Электроизоляционные материалы. Виды, классы нагревостойкости, температура нагрева электроизоляционных материалов

Любое электрическое оборудование, включая генераторы, силовые установки и распределительные устройства, состоит из токоведущих частей. Для надежной и безопасной эксплуатации последние должны быть защищены друг от друга и от воздействия окружающих компонентов. В этих целях используются электроизоляционные материалы.

Важно, чтобы обмотка на якоре была отделена от его сердечника, виток возбуждения – от аналогичной детали, полюсов и каркаса агрегата. Материалы, которые применяются для изоляции чего-либо от воздействия электрического тока, называются диэлектриками. Стоит отметить, что такие изделия бывают двух типов – одни абсолютно не пропускают ток, другие – хоть и делают это, но в мизерных количествах.

При создании подобных материалов применяют органические и неорганические элементы вкупе с различными добавками, необходимыми при пропитке и склеивании. В последнее время широкую популярность набирает жидкая изоляция для проводов, часто используемая в выключателях и трансформаторах (например, трансформаторное масло). Не реже в электротехническом оборудовании применяют газообразные диэлектрики, вплоть до обычного воздуха.

Электрическая изоляция

Представляет собой слой материала, не способного проводить электричество, или, другими словами, диэлектрика. Покрытая таким материалом металлическая токопроводящая жила надежно защищена от контакта с другим проводником, а также не способна нанести повреждения человеку, производящему работы с ней.

Как изоляционные материалы выступают следующие диэлектрики: стекло, керамика, различные виды полимеров, слюда. Одной из разновидностей изоляции является воздушная. Конструкция ее примечательна тем, что жилы проводников расположены в пространстве таким образом, что между ними находится прослойка воздуха, которая ограничивает их контакт.

Исторически первые образцы изоляции выполнялись из навитой на медные провода бумаги, которая была пропитана парафином, или резины. На сегодняшний день резина используется для проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях больших температурных перепадов.

Срок службы изоляции сильно зависит от температуры рабочей среды. Достаточно превышения в несколько градусов для снижения срока эксплуатации материала изоляции примерно в два раза.

Электроизоляционные материалы и их применение

Электроизоляционные материалы широко применяются в промышленности, радио- и приборостроении, развитии электрических сетей. Нормальная работа электрического прибора или безопасность схемы электроснабжения во многом зависит от используемых диэлектриков. Некоторые параметры материала, предназначенного для электрической изоляции, определяют его качество и возможности.

Применение изоляционных материалов обусловлено правилами безопасности. Целостность изоляции является залогом безопасной работы с электрическим током. Весьма опасно использовать приборы с поврежденной изоляцией. Даже незначительный электрический ток может оказать воздействие на организм человека.

Характеристики электроизоляторов

Ко всем без исключения электроизоляторам предъявляются общие требования.

Электрическая прочность

Способы огнезащиты электрических коммуникаций

Главная задача диэлектрика – обеспечить требуемый уровень значения величины электрической прочности на пробой. Данная величина находится в прямой зависимости от того, насколько толстая фарфоровая стенка изолятора. Нарушение прочности происходит при пробое твердого диэлектрика или в результате разряда по поверхности изолятора. Прочность характеризуется напряжением промышленной частоты, которое способен выдержать изолятор при сухой и мокрой поверхности, а также импульсным напряжением при испытании. Эту величину проверяют специальным прибором – мегаомметром.

Удельное сопротивление

Изоляционный материал пропускает небольшую часть электрического тока. Эта величина является несоизмеримо малой, в сравнении с теми токами, которые протекают постоянно по жилам. Электрический ток может идти через два пути: сквозь сам изоляционный материал или по его поверхности. Удельным сопротивлением называется величина сопротивления единицы объема материала. Она равна отношению произведений величин сопротивлений тока, идущего по изолятору и сквозь него, к их же сумме.

В качестве единицы измерения данной величины взято значение сопротивления изоляционного материала, выполненного в форме куба с гранью 1 см, где направление тока совпадает с вектором направления двух наружных противоположных граней. Величина удельного сопротивления зависит от агрегатного состояния материала и других важных величин.

