Природные органические и неорганические электроизоляционные материалы
Электроизоляционные материалы — это материалы, которые не проводят электрический ток. Они широко используются в электротехнике, электронике, радиотехнике и других областях, где требуется изолировать токоведущие части от других частей или от окружающей среды.
Электроизоляционные материалы имеют разные свойства, которые зависят от их химического состава, структуры, температуры, частоты и напряженности электрического поля.
Электроизоляционные материалы можно разделить на неорганические и органические. Они имеют разные преимущества и недостатки, которые определяют их области применения и перспективы развития.
В этой статье мы рассмотрим основные виды, свойства и применение природных органических и неорганических электроизоляционных материалов, таких как целлюлоза, парафин, пек, каучук, слюда, кварц, асбест и другие.
Отличия органических и неорганических изоляционных материалов
Неорганические материалы — это те, которые не содержат углерод и образованы не живыми процессами, такими как кристаллизация, осаждение, окисление и т.д.
Органические материалы — это те, которые содержат углерод и образованы живыми организмами или их продуктами.
Неорганические диэлектрики включают в себя такие материалы, как стекла, слюда, керамика, неорганические пленки, металлофосфаты, электроизоляционный бетон и другие.
Они отличаются высокой твёрдостью, теплостойкостью, химической стойкостью и пробивным напряжением. Они также негорючи, свето- и озоностойки, но имеют сложную технологию изготовления.
Неорганические диэлектрики практически не стареют при переменном напряжении, но могут стареть при постоянном напряжении из-за электромиграции ионов и электролиза.
Органические диэлектрики включают в себя такие материалы, как полимеры, воски, лаки, резины, бумаги, лакоткани и другие. Они отличаются высокой гибкостью, эластичностью, лёгкостью и дешевизной. Они также легко обрабатываются и формуются.
Однако органические диэлектрики горючи, малостойки к атмосферным и эксплуатационным воздействиям, а также стареют при переменном напряжении из-за частичных разрядов, дендритов и водных триингов.
Природные органические электроизоляционные материалы
Природные органические электроизоляционные материалы — это материалы, которые получены из растительных или животных источников и имеют способность препятствовать протеканию электрического тока.
Они относятся к полярным электроизоляционным материалам, то есть имеют высокую диэлектрическую проницаемость и тангенс диэлектрических потерь. Они также обладают хорошей механической прочностью, гибкостью, тепло- и химической стойкостью.
Природные органические электроизоляционные материалы применяются в электротехнической промышленности для изоляции проводников, кабелей, трансформаторов, конденсаторов, выключателей и других приборов и устройств. Они позволяют повышать надежность, безопасность и энергосбережение электрических сетей и оборудования.
Среди природных органических электроизоляционных материалов можно выделить следующие:
Это полисахарид, который составляет основу растительных волокон, таких как хлопок, лён, джут, конопля и т.д.
Целлюлоза используется для изготовления бумаги, картона, ватина, пробки и других материалов, которые применяются для изоляции проводов, кабелей, трансформаторов, конденсаторов и т.д.
Целлюлоза имеет низкую теплопроводность, высокую прочность и эластичность, хорошую совместимость с различными пропитками и покрытиями. Однако целлюлоза также имеет недостатки, такие как гигроскопичность, старение, горючесть, подверженность биологическому разрушению и коррозии.
Это твёрдый воск, который получается из нефти или торфа. Парафин имеет низкую температуру плавления, высокое объёмное удельное сопротивление и низкий тангенс диэлектрических потерь.
Парафин используется для пропитки бумажной и тканевой изоляции, а также для покрытия проводов и кабелей.
Парафин повышает механическую прочность, водостойкость и термостойкость изоляции, а также защищает её от окисления и коррозии. Однако парафин также имеет недостатки, такие как низкая адгезия к другим материалам, низкая теплостойкость, подверженность кристаллизации и трещинообразованию.
Это природная смола, которая выделяется из коры некоторых тропических деревьев. Пек имеет высокую температуру плавления, высокое объёмное удельное сопротивление и низкий тангенс диэлектрических потерь.
Пек используется для пропитки и покрытия бумажной и тканевой изоляции, а также для изготовления лаков, эмалей и пластмасс.
Пек повышает механическую прочность, водостойкость и термостойкость изоляции, а также придает ей глянцевый вид. Однако пек также имеет недостатки, такие как высокая цена, сложность получения и обработки, низкая адгезия к другим материалам, подверженность окислению и коррозии.
Это природный латекс, который получается из сока некоторых растений, таких как гевея, фикус, эвфорбия и т.д. Каучук имеет высокую эластичность, прочность, упругость и водонепроницаемость.
Каучук используется для изготовления резины, которая применяется для изоляции проводов, кабелей, шин, трубок и т.д.
