Какие электроизоляционные материалы относятся к твердым?
Твердые электроизоляционные материалы – это группа материалов, используемых в электротехнике для предотвращения нежелательного прохождения электрического тока и обеспечения безопасности электрических устройств. Они характеризуются высокой электрической прочностью, термической стабильностью, механической устойчивостью и химической инертностью.
На сайте украинского производителя “ПКФ Электропласт” pkf-elektroplast.com.ua вы можете заказать твёрдые изоляционные материалы и знать о них больше. Вот короткий обзор основных продуктов.
Электроизоляционные полимеры
Полимеры – это высокомолекулярные соединения, состоящие из повторяющихся мономерных звеньев. Они подразделяются на линейные и пространственные структуры. Линейные полимеры, такие как полистирол и полиэтилен, отличаются гибкостью и эластичностью, подходят для производства изоляционных пленок и волокон. Пространственные полимеры, например эпоксидные и фенольные смолы, обладают большей жесткостью и термостойкостью, что делает их идеальными для производства компаундов и композитных материалов.
Кремнийорганические полимеры
Эти полимерные материалы включают в свой состав атомы кремния, обеспечивая им высокую устойчивость к температурным колебаниям. Резина на основе кремнийорганики, находящая применение в создании высоковольтных изоляторов, эффективно функционирует в диапазоне температур от -65°C до +200°C. К этой же категории относятся и природные смолы, вроде шеллака и канифоли.
Волокнистые электроизоляционные материалы
Волокнистые электроизоляционные материалы характеризуются своей прочностью, способностью поглощать влагу и доступной стоимостью. Однако для повышения их изоляционных качеств и водостойкости необходима дополнительная обработка, например, пропитка.
К числу таких материалов относится картон, который применяется в пропитанном виде для изоляции внутри трансформаторов. Фибра, представляющая собой слоистый пергаментированный картон, используется в качестве изоляционного материала и для гашения дуги, особенно в устройствах с «стреляющими» разрядниками, благодаря ее способности выделять газы при воздействии электрической дуги.
Органический текстиль, который включает в себя изделия из натуральных, искусственных и синтетических волокон, находит свое применение в качестве защитных оболочек для кабелей и изоляции электротехнических устройств.
Пропитанные волокнистые материалы, полученные путем обработки натуральных волокон электроизоляционными составами, выделяются на фоне прочих за счет своих уникальных характеристик и способов использования. К ним относятся лакоткани, лакобумаги, лакированные трубки и изоляционные ленты.
Дерево, обработанное специальными составами, применяется для создания изоляционных штанг и других конструктивных элементов. В свою очередь, конденсаторная и кабельная бумага используются в высоковольтных конденсаторах и кабельной промышленности соответственно. Текстильные материалы, включая изделия из натуральных и синтетических волокон, находят применение в качестве защитных оболочек для кабелей и изоляции в электрических машинах.
Виды электроизоляционных материалов
Электроизоляционные материалы (ЭИМ) классифицируются по своему агрегатному состоянию на газообразные, жидкие и твердые.
К газообразным ЭИМ относятся такой естественный диэлектрик, как атмосферный воздух, а также азот, углекислый газ С02, элегаз (шестифтористая сера SF6), инертные газы (гелий Не, неон Ne, аргон Аг, криптон Кг, ксенон Хе), пары перфторированных углеводов, например, C7F 14. Применение газообразных ЭИМ, кроме воздуха, во взрывозащищенном электрооборудовании распространения пока не получило.
Классификация жидких электроизоляционных материалов дана на рис. 1 Они обладают подчас очень высокими электрофизическими параметрами, но нефтяные масла пожароопасны, а синтетические жидкости токсичны. Поэтому жидкие ЭИМ во взрывозащищенном электрооборудовании почти не применяются.
Наибольшее распространение получили твердые ЭИМ. Классификация исходных твердых ЭИМ приведена на рис. 2.
Из органических твердых электроизоляционных материалов широко применяются смолы. Они бывают: 1) природные (шеллак, канифоль, янтарь); 2) искусственные, полученные в результате обработки природных высокомолекулярных органических соединений (этилцеллюлоза, бетоилцеллюлоза, шелк ); 3) синтетические, изготовленные путем синтеза из низкомолекулярных веществ. Из них наилучшими значениями предела прочности при растяжения обладают полиамиды и эпоксидные смолы, нагревостойкости — политетрафторэтилен (фторопласт-4) и кремнийорганические, удельного электрического сопротивления р — также фторопласт-4, тангенса угла диэлектрических потерь tg 5 — полиолефины, полистирол, фторопласт-4, электрической прочности Е пр — эпоксидные, водопоглощения и влагопроницаемости — фторопласт-4 и полиолефины.