Диэлектрическая проницаемость

После помещения изолятора в электромагнитное поле происходит изменение направления в пространстве частиц с плюсовыми зарядами: они выстраиваются по силовым линиям электромагнитного поля. Электронные оболочки меняют свою ориентацию в противоположную сторону. Молекулы поляризуются. При поляризации диэлектриков происходит образование собственного поля у молекул, которое действует в сторону, противоположную направлению общего поля. Эта способность определяется диэлектрической проницаемостью.

Важно! Диэлектрическая проницаемость характеризует степень поляризации диэлектрика. Она оказывает влияние на емкость таких элементов, как конденсаторы. При их изготовлении следует применять изоляцию с большой величиной диэлектрической проницаемости. Измерение величины производят в фарадах на метр погонный (Ф/м). Единица измерения получила свое название в честь великого английского ученого Майкла Фарадея, внесшего весомый вклад в науку в области электромагнетизма.

Угол диэлектрических потерь

Диэлектрические потери – энергия электрического поля, рассеивающаяся в изоляционном материале за определенную единицу времени. Энергия никуда не исчезает, а переходит из одного состояния в другое (тепло). Чем выше величина потерь, тем больше риск теплового разрушения диэлектрика. Эта характеристика электроизолирующего материала измеряется тангенсом угла диэлектрических потерь. Зависимость тангенса угла от значения диэлектрических потерь линейная.

Какие задачи решает теплоизоляционный материал

Теплоизоляция является одним из приоритетных направлений при строительстве, поскольку ее применение позволяет многократно повысить эксплуатационные характеристики зданий. Постройка с достаточным количеством утеплителя гораздо меньше промерзает зимой, что снижает затраты на его отопление. Также она менее склонна к перегреву летом, сохраняя внутри комфортную температуру, что экономит ресурс кондиционерного оборудования.

Наличие теплоизоляции дает возможность избежать резких скачков температуры в помещении. Это очень важно, если внутри помещений применяется чувствительный к этому параметру отделочный материал, к примеру, древесина или отдельные виды пластика, в том числе и ПВХ используемый для производства натяжных потолков. Отсутствие существенных колебаний температуры дает возможность убрать благоприятные условия для образования конденсата. Именно применение теплоизоляции исключает появление сырости и развития плесени. Конечно при условии, что влага не образовывается внутри помещения слишком интенсивно от других факторов или накапливается в результате отсутствия гидроизоляции между фундаментом и фасадными стенами.

Сырость на стенах приводит к отслаиванию отделочных материалов. Как следствие наблюдается срывание обоев, а также тяжелой керамической плитки. Переизбыток влаги от отсутствия достаточной теплоизоляции также приводит к расширению изделий из дерева. Как следствие наблюдается коробление напольного покрытия, деформация дверей, от чего они неплотно входят в дверную коробку, и так далее.

Стоит также отметить, что теплоизоляционные материалы помимо своего прямого предназначения обладают звукоизоляционными свойствами. Конечно, их эффективность не столь высока как у специализированных для этой цели покрытий, но вполне достаточная, чтобы уменьшить передачу громких звуков.

Применяемые теплоизоляционные материалы

Существует довольно широкий ассортимент предлагаемых на рынке материалов, которые могут применяться в качестве удачного утеплителя. Среди них оптимальный баланс между стоимостью и эффективностью имеют:

• Минеральная вата.
• Пенопласт.
• Пенополистирол.
• Пеноплекс.
• Вспененный пенополиэтилен.
• Пенополиуретан.

Сферы применения электроизоляторов

Высоковольтные провода — устройство и применение

Чтобы выяснить, где применяются электроизоляторы, достаточно просто вспомнить, где распространена электропроводка. Это могут быть как бытовые системы электроснабжения и электроосвещения, так и промышленные. В электрических силовых кабелях, прокладываемых снаружи и под землей, содержится несколько слоев такой изоляции. В приборостроении отдельные элементы конструкции приборов также приходится изолировать от напряжения. Это могут быть как небольшие элементы разных плат, так и целые узлы. Такая изоляция позволяет сохранить эксплуатационные характеристики материалов, расположенных вблизи токоведущих жил.