Каучук обладает хорошей электроизоляционной способностью, а также защищает проводники от механических повреждений, вибрации, атмосферных воздействий и химических реагентов. Однако каучук также имеет недостатки, такие как низкая теплостойкость, старение, горючесть, подверженность окислению и коррозии.
Янтарь и другие природные смолы
Это органические вещества, которые образуются в результате окаменения сока древних деревьев. Янтарь и другие природные смолы имеют высокую твёрдость, прозрачность, удельную объёмную электросопротивляемость и низкий тангенс диэлектрических потерь.
Янтарь и другие природные смолы используются для изготовления драгоценных украшений, а также для изоляции высокочастотных приборов и устройств.
Касторовое масло
Это жидкость, которая получается из семян растения Рицинус. Касторовое масло имеет низкую температуру замерзания, высокую удельную объёмную электросопротивляемость и низкий тангенс диэлектрических потерь. Касторовое масло используется для пропитки бумажной и тканевой изоляции, а также для изоляции кабелей и трубок.
Это натуральный текстильный материал, который получается из коконов некоторых видов бабочек. Шёлк имеет высокую прочность, эластичность, блеск и гладкость. Шёлк используется для изготовления тканевой изоляции, а также для изоляции проводов и кабелей.
Природные неорганические изоляционные материалы
Природные неорганические изоляционные материалы — это материалы, которые не содержат углерод и образованы не живыми процессами, такими как кристаллизация, осаждение, окисление и т.д.
Они относятся к неполярным электроизоляционным материалам, то есть имеют низкую диэлектрическую проницаемость и тангенс диэлектрических потерь. Они также обладают высокой твёрдостью, теплостойкостью, химической стойкостью и пробивным напряжением.
Среди природных неорганических изоляционных материалов можно выделить следующие:
Это группа минералов, которые имеют слоистую структуру и обладают высокой электроизоляционной способностью. Слюда встречается в различных горных породах, таких как гранит, гнейс, сланец и т.д.
Слюда имеет разные цвета, в зависимости от химического состава и примесей. Самые распространенные виды слюды — это мусковит, биотит, флогопит и лепидолит.
Слюда имеет низкую теплопроводность, высокую прочность и гибкость, хорошо расщепляется, что позволяет получить тонкие пластины. Химически стойка и нагревостойка.
В качестве электроизоляционных материалов используют мусковит и флогопит, однако мусковит всё же лучше.
Слюда применяется для изоляции высокотемпературных и высокочастотных приборов и устройств, таких как конденсаторы, резисторы, термопары, печи и т.д.
Это минерал, который состоит из диоксида кремния. Кварц имеет разные разновидности, такие как горный хрусталь, аметист, агат, оникс и т.д.
Кварц имеет высокую твёрдость, прозрачность, высокое объёмное удельное сопротивление и низкий тангенс диэлектрических потерь.
Кварц используется для изготовления оптических, акустических, пьезоэлектрических и термостабилизированных приборов и устройств, таких как линзы, призмы, микрофоны, динамики, генераторы, резонаторы и т.д. Кварцевый песок используется для наполнения и уплотнения изоляции кабелей, трубок, шин и т.д
Это группа минералов, которые имеют волокнистую структуру и обладают высокой огнеупорностью и теплоизоляционностью. Асбест встречается в различных горных породах, таких как хризотил, крокидолит, антогофилит и т.д. Он имеет разные цвета, в зависимости от химического состава и примесей.
Асбест используется для изготовления тканей, картона, цемента, краски и других материалов, которые применяются для изоляции и защиты от огня, тепла и химических реагентов. Однако асбест также имеет недостатки, такие как высокая токсичность, канцерогенность, асбестоз и мезотелиома.
Это материал, который получается из глины, каолина, фельдшпата и других минералов путем обжига при высоких температурах. Керамика имеет высокую твёрдость, теплостойкость, химическую стойкость и пробивное напряжение.
Керамика используется для изготовления изоляторов, бушингов, резисторов, конденсаторов и других приборов и устройств.
Это материал, который получается из плавления кремнезёма, натрия, кальция и других веществ. Стекло имеет высокую прозрачность, объёмное удельное сопротивление и низкий тангенс диэлектрических потерь.
Стекло используется для изготовления оптических, акустических, пьезоэлектрических и термостабилизированных приборов и устройств, таких как линзы, призмы, микрофоны, динамики, генераторы, резонаторы и т.д.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
2.3. Электроизоляционные материалы
Электроизоляционные материалы, или диэлектрики, применяются в электромашиностроении для изоляции частей электрической машины, находящихся под разными потенциалами.
Диэлектрики делятся на газообразные, жидкие и твердые. В электрических машинах применяют, в основном, твердые изоляционные материалы.