Битумы — аморфные сложные смеси углеводородов с небольшим количеством серы и кислорода — бывают искусственные (нефтяные, с температурой размягчения 50. 150 °С) и природные (асфальты. с температурой размягчения 220 °С ).
Эластомеры — бывают натуральные (каучук, резина, эбонит) и синтетические: каучуки бутадиеновые (и его разновидность эскалон — аналог эбонита), бутадиен — стирольный, хлоропреновый (наирит, неопрен), бутадиен — нитрил — акрильный, бутил-каучук и кремийорганические каучуки.
К растительным высыхающим маслам, образующим твердую изоляционную пленку, относятся масло льняное (из семян льна,) и тунговое (из семян тунгового дерева).
Воскообразное диэлектрики представлены таким продуктом возгонки и вымораживания некоторых сортов нефти, как парафин (смесь твердых углеводородов ряда С „ Н п+2 при п = 10. 36) с температурой плавления 50. 55 °С, и продуктом очистки горного воска (озокерита) церезином (то же при п =39. 53) с температурой плавления 65-80°С. Получены синтетические парафин и церезин с температурой плавления 100. 130 °С. К этой же группе ЭИМ относится и вазелин — смесь твердых и жидких угле водородов, полученных из нефти.
Из неорганических электроизоляционных материалов наиболее важное значение имеет слюда, которая бывает двух разновидностей — мусковит и флотопит — отличающихся по химическому составу (флогопит кроме окислов калия алюминия, кремния и воды, входящих в состав мусковита, содержит также окислы магния).
К керамическим материалам относятся фарфор (и его разновидности радиофарфор, ультрафарфор, алюминоксид, поликор), стеатит (на основе талька), радиокерамика (на основе минералов цельзиана, анортита, шпинели, циркона, волластонита) и керамика с высокой диэлектрической проницаемостью (на основе двуокиси титана).
Наконец, неорганические оксидные пленки (покрытия), наносимые на металлические детали, из готавливаются на основе оксидов алюминия, тантала или ниобия.
Перечисленные выше исходные твердые ЭИМ могут использоваться как для изготовления электроизоляционных деталей и конструкций в чистом виде, так и для изготовления производных ЭИМ классификация которых дана на рис. 3.
Композиционные материалу представляют собой полимер, нанесенный на основу из органических, кремнийорганических или неорганических материалов. Они бывают обычно двух — иди трехслойными. Миканиты (включая гибкие микаленты) — пластинки щепаной слюды, наложенные на подложку из бумаги, ткани или стеклоткани, пропитанные вязким лаком (высокой концентрации). Слюлиниты и слюдопласты — аналогичные материалы с использованием мелких отходов слюдяного производства. Пластмассы — смесь смол (поливиниловых, полиамидных, карбамидных или фенолформальдегидных) с наполнителями (каменной или древесной мукой, хлопчатобумажным, стеклянным или асбестовым волокном), пластификатором и красителем,формуемая под давлением и запекаемая при высокой температуре.
Рис. 1. Классификация жидких электроизоляционных материалов
Рис. 2 Классификация исходных твердых электроизоляционных материалов
Рис. 3. Классификация производных твердых электроизоляционных материалов
Слоистые пластики — многослойные листы бумаги (гетинакс), ткани (текстолит), стеклоткани (стеклотекстолит), асботкани (асботекстолит), асбобумаги (асбогетинакс) или фанеры (древеснослойный пластик), пропитанные бакелитовым лаком и спрессованные под давлением. Микалекс — сплав стекла и отходов слюдяного производства.
Лаки пропиточные — коллоидные растворы смол, битумов, высыхающих масел (лаковая основа) в соответствующих летучих растворах. Лаки бывают смоляные (шеллачные, бакелитовые, глифталевые, полихлорвиниловые, кремнийорганические), целлюлозные (нитролаки), масляные (на основе высыхающих масел), битумные, масляно-битумные, масляносмоляные (например, масляноглифталевые). Кампаунды пропиточные — смесь смол, битумов, восков и масел (без растворителей), затвердевающая при высокой температуре. Компаунды заливочные — смесь смол (чаще эпоксидных) с мелкоизмельченными неорганическими веществами (например, кварцевым песком) и другими веществами, застывающая при низкой температуре и атмосферном давлении и поэтому используемая для заливки в формы при изготовлении различных электроизоляционных деталей.