Жидкие диэлектрики

Каким огнетушителем нельзя тушить электропроводку под напряжением

К такому виду диэлектриков относят различные виды масел, лаков, паст и смол. Большое распространение получили продукты переработки нефти – минеральные масла. Такие изоляторы используются в трансформаторных подстанциях небольшой мощности, масляных выключателях, кабелях и конденсаторах. Жидкая изоляция для проводов применяется при подготовке к работе кабелей и конденсаторов.

Заметка. В качестве альтернативы жидкой изоляции можно применить спрей для проводов. Дистиллированная вода также является диэлектриком.

Технические характеристики жидких диэлектриков напрямую зависят от их чистоты. Чем больше загрязнены масло, вода и другие подобные диэлектрические жидкости, тем более худшими характеристиками они обладают. Очистка таких жидкостей производится при помощи дистилляции или ионообменной сорбции.

Асбестовые материалы

Асбест — природный минерал, который имеет волокнистое строение. Качественным показателем асбеста является его высокая нагревостойкость (300 – 400°С) и низкая теплопроводность. Из асбеста изготавливают материалы в виде листов разной толщины в виде веревок разного диаметра и асбестовых тканей. У асбеста плохие электроизоляционные свойства (диэлектрическая прочность 0,6 – 1,2 кВ/мм). Чаще всего асбест применяют в качестве теплоизолятора. В качестве электроизолятора используется только в низковольтных установках.

Твердые диэлектрики

Это самая распространённая и популярная группа электроизолирующих материалов. К таким изоляторам относят:

• Стекла из неорганических веществ.
• Установочная и конденсаторная керамика.
• Мусковит, флогопит.
• Асбест.
• Пленки из неорганических материалов.

Кроме этого, твердые изоляторы делятся на полярные, неполярные и сегнетоэлектрические. Критерием разделения выступает степень поляризации. К основным свойствам твердых изоляторов также можно отнести их химическую стойкость, трекингостойкость и дендритостойкость. Первое качество характеризует способность материала противостоять агрессивным химическим средам, типа кислот и щелочей. Трекингостойкость – это способность противостоять воздействию электрической дуги. Дендритостойкость характеризует устойчивость к появлению дендритов. Дендрит – продукт осадка частиц в электролите, получаемый при воздействии электрического тока высоких плотностей.

Помимо всего этого, провода также защищают от электромагнитных помех. В качестве такой защиты используют фольгу, спиральную обмотку, оплетку жил.

Звукоизоляция

Звукоизоляционные и шумоизоляционные защищают помещение от шума, проникающего в жилое здание извне. Они являются необходимыми как при строительстве частного дома, так и при самостоятельном капитальном ремонте квартиры. Современные пленки делятся на:

1. Акустические;
2. Звуко-прокладочные.

Ключевым отличием между ними является их назначение. Акустические помогают улучшить слышимость внутри конкретного помещения, а прокладочные устраняют проблему шума улицы от авто и т. д. Такие свойства обеспечиваются определенной фактурой и конструкцией плит. Они могут быть представлены в виде минеральной ваты или пенопласта, где, с одной стороны, мягкая структура, а с другой – жесткий отражающий лист (например, алюминиевый или асбестоцементный). Сейчас также производятся полимерные пленки, которые имеют мембранную структуру. Они известны комбинированными свойствами за счет мягкого внутреннего слоя и пористого наружного, которые поглощают звук из помещения и отражают частоты с улицы.

Газообразные диэлектрики

Данные виды изоляции можно разделить на две большие группы: материалы естественного происхождения и искусственные. Вдыхаемый человеком обыкновенный воздух является естественным изоляционным материалом, к искусственным относят различные газы. Воздух не подходит для использования в герметично закрытых корпусах оборудования из-за большого процента содержания кислорода в нем. Актуальным для таких установок будет электротехнический газ. Газообразные электроизоляционные материалы имеют значение диэлектрической проницаемости, равное 1. Преимуществами этой группы диэлектриков являются небольшая величина диэлектрических потерь и степень пробоя.