Толщина междувитковой и пазовой изоляции в большой степени определяет массогабаритные показатели машин. Нагревостойкость и теплопроводность изоляции определяют допустимые температуры частей машин и выбор электромагнитных нагрузок. Изоляция должна обладать необходимыми механическими свойствами и допускать механизацию и автоматизацию технологических процессов изготовления.
Изоляция во многом определяет надежность электрической машины. Срок службы электрической машины в нормальных условиях составляет 15…20 лет и зависит, главным образом, от срока службы изоляции.
При нагреве изоляции возникают процессы, приводящие к старению изоляции, т. е. к потере изолирующих свойств и механической прочности.
Нагревостойкость является одним из важнейших факторов, определяющих условия применения изоляции. Нагревостойкость — способность электроизоляционного материала выполнять свои функции при воздействии рабочей температуры в течение времени, сравнимого с расчетным сроком нормальной эксплуатации.
Согласно стандарту МЭК для определения нагревостойкости вводится характеристика, называемая температурным индексом (ТИ). Под температурным индексом понимается температура, при которой срок службы материала равен 20 тыс. ч.
Электроизоляционные материалы, применяемые в электромашиностроении, по нагревостойкости делятся на семь классов в соответствии с предельно допустимыми для них температурными (табл. 2.3).
Таблица 2.3. Температурный индекс,
Нагревостойкость электроизоляционных материалов
Температура, 0 С
Характеристика основных групп электроизоляционных материалов, соответствующих данному классу нагревостойкости
Непропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Некоторые синтетические органические пленки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связующих составов или с неорганическими связующими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Указанные в табл. 2.3 температуры соответствуют самому нагретому месту изоляции при номинальном режиме. С электроизоляционными материалами данного класса допускается совместное применение материалов предшествующих классов при условии, что комплексная изоляция не будет претерпевать изменений, которые могут сделать ее непригодной для длительной работы.
Ниже приводится ориентировочное распределение электроизоляционных материалов по классам нагревостойкости (температурному индексу).
К классу нагревостойкости изоляции Y (ТИ 90) относятся текстильные материалы на основе хлопка, натурального шелка, регенерированной целлюлозы, ацетилцеллюлозы и полиамидов. К этому классу относятся также целлюлозные электроизоляционные бумаги, картона и фибра, древесина, пластические массы с органическими накопителями.
Класс нагревостойкости изоляции А (ТИ 105) включает материалы класса нагревостойкости Y, если они пропитаны изоляционным составом или погружены в жидкие диэлектрики; ацетобутилатцеллюлозные, ацетилцеллюлозные и диацетатные пленки, пленкоэлектрокартон на основе ацетилцеллюлозной пленки; лакоткани, лакобумаги и лакочулки; изоляцию эмалированных проводов, слоистые пластики на основе целлюлозных бумаг и тканей, полиамидные литьевые смолы, асбестоцемент, пропитанный органическим составом, не вытекающим при 110 0 С, древесно-слоистые пластики, термореактивные компаунды на основе акриловых и метакриловых эфиров.
При производстве машин материалы класса нагревостойкости А могут пропитываться или покрываться лаками на основе натуральных смол, эфирцеллюлозными лаками и термопластичными компаундами.
В класс нагревостойкости изоляции Е (ТИ 120) входят пленки и волокна из полиэтилентерефталата, материалы на основе электроизоляционного картона и полиэтилентерефталатной пленки, стеклолакоткани и лакоткани на основе полиэтилентерефталатных волокон, термореактивные синтетические смолы и компаунды (эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые).
К классу нагревостойкости изоляции В (ТИ 130) относятся материалы на основе щипанной слюды, слюдопластов и слюдинитов, включая с бумажной или органической подложкой, стеклоткани и стеклолакочулки, асбестовые волокнистые материалы, изоляции эмалированных проводов, пластмассы с неорганическим накопителем, слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов, термореактивные синтетические компаунды, асбоцемент.
В качестве пропитывающих и покровных составов при производстве для изоляции класса В применяют битумно-масляно-смоляные лаки и лаки на основе природных и синтетических смол.
Класс нагревостойкости изоляции F (ТИ 155) включает материалы на основе щипаной слюды, слюдинитов и слюдопластов без подложки или с неорганической подложкой, стекловолокнистую и асбестовую изоляцию проводов, стеклоткани и стеклолакочулки, слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов. При пропитке применяются соответствующие данному классу нагревостойкости лаки и смолы.
К классу нагревостойкости изоляции Н (ТИ 180) относятся материалы на основе слюды без подложки или с неорганической подложкой, стекловолокнистая изоляция проводов, стеклолакоткани и стеклолакочулки, слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов, пластические массы с неорганическим наполнителем, асбестоцемент, кремнийорганические эластомеры без подложек с неорганическими подложками, асбестовые пряжа, бумага и ткани.