В сложных электротехнических изделиях и деталях обычно используется сразу несколько соединенных вместе ЭИМ, образующих электроизоляционную конструкцию (ЭИК). Так, в обмотке статора асинхронных двигателей (АД) могут быть одновременно применены стекловолокно, лакоткань, микаленты, стеклоткани, трубки из эластомеров, слоистые пластики, пластмассы. Некоторые из них содержат в себе свой пропиточный лак, а вся ЭИК после изготовления неоднократно пропитывается другим лаком и подвергается термообработке. Основу такой ЭИК составляют высокополимерные органические материалы. Именно от их старения, в первую очередь, зависит надежность и срок службы, так как неорганические ЭИМ (слюда, стекло, керамика) изнашиваются в значительно меньшей степени.
На значения электрофизических характеристик — удельного электрического сопротивления р, диэлектрической проницаемости е, тангенса угла диэлектрических потерь tg5, электрической прочности Е„р (или пробивного напряжения Unp- ) — высокополимерных материалов и на зависимость этих характеристик от частоты тока, температуры и влажности воздуха существенно влияет химический состав полимеров, электрическая симметрия расположения атомов и звеньев цепей молекул, определяющая полярность или неполярность диэлектрика, и степень полимеризации (значения молекулярной массы) для полярных диэлектриков. Это не позволяет создать какие-либо общие теоретические заключения о значениях и характере изменения р, е, tgS, Е пр данной ЭИК, содержащей разнородные материалы, а вынуждает полагаться только на результаты экспериментов.
Твердые электроизоляционные материалы
Современные твердые электроизоляционные материалы используются в качестве надежного диэлектрика во многих сферах электротехники. С целью соблюдения условий безопасности, эффективности оборудования и систем, следует заказать продукцию от надежного поставщика – такого, как компания «ИЗОТЭКС».
К распространенному типу диэлектриков относят полимерные соединения, которые образованы из большого количества циклических звеньев. Величина степени полимеризации зависит от числа молекул мономера, объединенных в одной молекуле полимеров. Исходя из строения, выделяют линейные и пространственные полимеры.
Продукция из полимеров линейного типа обладает гибкостью, эластичностью и хорошей растворимостью. Термопластичные полимеры при частом нагреве и охлаждении размягчаются и затвердевают. Термореактивные аналоги характеризуются прочностью и твердостью при застывании. Подобные диэлектрики востребованы в электротехнических, электрических, радиотехнических отраслях. В отдельную группу относят кремнийорганические полимеры с содержанием атомов кремния. Они сохраняют полезные свойства в диапазоне температур от -65 +200 °C. В эту группу входят кремнийорганические резины, природные смолы – шеллак, канифоль, каучук.
К волокнистым диэлектрикам относятся:
- картон и фибра;
- органический текстиль;
- лакоткани, стеклобумага, стеклоткани (они являются твердыми электроизоляционными материалами);
- лакированные трубки и изоляционные ленты.
Популярностью пользуются пленочные и слюдяные виды электроизоляционных материалов. Они используются для электромашиностроения, конденсаторостроения, в производстве кабельной продукции, электронных машин с большой мощностью и напряжением. Стандартные диэлектрики из каучука могут быть натурального или синтетического происхождения. Кабельная резина подразделяется на изоляционный, шланговый, полупроводящий тип. Они отличаются упругостью, гидростойкостью, маслонефтестойкостью. Производители предлагают стекла конденсаторного, установочного, лампового, порошкового вида и стекловолокно.
Чтобы заказать качественные твердые электроизоляционные материалы, просто позвоните в компанию «ИЗОТЭКС» по телефону +7 (499) 301-67-70. Консультация опытных специалистов нашей фирмы поможет сделать оптимальный выбор, исходя из индивидуальных требований и возможностей.
- Компаунды
- Электроизоляционные материалы
- Виды электроизоляционных материалов
- Твердые электроизоляционные материалы
- Гибкие электроизоляционные материалы
- ГОСТ на электроизоляционные материалы
- Производство электроизоляционных материалов
Электроизоляционные материалы и их классификация. Волокнистые электроизоляционные материалы
Некоторые материалы, используемые в электрических приборах и схемах электроснабжения, обладают диэлектрическими свойствами, то есть имеют большое сопротивление току. Эта способность позволяет им не пропускать ток, а поэтому их используют для создания изоляции токоведущих частей. Электроизоляционные материалы предназначены не только для разделения токоведущих частей, но и для создания защиты от опасного воздействия электрического тока. Например, шнуры питания электрических приборов покрыты изоляцией.
Электроизоляционные материалы и их применение
Электроизоляционные материалы широко применяются в промышленности, радио- и приборостроении, развитии электрических сетей. Нормальная работа электрического прибора или безопасность схемы электроснабжения во многом зависит от используемых диэлектриков. Некоторые параметры материала, предназначенного для электрической изоляции, определяют его качество и возможности.
