ohm

gdje je ps — specifični površinski otpor dielektrika, koji je otpor kvadrata (bilo koje veličine) kada istosmjerna struja prolazi s jedne strane na suprotnu, Ohm, l- duljina površine dielektrika (u smjeru toka struje ), cm, C — širina dielektrične površine (u smjeru okomitom na protok struje), vidi

Dielektrična konstanta.

Kao što znate, kapacitet kondenzatora - dielektrika zatvorenog između dvije paralelne i suprotne metalne ploče (elektrode) je:

C = (ε S) / (4π l), cm,

gdje je ε - relativna dielektrična konstanta materijala, jednaka omjeru kapaciteta kondenzatora s određenim dielektrikom prema kapacitetu kondenzatora istih geometrijskih dimenzija, ali čiji je dielektrik zrak (ili bolje rečeno vakuum); C - površina elektrode kondenzatora, cm2, l - debljina dielektrika zatvorenog između elektroda, vidi

Kut dielektričnih gubitaka

Gubitak snage u dielektriku kada se na njega dovede izmjenična struja je:

Pa = U NS Ia, W

gdje je U primijenjeni napon, Ia aktivna komponenta struje koja prolazi kroz dielektrik, A.

Kao što je poznato: Ia = AzR / tgφ = AzRNS tgδ, A, Azr = U2πfC

gdje je Azp reaktivna komponenta struje koja prolazi kroz dielektrik, A, C je kapacitet kondenzatora, cm, f je frekvencija struje, Hz, φ — kut pod kojim je vektor struje koji prolazi kroz dielektrik ispred vektora primijenjenog napona na ovaj dielektrik, stupnjevi, δ — kut komplementaran φ do 90 ° (kut dielektričnog gubitka, stupnjevi).

Na taj način se određuje količina gubitka snage:

Pa = U22πfCtgδ, W

Od velike praktične važnosti je pitanje ovisnosti tgδ o veličini primijenjenog napona (ionizacijska krivulja).

S homogenom izolacijom, bez raslojavanja i pucanja, tgδ je gotovo neovisan o veličini primijenjenog napona; u prisutnosti raslojavanja i pucanja, s povećanjem primijenjenog napona, tgδ naglo raste zbog ionizacije šupljina sadržanih u izolaciji.

Periodično mjerenje dielektričnih gubitaka (tgδ) i njegova usporedba s rezultatima prethodnih mjerenja karakteriziraju stanje izolacije, stupanj i intenzitet njezinog starenja.

Dielektrična čvrstoća

U električnim instalacijama dielektrici koji čine izolaciju svitka moraju izdržati djelovanje električnog polja. Intenzitet (napon) tila raste kako raste napon koji stvara ovo polje, a kada jakost polja dosegne kritičnu vrijednost, dielektrik gubi svoja električna izolacijska svojstva, tzv. dielektrični proboj.

Napon pri kojem dolazi do proboja naziva se probojni napon, a pripadajuća jakost polja je dielektrična čvrstoća.

Numerička vrijednost dielektrične čvrstoće jednaka je omjeru probojnog napona i debljine dielektrika na mjestu proboja:

Epr = UNHC / l, kV / mm,

gdje Upr - probojni napon, kV, l - debljina izolacije na točki sloma, mm.

Električni izolacijski materijali

Fizikalno-kemijska svojstva dielektrika

Osim električnih, razlikuju se sljedeće fizikalno-kemijske karakteristike dielektrika.

Kiselinski broj — određuje količinu (mg) kalijevog hidroksida (KOH) potrebnu za neutralizaciju slobodnih kiselina sadržanih u tekućem dielektriku i pogoršanje njegovih električnih izolacijskih svojstava.

Viskoznost - određuje stupanj fluidnosti tekućeg dielektrika, koji određuje sposobnost prodiranja lakova pri impregniranju žica za namatanje, kao i konvekciju ulja u transformatorima itd.

Razlikuju kinematičku viskoznost, mjerenu kapilarnim viskozimetrima (staklene cijevi u obliku slova U), i tzv. uvjetnu viskoznost, određenu brzinom protoka tekućine iz kalibriranog otvora u posebnom lijevku. Jedinica kinematičke viskoznosti je Stokes (st).