Виды и назначение

Изоляционные защитные материалы используются для защиты жилого и производственного помещения от негативного воздействия окружающей среды. Их применение зависит от типа покрытий. Существуют следующие виды изоляции:

1. Тепло-, ветро, звукоизоляция;
2. Гидро- и пароизоляция;
3. Электроизоляционные и виброизоляционные материалы.

Помимо такой классификации также существует разделение покрытий в зависимости от их формы. Бывают жидкие, плотные и порошковые варианты. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Неорганические диэлектрики

К такому типу изоляции относятся преимущественно вещества, химическая формула которых не содержит органических элементов. К наиболее распространенным электроизоляционным материалам подобного рода относится следующий ряд: стекло и его разновидности, слюда, керамические материалы, такие, как стеатит, радиофарфор, термоконд. Производные стекла используются для изготовления различных стеклянных трубок, баллонов. Фарфоровая изоляция часто используется для создания конденсаторов, резисторов.

Керамические изоляционные материалы

Фарфор

Фарфор или, так называемая, электротехническая керамика. Обладает такими свойствами, как нагревостойкость ( 150—170°С), диэлектрическая прочность (20—28 кВ/мм), высокая механическая прочность, устойчивость к проникновению воды ( воду не поглощает), устойчив к агрессивным средам, радиационным излучениям. Электротехническая керамика используется в таких отраслях, как электрика, электроника, автоматика и телемеханика, вычислительная техника. Из электротехнического фарфора делают различные изоляторы, изоляционные тяги.

Стеатит

Стеатит это керамический материал. Обладает высокой диэлектрической прочностью (30—50 кВ/мм). Благодаря хорошим диэлектрическим свойствам стеатит применяется для изготовления особо ответственных изоляторов и изоляционных узлов.

Классификация по нагревостойкости

Ниже в статье приведены данные по классам нагревостойкости диэлектриков, взятые из ГОСТ 8865-93 «Системы электрической изоляции», п.2 2.1, таблица №1:

• Y – материалы из не погруженных в жидкий диэлектрик бумаги, картона, целлюлозы, шелка, различных волокнистых материалов. Температура, которую способна выдержать изоляция, – 90°С.
• A – относятся материалы предыдущего класса, а также из искусственного шелка, которые пропитаны масляными и другими лаками. Температура, которую способна выдержать изоляция, – 105°С.
• E – это синтетические и органические пленки, смолы, компаунды. Температура, которую способна выдержать изоляция, – 120°С.
• B – основу изолятора составляют слюда, асбест, стекловолокно, которые были изготовлены с применением органических связующих материалов обычной нагревостойкости. Температура, которую способен выдержать такой материал, – 130°С.
• F – основу изолятора составляют слюда, асбест, стекловолокно, которые пропитаны смолами и лаками соответствующей нагревостойкости. Изолятор выдерживает нагрев до 155°С.
• H – основу изолятора составляют слюда, асбест, стекловолокно, которые применяются с кремнийорганическими связующими и пропитками. Ткань характеризуется высокой температурной устойчивостью – до 180°С.
• C – основу изолятора составляют слюда, асбест, стекловолокно, которые используются безо всяких связующих веществ органического происхождения. Самые устойчивые к температурному воздействию среди изоляционных материалов – до 180°С.

Теплоизоляция: некоторые особенности

С помощью этого термина обозначаются строительные материалы, в функцию которых входит уменьшение возможности передачи тепла. Помимо этого, это название может говорить и о специальных конструкциях, созданных в этих же целях, либо о сочетании целого ряда мероприятий, направленных на устройство теплоизолирующего слоя.

Теплоизоляция, как уже было сказано выше, имеет несколько видов, которые классифицируются в различные группы по способу функционирования. Это:

• теплоизоляция отражающего характера – она может уменьшить процент потери тепла с помощью инфракрасного излучения;
• другой вид теплоизоляции предусматривает прекращение потерь тепла в силу теплопроводности используемого материала.

