Materiali di isolamento elettrico: tipi, proprietà, caratteristiche e applicazioni

I materiali isolanti sono progettati per limitare le strutture e i singoli elementi dal contatto con determinati ambienti. Secondo questo principio, costruzione di materiali per l'isolamento di acqua, vapore e calore. Nelle aree in cui sono utilizzati conduttori elettrici, è richiesto un diverso tipo di isolamento, sotto forma di dielettrici. Il loro compito è quello di escludere contatti tra conduttori di corrente attiva e materiali che non sono calcolati per fornire questa funzione. Oggetti tecnici, dispositivi, strutture edilizie e persino rivestimenti decorativi possono fungere da obiettivi. A loro volta, i materiali isolanti elettrici creano una barriera al passaggio corrente elettrica indipendentemente dal fatto che sia variabile o costante.

Classificazione degli isolanti

Gli isolanti elettrici differiscono nella loro origine e stato di aggregazione. Per quanto riguarda l'origine, come segno distinguere l'appartenenza a materiali organici e inorganici, nonché materie prime naturali e sintetiche. Per materiali naturali includono mica, che è caratterizzata da resistenza, flessibilità e capacità di spaccare. Questo è un dielettrico inorganico di origine naturale. Al contrario, nel gruppo di materiali organici sintetici si possono notare composti chimici ad alto peso molecolare. In forma pronta per l'uso, sono offerti in plastica ed elastomeri. Le principali differenze operative sono determinate dalla classificazione dei materiali isolanti elettrici in base allo stato di aggregazione. Si distinguono i dielettrici solidi, liquidi e gassosi.

Proprietà degli attuali isolanti

Il compito principale del dielettrico è di fornire una funzione di isolamento. Pertanto, come proprietà di base delle prestazioni, si può notare una maggiore resistività, una piccola tangente dielettrica di perdita e una tensione di scarica elevata - la già citata rottura. La resistenza determina come il materiale sarà in grado di impedire la conduzione della corrente con diversi parametri del contatto circuito elettrico. La perdita di dielettrico, a sua volta, indica l'effetto di un isolante sulle prestazioni di un conduttore attivo - questo valore dovrebbe tendere a zero, ma il più delle volte, l'alta resistività porta solo a maggiori perdite nel circuito principale. È anche proprietà importanti e penetranti dei materiali isolanti elettrici, che sono determinati dalla tensione. In questo caso, possiamo parlare della permeabilità diretta del materiale target. Inoltre, tutte le proprietà elencate sono fissate solo se è stata rilevata la stabilità del loro "lavoro" nel tempo e ad una determinata temperatura. A volte la frequenza del campo elettrico è indicata come parametro di stabilità durante il test.

Caratteristiche degli isolanti elettrici

Una delle principali caratteristiche dei dielettrici è la resistenza superficiale. Questa è la resistenza che si verifica quando la corrente scorre attraverso la superficie di un materiale. La successiva caratteristica più significativa è la costante dielettrica. Come già accennato, la permeabilità è direttamente correlata alla penetrabilità del materiale target. E le caratteristiche fisiche e chimiche meritano un'attenzione speciale. Tra questi, si notano assorbimento d'acqua, viscosità e acidità. L'assorbimento d'acqua indica il grado di porosità del materiale e la presenza di elementi idrosolubili in esso. Più alto è questo valore, maggiore è l'efficienza del materiale come dielettrico. A sua volta, la viscosità è caratterizzata da fluidità, che è importante per determinare l'interazione di un materiale con dielettrici liquidi o fusi. I numeri acidi sono solitamente caratterizzati da dielettrici liquidi. Ad esempio, le caratteristiche principali dei materiali isolanti elettrici sono ridotte alla capacità di neutralizzare gli acidi liberi contenuti in 1 g di materiale. La presenza di acidi liberi abbassa le proprietà di isolamento elettrico degli isolanti elettrici.

