Vlastnosti elektroizolačních materiálů
Elektroizolační materiály jsou materiály, kterými jsou izolovány vodiče. Mají: vysokou odolnost, elektrickou pevnost — schopnost materiálu odolávat průrazu svým elektrickým napětím a elektrickými ztrátami, vyznačující se tečnou ztrátového úhlu, tepelnou odolnost, charakterizovanou teplotou, která je pro dané dielektrikum maximálně přípustná během jeho dlouhodobé použití v elektrických zařízeních.
Elektroizolační materiály – Dielektrika mohou být pevná, kapalná a plynná.
Účelem elektroizolačních materiálů v elektřině je vytvořit mezi částmi, které mají různé elektrické potenciály, takové prostředí, které zabrání průchodu proudu mezi těmito částmi.
Rozlišit elektrické, mechanické, fyzikálně-chemické a tepelné vlastnosti dielektrik.
Elektrické charakteristiky dielektrik
Objemový odpor — odpor dielektrika, když jím prochází stejnosměrný proud. Pro ploché dielektrikum se rovná:
Rv = ρv (d / S), ohm
kde ρv — měrný objemový odpor dielektrika, což je odpor krychle o hraně 1 cm, když dvěma protilehlými stranami dielektrika prochází stejnosměrný proud, Ohm-cm, S je plocha průřezu dielektrikum, kterým prochází proud (plocha elektrod), cm2, e — tloušťka dielektrika (vzdálenost mezi elektrodami), viz.
Dielektrický povrchový odpor
Povrchový odpor — odpor dielektrika při průchodu proudu jeho povrchem. Tento odpor je:
Rs = ρs (l/S), Ohm
kde ps — měrný povrchový odpor dielektrika, což je odpor čtverce (jakékoli velikosti), když stejnosměrný proud prochází z jedné strany na protilehlou, Ohm, l- délka povrchu dielektrika (ve směru toku proudu ), cm, C — šířka povrchu dielektrika (ve směru kolmém na tok proudu), viz
Dielektrická konstanta.
Jak víte, kapacita kondenzátoru - dielektrika uzavřeného mezi dvěma paralelními a protilehlými kovovými deskami (elektrodami) je:
C = (ε S) / (4π l), cm,
kde ε — relativní dielektrická konstanta materiálu, rovna poměru kapacity kondenzátoru s daným dielektrikem ke kapacitě kondenzátoru se stejnými geometrickými rozměry, ale jehož dielektrikem je vzduch (nebo spíše vakuum); C — plocha elektrody kondenzátoru, cm2, l — tloušťka dielektrika uzavřeného mezi elektrodami, viz.
Úhel dielektrické ztráty
Ztráta výkonu v dielektriku, když je na něj aplikován střídavý proud, je:
Pa = U NS Ia, W
kde U je použité napětí, Ia je aktivní složka proudu procházejícího dielektrikem, A.
Jak je známo: Ia = AzR / tgφ = AzRNS tgδ, A, Azr = U2πfC
kde Azp je reaktivní složka proudu procházejícího dielektrikem, A, C je kapacita kondenzátoru, cm, f je frekvence proudu, Hz, φ — úhel, pod kterým je vektor proudu procházející dielektrikem před aplikovaným vektorem napětí na toto dielektrikum, stupně, δ — úhel komplementární k φ až 90° (úhel dielektrické ztráty, stupně).
Tímto způsobem se určí velikost ztráty výkonu:
Pa = U22πfCtgδ, W
Velký praktický význam má otázka závislosti tgδ na velikosti přiloženého napětí (ionizační křivka).
Při homogenní izolaci, bez delaminace a praskání, je tgδ téměř nezávislý na velikosti použitého napětí; v přítomnosti delaminace a praskání se s rostoucím použitým napětím tgδ prudce zvyšuje v důsledku ionizace dutin obsažených v izolaci.
Periodické měření dielektrických ztrát (tgδ) a jeho porovnání s výsledky předchozích měření charakterizuje stav izolace, stupeň a intenzitu jejího stárnutí.
Dielektrická pevnost
V elektrických instalacích musí dielektrika, která tvoří izolaci cívky, odolávat působení elektrického pole. Intenzita (napětí) tylu se zvyšuje s rostoucím napětím vytvářejícím toto pole, a když intenzita pole dosáhne kritické hodnoty, ztrácí dielektrikum své elektroizolační vlastnosti, tzv. dielektrický průraz.
Napětí, při kterém dochází k průrazu, se nazývá průrazné napětí a odpovídající intenzita pole je dielektrická síla.
Číselná hodnota dielektrické pevnosti je rovna poměru průrazného napětí k tloušťce dielektrika v místě průrazu:
Epr = UNHC / l, kV / mm,
kde Upr — průrazné napětí, kV, l — tloušťka izolace v místě průrazu, mm.