При производстве материалов класса нагревостойкости Н для пропитки применяются кремнийорганические лаки и смолы.
К классу нагревостойкости изоляции С относятся слюда, стекло бесщелочное и стекловолокнистые материалы, электротехническая керамика, кварц, асбоцемент, шифер электротехнический, материалы из щипанной слюды без подложки или со стекловолокнистой подложкой, микалекс, политетрафторэтилен, полиимиды.
Приведенная выше классификация электроизоляционных материалов является ориентировочной и уточняется по мере накопления опытных данных.
Влагостойкие, тропические, химостойкие, холодностойкие и коррозионно-стойкие исполнения электрических машин предъявляют дополнительные требования к изоляции.
Выбор изоляции определяется заданием на проектирование и технологией, принятой заводом-изготовителем электрической машины.
Электротехнические бумаги и картоны получают из химически обработанных волокон древесины и хлопка, предназначены они для работы на воздухе и в масле. Электроизоляционные бумагу выпускают в рулонах, а картоны — в рулонах (до толщины 0,8 мм) и в листах (при толщине свыше 1 мм). Фибра — прессованная бумага, обработанная раствором хлористого цинка, поддается всем видам механической обработки и штамповки.
К слоистым электроизоляционным материалам относятся гетинаксы, текстолиты и стеклотекстолиты. В качестве связующих применяют бакелитовые и кремнийорганические смолы. В гетинаксах наполнителями являются специальные сорта бумаги, а хлопчатобумажные ткани используются в качестве наполнителей в текстолитах. Наполнителем в стеклотекстолитах являются бесщелочные стеклянные ткани. Наибольшей нагревостойкостью и хорошими электрическими характеристиками обладают стеклотекстолиты на кремнийорганических связующих.
Гетинакс и текстолит всех марок работают длительно при температурах в диапазоне -60…+105 0 С, стеклотекстолит — от – 60 до +130 0 С, а стеклотекстолит марки СТК — от -60 до +180 0 С.
Лакоткани имеют тканевую основу, пропитанную лаком или другим жидким электроизоляционным составом. Лакоткани делятся на хлопчатобумажные, шелковые, капроновые и стеклянные (стеклолакоткани). Наибольшую гибкость и толщину имеют шелковые и капроновые лакоткани. Наименьшей гибкостью обладают стеклолакоткани. Жесткие лакоткани применяют для пазовой и межслоевой изоляции. Фторопластовые стеклолакоткани негорючи, химостойки и могут работать при 250 0 С. Липкие лакоткани обеспечивают монолитность многослойной изоляции обмоток. Лакоткани выпускают в рулонах шириной 500…1000 мм, липкие стеклоленты — в роликах диаметром 150…175 мм и шириной 10, 15, 20, 25 и 30 мм.
Перспективными электроизоляционными материалами являются пленочные материалы толщиной от 10 до 200 мкм. Они обеспечивают лучший коэффициент заполнения паза, что приводит к снижению массы на единицу мощности в электрических машинах. Данные пленочных электроизоляционных материалов приведены в табл. 2.4.
Таблица 2.4. Пленочные электроизоляционные материалы
Электроизоляционные материалы, применяемые в промышленности
В настоящее время электрохимическая промышленность выпускает огромное количество электроизоляционных материалов. Материалы на основе стекловолокна с добавлением синтетических смол прочно вошли в нашу жизнь. Эти материалы обладают такими свойствами, как влагостойкость и нагревостойкость, высокая электрическая и механическая и прочность.
Наряду с природными электроизоляционными материалами (электрокартон, хлопчатобумажные ленты, асбест, слюда) распространены материалы на основе стекловолокна в сочетании с синтетическими смолами, обладающие, хорошими диэлектрическими свойствами. Например, стекловолокно, применяемое для многих видов изоляции (стеклолакоткань, стеклолента, стекломиканит, стеклотекстолит), имеет высокую влагостойкость, нагревостойкость, прочность на разрыв, химическую стойкость и высокую теплопроводность. Широкое распространение получили синтетические пленки, такие, как лавсан, мелинекс и др.
Синтетические изоляционные материалы позволяют повысить мощность электротехнического оборудования при сохранении их внешних физических размеров (двигателей, агрегатов, трансформаторов) и обеспечить наиболее продолжительный их срок службы.
Представляем наиболее распространенные и применяемые изоляционные материалы.
Непропитанные волокнистые и изоляционные материалы
Электрокартон
Выпускается в нескольких видах. Электрокартон для работы в воздушной среде (марки ЭВТ и ЭВ) толщина (0,1мм—3 мм). Электрокартон для работы в масле (марки ЭМТ и ЭМЦ), толщина (1мм—3 мм). Выпускается как в листах (листовой), так и в рулонах (рольный).
