Ορισμένα υλικά που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικές συσκευές και κυκλώματα τροφοδοσίας έχουν διηλεκτρικές ιδιότητες, δηλαδή έχουν υψηλή αντίσταση στο ρεύμα. Αυτή η ικανότητα τους επιτρέπει να μην περνούν ρεύμα και επομένως χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μόνωσης για εξαρτήματα που μεταφέρουν ρεύμα. Τα ηλεκτρικά μονωτικά υλικά έχουν σχεδιαστεί όχι μόνο για να διαχωρίζουν τα μέρη που μεταφέρουν ρεύμα, αλλά και για να δημιουργούν προστασία από τις επικίνδυνες επιπτώσεις του ηλεκτρικού ρεύματος. Για παράδειγμα, τα καλώδια ρεύματος των ηλεκτρικών συσκευών καλύπτονται με μόνωση.
Ηλεκτρομονωτικά υλικά και οι εφαρμογές τους
Τα ηλεκτρικά μονωτικά υλικά χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία, την κατασκευή ραδιοφώνου και οργάνων και την ανάπτυξη ηλεκτρικών δικτύων. Η κανονική λειτουργία μιας ηλεκτρικής συσκευής ή η ασφάλεια ενός κυκλώματος τροφοδοσίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από αυτόχρησιμοποιημένα διηλεκτρικά. Ορισμένες παράμετροι ενός υλικού που προορίζεται για ηλεκτρική μόνωση καθορίζουν την ποιότητα και τις δυνατότητές του.
Η χρήση μονωτικών υλικών υπόκειται σε κανονισμούς ασφαλείας. Η ακεραιότητα της μόνωσης είναι το κλειδί για την ασφαλή εργασία με ηλεκτρικό ρεύμα. Είναι πολύ επικίνδυνο να χρησιμοποιείτε συσκευές με κατεστραμμένη μόνωση. Ακόμη και ένα ελαφρύ ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να έχει επίδραση στο ανθρώπινο σώμα.
Ιδιότητες των διηλεκτρικών
Τα ηλεκτρικά μονωτικά υλικά πρέπει να έχουν ορισμένες ιδιότητες για να εκτελούν τις λειτουργίες τους. Η κύρια διαφορά μεταξύ διηλεκτρικών και αγωγών είναι η μεγάλη αντίσταση όγκου (109–1020 ohm cm). Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των αγωγών σε σύγκριση με τα διηλεκτρικά είναι 15 φορές μεγαλύτερη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι μονωτές από τη φύση τους έχουν πολλές φορές λιγότερα ελεύθερα ιόντα και ηλεκτρόνια, τα οποία παρέχουν την τρέχουσα αγωγιμότητα του υλικού. Αλλά όταν το υλικό θερμαίνεται, υπάρχουν περισσότερα από αυτά, γεγονός που συμβάλλει στην αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας.
Διακρίνετε μεταξύ ενεργών και παθητικών ιδιοτήτων των διηλεκτρικών. Για τα μονωτικά υλικά, οι παθητικές ιδιότητες είναι πιο σημαντικές. Η διηλεκτρική σταθερά του υλικού πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη. Αυτό επιτρέπει στον απομονωτή να μην εισάγει παρασιτικές χωρητικότητες στο κύκλωμα. Για το υλικό που χρησιμοποιείται ως το διηλεκτρικό ενός πυκνωτή, η διηλεκτρική σταθερά πρέπει, αντίθετα, να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερη.
Επιλογές μόνωσης
Στις κύριες παραμέτρουςΗ ηλεκτρική μόνωση περιλαμβάνει ηλεκτρική αντοχή, ηλεκτρική ειδική αντίσταση, σχετική διαπερατότητα, γωνία απώλειας διηλεκτρικού. Κατά την αξιολόγηση των ηλεκτρικών μονωτικών ιδιοτήτων του υλικού, λαμβάνεται επίσης υπόψη η εξάρτηση των αναφερόμενων χαρακτηριστικών από τα μεγέθη του ηλεκτρικού ρεύματος και της τάσης.
Τα ηλεκτρικά μονωτικά προϊόντα και υλικά έχουν μεγαλύτερη ηλεκτρική αντοχή σε σύγκριση με τους αγωγούς και τους ημιαγωγούς. Επίσης σημαντική για το διηλεκτρικό είναι η σταθερότητα συγκεκριμένων τιμών κατά τη θέρμανση, η αύξηση της τάσης και άλλες αλλαγές.