Isolanti gassosi

Praticamente tutti i materiali di isolamento elettrico gassoso forniscono una costante dielettrica, un fattore pari a 1. I vantaggi di tali prodotti includono una piccola percentuale di perdite dielettriche, sebbene anche il grado di rottura sia piccolo. Di norma, il principale mezzo gassoso con la funzione di un isolante elettrico è l'aria, integrata con inclusioni speciali. Ma fino ad oggi, il gas SF6 è anche ampiamente utilizzato, che viene utilizzato come base dielettrica. I tipi gassosi di materiali isolanti elettrici sono basati su esafluoruro di zolfo, che fornisce una maggiore protezione nell'indice di rottura e, in alcuni casi, si osserva anche la formazione di arco voltaico. Quando si tratta delle difficili condizioni operative dell'oggetto obiettivo di protezione, il mezzo gassoso può essere integrato con isolanti organici.

Dielettrici solidi

Tradizionalmente, gli isolanti di questo tipo sono considerati materiali come vetro, quarzo, porcellana, plastica e gomma. La loro origine può essere naturale e sintetica. In strati sottili di isolatori, possono esserci maggiori indicatori di resistività e tensione di rottura: questi valori dipendono dalla costante dielettrica e dalla resistenza elettrica della struttura. Aumentando la differenza di potenziale rispetto a un dielettrico solido o liquido aumenterà la corrente che passa l'oggetto target. Di conseguenza, questo fenomeno contribuisce alla formazione di una carica spaziale positiva vicino al catodo sullo sfondo della separazione degli elettroni. La rottura elettrica può essere considerata come il risultato della distorsione del campo carico nella struttura dell'isolatore stesso. I materiali isolanti elettrici allo stato solido sono polarizzati, quindi la loro costante dielettrica supera l'unità. Anche al momento dell'applicazione di campi elettrici variabili, la polarizzazione contribuisce alla formazione di perdite dielettriche. In questo contesto, vale la pena evidenziare materiali che hanno perdite dielettriche minime anche nei campi ad alta frequenza. Questi includono polietilene e quarzo.

Dielettrici liquidi

Gli isolanti liquidi comprendono fluidi sintetici, oli, paste, vernici e resine. Oli minerali particolarmente comuni, che sono il prodotto raffinazione del petrolio e rappresenta una combinazione di idrocarburi liquidi. Sono utilizzati in interruttori olio, piccoli trasformatori, condensatori e cavi. Isolamento elettrico popolare e liquido sotto forma di impregnazione. Viene spesso utilizzato nella preparazione di cavi e gli stessi condensatori per funzionare. Il materiale è un isolamento in carta, in cui la carta è un vettore e l'impregnazione è un mezzo protettivo attivo.

Isolamento delle maniche

Questo è un materiale di un gruppo di dispositivi di protezione meccanica che fornisce protezione fisica esterna. Fodera flessibile di solito utilizzata che protegge i conduttori di unità di potenza, trasformatori e cavi. Con lo stesso principio, il nastro isolante tradizionale funziona, il cui compito è creare una barriera fisica. Le maniche fungono anche da un livello che non interagisce con fonte attuale a livello elettrochimico. Tuttavia, tra le carenze di questo materiale c'è una rapida usura.

condensatori

L'isolamento elettrico è una condizione importante per la piena prestazione dei condensatori. In alcuni casi, il condensatore stesso funge da dielettrico nella composizione di un circuito elettrico complesso. Tali dispositivi hanno diverse applicazioni, compresa la neutralizzazione degli effetti di induzione nelle linee con corrente alternata accumulo di carica, oltre a ricevere impulsi di corrente per tutti i tipi di applicazioni. Per utilizzare un condensatore come punto isolante, è necessario avere un'idea della capacità richiesta. Nei dispositivi, viene calcolato in base alle caratteristiche del sistema o calcolando la dimensione della carica sulla piastra. Nella costruzione stessa, per fornire una funzione protettiva, è possibile utilizzare materiali isolanti elettrici sotto forma di vernici e oli. A seconda del tipo di condensatore, viene determinato anche un insieme di funzioni secondarie, ad esempio, sono considerati la combustibilità, la resistenza all'umidità, la resistenza all'usura, ecc.