Если электрокартон выпущен в непропитанном виде, то является невлагостойким материалом, и хранят его надо в сухом помещении. Диэлектрическая прочность сухого электрокартона марки ЭВ, который имеет влажность около 8%, равна 8—11 кВ/мм, а марки ЭМТ уже 20—30 кВ/мм.
Изоляционные бумаги
Изготовляется из измельченной древесины хвойных пород и обрабатывается щелочью.
Имеется несколько видов изоляционной бумаги. Это телефонная бумага, кабельная бумага и конденсаторная бумага.
Телефонная бумага. Марка бумаги КТ-05 выпускается толщиной 0,04 — 0,05 мм. Кабельная бумага марки К-120. Ее толщина 0,12 ми она пропитана трансформаторным маслом, имеющим хорошие диэлектрические свойства. Такими же свойствами обладает конденсаторная бумага, только толщина ее гораздо меньше.
Фибра
Изготовляется из бумаги и обрабатывается раствором хлористого цинка. Имеет малую механическую прочность по этому хорошо обрабатывается. Диэлектрическая прочность фибры составляет 5 – 11 кВ/мм. Не стойкая к щелочам и кислотам. Выпускается в виде листов и имеет толщину 0,6— 12 мм. Так же выпускается в виде трубок и круглых стержней. Из фибры делают каркасы катушек, прокладки.
Летероид
Электроизоляционный материал, который представляет собой одну из разновидностей фибры, имеющей малую толщину. Летероид выпускается в виде рулонов и листов и имеет толщину 0,1—0,5 мм.
Хлопчатобумажные ленты
Промышленность выпускает хлопчатобумажные ленты следующих разновидностей: киперную, тафтяную, батистовую и миткалевую. Ленты производятся следующих видов и размеров:
- Киперная лента ЛЭ изготавливается по ГОСТ4514-78 из х/б нити и имеет ширину 10—60 мм, а толщину 0,45 мм, используется в электромонтажных работах, для стягивания кабелей и проводов, для обвязки катушек, обмоток двигателей и трансформаторов;
- Тафтяная лента ЛЭ изготавливается по ГОСТ4514-78 из х/б или шелковой нити и имеет ширину 10-50 мм с шагом 5мм, а толщину 0,25 мм, используется при проведении электромонтажных работ. Похожа на киперную ленту, отличается только плетением нити. По прочностным характеристикам уступает киперной ленте.
- Батистовая лента ЛЭ изготавливается по ГОСТ4514-78 из х/б нити полотняного плетения, имеет ширину 10—20 мм и толщину 0,12-0,16-0,18 мм. Самая тонкая из лент. Может быть заменена тафтяной.
- Миткалевая лента ЛЭ изготавливаются по ГОСТ4514-78, имеет ширину 12—35 мм и толщину 0,22 мм. По физическим свойствам менее прочная, чем киперная, но прочней тафтяной, хотя тоньше их.
Асбестовые материалы
Асбест — природный минерал, который имеет волокнистое строение. Качественным показателем асбеста является его высокая нагревостойкость (300 – 400°С) и низкая теплопроводность. Из асбеста изготавливают материалы в виде листов разной толщины в виде веревок разного диаметра и асбестовых тканей. У асбеста плохие электроизоляционные свойства (диэлектрическая прочность 0,6 – 1,2 кВ/мм). Чаще всего асбест применяют в качестве теплоизолятора. В качестве электроизолятора используется только в низковольтных установках.
Электроизоляционные лакированные ткани
Лакоткани и стеклоткани представляют собой гибкий материал и изготовляют из х/б, стеклянной или шелковой ткани. После этого ткань пропитывают масляно-битумным или масляным лаком или другим изоляционным составом. Они выпускаются рулонами толщиной 0,1—0,3 мм и шириной от 700 до 1000 мм. Марки лакоткани, выпускаемые промышленностью ЛХС, ЛХСМ, ЛХСС, ЛХЧ, ЛШС. Марки стеклоткани ЛСБ, ЛСМ, ЛСЭ, ЛСММ, ЛСК, ЛСКР, ЛСКЛ. Лакоткань шелковую марки ЛШС выпускают также и толщиной 0,08 мм, а ЛШСС может иметь толщину 0,04 мм.
У марок лакотканей и стеклотканей аббревиатура в названии расшифровывается следующим образом:
Л — лакоткань;
X — хлопчатобумажная;
С — на втором месте — стеклянная;
К — на втором месте — капроновая;
С — на третьем месте — светлая;
К — на третьем месте — кремнийорганическая;
С — на четвертом месте — специальная;
Л — на четвертом месте — липкая;
Ч — черная;
Ш — шелковая;
Б — битумно-маслянноалкидная;
М — маслостойкая;
Р — резиновая;
Э — эскапоновая.
