Матеріали електроізоляційні

Визначення і загальна характеристика

МАТЕРІА́ЛИ ЕЛЕКТРОІЗОЛЯЦІ́ЙНІ  — матеріали, які за нормальних умов експлуатації практично не проводять електричний струм. Ін. назва — діелектрики. Питомий об’єм. електр. опір різних діелектриків є надзвичайно високим порівняно з опором провідників і знаходиться у межах ρ_v = 10⁶–10²² Ом⋅м. Абсолют. М. е. не існує. Діелектрикам властива поляризація в електр. полі. За цією здатністю їх поділяють на неполярні (нейтральні), полярні та сильнополярні. За агрегат. станом розрізняють газоподібні (більшість газів), рідкі (гліцерин, олія, хімічно чиста вода) та тверді (пластмаси, скло, полімерні смоли) діелектрики. Електр. характеристики діелектриків: відносна діелектр. проникність (e) — безрозмірна величина, що показує, у скільки разів сила взаємодії між зарядами в однорід. діелектр. сере­довищі менша, ніж у вакуумі; тангенс кута діелектр. втрат (tgδ) — безрозмірна величина, що характеризує втрати енергії у діелектрику, які спричиняють його розігрів у перемін. електр. полі; питомий об’єм. електр. опір (ρ_v) характеризує електр. опір діелектрика одинич. площі та довжини постій. струму; питома об’ємна електр. провідність (γ_v, Ом^–1∙м^–1) — величина, обернена до питомого об’єм. електр. опору, γv = 1/ρv; питомий поверхн. електр. опір (ρs, Ом) характеризує електр. опір поверхні твердого діелектрика у формі квадрата під час протікання постій. електр. струму між двома його протилеж. сторонами; питома поверхн. електр. провідність (γ_s, Ом^–1) — величина, обернена до питомого поверхн. електр. опору, γs = 1/ρs; температур. коефіцієнт питомого електр. опору (a_ρ, град^-1) характеризує залежність питомого електр. опору матеріалу від т-ри; напруженість пробою (електр. міцність; Е_пр, В/м) характеризує здатність діелектрика витримувати електр. напругу та визначається як відношення напруги пробою (Uпр, В) до товщини діелектрика (h): Е_пр = U_пр/h. Мех. властивості діелектриків: границя міцності (σв, Па) характеризує статичну міцність матеріалу, визначається при різних видах деформування зразків (розтяг, стиснення, згинання і скручування); відносні видовження (δ, %) і звуження (ψ, %) — відносні величини, що характеризують пластичні властивості матеріалу; пластична (холодна) текучість — здатність матеріалу пластично деформуватися при тривалій дії статич. навантажень; ударна в’язкість (a_н, Дж/м²) характеризує динамічну міцність матеріалу, тобто здатність протистояти силі, прикладеній за короткий час (удар); твердість (HB, одиниці твердості) — здатність матеріалу протистояти мех. проникненню в його поверхню ін., більш твердого тіла (індентора); кінемат. в’язкість характеризує опір переміщенню одних шарів рідини (газу) щодо ін. Тепл. характеристики діелектриків: теплоємність (C, Дж/К) — характеристика матеріалу, що визначає кількість теплоти, необхідну для підвищення його температури на один градус; питома теплоємність (сm, Дж/кг∙К) визначає кількість теплоти, необхідну для підвищення температури одного кілограма матеріалу на один градус; теплопровідність — здатність матеріалу проводити тепло, характеризується коефіцієнтом теплопровідності (λ, Вт/м∙К); тепл. розширення матеріалів — це їхня здатність збільшувати свій об’єм під час нагрівання, характеризується температур. коефіцієнтом ліній. розширення (a, град^–1); температура плавлення (t_пл) — температура, при якій тверде тіло переходить у рідкий стан; температура розм’якшення (t_р) — температура, при якій агрегат. стан твердої речовини починає змінюватися, її визначають методами «Кільце і шар» або «Кільце і стрижень»; тепло­стійкість — здатність тіла з певного матеріалу зберігати форму та розміри під час підвищення температури, оцінюється за методами Мартенса і Віка; нагрівостійкість — здатність діелектриків і виробів з них витримувати тривалий час, що вимірюється у год., вплив високої температури без погіршення їхніх властивостей; холодостійкість — здатність діелектрика працювати без погіршення експлуатац. властивостей при низьких т-рах; стійкість до термоударів визначається перепадом температури нагрівання та охолодження зразків (їх охолоджують у воді нормал. т-ри), при якому на поверхні зразків з’являються помітні тріщини; тепл. старіння ізоляції — погіршення якості ізоляції під час тривалого впливу підвищеної температури через інтенсифікацію хім. процесів; температура спалаху (t_сп) — температура рідини, під час нагрівання до якої суміш її випарів із повітрям