Применение изоляционных материалов обусловлено правилами безопасности. Целостность изоляции является залогом безопасной работы с электрическим током. Весьма опасно использовать приборы с поврежденной изоляцией. Даже незначительный электрический ток может оказать воздействие на организм человека.
Свойства диэлектриков
Электроизоляционные материалы должны иметь определенные свойства, чтобы выполнять свои функции. Главным отличием диэлектриков от проводников является большая величина удельного объемного сопротивления (109–1020 ом·см). Электрическая проводимость проводников в сравнении с диэлектриками раз в 15 раз больше. Это связано с тем, что изоляторы по своей природе имеют в несколько раз меньше свободных ионов и электронов, которые обеспечивают токопроводимость материала. Но при нагревании материала их становится больше, что способствует увеличению токопроводимости.
Различают активные и пассивные свойства диэлектриков. Для изоляционных материалов наиболее важны пассивные свойства. Диэлектрическая проницаемость материала должна быть как можно меньшей. Это позволяет изолятору не вносить в схему паразитные емкости. Для материала, который используется в качестве диэлектрика конденсатора, диэлектрическая проницаемость должна быть, наоборот, как можно большей.
Параметры изоляции
К основным параметрам электроизоляции относят электрическую прочность, удельное электрическое сопротивление, относительную диэлектрическую проницаемость, угол диэлектрических потерь. При оценке электроизоляционных свойств материала учитывается также зависимость перечисленных характеристик от величин электрического тока и напряжения.
Электроизоляционные изделия и материалы обладают большей величиной электрической прочности в сравнении с проводниками и полупроводниками. Важна также для диэлектрика стабильность удельных величин при нагревании, повышении напряжении и других изменениях.
Классификация диэлектрических материалов
В зависимости от мощности тока, проходящего по проводнику, используют разные типы изоляции, которые отличаются своими возможностями.
По каким же параметрам делят электроизоляционные материалы? Классификация диэлектриков основана на их агрегатном состоянии (твердые, жидкие и газообразные) и происхождению (органические: естественные и синтетические, неорганические: природные и искусственные). Наиболее распространен тип твердых диэлектриков, которые можно увидеть на шнурах бытовой техники или любых других электрических приборов.
Твердые и жидкие диэлектрики, в свою очередь, делятся на подгруппы. К твердым диэлектрикам относятся лакоткани, слоистые пластики и различные виды слюды. Воски, масла и сжиженные газы представляют собой жидкие электроизоляционные материалы. Специальные газообразные диэлектрики используются намного реже. К этому типу также относится естественный электрический изолятор – воздух. Его использование обусловлено не только характеристиками воздуха, которые делают его прекрасным диэлектриком, но и его экономичностью. Применение воздуха в качестве изоляции не требует дополнительных материальных затрат.
Твердые диэлектрики
Твердые электроизоляционные материалы – наиболее широкий класс диэлектриков, которые применяются в разных областях. Они имеют различные химические свойства, а величина диэлектрической проницаемости колеблется от 1 до 50000.
Твердые диэлектрики делятся на неполярные, полярные и сегнетоэлектрики. Их главные отличия состоят в механизмах поляризации. Этот класс изоляции обладает такими свойствами, как химическая стойкость, трекингостойкость, дендритостойкость. Химическая стойкость выражается в способности противостоять влиянию различным агрессивным средам (кислота, щелочь и т.д.). Трегингостойкость определяет возможность противостоять воздействию электрической дуги, а дендритостойкость – образованию дендритов.
Твердые диэлектрики применяются в различных сферах энергетики. Например, керамические электроизоляционные материалы наиболее часто используются в качестве линейных и проходных изоляторов на подстанциях. В качестве изоляции электрических приборов используют бумагу, полимеры, стеклотекстолит. Для машин и аппаратов чаще всего применяют лаки, картон, компаунд.
Для применения в различных условиях эксплуатации изоляции придают некоторые особые свойства путем сочетания разных материалов: нагревостойкость, влагостойкость, радиационная стойкость и морозостойкость. Нагревостойкие изоляторы способны выдерживать температуры до 700 °С, к ним относятся стекла и материалы на их основе, органосилиты и некоторые полимеры. Влагостойким и тропикостойким материалом является фторопласт, который негигроскопичен и гидрофобен.
Изоляция, стойкая к радиации используется в приборах с атомными элементами. К ней относятся неорганические пленки, некоторые виды полимеров, стеклотекстолит и материалы на основе слюды. Морозостойкими считаются изоляции, которые не теряют своих свойств при температуре до -90 °С. Особые требования предъявляются к изоляции, предназначенной для приборов, работающих в космосе или условиях вакуума. Для этих целей применяются вакуумно-плотные материалы, к которым относится специальная керамика.