Стеклоткань имеет высокую нагревостойкостью. Марки ЛСКЛ и ЛСК — около 180°С, а марка ЛБС доходит до 130° С. Их электрическая прочность составляет 35 – 40 кВ/мм.
Лакоткань и стеклоткань используются в качестве электро и тепло изоляционных материалов. Чаще всего ими изолируют слои обмоток катушек.
Пленочные материалы
К этим материалам относятся лавсановая пленка, фторопластовая пленка, пленкоэлектрокартон (электрокартон, оклеенный изоляционной пленкой, например триацетатной), терфан, мелинекс (полиэтилентерефталатные пленки). Данные изоляционные материалы имеют диэлектрическую прочность до 200 кВ/мм, прочность на разрыв равную 30 кг при толщине пленки 0,05 мм.
Их нагревостойкость достигает, а иногда и превосходит 120° С.
Слоистые изоляционные материалы
К слоистым изоляционным материалам относятся текстолит, стеклотекстолит, и гетинакс.
Текстолит
Текстолит представляет собой слоистый изоляционный материал. Изготовлен методом прессованния при 150°С многослойной х/б ткани, пропитанную резольной смолой. По сравнению с другим изоляционным материалом, гетинаксом имеет более высокую механическую прочность, но худшие некоторые характеристики, такие, как влагостойкость и цена. Выпускается в форме цилиндров, стержней, трубок и листов. Имеет две основные марки: А — которая обладает высокой электрической прочностью, и Б — с лучшими механическими свойствами и хорошей влагостойкостью. Текстолит хорошо механически обрабатывается. Из него изготавливаются каркасы катушек, диэлектрические щиты, платы, штанги, прокладки. Благодаря хорошим износостойким свойствам из него делают шестеренки, вкладыши для подшипников.
Стеклотекстолит
Стеклотекстолит изготовляют та же, как и текстолит, только из стеклоткани, пропитанной теплостойкой смолой. Характеристики стеклотекстолита выше, чем у текстолита и гетинакса. Стеклотекстолит имеет высокую электрическую прочность (20 кВ/мм), большую механическую прочность, нагревостойкость (от 180 до 225° С) и влагостойкостью. Но имеет себестоимость выше текстолита.
Гетинакс
Гетинакс изготовляют из прессованной бумаги, пропитанной бакелитовой смолой. Современная промышленность выпускает в виде листов толщиной от 0,4 до 50 мм. Так же гетинакс выпускается в виде стержней различного диаметра. Гетинакс маркируется А, Б, В, Вс. Диэлектрическая прочность гетинакса составляет 20 – 25 кВ/мм и может работать как на воздухе, так и в масле. Гетинакс превосходно обрабатывается как ручным инструментом, так и станками. Из гетинакса могут изготовляться диэлектрические щиты, штанги, прокладки, платы, каркасы катушек и трансформаторов. К недостаткам можно отнести низкую нагревостойкость. При нагреве поверхность гетинакса обугливается и начинает проводить электрический ток.
Слюдяные изоляционные материалы
Слюдяные изоляционные материалы изготавливаются из слюды — минерала кристаллического строения. Слюду расщепляют на отдельные пластинки и склеивают с помощью лака или смолы. Промышленность выпускает несколько видов слюдяных изоляционных материалов. Это мусковит, миканит, флогопит. Мусковит обладает самыми лучшими характеристиками и применяется при изготовлении конденсаторов, прокладок электроприборов. Миканиты бывают гибкие (марки ГФС, ГМС), твердые (марки ПМГ, ПФГ), чаще используются для прокладок и формовочные (мари ФФГ и ФМГ). Миканиты применяются для изготовление каркасов и используются в качестве прокладок и для загильзовки в обмотках электрических машин. Слюдяные изоляционные материалы имеют высокую нагревостойкость порядка 130—180° С, диэлектрическую прочность в пределах 15—20 кВ/мм и отличную влагостойкость.
Из щипаной слюды, наклеенной на ткань или бумагу изготовляют микаленту. Микалента имеет ширину 12—35 мм и толщину 0,08—0,17 мм. Микалента выпускается марками ЛФЧ, ЛМЧ, ЛМС, ЛФС. В конце марки ставят римские цифры I или II. Миколента с цифрой I имеет повышенную электрическую прочность, а с цифрой II -нормальную электрическую прочность.
В настоящее время из за дефицита слюды как сырья и ее дороговизны, часто стали использовать отходы слюды. Из отходов стали изготавливать слюдяную бумагу, слюдиниты, стеклослюдиниты и другие электроизоляционные материалы.