Uvjetna viskoznost mjerena u Englerovim stupnjevima.

Toplinska otpornost — sposobnost materijala da obavlja svoje funkcije kada je izložen radnoj temperaturi tijekom vremena koje je usporedivo s procijenjenim razdobljem normalnog rada električne opreme.

Pod utjecajem zagrijavanja dolazi do toplinskog starenja električnih izolacijskih materijala, zbog čega izolacija prestaje ispunjavati zahtjeve koji su joj postavljeni.

Klase otpornosti na toplinu električnih izolacijskih materijala (GOST 8865-70).Slovo označava klasu otpornosti na toplinu, a brojevi u zagradama - temperaturu, ° C

Y (90) Vlaknasti materijali od celuloze, pamuka i prirodne svile, neimpregnirani ili umočeni u tekući električni izolacijski materijal A (105) Vlaknasti materijali od celuloze, pamuka ili prirodne, viskoze i sintetičke svile, impregnirani ili umočeni u tekući električni izolacijski materijal D (120) Sintetski materijali (filmovi, vlakna, smole, spojevi) B (130) Tinjac, azbest i materijali od stakloplastike koji se koriste s organskim vezivima i impregnantima F (155) Materijali od liskuna, azbesta i stakloplastike u kombinaciji sa sintetičkim vezivima i impregnantima H (180) ) Materijali na bazi tinjca, azbesta i stakloplastike u kombinaciji sa silicijevim silicijskim vezivima i impregnirajućim spojevima C (preko 180) Liskun, keramički materijali, staklo, kvarc ili njihove kombinacije bez veziva ili s anorganskim vezivnim tvarima

Točka omekšavanja pri kojoj čvrsti dielektrici koji u hladnom stanju imaju amorfno stanje (smole, bitumen) počinju omekšavati. Točka omekšavanja se određuje kada se zagrijana izolacija istisne iz prstena ili cijevi pomoću čelične kuglice ili žive.

Točka kapanja pri kojoj se prva kap odvaja i pada iz čaše (s otvorom promjera 3 mm na dnu) u kojoj se zagrijava ispitni materijal.

Točka plamišta pare pri kojoj se smjesa pare izolacijske tekućine i zraka zapali prikazanim plamenom plamenika. Što je plamište tekućine niže, to je njena isparljivost veća.

Otpornost na vlagu, kemijsku otpornost, otpornost na smrzavanje i otpornost na tropske dielektrike - stabilnost električnih i fizikalno-kemijskih svojstava električnih izolacijskih materijala kada su izloženi vlazi, kiselinama ili bazama pri niskim temperaturama u rasponu od -45 ° do -60 ° C, kao kao i tropska klima, koju karakterizira visoka i naglo promjenjiva temperatura zraka tijekom dana, njegova visoka vlažnost i zagađenje, prisutnost plijesni, insekata i glodavaca.

Otpornost na luk i koronski dielektrik — otpornost električnih izolacijskih materijala na djelovanje ozona i dušika koji se oslobađaju tijekom tihog pražnjenja — korona, kao i otpornost na djelovanje električnih iskri i stabilnog luka.

Termoplastična i termoreaktivna svojstva dielektrika

Termoplastični električni izolacijski materijali su oni koji su u početku čvrsti kada su hladni, omekšaju kada se zagriju i otapaju se u odgovarajućim otapalima. Nakon hlađenja ti se materijali ponovno skrućuju. Ponovljenim zagrijavanjem ostaje njihova sposobnost omekšavanja i otapanja u otapalima. Dakle, zagrijavanje takvih materijala ne uzrokuje nikakve promjene u njihovoj molekularnoj strukturi.

Za razliku od njih, takozvani termoreaktivni materijali nakon toplinske obrade u odgovarajućem režimu, oni otvrdnu (peku). Ponovnim zagrijavanjem ne omekšavaju i ne otapaju se u otapalima, što ukazuje na nepovratne promjene u njihovoj molekularnoj strukturi do kojih je došlo tijekom zagrijavanja.

Mehanička svojstva izolacijskih materijala su: najveća vlačna čvrstoća, tlačna čvrstoća, statičko i dinamičko savijanje, kao i krutost.