Ταξινόμηση διηλεκτρικών υλικών
Ανάλογα με την ισχύ του ρεύματος που διέρχεται από τον αγωγό, χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι μόνωσης, οι οποίοι διαφέρουν ως προς τις δυνατότητές τους.
Σύμφωνα με ποιες παραμέτρους χωρίζονται τα ηλεκτρικά μονωτικά υλικά; Η ταξινόμηση των διηλεκτρικών βασίζεται στην κατάσταση συσσωμάτωσης (στερεό, υγρό και αέριο) και στην προέλευσή τους (οργανικά: φυσικά και συνθετικά, ανόργανα: φυσικά και τεχνητά). Ο πιο κοινός τύπος στερεού διηλεκτρικού, που μπορεί να δει κανείς στα καλώδια των οικιακών συσκευών ή οποιασδήποτε άλλης ηλεκτρικής συσκευής.
Τα στερεά και τα υγρά διηλεκτρικά, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε υποομάδες. Τα στερεά διηλεκτρικά περιλαμβάνουν βερνικωμένα υφάσματα, ελάσματα και διάφορους τύπους μαρμαρυγίας. Τα κεριά, τα λάδια και τα υγροποιημένα αέρια είναι υγρά ηλεκτρικά μονωτικά υλικά. Ειδικά αέρια διηλεκτρικά χρησιμοποιούνται πολύ λιγότερο συχνά. Αυτός ο τύπος περιλαμβάνει επίσηςο φυσικός ηλεκτρικός μονωτήρας είναι ο αέρας. Η χρήση του οφείλεται όχι μόνο στα χαρακτηριστικά του αέρα, που το καθιστούν εξαιρετικό διηλεκτρικό, αλλά και στην οικονομία του. Η χρήση του αέρα ως μόνωσης δεν απαιτεί πρόσθετο κόστος υλικού.
Στερεά Διηλεκτρικά
Τα στερεά ηλεκτρικά μονωτικά υλικά είναι η ευρύτερη κατηγορία διηλεκτρικών που χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς. Έχουν διαφορετικές χημικές ιδιότητες και η διηλεκτρική σταθερά κυμαίνεται από 1 έως 50.000.
Τα στερεά διηλεκτρικά χωρίζονται σε μη πολικά, πολικά και σιδηροηλεκτρικά. Οι κύριες διαφορές τους είναι στους μηχανισμούς πόλωσης. Αυτή η κατηγορία μόνωσης έχει ιδιότητες όπως χημική αντοχή, αντίσταση παρακολούθησης, αντίσταση δενδριτικών. Η χημική αντοχή εκφράζεται στην ικανότητα να αντέχει την επίδραση διαφόρων επιθετικών περιβαλλόντων (όξινο, αλκάλιο κ.λπ.). Η αντίσταση ιχνηλάτησης καθορίζει την ικανότητα αντοχής στις επιδράσεις ενός ηλεκτρικού τόξου και η δενδριτική αντίσταση καθορίζει τον σχηματισμό δενδριτών.
Τα στερεά διηλεκτρικά χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς της ενέργειας. Για παράδειγμα, τα κεραμικά ηλεκτρικά μονωτικά υλικά χρησιμοποιούνται συχνότερα ως μονωτήρες γραμμής και δακτυλίου σε υποσταθμούς. Χαρτί, πολυμερή, υαλοβάμβακα χρησιμοποιούνται ως μόνωση για ηλεκτρικές συσκευές. Για μηχανές και συσκευές, βερνίκια, χαρτόνια, σύνθετα χρησιμοποιούνται συχνότερα.
Για χρήση σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας, η μόνωση έχει ορισμένες ειδικές ιδιότητες συνδυάζοντας διαφορετικέςυλικά: αντοχή στη θερμότητα, αντοχή στην υγρασία, αντοχή στην ακτινοβολία και αντοχή στον παγετό. Οι θερμοανθεκτικοί μονωτές είναι ικανοί να αντέχουν σε θερμοκρασίες έως και 700 °C, σε αυτές περιλαμβάνονται γυαλιά και υλικά που βασίζονται σε αυτά, οργανοπυρίτες και ορισμένα πολυμερή. Το ανθεκτικό στην υγρασία και ανθεκτικό στα τροπικά υλικά είναι φθοροπλαστικό, το οποίο είναι μη υγροσκοπικό και υδρόφοβο.