спалахує біля відкритого полум’я; температура запалення — температура, при якій загоряється випробувана рідина (більш висока, ніж температура спалаху); температур. індекс (ТІ) — температура, при якій термін придатності матеріалу складає не менше 20 тис. год. Як М. е. найчастіше застосовують різноманітні смоли, синтет. полімери, шаруваті пластики, лаки, компаунди, скло, кераміку, слюди тощо. Смоли — складні суміші органіч. речовин, переважно високомолекулярних, різного ступеня полімеризації. При низьких т-рах вони є аморф., склоподіб. і крихкими речовинами. За хім. природою синтет. полімери — високомолекулярні сполуки, тобто речовини, молекули яких утворюються в результаті полімеризації, є цикліч. сукупністю великої кількості мономерів, що мають однак. будову груп атомів. Термопласт. полімери відновлюють свої властивості після нагрівання та подальшого охолодження; термореакт. полімери під час нагрівання тверднуть. Шаруваті пластики (гетинакс, текстоліт, склотекстоліт та ін.) — композитні матеріали, у яких напов­нювачем є папір або тканина, а зв’язуючим — термореакт. смола (фенолформаль­дегідна, крезолформальдегідна, епоксидна, кремнійорганічна тощо). Гетинакс виробляють за допомогою гарячого пресування міцного та нагрівостійкого паперу, просоченого смолою. Текстоліт виготовляють з бавовняної тканини; має підвищену ударну в’язкість, стійкість до стирання та розколювання, однак значно дорожчий від гетинаксу. Основою склотекстоліту є склотканини; має порівняно високу нагрівостійкість, вологостійкість, мех. міцність і електроізоляц. властивості. Фольгов. шаруваті пластики (пластики з наклеєною мідною фольгою товщиною 0,035 чи 0,050 мм) використовують як основу для виготовлення друков. плат. Лаки — М. е., що твердіють; колоїдні розчини смол, бітумів, олій, що висихають, та ін. речовини, що утворюють т. зв. лакову основу у летючих розчинниках. Під час сушіння лаку розчинник випаровується, а лакова основа переходить у твердий стан, утворюючи лакову плівку. Електроізоляц. лаки розділяють за застосуванням на просочувальні, покривні та клеючі. Компаунди — мех. суміш різних речовин, напр., смол, бітумів, восків, олій. Вирізняються відсутністю у своєму складі розчинника. Перед використанням для зменшення в’язкості компаунди нагрівають до температури розм’якшення. При нормал. т-рі вони затвердівають. Просочувал. компаунди призначені для просочування пористої та волокнистої ізоляції, а заливні — для заповнен­ня порівняно великих порожнин, проміжків між різними деталями в електр. машинах і апаратах, а також для одержання порівняно товстого захис. покриття на електротех. виробах. Волокнисті діелектрики — матеріали, що утворюють із часток подовженої форми (волокон). До них зараховують електротех. папір і картон, фібру, текстиль (нитки, стрічки, тканини). Розрізняють волокнисті матеріали рослин. (дерево, бавовняне волокно, папір і ін.; складаються переважно з целюлози) і тварин. (шовк) походження, штучні волокна, одержувані шляхом хім. перероблення природ. волокнистої сировини, і синтет. волокна, що виготовляють з синтет. полімерів. Лакотканини утворюють просочуванням тканини еле-ктроізоляц. лаком. Скло — неорганічна аморфна речовина, що є склад. системою різних окислів. У електротехніці використовують: конденсаторне скло як діелектрик конденсатора; монтажне скло для виготовлення кріпил. деталей, ізоляторів; ламп. скло для балонів освітлювал. ламп і електрон. приладів; склоемалі (легкоплавкі непрозорі емалі) для покриття поверхонь різних виробів. Скловолокно — скло, що витягують у довгі гнучкі нитки для виготовлення скло­тканин і світловодів. Електротех. кераміка — неорганічні матеріали, які одержують спіканням глини з мінерал. домішками, а також деяких хім. сполук металів. Керам. матеріали використовують як М. е., напівпровідник. і магнітні (ферити) матеріали. Фарфор є одним з осн. матеріалів ізолятор. виробництва. Для його виготовлення застосовують спец. сорти глини (каолін), кварц і польовий шпат. Сегнетокераміка має високу діелектр. проникність, що значно змінюється з т-рою, а також нелінійну залежність ємності від величини прикладеної напруги. Слюда — природ. мінерал. М. е. Їй властиві високі електр. і мех. міцність, нагріво- та вологостійкість. Слюду застосовують в електр. машинах високих напруг і великих потужностей (зокрема й у великих турбогенераторах і гідрогенераторах, тягових електродвигунах), і як діелектрик у деяких конструкціях конденсаторів.

Завантажити статтю