Керамические изоляционные материалы
Фарфор
Фарфор или, так называемая, электротехническая керамика. Обладает такими свойствами, как нагревостойкость ( 150—170°С), диэлектрическая прочность (20—28 кВ/мм), высокая механическая прочность, устойчивость к проникновению воды ( воду не поглощает), устойчив к агрессивным средам, радиационным излучениям. Электротехническая керамика используется в таких отраслях, как электрика, электроника, автоматика и телемеханика, вычислительная техника. Из электротехнического фарфора делают различные изоляторы, изоляционные тяги.
Стеатит
Стеатит это керамический материал. Обладает высокой диэлектрической прочностью (30—50 кВ/мм). Благодаря хорошим диэлектрическим свойствам стеатит применяется для изготовления особо ответственных изоляторов и изоляционных узлов.
Рекомендуем прочитать:
- Установка электросчетчика своими руками
- Проводниковые материалы, применяемые в электрике
- Особенности подключения и использования натриевых ламп
- Как соединить провода в распределительной коробке
Характеристики электроизоляционных материалов
Электроизоляционными материалами называют материалы, с помощью которых осуществляют изоляцию токопроводящих частей. Они обладают: высоким удельным сопротивлением, электрической прочностью — способностью материала противостоять разрушению его электрическим напряжением и электрическими потерями, характеризующимися тангенсом угла потерь, нагревостойкостыо, характеризующейся температурой, предельно допустимой для данного диэлектрика при его длительном использовании в электрооборудовании.
Электроизоляционные материалы — диэлектрики могут быть твердыми, жидкими и газообразными.
Назначение электроизоляционных материалов в электрических заключается в создании между частями, имеющими разные электрические потенциалы, такой среды, которая препятствовала бы прохождению тока между этими частями.
Различают электрические, механические, физико-химические и тепловые характеристики диэлектриков.
Электрические характеристики диэлектриков
Объемное сопротивление — сопротивление диэлектрика при прохождении через него постоянного тока. Для плоского диэлектрика оно равно:
где ρv — удельное объемное сопротивление диэлектрика, представляющее собой сопротивление куба с ребром 1 см при прохождении постоянного тока через две противоположные грани диэлектрика, Ом-см, S — площадь сечения диэлектрика, через которое проходит ток (площадь электродов), см2, d — толщина диэлектрика (расстояние между электродами), см.
Поверхностное сопротивление диэлектрика
Поверхностное сопротивление — сопротивление диэлектрика при прохождении тока по его поверхности. Это сопротивление составляет:
Rs = ρs (l / S) , Ом
где ps — удельное поверхностное сопротивление диэлектрика, представляющее собой сопротивление квадрата (любых размеров) при прохождении постоянного тока от одной его стороны к противоположной, Ом, l — длина поверхности диэлектрика (в направлении прохождения тока), см, S — ширина поверхности диэлектрика (в направлении, перпендикулярном прохождению тока), см.
Как известно, емкость конденсатора — диэлектрика, заключенного между двумя параллельно расположенными и находящимися друг против друга металлическими обкладками (электродами), составляет:
С = ( ε S) / (4π l) , см,
где ε — относительная диэлектрическая проницаемость материала, равная отношению емкости конденсатора с данным диэлектриком к емкости конденсатора таких же геометрических размеров, но диэлектриком которого является воздух (вернее вакуум); S — площадь электрода конденсатора, см2, l — толщина диэлектрика, заключенного между электродами, см.
Угол диэлектрических потерь
Потеря мощности в диэлектрике при приложении к нему переменного тока составляет:
где U — приложенное напряжение, Ia — активная составляющая тока, проходящего через диэлектрик, А.
Как известно: Ia = I р / tg φ = I р х tg δ, А, I р = U2πfC
где I р — реактивная составляющая тока, проходящего через диэлектрик, А, С — емкость конденсатора, см, f — частота тока, гц, φ — угол, на который вектор тока, проходящий через диэлектрик, опережает вектор напряжения, приложенного к этому диэлектрику, град, δ — угол, дополняющий φ до 90° (угол диэлектрических потерь, град).
Таким образом, величина потери мощности определяется:
Pa = U 2 2πfC tg δ, Вт
Большое практическое значение имеет вопрос зависимости tg δ от величины приложенного напряжения (кривая ионизации).
При однородной изоляции, не имеющей расслоений и растрескиваний, tg δ почти не зависит от величины приложенного напряжения; при наличии расслоений и растрескиваний с увеличением приложенного напряжения tg δ резко возрастает из-за ионизации промежутков, заключенных внутри изоляции.
Периодическое измерение у гла диэлектрических потерь ( tg δ) и его сравнивание с результатами предыдущих замеров характеризуют состояние изоляции, степень и интенсивность ее старения.
