С целью электрической изоляции проводников используют электроизоляционные материалы, диэлектрики. Данные материалы обладают крайне низкой проводимостью и высокой электрической прочностью, поэтому они хорошо подходят для такого рода целей.
Электрическое сопротивление изоляции чрезвычайно велико по сравнению с сопротивлением проводников, и те токи, которые все же протекают через изоляцию под действием приложенного к ней напряжения (токи утечки), ничтожно малы по сравнению с рабочими токами, протекающими через токопроводящие части установки.
Хорошими изоляторами являются фарфор, стекло, большинство пластмасс, сухое дерево, сухая бумага, а при нормальных условиях даже воздух или другие газы.
Электроизоляционными называются вещества — диэлектрики, обладающие ничтожной электрической проводимостью. Электроизоляционные материалы применяются для изоляции проводниковых элементов или частей электрических машин, аппаратов, приборов и т. д., находящихся под разными потенциалами.
Как устроены электроизоляционные материалы: Чем диэлектрики отличаются от проводников
Электрическая изоляция силовых кабелей
Важнейшие виды электрической изоляции в электротехнической промышленности:
- электроизоляционные лаки (масляные, масляно-крезольные, битумно-масляные, полиэфирные),
- разнообразные электроизоляционные эмали, лакоткани и стеклолакоткани,
- слюдяная изоляция, слюдинитовые и слюдопластовые композиции,
- слоистые пластики (гетинакс, текстолит и стеклотекстолит),
- намотанные изделия из бумаги и стеклоткани,
- масляные, масляно-крезольные, битумно-масляные лаки для электрических машин и аппаратов,
- высокополимерные диэлектрики (полиэтилен, фторопласт, лавсан),
- электроизоляционные пластмассы,
- асбоцемент,
- электрокерамические материалы и др.
Существуют органические и неорганические электроизоляционные материалы. Органические, в отличие от неорганических, содержат в себе углерод. Что же касается неорганических диэлектриков, то они обладают лучшими температурными характеристиками.
По способу их получения, электроизоляционные материалы бывают естественными (природными) и синтетическими.
Синтетические часто более предпочтительны, поскольку, благодаря широким возможностям современной химической промышленности, имеются возможности для создания материалов, точно соответствующих предъявляемым к ним требованиям.
Стоит отметить, что диэлектрики подразделяются на полярные и неполярные. У неполярных молекулы электрически нейтральны. Яркий пример неполярного диэлектрика — полиэтилен.
Внутри этой группы выделяются ионные кристаллические материалы, такие как слюда или кварц, где пары ионов формируют электрически нейтральные частицы.
Молекулы полярных диэлектриков от природы имеют неравный нулю электрический дипольный момент, такие материалы отличаются более высокой диэлектрической проницаемостью. Яркий пример такого материала — поливинилхлорид.
Кроме того, диэлектрики различаются по своему агрегатному состоянию. Они могут быть жидкими, твердыми или газообразными. Газообразные — это естественные газы: воздух, азот, углекислый газ, гелий, неон, аргон, криптон. Их редко используют в качестве изоляторов.
Жидкие чуть более практичны (востребованы в трансформаторах, выключателях, кабелях, вводах). Однако нефтяные масла и синтетические составы часто отличаются пожароопасностью или токсичностью.
Твердые — наиболее востребованы и очень широко применимы. Реже — природные: янтарь, шеллак. Чаще — синтетические: эпоксидные смолы, полиимиды, шелк, этилцеллюлоза и др. Слоистые пластики, лаки и пластмассы, также находят обширное применение в производстве диэлектрических деталей.
Электроизоляционные материалы:
Диэлектрики и их свойства, поляризация и пробивная напряженность диэлектриков
Электрическая прочность диэлектриков
Удельные объёмное и поверхностное сопротивления твердых диэлектриков
Характеристики электроизоляционных материалов
Виды пластмассовой изоляции проводов и кабелей
Электрическая изоляция статора генератора на АЭС
В последние годы получено и производится большое количество полимерных материалов, востребованных в большом количестве областей техники благодаря именно диэлектрическим свойствам, позволяющим использовать многие из этих материалов в качестве изоляционных.
Аморфные и кристаллические полимеры способны формировать плотно упакованные упорядоченные структуры. Аморфные формы изотропны, то есть их свойства одинаковы во всех направлениях. Они, обычно, прозрачны, химически стойки, износостойки.
Кристаллическая фаза имеет более выраженные качества стойкости, однако ей свойственна анизотропность, то есть свойства зависят от направления в кристаллической структуре.
Наиболее перспективным направлением в развитии электроизоляционных материалов на сегодняшний день представляется тема полимерных композитов.
Относительно недавно, в 2021 году, специалистами ЦНИИ КМ "Прометей" (НИЦ "Курчатовский институт") получены значительные результаты в разработке электроизоляционных изделий из полимерных композитов на основе эпоксидной матрицы, армированной методом намотки стекло-, угле-, органопластиками.
Технология позволит создавать масштабные толстостенные изделия с высокой электрической прочностью, такие как: изолирующие элементы статорных обмоток турбогенераторов, трансформаторные катушки и изолирующие цилиндры для ограничителей перенапряжения.
Электроизоляционные материалы в процессе эксплуатации:
Какие факторы влияют на старение изоляции
Показатели качества изоляции - сопротивление, коэффициент абсорбции, индекс поляризации и другие
Нагревостойкость и огнестойкость кабеля и провода, негорючая изоляция
Повный А. В. Филиал БГТУ ГГПК