Жидкие диэлектрики
Жидкие электроизоляционные материалы часто применяются в электрических машинах и аппаратах. В трансформаторе роль изоляции играет масло. К жидким диэлектрикам также относят сжиженные газы, ненасыщенные вазелиновые и парафиновые масла, полиорганосилоксаны, дистиллированная вода (очищенная от солей и примесей).
Основными характеристиками жидких диэлектриков являются диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность и электропроводность. Также электрические параметры диэлектриков во многом зависят от степени их очистки. Твердые примеси могут увеличивать электропроводность жидкостей за счет разрастания свободных ионов и электронов. Очистка жидкостей путем дистилляции, ионным обменом и т.д. приводит к возрастанию величины электрической прочности материала, тем самым снижая его электропроводность.
Жидкие диэлектрики разделяют на три группы:
- нефтяные масла;
- растительные масла;
- синтетические жидкости.
Наиболее часто используются нефтяные масла, такие как трансформаторное, кабельное и конденсаторное. Синтетические жидкости (кремнийорганические и фторорганические соединения) также используются в аппаратостроении. Например, кремнийорганические соединения морозоустойчивы и гигроскопичны, поэтому применяются в качестве изолятора в небольших трансформаторах, но их стоимость выше цены нефтяных масел.
Растительные масла практически не используются в качестве изоляционных материалов в электроизоляционной технике. К ним относятся касторовое, льняное, конопляное и тунговое масло. Эти материалы представляют собой слабополярные диэлектрики и используются в основном для пропитки бумажных конденсаторов и в качестве пленкообразующего вещества в электроизоляционных лаках, красках, эмалях.
Газообразные диэлектрики
Наиболее распространенными газообразными диэлектриками являются воздух, азот, водород и элегаз. Электроизоляционные газы делятся на естественные и искусственные. К естественным относится воздух, которые применяется в качестве изоляции между токоведущими частями линий электропередач и электрических машин. В качестве изолятора воздух имеет недостатки, которые делает невозможным его использование в герметичных устройствах. Из-за наличия высокой концентрации кислорода воздух является окислителем, и в неоднородных полях проявляется низкая электрическая прочность воздуха.
В силовых трансформаторах и высоковольтных кабелях в качестве изоляции используют азот. Водород, кроме электроизоляционного материала, также представляет собой принудительное охлаждение, поэтому часто используется в электрических машинах. В герметизированных установках чаще всего применяют элегаз. Заполнение элегазом делает устройство взрывобезопасным. Применяется в высоковольтных выключателях благодаря своим дугогасящим свойствам.
Органические диэлектрики
Органические диэлектрические материалы делятся на естественные и синтетические. Естественные органические диэлектрики в настоящее время используются крайне редко, так все больше расширяется производство синтетических, тем самым снижая их стоимость.
К естественным органическим диэлектрикам относят целлюлозу, каучук, парафин и растительные масла (касторовое масло). Большую часть синтетических органических диэлектриков представляют различные пластмассы и эластомеры, часто используемые в электрических бытовых приборах и другой технике.
Неорганические диэлектрики
Неорганические диэлектрические материалы делят на природные и искусственные. Наиболее распространенным из природных материалов является слюда, которая обладает химической и термической стойкостью. Также для электроизоляции используют флогопит и мусковит.
К искусственным неорганическим диэлектрикам относят стекло и материалы на его основе, а также фарфор и керамику. В зависимости от области применения искусственному диэлектрику можно придать особые свойства. Например, для проходных изоляторов используют полевошпатовую керамику, которая имеет высокий тангенс диэлектрических потерь.
Волокнистые электроизоляционные материалы
Волокнистые материалы часто применяются для изоляции в электрических аппаратах и машинах. К ним относят материалы растительного происхождения (каучук, целлюлозу, ткани), синтетический текстиль (нейлон, капрон), а также материалы из полистирола, полиамида и т. д.
Органические волокнистые материалы обладают высокой гигроскопичностью, поэтому редко используются без специальной пропитки.
В последнее время взамен органических материалов применяют синтетические волокнистые изоляции, которые обладают более высоким уровнем нагревостойкости. К ним относится стеклянное волокно и асбест. Стеклянное волокно пропитывают различными лаками и смолами для повышения его гидрофобных свойств. Асбестовое волокно обладает малой механичной прочностью, поэтому нередко в него добавляют хлопчатобумажное волокно.
Источник — fb.ru