Μόνωση ανθεκτική στην ακτινοβολία χρησιμοποιείται σε συσκευές με ατομικά στοιχεία. Περιλαμβάνει ανόργανα φιλμ, ορισμένους τύπους πολυμερών, υαλοβάμβακα και υλικά με βάση τη μαρμαρυγία. Ανθεκτικές στον παγετό είναι μονώσεις που δεν χάνουν τις ιδιότητές τους σε θερμοκρασίες έως -90 ° C. Ειδικές απαιτήσεις τίθενται στη μόνωση που προορίζεται για συσκευές που λειτουργούν σε συνθήκες χώρου ή κενού. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται στεγανά υλικά, τα οποία περιλαμβάνουν ειδικά κεραμικά.
Υγρά διηλεκτρικά
Τα υγρά ηλεκτρικά μονωτικά υλικά χρησιμοποιούνται συχνά σε ηλεκτρικές μηχανές και συσκευές. Το λάδι παίζει το ρόλο της μόνωσης σε έναν μετασχηματιστή. Τα υγρά διηλεκτρικά περιλαμβάνουν επίσης υγροποιημένα αέρια, ακόρεστη βαζελίνη και παραφινέλαια, πολυοργανοσιλοξάνες, απεσταγμένο νερό (καθαρισμένο από άλατα και ακαθαρσίες).
Τα κύρια χαρακτηριστικά των υγρών διηλεκτρικών είναι η διηλεκτρική σταθερά, η ηλεκτρική αντοχή και η ηλεκτρική αγωγιμότητα. Επίσης, οι ηλεκτρικές παράμετροι των διηλεκτρικών εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον βαθμό καθαρισμού τους. Οι στερεές ακαθαρσίες μπορούν να αυξήσουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα των υγρών λόγω της ανάπτυξης ελεύθερων ιόντων και ηλεκτρονίων. Καθαρισμός υγρών με απόσταξη, ανταλλαγή ιόντων κ.λπ. οδηγεί σε αύξηση της ηλεκτρικής αντοχής του υλικού, μειώνοντας έτσι την ηλεκτρική του αγωγιμότητα.
Τα υγρά διηλεκτρικά χωρίζονται σε τρεις ομάδες:
- πετρελαιέλαια;
- φυτικά έλαια;
- συνθετικά υγρά.
Τα λιπαντικά που χρησιμοποιούνται πιο συχνά είναι τα λάδια πετρελαίου όπως τα λάδια μετασχηματιστών, καλωδίων και πυκνωτών. Τα συνθετικά υγρά (οργανοπυρίτιο και οργανοφθοριούχες ενώσεις) χρησιμοποιούνται επίσης στη μηχανική συσκευών. Για παράδειγμα, οι ενώσεις οργανοπυριτίου είναι ανθεκτικές στον παγετό και υγροσκοπικές, επομένως χρησιμοποιούνται ως μονωτές σε μικρούς μετασχηματιστές, αλλά το κόστος τους είναι υψηλότερο από την τιμή των λαδιών πετρελαίου.
Τα φυτικά έλαια πρακτικά δεν χρησιμοποιούνται ως μονωτικά υλικά στην τεχνολογία ηλεκτρικής μόνωσης. Αυτά περιλαμβάνουν καστορέλαιο, λιναρόσπορο, κάνναβη και έλαιο tung. Αυτά τα υλικά είναι ασθενώς πολικά διηλεκτρικά και χρησιμοποιούνται κυρίως για τον εμποτισμό πυκνωτών χαρτιού και ως παράγοντα σχηματισμού φιλμ σε ηλεκτρικά μονωτικά βερνίκια, χρώματα και σμάλτα.
Διηλεκτρικά αερίου
Τα πιο κοινά αέρια διηλεκτρικά είναι ο αέρας, το άζωτο, το υδρογόνο και το αέριο SF6. Τα ηλεκτρικά μονωτικά αέρια χωρίζονται σε φυσικά και τεχνητά. Ο φυσικός αέρας χρησιμοποιείται ως μόνωση μεταξύ των ρευματοφόρων μερών των γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας και των ηλεκτρικών μηχανών. Ως μονωτήρας, ο αέρας έχει μειονεκτήματα που καθιστούν αδύνατη τη χρήση του σε σφραγισμένες συσκευές. Λόγω της παρουσίας υψηλής συγκέντρωσης οξυγόνου, ο αέρας είναι οξειδωτικός παράγοντας και σε ανομοιογενή πεδία εμφανίζεται χαμηλή ηλεκτρική ισχύς του αέρα.