Электрическая прочность диэлектрика
В электроустановках диэлектрики, образующие изоляцию обмоток, должны противостоять действию электрического поля. Интенсивность (напряженность) тюля возрастает с увеличением напряжения, создающего это поле, и, когда напряженность поля достигает критической величины, диэлектрик теряет свои электроизоляционные свойства происходит так называемый пробой диэлектрика .
Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением , а соответствующая ему напряженность поля — электрической прочностью диэлектрика .
Численное значение электрической прочности равно отношению величины пробивного напряжения к толщине диэлектрика в месте пробоя:
E пр = U пр / l , кВ / мм,
где U пр — пробивное напряжение, кВ, l — толщина изоляции в месте пробоя, мм.
Электроизоляционные материалы
Физико-химические характеристики диэлектриков
Помимо электрических, различают следующие физико-химические характеристики диэлектриков.
Кислотное число — определяет количество (мг) гидроксида калия (КОН), необходимое для нейтрализации свободных кислот, содержащихся в жидком диэлектрике и ухудшающих его электроизоляционные свойства.
Вязкость — определяет степень текучести жидкого диэлектрика, от которой зависит проникающая способность лаков при пропитке обмоточных проводов, а также конвекция масла в трансформаторах и т. д.
Различаются кинематическая вязкость , измеряемая капиллярными вискозиметрами (U-образными стеклянными трубками), и так называемая условная вязкость, определяемая по скорости истечения жидкости из калиброванного отверстия в специальной воронке. Единицей кинематической вязкости является стокс (ст).
Условная вязкость измеряется градусами Энглера.
Нагревостойкость — способность материала выполнять свои функции при воздействии рабочей температуры в течение времени, сравнимого с расчетным сроком нормальной эксплуатации электрооборудования.
Под влиянием нагрева происходит тепловое старение электроизоляционных материалов, в результате которого изоляция перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям.
Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов (ГОСТ 8865-70). Буква обозначает класс нагревостойкости, а цифры в скобках — температуру, °С
| Y (90) | Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и натурального шелка, не пропитанные и не погруженные в жидкий электроизоляционный материал |
| А(105) | Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или натурального, искусственного и синтетического шелка, пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал |
| Е (120) | Синтетические материалы (пленки, волокна, смолы, компаунды) |
| В (130) | Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами |
| F (155) | Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами |
| Н (180) | Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами |
| С (свыше 180) | Слюда, керамические материалы, стекло, кварц или их комбинации без связующих составов или с неорганическими связующими |
Температура размягчения , при которой начинается размягчение твердых диэлектриков, имеющих в холодном состоянии аморфное состояние (смол, битумов). Температура размягчения определяется при выдавливании разогретой изоляции из кольца или трубки с помощью стального шарика или ртути.
Температура каплепадения , при которой из чашки (имеющей на дне отверстие диаметром 3 мм), в которой разогревается испытуемый материал, отделяется и падает первая капля.
Температура вспышки паров , при которой смесь паров электроизоляционной жидкости и воздуха воспламеняется от преподнесенного пламени горелки. Чем ниже температура воспламенения жидкости, тем больше ее испаряемость.
Влагостойкость, химстойкость, морозостойкость и тропикостойкость диэлектриков — стабильность электрических и физико-химических характеристик электроизоляционных материалов при воздействии соответственно влаги, кислот или щелочей низкой температуры в пределах от -45° до -60° С, а также тропического климата, характеризуемого высокой и резко изменяющейся в течение суток температурой воздуха, его высокой влажностью и загрязненностью, наличием плесневых грибков, насекомых и грызунов.
Дугостойкость и короностойкость диэлектриков — стойкость электроизоляционных материалов к воздействию озона и азота, выделяющихся при тихом разряде — короне, а также стойкость к действию электрических искр и устойчивой дуги.
Термопластичные и термореактивные свойства диэлектриков
Термопластичными электроизоляционными материалами являются такие, которые, будучи твердыми в исходном, холодном состоянии, размягчаются при нагреве и растворяются в соответствующих растворителях. После охлаждения эти материалы вновь отвердевают. При повторном нагреве сохраняется их способность к размягчению и растворению в растворителях. Таким образом, нагрев таких материалов не вызывает каких-либо изменений в их молекулярной структуре.
В противоположность этому так называемые термореактивиые материалы после тепловой обработки при соответствующем режиме отвердевают (запекаются). При повторном нагреве не размягчаются и не растворяются в растворителях, что свидетельствует о прошедших при нагреве необратимых изменениях в их молекулярном строении.
Механическими характеристиками изоляционных материалов являются: пределы прочности при растяжении, сжатии, статическом и динамическом изгибе, а также твердость.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: