Характеристики електроізоляційних матеріалів

Електроізоляційні матеріали - діелектрики можуть бути жорсткими, водянистими і газоподібними.

Призначення електроізоляційних матеріалів в електронних полягає в розробці між частинами, що мають різні електронні потенціали, такого середовища, яке б перешкоджало проходженню струму між цими частинами.

Розрізняють електронні, механічні, фізико-хімічні та термічні властивості діелектриків.

Електронні властивості діелектриків

Об`ємний опір - опір діелектрика при проходженні через нього незмінного струму. Для плоского діелектрика воно дорівнює:

Rv = ρv (d / S), Ом

де ρv - питомий об`ємний опір діелектрика, що представляє собою опір куба з ребром 1 см при проходженні постійного струму через дві протилежні грані діелектрика, Ом-см, S - площа перетину діелектрика, через яке проходить струм (площа електродів), см2, d - товщина діелектрика (відстань між електродами), см.

Поверхневий опір діелектрика

Поверхневий опір - опір діелектрика при проходженні струму по його поверхні. Це опір становить:

Rs = ρs (l / S), Ом

де ps - питомий поверхневий опір діелектрика, що представляє собою опір квадрата (всіх розмірів) при проходженні постійного струму від однієї його сторони до зворотного, Ом, l- довжина поверхні діелектрика (в напрямку проходження струму), см, S - ширина поверхні діелектрика (в напрямку, перпендикулярному проходженню струму), см.

Діелектрична проникність.

Як відомо, ємність конденсатора - діелектрика, укладеного між 2-ма паралельно розташованими і знаходяться один проти одного металевими обкладинками (електродами), становить:

С = (ε S) / (4π l), см,

де ε - відносна діелектрична проникність матеріалу, що дорівнює відношенню ємності конденсатора з даним діелектриком до ємності конденсатора таких же геометричних розмірів, але діелектриком якого є повітря (точніше вакуум) - S - площа електрода конденсатора, см2, l - товщина діелектрика, укладеного між електродами, см.

Кут діелектричних втрат

Втрата потужності в діелектрику при додатку до нього змінного струму становить:

Pa = U х Ia, Вт

де U - прикладена напруга, Ia - активна складова струму, що проходить через діелектрик, А.

Як відомо: Ia = Iр / tgφ = IРХ tgδ, А, Iр = U2πfC

де Iр - реактивна складова струму, що проходить через діелектрик, А, С - ємність конденсатора, см, f - частота струму, Гц, φ - кут, на який вектор струму, що проходить через діелектрик, випереджає вектор напруги, прикладеного до цього діелектрика, град , δ - кут, що доповнює φ до 90 ° (кут діелектричних втрат, град).

Таким чином, величина втрати потужності визначається:

Pa = U22πfCtgδ, Вт

Величезне практичне значення має питання залежності tgδ від величини прикладеної напруги (крива іонізації).

При однорідної ізоляції, яка не має розшарувань і розтріскування, tgδ практично не залежить від величини прикладеного напруги-за наявності розшарувань і розтріскування з підвищенням прикладеної напруги tgδ різко зростає через іонізації проміжків, укладених усередині ізоляції.

Періодичне вимір кута діелектричних втрат (tgδ) та його порівнювання з результатами попередніх замірів характеризують стан ізоляції, ступінь і інтенсивність її старіння.

Електронна міцність діелектрика

В електроустановках діелектрики, що утворюють ізоляцію обмоток, повинні протистояти дії електричного поля. Інтенсивність (напруженість) тюлю зростає з підвищенням напруги, що створює це поле, і, коли напруженість поля досягає критичної величини, діелектрик втрачає свої електроізоляційні характеристики відбувається так званий пробій діелектрика.

Напруга, при якому відбувається пробій, іменується пробивним напругою, а відповідна йому напруженість поля - електронної міцністю діелектрика.

Чисельне значення електронної міцності дорівнює відношенню величини пробивної напруги до товщини діелектрика в місці пробою:

Eпр = Uпр / l, кВ / мм,

де Uпр - пробивна напруга, кВ, l - товщина ізоляції в місці пробою, мм.

електроізоляційні матеріали

Фізико-хімічні властивості діелектриків

Крім електронних, розрізняють наступні фізико-хімічні властивості діелектриків.

Кислотне число - визначає кількість (мг) гідроксиду калію (КОН), потрібне для нейтралізації вільних кислот, що містяться в рідкому діелектрику і погіршують його електроізоляційні характеристики.

В`язкість - визначає ступінь плинності рідкого діелектрика, від якої залежить проникаюча здатність лаків при просочуванні обмотувальних проводів, також конвекція масла в трансформаторах і т. Д.

Розрізняються кінематична в`язкість, яка вимірюється капілярними вискозиметрами (U-образними скляними трубками), і так звана умовна в`язкість, яка визначається за швидкістю закінчення води з каліброваного отвору в спеціальній воронці. Одиницею кінематичної в`язкості є стокс (ст).

Умовна в`язкість вимірюється градусами Енглера.

Нагревостойкость - здатність матеріалу робити свої функції при впливі робочої температури протягом часу, порівнянного з розрахунковим терміном звичайної експлуатації електричного обладнання.

Під впливом нагрівання відбувається термічне старіння електроізоляційних матеріалів, в результаті якого ізоляція перестає задовольняти пропонованим до неї вимогам.

Температура розм`якшення, при якій починається розм`якшення жорстких діелектриків, що мають в холодному стані безформне стан (смол, бітумів). Температура розм`якшення визначається при видавлюванні нагрітої ізоляції з кільця або трубки за допомогою залізного кульки або ртуті.

Температура каплепадения, при якій з чашечки (має на дні отвір діаметром 3 мм), в якій розігрівається випробуваний матеріал, відділяється і падає 1-ша крапля.

Температура спалаху парів, при якій суміш парів електроізоляційної води і повітря запалюється від піднесеного полум`я пальника. Чим нижче температура займання води, тим більше її випаровуваність.

Вологостійкість, химстойкость, морозостійкість і тропікостойкость діелектриків - стабільність електронних і фізико-хімічних характеристик електроізоляційних матеріалів при впливі відповідно води, кислот або лугів низької температури в межах від -45 ° до -60 ° С, також тропічного клімату, що характеризується високою і різко змінюється в протягом доби температурою повітря, його високою вологістю і забрудненістю, наявністю цвілевих грибків, комах і мишей.

Дугостійкість і короностойкость діелектриків - стійкість електроізоляційних матеріалів до впливу озону і азоту, що виділяються при тихому розряді - короні, також стійкість до дії електронних іскор і стійкої дуги.

Термопластичні і термореактивні характеристики діелектриків

Термопластичними електроізоляційними матеріалами є такі, які, будучи жорсткими в початковому, холодному стані, розм`якшуються при нагріванні і розчиняються в відповідних розчинниках. Після охолодження ці матеріали знову тверднуть. При повторному нагріванні зберігається їх здатність до розм`якшення і розчинення в розчинниках. Таким чином, нагрів таких матеріалів не викликає жодних змін в їх молекулярній структурі.

На противагу цьому так звані термореактівіие матеріали після теплової обробки при відповідному режимі тверднуть (запікаються). При повторному нагріві не розм`якшується і не розчиняються в розчинниках, що свідчить про минулі при нагріванні необоротних змін у їх молекулярній будові.

Механічними характеристиками ізоляційних матеріалів є: межі міцності при розтягуванні, стисненні, статичному і динамічному вигині, також твердість.

Школа для електрика