Charakteristika elektroizolačných materiálov

Elektroizolačné materiály sú materiály, ktorými sú izolované vodiče. Majú: vysoký odpor, elektrickú pevnosť — schopnosť materiálu odolávať prierazu svojím elektrickým napätím a elektrickými stratami, charakterizovaná dotyčnicou stratového uhla, tepelnou odolnosťou, charakterizovanou teplotou, ktorá je pre dané dielektrikum maximálne prípustná počas jeho dlhodobé používanie v elektrických zariadeniach.

Elektroizolačné materiály – Dielektriká môžu byť pevné, kvapalné a plynné.

Účelom elektroizolačných materiálov v elektrine je vytvoriť medzi časťami, ktoré majú rôzne elektrické potenciály, také prostredie, ktoré zabráni prechodu prúdu medzi týmito časťami.

Rozlíšiť elektrické, mechanické, fyzikálno-chemické a tepelné charakteristiky dielektrík.

Elektrické charakteristiky dielektrík

Objemový odpor — odpor dielektrika, keď ním prechádza jednosmerný prúd. Pre ploché dielektrikum sa rovná:

Rv = ρv (d / S), ohm

kde ρv — špecifický objemový odpor dielektrika, čo je odpor kocky s hranou 1 cm, keď cez dve protiľahlé strany dielektrika prechádza jednosmerný prúd, Ohm-cm, S je plocha prierezu ​​dielektrikum, ktorým prúd prechádza (plocha elektród), cm2, e — hrúbka dielektrika (vzdialenosť medzi elektródami), pozri

Dielektrický povrchový odpor

Povrchový odpor — odpor dielektrika pri prechode prúdu cez jeho povrch. Tento odpor je:

Rs = ρs (l / S), Ohm

kde ps — špecifický povrchový odpor dielektrika, čo je odpor štvorca (akejkoľvek veľkosti), keď jednosmerný prúd prechádza z jednej strany na opačnú stranu, Ohm, l- dĺžka povrchu dielektrika (v smere toku prúdu ), cm, C — šírka povrchu dielektrika (v smere kolmom na tok prúdu), viď

Dielektrická konštanta.

Ako viete, kapacita kondenzátora - dielektrika uzavretého medzi dvoma paralelnými a protiľahlými kovovými doskami (elektródami) je:

C = (ε S) / (4π l), cm,

kde ε - relatívna dielektrická konštanta materiálu, ktorá sa rovná pomeru kapacity kondenzátora s daným dielektrikom ku kapacite kondenzátora s rovnakými geometrickými rozmermi, ale ktorého dielektrikom je vzduch (alebo skôr vákuum); C — plocha elektródy kondenzátora, cm2, l — hrúbka dielektrika uzavretého medzi elektródami, pozri

Uhol dielektrickej straty

Strata výkonu v dielektriku, keď sa naň aplikuje striedavý prúd, je:

Pa = U NS Ia, W

kde U je použité napätie, Ia je aktívna zložka prúdu prechádzajúceho dielektrikom, A.

Ako je známe: Ia = AzR / tgφ = AzRNS tgδ, A, Azr = U2πfC

kde Azp je reaktívna zložka prúdu prechádzajúceho dielektrikom, A, C je kapacita kondenzátora, cm, f je frekvencia prúdu, Hz, φ — uhol, pod ktorým je vektor prúdu prechádzajúci dielektrikom pred aplikovaným vektorom napätia na toto dielektrikum, stupne, δ — uhol komplementárny k φ až 90° (uhol dielektrickej straty, stupne).

Týmto spôsobom sa určí veľkosť straty energie:

Pa = U22πfCtgδ, W

Veľký praktický význam má otázka závislosti tgδ od veľkosti aplikovaného napätia (ionizačná krivka).

Pri homogénnej izolácii, bez delaminácie a praskania, je tgδ takmer nezávislý od veľkosti použitého napätia; v prítomnosti delaminácie a praskania sa so zvyšujúcim sa napätím tgδ prudko zvyšuje v dôsledku ionizácie dutín obsiahnutých v izolácii.

Periodické meranie dielektrických strát (tgδ) a jeho porovnanie s výsledkami predchádzajúcich meraní charakterizuje stav izolácie, stupeň a intenzitu jej starnutia.

Dielektrická pevnosť

V elektrických inštaláciách musia dielektrika, ktoré tvoria izoláciu cievky, odolávať pôsobeniu elektrického poľa. Intenzita (napätie) tylu sa zvyšuje so zvyšujúcim sa napätím vytvárajúcim toto pole a keď intenzita poľa dosiahne kritickú hodnotu, dielektrikum stráca svoje elektroizolačné vlastnosti, tzv. dielektrický rozpad.

Napätie, pri ktorom dochádza k prierazu, sa nazýva prierazné napätie a zodpovedajúca intenzita poľa je dielektrická sila.

Číselná hodnota dielektrickej pevnosti sa rovná pomeru prierazného napätia k hrúbke dielektrika v mieste prierazu:

Epr = UNHC / l, kV / mm,

kde Upr — prierazné napätie, kV, l — hrúbka izolácie v mieste prierazu, mm.