Οι μετασχηματιστές ισχύος και τα καλώδια υψηλής τάσης χρησιμοποιούν άζωτο ως μόνωση. Το υδρογόνο, εκτός από ηλεκτρικά μονωτικό υλικό, είναι και εξαναγκασμένη ψύξη, γι' αυτό και χρησιμοποιείται συχνά σε ηλεκτρικές μηχανές. Σε σφραγισμένες εγκαταστάσεις, το SF6 χρησιμοποιείται συχνότερα. Η πλήρωση με αέριο SF6 καθιστά τη συσκευή αντιεκρηκτική. Χρησιμοποιείται σε διακόπτες υψηλής τάσης λόγω των ιδιοτήτων πυρόσβεσης τόξου.
Οργανικά διηλεκτρικά
Τα οργανικά διηλεκτρικά υλικά χωρίζονται σε φυσικά και συνθετικά. Τα φυσικά οργανικά διηλεκτρικά χρησιμοποιούνται σήμερα εξαιρετικά σπάνια, καθώς η παραγωγή συνθετικών επεκτείνεται ολοένα και περισσότερο, μειώνοντας έτσι το κόστος τους.
Στα φυσικά οργανικά διηλεκτρικά περιλαμβάνονται η κυτταρίνη, το καουτσούκ, η παραφίνη και τα φυτικά έλαια (καστορέλαιο). Τα περισσότερα από τα συνθετικά οργανικά διηλεκτρικά είναι διάφορα πλαστικά και ελαστομερή που χρησιμοποιούνται συχνά σε ηλεκτρικές οικιακές συσκευές και άλλο εξοπλισμό.
Ανόργανα διηλεκτρικά
Τα ανόργανα διηλεκτρικά υλικά χωρίζονται σε φυσικά και τεχνητά. Το πιο κοινό από τα φυσικά υλικά είναι η μαρμαρυγία, η οποία έχει χημική και θερμική αντοχή. Ο φλογόπιτος και ο μοσχοβίτης χρησιμοποιούνται επίσης για ηλεκτρική μόνωση.
Σε τεχνητό ανόργανοΤα διηλεκτρικά περιλαμβάνουν γυαλί και υλικά που βασίζονται σε αυτό, καθώς και πορσελάνη και κεραμικά. Ανάλογα με την εφαρμογή, στο τεχνητό διηλεκτρικό μπορούν να δοθούν ειδικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, τα κεραμικά άστριος χρησιμοποιούνται για δακτυλίους, οι οποίοι έχουν υψηλή εφαπτομένη διηλεκτρική απώλεια.
Ινώδη ηλεκτρικά μονωτικά υλικά
Τα ινώδη υλικά χρησιμοποιούνται συχνά για μόνωση σε ηλεκτρικές συσκευές και μηχανές. Αυτά περιλαμβάνουν υλικά φυτικής προέλευσης (καουτσούκ, κυτταρίνη, υφάσματα), συνθετικά υφάσματα (νάιλον, καπρόν), καθώς και υλικά από πολυστυρένιο, πολυαμίδιο κ.λπ.
Τα οργανικά ινώδη υλικά είναι εξαιρετικά υγροσκοπικά, επομένως χρησιμοποιούνται σπάνια χωρίς ειδικό εμποτισμό.
Τελευταία, αντί για οργανικά υλικά, χρησιμοποιήθηκε μόνωση από συνθετικές ίνες, που έχουν υψηλότερο επίπεδο αντοχής στη θερμότητα. Αυτά περιλαμβάνουν ίνες γυαλιού και αμίαντο. Οι ίνες γυαλιού εμποτίζονται με διάφορα βερνίκια και ρητίνες για να αυξηθούν οι υδρόφοβες ιδιότητές τους. Οι ίνες αμιάντου έχουν χαμηλή μηχανική αντοχή, επομένως συχνά προστίθενται ίνες βαμβακιού σε αυτές.
