Elektroisolierstoffe und ihre Klassifizierung. Faserartige Elektroisoliermaterialien

Einige Materialien für elektrische ZweckeGeräte und Stromversorgungskreise haben dielektrische Eigenschaften, dh sie weisen eine hohe Stromfestigkeit auf. Diese Fähigkeit erlaubt es ihnen, keinen Strom durchzulassen, und daher werden sie verwendet, um die Isolierung von stromführenden Teilen zu erzeugen. Isoliermaterialien dienen nicht nur zum Trennen der stromführenden Teile, sondern bieten auch Schutz vor den gefährlichen Auswirkungen von elektrischem Strom. Beispielsweise sind die Netzkabel von Elektrogeräten mit einer Isolierung versehen.

Elektrische Isolationsmaterialien und ihre Anwendung

Elektrische Isolationsmaterialien sind weit verbreitet.in der Industrie, im Radio und in der Instrumentierung, der Entwicklung elektrischer Netze. Der normale Betrieb eines elektrischen Geräts oder die Sicherheit einer Stromversorgungsschaltung hängt weitgehend von den verwendeten Dielektrika ab. Einige Parameter eines Materials, das zur elektrischen Isolierung bestimmt ist, bestimmen seine Qualität und Leistungsfähigkeit.

Die Verwendung von Dämmstoffen ist bedingtSicherheitsvorschriften. Die Integrität der Isolierung ist der Schlüssel für den sicheren Betrieb mit elektrischem Strom. Es ist äußerst gefährlich, Geräte mit beschädigter Isolierung zu verwenden. Selbst ein kleiner elektrischer Strom kann den menschlichen Körper beeinträchtigen.

Dielektrische Eigenschaften

Dämmstoffe müssen habenbestimmte Eigenschaften, um seine Funktionen auszuführen. Der Hauptunterschied von Dielektrika gegenüber Leitern ist ein großer Wert des spezifischen Volumenwiderstands (109–1020 Ohm · cm). Die elektrische Leitfähigkeit von Leitern im Vergleich zu Dielektrika beträgt das 15-fache. Dies liegt daran, dass Isolatoren ihrer Natur nach um ein Vielfaches weniger freie Ionen und Elektronen aufweisen, die die Leitfähigkeit des Materials gewährleisten. Wenn das Material erhitzt wird, werden sie größer, was zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit beiträgt.

Es gibt aktive und passive Eigenschaften.Dielektrika. Für Dämmstoffe sind vor allem passive Eigenschaften wichtig. Die Dielektrizitätskonstante des Materials sollte so niedrig wie möglich sein. Dadurch kann der Isolator keine parasitären Kapazitäten in die Schaltung einführen. Bei einem Material, das als Kondensatordielektrikum verwendet wird, sollte die Dielektrizitätskonstante dagegen so groß wie möglich sein.

Isolationsparameter

Die Hauptparameter der elektrischen Isolierung umfassenSpannungsfestigkeit, elektrischer Widerstand, relative Dielektrizitätskonstante, dielektrischer Verlustwinkel. Bei der Beurteilung der elektrischen Isoliereigenschaften eines Materials wird auch die Abhängigkeit der aufgeführten Eigenschaften von den Werten des elektrischen Stroms und der Spannung berücksichtigt.

Elektrische Produkte und Materialien besitzengrößere Stärke der elektrischen Stärke im Vergleich zu Leitern und Halbleitern. Für ein Dielektrikum ist es auch wichtig, dass die Stabilität bestimmter Größen während des Erhitzens, der Erhöhung der Spannung und anderer Änderungen gegeben ist.

Klassifizierung von dielektrischen Materialien

Verwenden Sie abhängig von der Stromstärke, die durch den Leiter fließt, verschiedene Isolierungsarten, die sich in ihren Fähigkeiten unterscheiden.

Welche Parameter teilen elektrische Isolatoren?Materialien? Die Klassifizierung von Dielektrika basiert auf ihrem Aggregatzustand (fest, flüssig und gasförmig) und ihrer Herkunft (organisch: natürlich und synthetisch, anorganisch: natürlich und künstlich). Die gebräuchlichste Art fester Dielektrika, die an den Kabeln von Haushaltsgeräten oder anderen Elektrogeräten sichtbar sind.