Что касается непосредственно материалов, предназначенных для устройства теплоизоляции, то они могут быть условно разделены на три основных вида:

1. Органического происхождения. К ним относятся продукты переработки дерева, отходы сельскохозяйственного производства и торфа. Их основными качествами являются небольшая степень устойчивости к воздействию влаги, огня и биологическим процессам.
2. Неорганического характера. К этому списку можно отнести такие материалы, как минвата и другая продукция из нее. Кроме того, к этой группе имеют прямое отношение бетоны различного вида (такие как пенобетон или газобетон), стекловолокно и другие.
3. И третий вид представляет группа, имеющая смешанный характер. Например, материалы, изготовленные с использованием асбеста, вспученных горных пород и других вяжущих веществ минерального происхождения.

Электроизоляционные лакированные ткани

Этот вид диэлектрика характеризуется тем, что изготавливается на основе ткани, пропитанной лаком. Нанесение изолятора на ткань происходит при помощи кисточки. Такой лак образует пленку, обладающую требуемыми диэлектрическими свойствами.

Ткань, применяемая в такой изоляции, преимущественно хлопчатобумажная. Также встречаются материалы на шелковой, капроновой и стеклянной основе. Стекловолокнистая ткань характеризуется повышенной устойчивостью к высоким температурам. Основной сферой применения таких тканей будут являться электрические машины и аппараты, где важна гибкость изоляционного материала.

Заметка. Наиболее часто использующимся электриками изолятором подобного вида является обычная ПВХ лента или, по-простому, изолента.

В этой статье были кратко рассмотрены типы изоляции, свойства и условия применения данного материала. Статья будет полезна как опытным электротехникам, так и впервые пробующим свои силы домашним мастерам. Она поможет подобрать требуемую изоляцию проводников и кабелей, согласно конкретным условиям рабочего процесса.

Слоистые изоляционные материалы

К слоистым изоляционным материалам относятся текстолит, стеклотекстолит, и гетинакс.

Текстолит

Текстолит представляет собой слоистый изоляционный материал. Изготовлен методом прессованния при 150°С многослойной х/б ткани, пропитанную резольной смолой. По сравнению с другим изоляционным материалом, гетинаксом имеет более высокую механическую прочность, но худшие некоторые характеристики, такие, как влагостойкость и цена. Выпускается в форме цилиндров, стержней, трубок и листов. Имеет две основные марки: А — которая обладает высокой электрической прочностью, и Б — с лучшими механическими свойствами и хорошей влагостойкостью. Текстолит хорошо механически обрабатывается. Из него изготавливаются каркасы катушек, диэлектрические щиты, платы, штанги, прокладки. Благодаря хорошим износостойким свойствам из него делают шестеренки, вкладыши для подшипников.

Стеклотекстолит

Стеклотекстолит изготовляют та же, как и текстолит, только из стеклоткани, пропитанной теплостойкой смолой. Характеристики стеклотекстолита выше, чем у текстолита и гетинакса. Стеклотекстолит имеет высокую электрическую прочность (20 кВ/мм), большую механическую прочность, нагревостойкость (от 180 до 225° С) и влагостойкостью. Но имеет себестоимость выше текстолита.

Гетинакс

Гетинакс изготовляют из прессованной бумаги, пропитанной бакелитовой смолой. Современная промышленность выпускает в виде листов толщиной от 0,4 до 50 мм. Так же гетинакс выпускается в виде стержней различного диаметра. Гетинакс маркируется А, Б, В, Вс. Диэлектрическая прочность гетинакса составляет 20 – 25 кВ/мм и может работать как на воздухе, так и в масле. Гетинакс превосходно обрабатывается как ручным инструментом, так и станками. Из гетинакса могут изготовляться диэлектрические щиты, штанги, прокладки, платы, каркасы катушек и трансформаторов. К недостаткам можно отнести низкую нагревостойкость. При нагреве поверхность гетинакса обугливается и начинает проводить электрический ток.