Elektroizolačné materiály

Fyzikálno-chemické vlastnosti dielektrík

Okrem elektrických sa rozlišujú nasledujúce fyzikálno-chemické charakteristiky dielektrík.

Číslo kyslosti – udáva množstvo (mg) hydroxidu draselného (KOH) potrebného na neutralizáciu voľných kyselín obsiahnutých v kvapalnom dielektriku a degradáciu jeho elektrických izolačných vlastností.

Viskozita — určuje stupeň tekutosti tekutého dielektrika, ktorý určuje penetračnú schopnosť lakov pri impregnácii drôtov vinutia, ako aj konvekciu oleja v transformátoroch atď.

Rozlišujú kinematickú viskozitu, meranú kapilárnymi viskozimetrami (sklenené trubice v tvare U) a takzvanú podmienenú viskozitu, ktorá sa určuje podľa rýchlosti prúdenia tekutiny z kalibrovaného otvoru v špeciálnom lieviku. Jednotkou kinematickej viskozity je Stokes (st).

Podmienená viskozita meraná v stupňoch Englera.

Tepelný odpor — schopnosť materiálu vykonávať svoje funkcie, keď je vystavený prevádzkovej teplote po dobu porovnateľnú s odhadovanou dobou normálnej prevádzky elektrického zariadenia.

Pod vplyvom zahrievania dochádza k tepelnému starnutiu elektroizolačných materiálov, v dôsledku čoho izolácia prestáva spĺňať požiadavky, ktoré sú na ňu kladené.

Triedy tepelnej odolnosti elektroizolačných materiálov (GOST 8865-70).Písmeno označuje triedu tepelnej odolnosti a čísla v zátvorkách - teplota, ° C

Y (90) Vláknité materiály z celulózy, bavlny a prírodného hodvábu, neimpregnované alebo máčané v tekutom elektroizolačnom materiáli A (105) Vláknité materiály z celulózy, bavlny alebo prírodného, ​​viskózového a syntetického hodvábu, impregnované alebo máčané v tekutom elektroizolačnom materiáli D (120) syntetické materiály (filmy, vlákna, živice, zlúčeniny) B (130) sľuda, azbest a sklolaminátové materiály používané s organickými spojivami a impregnantmi F (155) sľuda, azbest a sklolaminátové materiály kombinované so syntetickými spojivami látkami a impregnantmi H (180) ) Materiály na báze sľudy, azbestu a sklolaminátu v kombinácii s kremíkovými spojivami a impregnačnými zlúčeninami C (nad 180) Sľuda, keramické materiály, sklo, kremeň alebo ich kombinácie bez spojív alebo s anorganickými spojivami

Bod mäknutia, pri ktorom pevné dielektriká, ktoré majú v studenom stave amorfný stav (živice, bitúmen), začnú mäknúť. Bod mäknutia sa určuje, keď sa zahriata izolácia vytlačí z krúžku alebo rúrky pomocou oceľovej guľôčky alebo ortuti.

Bod pádu, pri ktorom sa prvá kvapka oddelí a spadne z kadičky (s otvorom s priemerom 3 mm na dne), v ktorej sa testovaný materiál zahrieva.

Bod vzplanutia pár, pri ktorom sa zmes izolačnej kvapalnej pary a vzduchu zapáli predloženým plameňom horáka. Čím nižší je bod vzplanutia kvapaliny, tým väčšia je jej prchavosť.

Odolnosť proti vlhkosti, chemická odolnosť, mrazuvzdornosť a tropická odolnosť dielektrika -stabilita elektrických a fyzikálno-chemických charakteristík elektroizolačných materiálov pri pôsobení vlhkosti, kyselín alebo zásad pri nízkych teplotách v rozsahu od -45° do -60°C, as ako aj tropické podnebie, vyznačujúce sa vysokou a prudko sa meniacou teplotou vzduchu počas dňa, jeho vysokou vlhkosťou a znečistením, výskytom plesní, hmyzu a hlodavcov.

Odolnosť voči oblúkovým a korónovým dielektrikám — odolnosť elektroizolačných materiálov voči účinkom ozónu a dusíka uvoľňovaného pri tichom výboji — koróne, ako aj odolnosť voči pôsobeniu elektrických iskier a stabilného oblúka.

Termoplastické a termosetové vlastnosti dielektrík

Termoplastické elektroizolačné materiály sú tie, ktoré sú za studena spočiatku tuhé, pri zahriatí mäknú a rozpúšťajú sa vo vhodných rozpúšťadlách. Po ochladení tieto materiály opäť stuhnú. Pri opakovanom zahrievaní zostáva ich schopnosť mäknúť a rozpúšťať sa v rozpúšťadlách. Zahrievanie takýchto materiálov teda nespôsobuje žiadne zmeny v ich molekulárnej štruktúre.

Na rozdiel od nich takzvané termosetové materiály po tepelnom spracovaní v príslušnom režime vytvrdnú (zapečú). Pri opakovanom zahrievaní nemäknú a nerozpúšťajú sa v rozpúšťadlách, čo poukazuje na nezvratné zmeny v ich molekulárnej štruktúre, ku ktorým došlo pri zahrievaní.

Mechanické vlastnosti izolačných materiálov sú: maximálna pevnosť v ťahu, tlak, statický a dynamický ohyb, ako aj tuhosť.