Электроизоляционные материалы

Электроизоляционные материалы представляют собой особый класс электротехнических материалов, которые активно используются в радиотехнике, электронике, машино- и приборостроении для обеспечения электрической изоляции между токоведущими частями. Их основной задачей становится создание препятствия для прохождения электрического тока по путям, которые не предусмотрены электрической схемой.

Также электроизоляционные материалы служат для повышения ёмкости конденсаторов, они способны отводить тепло при использовании в электрических машинах. Одним из их ключевых отличий является существенно больший показатель удельного объёмного электрического сопротивления, из-за которого они получили название диэлектрических. Для сравнения: у проводниковых материалов оно составляет 10^-6÷10^-4Ом·см, а у электроизоляционных – 10⁹÷10²⁰Ом·см.

Основные характеристики электроизоляционных материалов

Удельное объёмное сопротивление.
Поверхностное сопротивление.
Относительная диэлектрическая проницаемость.
Угол диэлектрических потерь.
Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости.
Электрическая прочность (уровень напряжённости электрического поля, при котором происходит его пробой – материал не способен предотвратить прохождение через него тока).

При оценке перечисленных выше параметров обязательно принимаются во внимание рабочее напряжение в электроустановке и частота.

Классификация электроизоляционных материалов

По агрегатному состоянию.

o Газообразные. В данном случае в зависимости от требуемых характеристик и особенностей конструкции могут использоваться как просто воздушные промежутки (часто имеют место в электрических аппаратах и машинах), так и фреон-21, гексафторид серы (элегаз). В первом случае электрическая прочность диэлектрика составит 3 МВ/м, во втором и третьем – 7,5 МВ/м.

o Жидкие. К этой категории относятся электроизоляционные масла (синтетического, растительного происхождения, нефтепродукты). В зависимости от типа и состава они отличаются между собой по электрическим характеристикам, уровню вязкости. Характерными показателями при измерении при 50 Гц и +20⁰С обладают трансформаторные масла – 15 ÷ 20МВ/м. При этом стандартно прочность составляет 12 ÷ 25 МВ/м. Лучшие параметры имеют конденсаторные и кабельные масла.

o Твёрдые. Материалы этой подгруппы встречаются особенно часто, они схожи между собой по своим физико-химическим свойствам, особенностям производства, структуре. Их электрическая прочность может варьироваться от 1 (диэлектрики на основе смол) до 120 МВ/м (к примеру, полиэтилентерефталат) при проведении измерений при частоте 50 Гц при +20⁰С. К этой категории можно отнести:

ткани,
бумагу,
слоистые пластики,
слюду,
лакоткани,
заливочные материалы и лаки в затвердевшем состоянии,
электрокерамику.

По химическому составу. Принято разделять все используемые электроизоляционные материалы на неорганические и органические. Кроме того, широко используются как природные, так и синтетические диэлектрики. Второй вариант в современном машиностроении и электротехнике используется значительно чаще из-за того, что при производстве появляется возможность получения материала, точно соответствующего по своим техническим параметрам и физическим характеристикам заданным требованиям. Часто новые материалы создаются в соответствии с заданным набором параметров.
По электрическим свойствам. Молекулы электроизоляционного материала могут быть нейтральными (бензол, водород, полистирол, углерод, парафин) или полярными (совол, поливинилхлорид, бакелиты, галовакс, кремнийорганические диэлектрики). Представители второй категории выделяются более высокими показателями диэлектрической проницаемости, гигроскопичности, электрической проводимости.

Виды диэлектриков и их характеристики

Для электроизоляции всегда важна повышенная стойкость к нагреву. Только в этом случае можно говорить о длительном сроке службы с сохранением всех физических параметров. В зависимости от используемого материала этот показатель может варьироваться от +90 до +250⁰С. Поэтому принято деление на 7 классов. Самыми стойкими к интенсивному нагреву являются неорганические диэлектрики (это могут быть фарфор, слюда, стекло, при изготовлении которого использовались только элементоорганические связующие или в ходе производственного процесса связующие вообще не применялись). Не менее важно для таких материалов, как фарфор или стекло, иметь достаточный показатель стойкости к перепадам температур в ходе эксплуатации.

Большое внимание при выборе типа электроизоляции уделяется её механическим свойствам:

обрабатываемость;
твёрдость;
стойкость к динамическим и статическим изгибам;
прочность при сжатии, растяжении;
влагопроницаемость;
искростойкость;
гигроскопичность.

Одним из основных параметров является теплостойкость – максимальная температура, при которой электроизоляционный материал сможет полностью сохранить свои эксплуатационные и механические свойства.

Для нормальной работы электрических машин и аппаратов предельно важно предотвратить перегрев и обеспечить достаточно эффективное охлаждение сердечников, обмоток и других узлов конструкции. Для того чтобы диэлектрик не мешал охлаждению проводников при их электрическом разделении, необходимо учитывать его способность отводить тепло. В связи с этим большинством производителей при изготовлении электроизоляционных материалов в их состав дополнительно вводятся минеральные наполнители и другие добавки для повышения коэффициента теплопроводности.

В работе с электрооборудованием необходимо обеспечивать дополнительную защиту проводников от воздействия влаги. Для повышения влагонепроницаемости изделий пористые материалы обязательно покрываются компаундом, пропитываются маслами, специальными жидкостями синтетического происхождения. В подобной защите не нуждаются только стекло и фарфор, покрытый глазурью.