Feste und flüssige Dielektrika wiederumin Untergruppen unterteilt. Feste Dielektrika umfassen lackierte Gewebe, Laminate und verschiedene Arten von Glimmer. Wachse, Öle und Flüssiggase sind flüssige elektrische Isolierstoffe. Spezielle gasförmige Dielektrika werden viel seltener verwendet. Dieser Typ umfasst auch einen natürlichen elektrischen Isolator - Luft. Seine Verwendung beruht nicht nur auf den Eigenschaften der Luft, die sie zu einem hervorragenden Dielektrikum machen, sondern auch auf ihrer Effizienz. Die Verwendung von Luft als Isolierung erfordert keine zusätzlichen Materialkosten.

Feste Dielektrika

Feste Dämmstoffe - am meisteneine breite Klasse von Dielektrika, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Sie haben unterschiedliche chemische Eigenschaften und der Wert der Dielektrizitätskonstante liegt zwischen 1 und 50.000.

Feste Dielektrika werden in unpolare,Polar- und Ferroelektrika. Ihre Hauptunterschiede bestehen in den Polarisationsmechanismen. Diese Isolationsklasse hat Eigenschaften wie chemische Beständigkeit, Kriechstromfestigkeit, Dendrit-Beständigkeit. Chemische Beständigkeit äußert sich in der Fähigkeit, dem Einfluss verschiedener aggressiver Medien (Säure, Alkali usw.) standzuhalten. Die Widerstandsfähigkeit gegen das Treben bestimmt die Fähigkeit, den Auswirkungen eines Lichtbogens standzuhalten, und die Dendritenresistenz gegen die Bildung von Dendriten.

Feste Dielektrika werden in verschiedenen Bereichen verwendetEnergiebereiche. Beispielsweise werden keramische Isoliermaterialien meistens als Leitungs- und Durchführungsisolatoren in Umspannwerken verwendet. Als Isolierung elektrischer Geräte werden Papier, Polymere, Glasfaser verwendet. Für Maschinen und Apparate werden meistens Lacke, Pappe, Compound verwendet.

Für den Einsatz in verschiedenen UmgebungenDie Isolierung bietet einige besondere Eigenschaften durch die Kombination verschiedener Materialien: Hitzebeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit und Frostbeständigkeit. Hitzebeständige Isolatoren können Temperaturen bis 700 ° C standhalten. Dazu gehören Gläser und darauf basierende Materialien, Organosilite und einige Polymere. Feuchtigkeitsbeständiges und tropenresistentes Material ist Fluorkunststoff, der nicht hygroskopisch und hydrophob ist.

Strahlenresistente Isolierung wird in verwendetGeräte mit atomaren Elementen. Es umfasst anorganische Filme, einige Arten von Polymeren, Glasfasern und auf Glimmer basierende Materialien. Isolierungen, die ihre Eigenschaften bei Temperaturen bis -90 ° C nicht verlieren, gelten als frostbeständig. Besondere Anforderungen werden an die Isolierung von Geräten gestellt, die unter Weltraum- oder Vakuumbedingungen betrieben werden. Verwenden Sie zu diesem Zweck vakuumdichte Materialien, zu denen spezielle Keramiken gehören.

Flüssige Dielektrika

Flüssige Isolierstoffe oftverwendet in elektrischen Maschinen und Apparaten. Im Transformator spielt Öl die Rolle der Isolation. Flüssige Dielektrika umfassen auch verflüssigte Gase, ungesättigte Vaseline- und Paraffinöle, Polyorganosiloxane und destilliertes Wasser (gereinigt von Salzen und Verunreinigungen).

Die Hauptmerkmale von flüssigen Dielektrikasind dielektrische Konstante, Durchschlagfestigkeit und elektrische Leitfähigkeit. Die elektrischen Parameter von Dielektrika hängen auch stark vom Grad ihrer Reinigung ab. Feststoffe können die elektrische Leitfähigkeit von Flüssigkeiten aufgrund des Wachstums freier Ionen und Elektronen erhöhen. Reinigung von Flüssigkeiten durch Destillation, Ionenaustausch usw. führt zu einer Erhöhung des Wertes der elektrischen Festigkeit des Materials, wodurch seine elektrische Leitfähigkeit verringert wird.

Flüssige Dielektrika werden in drei Gruppen unterteilt:

• Erdöle;
• Pflanzenöle;
• synthetische Flüssigkeiten.