Vuoto come isolante

Un mezzo gassoso a pressione estremamente bassa può creare condizioni quando il gas non può semplicemente formare una corrente notevole nell'intercapedine tra gli elettrodi. Tali condizioni sono chiamate vacuum isolante. Quando si scontrano con elettroni o ioni positivi che escono dagli elettrodi, la ionizzazione delle molecole di gas a bassa pressione si verifica molto raramente. Il cosiddetto alto vuoto sotto la condizione di una tensione costante fino a 20 kV sulla superficie del catodo può fare senza interruzione ad una intensità di campo dell'ordine di 5 MV / cm. Se stiamo parlando di un anodo, allora la tensione dovrebbe essere diverse volte più alta. Eppure, un notevole aumento della tensione contribuisce al fatto che i materiali isolanti sotto vuoto perdono il loro potenziale di protezione. La rottura in questo caso può verificarsi come risultato dello scambio di particelle cariche nel fascio catodo-anodo. Dielettrici di questo tipo sono più spesso utilizzati in elettronica. Vengono utilizzati per accelerare gli elettroni nei dispositivi convenzionali e nelle macchine a raggi X per fornire applicazioni ad alta tensione.

Composto come il principale dielettrico nella radiotecnica

Abbastanza pratico da usare e poco costoso per la protezione dielettrica. Il composto viene applicato nell'area di lavoro, dopo di che si indurisce, acquisendo pienamente le sue qualità funzionali di base. Allo stesso tempo, non si può dire che i composti siano necessariamente materiali isolanti solidi, poiché ci sono anche varietà di tipo liquido. Anche in condizioni di lavoro, non si induriscono. Ci sono anche tipi di invasatura e impregnazione di questo materiale. Una caratteristica distintiva di tutti i composti è la completa assenza di solventi nella composizione. Ciò rende possibile l'impregnazione delicata di parti ed apparecchiature elettromeccaniche complesse.

Moderni materiali di isolamento elettrico

La nuova generazione di isolatori elettrici comprende un ampio gruppo di materiali polimerici. Si tratta principalmente di prodotti cinematografici che forniscono un effetto dielettrico creando una shell appropriata. Il film è realizzato nel formato di rotoli, il cui spessore varia da 5 a 250 micron. Oltre alle proprietà di isolamento elettrico di base, tali film sono caratterizzati da flessibilità, elasticità, resistenza e resistenza allo strappo. Nastro isolante polimerico facile da usare, che ha uno spessore di 0,2-0,3 mm. Tali materiali perdono in molti dielettrici tradizionali solo in una qualità: la sicurezza ambientale. Questo non è il materiale più innocuo in termini di minaccia tossica, quindi è usato principalmente nell'industria, anche se ci sono delle eccezioni.

Aree di applicazione degli isolanti elettrici

Praticamente tutte le aree in cui è coinvolto il cablaggio, in una forma o nell'altra, sono utilizzate e mezzi dielettrici. Un esempio di base sono i cavi che ricevono diversi strati di isolamento, sia elettrici che meccanici. La realizzazione di strumenti può essere definita il secondo utilizzo più diffuso di questo isolamento. Dagli effetti delle correnti si limitano le singole parti dell'hardware e le unità tecnologiche nelle macchine elettriche. Nella costruzione anche i mezzi di isolamento dalla corrente sono richiesti. Ad esempio, i materiali di isolamento elettrico sono anche coinvolti nella posa di cavi domestici e stradali. L'uso di dielettrici consente di risparmiare materiali vicini al circuito conduttivo. In alcuni casi, tale isolamento si giustifica come mezzo per ridurre le perdite nella tensione della linea principale.

conclusione

La gamma di opzioni per l'isolamento elettrico è piuttosto ampia, il che rende possibile selezionare il materiale appositamente per esigenze specifiche. Ad esempio, nella vita di tutti i giorni, i tipi di materiali elettrici isolanti a stato solido sono comuni, così come i dielettrici sotto forma di parti. Nell'industria e nella costruzione si possono applicare gas e ambienti liquidi. La sfera comune copre quasi l'intera gamma di isolamento elettrico, poiché le condizioni di protezione possono essere molto diverse.