Elektroizolační materiály
Fyzikálně-chemické vlastnosti dielektrik
Kromě elektrických se rozlišují následující fyzikálně-chemické charakteristiky dielektrik.
Číslo kyselosti — udává množství (mg) hydroxidu draselného (KOH) potřebné k neutralizaci volných kyselin obsažených v kapalném dielektriku a ke zhoršení jeho elektrických izolačních vlastností.
Viskozita — určuje stupeň tekutosti kapalného dielektrika, který určuje penetrační schopnost laků při impregnaci drátů vinutí, jakož i konvekci oleje v transformátorech atd.
Rozlišují kinematickou viskozitu, měřenou kapilárními viskozimetry (skleněné trubice ve tvaru U) a tzv. podmíněnou viskozitu, určovanou rychlostí proudění tekutiny z kalibrovaného otvoru ve speciální nálevce. Jednotkou kinematické viskozity je Stokes (st).
Podmíněná viskozita měřená ve stupních Englera.
Tepelný odpor — schopnost materiálu plnit své funkce při vystavení provozní teplotě po dobu srovnatelnou s odhadovanou dobou normálního provozu elektrického zařízení.
Vlivem zahřívání dochází k tepelnému stárnutí elektroizolačních materiálů, v důsledku čehož izolace přestává splňovat požadavky na ni kladené.
Třídy tepelné odolnosti elektroizolačních materiálů (GOST 8865-70).Písmeno označuje třídu tepelné odolnosti a čísla v závorkách - teplota, ° C
Y (90) Vláknité materiály z celulózy, bavlny a přírodního hedvábí, neimpregnované nebo máčené v tekutém elektroizolačním materiálu A (105) Vláknité materiály z celulózy, bavlny nebo přírodního, viskózového a syntetického hedvábí, impregnované nebo máčené v tekutém elektroizolačním materiálu D (120) syntetické materiály (fólie, vlákna, pryskyřice, sloučeniny) B (130) slída, azbest a sklolaminátové materiály používané s organickými pojivy a impregnanty F (155) slída, azbest a sklolaminátové materiály kombinované se syntetickými pojivy látkami a impregnanty H (180) ) Materiály na bázi slídy, azbestu a skelných vláken v kombinaci s křemíkovými pojivy a impregnačními sloučeninami C (nad 180) Slída, keramické materiály, sklo, křemen nebo jejich kombinace bez pojiv nebo s anorganickými pojivy
Bod měknutí, při kterém pevná dielektrika mající za studena amorfní stav (pryskyřice, bitumen) začnou měknout. Bod měknutí se stanoví, když se zahřátá izolace vytlačí z kroužku nebo trubky pomocí ocelové kuličky nebo rtuti.
Bod pádu, při kterém se první kapka oddělí a spadne z kádinky (s otvorem o průměru 3 mm na dně), ve které se testovaný materiál zahřívá.
Bod vzplanutí par, při kterém je směs izolační kapaliny páry a vzduchu zapálena předloženým plamenem hořáku. Čím nižší je bod vzplanutí kapaliny, tím větší je její těkavost.
Odolnost proti vlhkosti, chemická odolnost, mrazuvzdornost a tropická odolnost dielektrika -stabilita elektrických a fyzikálně-chemických vlastností elektroizolačních materiálů při působení vlhkosti, kyselin nebo zásad při nízkých teplotách v rozsahu od -45 °C do -60 °C, as dále tropické klima, vyznačující se vysokou a prudce se měnící teplotou vzduchu během dne, jeho vysokou vlhkostí a znečištěním, výskytem plísní, hmyzu a hlodavců.
Odolnost proti obloukovému a korónovému dielektriku — odolnost elektroizolačních materiálů vůči účinkům ozónu a dusíku uvolňovaného při tichém výboji — koroně, jakož i odolnost proti působení elektrických jisker a stabilního oblouku.
Termoplastické a termosetové vlastnosti dielektrik
Termoplastické elektroizolační materiály jsou takové, které jsou zpočátku tuhé za studena, měknou při zahřívání a rozpouštějí se ve vhodných rozpouštědlech. Po ochlazení tyto materiály opět ztuhnou. Při opakovaném zahřívání zůstává jejich schopnost měknout a rozpouštět se v rozpouštědlech. Zahřívání takových materiálů tedy nezpůsobuje žádné změny v jejich molekulární struktuře.
Na rozdíl od nich tzv. termosetové materiály po tepelném zpracování v příslušném režimu ztvrdnou (zapečou). Při opakovaném zahřívání neměknou a nerozpouštějí se v rozpouštědlech, což svědčí o nevratných změnách jejich molekulární struktury, ke kterým při zahřívání došlo.
Mechanické vlastnosti izolačních materiálů jsou: maximální pevnost v tahu, tlak, statický a dynamický ohyb a také tuhost.