Die am häufigsten verwendeten Erdöle sindals Transformator, Kabel und Kondensator. Synthetische Flüssigkeiten (Organosilicium- und Organofluorverbindungen) werden auch im Maschinenbau eingesetzt. Zum Beispiel sind Organosiliciumverbindungen kältebeständig und hygroskopisch, daher werden sie als Isolator in kleinen Transformatoren verwendet, aber ihre Kosten sind höher als der Preis für Erdöl.

Pflanzliche Öle werden praktisch nicht verwendetQualität von Dämmstoffen in der elektrischen Isolationstechnik. Dazu gehören Castor, Leinsamen, Hanf und Tungöl. Diese Materialien sind niedrigpolare Dielektrika und werden hauptsächlich zum Imprägnieren von Papierkondensatoren und als filmbildende Substanz in elektrisch isolierenden Lacken, Farben und Emails verwendet.

Gasförmige Dielektrika

Meistens gasförmigDielektrika sind Luft, Stickstoff, Wasserstoff und Gas. Isoliergase werden in natürliche und künstliche Gase eingeteilt. Bezeichnet natürlich Luft, die als Isolierung zwischen den stromführenden Teilen von Stromleitungen und elektrischen Maschinen verwendet wird. Als Isolator hat die Luft Nachteile, die den Einsatz in geschlossenen Geräten unmöglich machen. Aufgrund der Anwesenheit einer hohen Sauerstoffkonzentration ist Luft ein Oxidationsmittel, und in heterogenen Feldern manifestiert sich eine geringe elektrische Festigkeit der Luft.

In Leistungstransformatoren und HochspannungKabel verwenden Stickstoff als Isolierung. Wasserstoff ist neben dem Isoliermaterial auch eine Zwangskühlung und wird daher häufig in elektrischen Maschinen eingesetzt. In unter Druck stehenden Anlagen wird meistens SF6-Gas verwendet. Das Befüllen mit SF6-Gas macht das Gerät explosionssicher. Es wird aufgrund seiner lichtbogenunterdrückenden Eigenschaften in Hochspannungsschaltern eingesetzt.

Organische Dielektrika

Organische dielektrische Materialien werden unterteiltnatürlich und synthetisch. Natürliche organische Dielektrika werden derzeit äußerst selten eingesetzt, so dass die Produktion von synthetischen Materialien immer mehr zunimmt und somit ihre Kosten sinken.

Natürliche organische Dielektrika umfassenZellulose-, Kautschuk-, Paraffin- und Pflanzenöle (Rizinusöl). Die meisten synthetischen organischen Dielektrika bestehen aus verschiedenen Kunststoffen und Elastomeren, die häufig in elektrischen Haushaltsgeräten und anderen Geräten verwendet werden.

Anorganische Dielektrika

Anorganische dielektrische Materialien werden unterteiltnatürlich und künstlich. Der häufigste Naturstoff ist Glimmer, der chemisch und thermisch beständig ist. Verwenden Sie auch für die elektrische Isolierung Phlogopit und Muskovit.

Zu künstlichen anorganischen DielektrikaDazu gehören Glas und darauf basierende Materialien sowie Porzellan und Keramik. Ein künstliches Dielektrikum kann je nach Anwendungsbereich mit besonderen Eigenschaften versehen werden. Zum Beispiel werden für Durchführungsisolatoren Feldspatkeramiken verwendet, die einen hohen dielektrischen Verlustfaktor haben.

Faserisoliermaterialien

Fasermaterialien werden häufig für verwendetIsolierung in elektrischen Apparaten und Maschinen. Dazu gehören Materialien pflanzlichen Ursprungs (Kautschuk, Zellulose, Gewebe), synthetische Textilien (Nylon, Nylon) sowie Materialien aus Polystyrol, Polyamid usw.

Organische Fasermaterialien sind stark hygroskopisch und werden daher nur selten ohne spezielle Imprägnierung verwendet.

Vor kurzem statt organischer MaterialienVerwenden Sie eine synthetische Faserisolierung, die eine höhere Wärmebeständigkeit aufweist. Dazu gehören Glasfaser und Asbest. Glasfasern werden mit verschiedenen Lacken und Harzen imprägniert, um die hydrophoben Eigenschaften zu erhöhen. Asbestfasern weisen eine geringe mechanische Festigkeit auf, daher werden oft Baumwollfasern hinzugefügt.