المواد العازلة في المعدات الكهربائية
الصحافة ورقة / pressboard للأغراض الكهربائية
سبب الاستخدام المواد العازلة هو فصل كهربائيا الأجزاء الموصلةالمعدات من بعضها البعض ومن المكونات الأرضية. قد تشتمل المكونات المؤرضة على غلاف أو هيكل ميكانيكي ضروري لتمكين الجهاز من العمل وتشغيله. في حين أن الأجزاء "النشطة" من الجهاز تلعب دورًا مفيدًا في تشغيلها ، فإن العزل يعد في كثير من الأحيان شرًا ضروريًا.
على سبيل المثال في محرك كهربائي النحاس من لف والصلب الأساسيةتشكل الدائرة المغناطيسية هي المكونات النشطة وكلاهما يسهم في انتاج الطاقة للمحرك. لا يساهم العزل الذي يبقي هذين المكونين منفصلين في أي شيء ، بل إنه في الواقع يشغل مساحة قيمة وقد يعتبره المصمم أكثر من مجرد مصدر إزعاج.
لهذه الأسباب ، والمواد العازلة لهاأصبح التركيز على التصميم في العديد من أنواع المعدات الكهربائية ، مع العديد من الشركات التي توظف متخصصين في هذا المجال وإجراء اختبارات حياة متطورة لأنظمة العزل. هذه هي الأهمية التي يوليها هذا المجال لعقد المؤتمرات الدولية الكبرى حول هذا الموضوع بشكل منتظم ، على سبيل المثال من قبل IEEE في الولايات المتحدة الأمريكية ، و IEE ورابطة العزل الكهربائي (EIA) في المملكة المتحدة والرابطة الأوروبية للعزل الكهربائي (EEIM) في أوروبا ، وكلها تنشر الأوراق المقدمة. تُعقد المؤتمرات أيضًا في كندا والهند وجنوب إفريقيا.
إن أبسط طريقة لتحديد المواد العازلة هي ذكر ما هو غير ذلك. انها ليست موصل جيد للكهرباء ولها عالية المقاومة الكهربائية الذي ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة ، على عكس الموصلات.
فيما يلي أهم خصائص المواد العازلة:
- المقاومة للحجم ، والتي تعرف أيضًا باسم المقاومة المحددة.
- السماحية النسبية (أو ثابت العزل الكهربائي) ،والذي يعرف بأنه نسبة كثافة التدفق الكهربائي المنتجة في المادة إلى تلك الناتجة في الفراغ بنفس شدة المجال الكهربائي. يمكن التعبير عن السماحية النسبية كنسبة من السعة لمكثف مصنوع من تلك المادة إلى نفس السعة من نفس المكثف باستخدام فراغ كعازل لها.
- فقدان عازل (أو تبديد كهربائي)عامل) ، والذي يعرف بأنه نسبة فقدان الطاقة في مادة عازلة إلى إجمالي الطاقة المرسلة من خلالها. يتم تقديمه بواسطة ظل زاوية الخسارة ويعرف باسم دلتا تان.
ترد في الجدول 1 مقاومات الحجم والسماحية النسبية وقيم دلتا تان لمجموعة من المواد العازلة.
الخصائص التمثيلية للمواد العازلة النموذجية
| الجدول 1 | المقاومة للحجم (ميكرون) | السماحية النسبية | تان دلتا (بسرعة 50 هرتز) |
| مكنسة كهرباء | ما لا نهاية | 1.0 | 0 |
| هواء | ما لا نهاية | 1.0006 | 0 |
| الزيوت المعدنية العازلة | 1011-1013 | 2.0 - 2.5 | 0.0002 |
| Pressboard | 108 | 3.1 | 0.013 |
| ورقة جافة | 1010 | 1.9 - 2.9 | 0.005 |
| ورقة مزيت | - | 2.8 - 4.0 | 0.005 |
| الخزف | 1010-1012 | 5.0 - 7.0 | - |
| من الزجاج E | 1016 | 6.1 - 6.7 | 0.002 - 0.005 |
| راتنجات البوليستر | 1014-1016 | 2.8 - 4.1 | 0.008 - 0.041 |
| راتنجات الايبوكسي | 1012-1015 | 3.5 - 4.5 | 0.01 |
| ميكا | 1011-1015 | 4.5 - 7.0 | 0.0003 |
| Micapaper | 1013-1017 | 5.0 - 8.7 | 0.0003 |
| فيلم PETP | 1018 | 3.3 | 0.0025 |
| ورقة اراميد | 1016 | 2.5 - 3.5 | 0.005 - 0.020 |
| راتنجات الايبوكسي الزجاجية | - | 4.5 - 4.7 | 0.008 |
| صفح زجاج السيليكون | - | 4.5 - 6.0 | 0.003 |
| البوليسترين | 1015 | 2.6 | 0.0002 |
| بولي ايثيلين | 1015 | 2.3 | 0.0001 |
| ميثيل الميثاكريليت | 1013 | 2.8 | 0.06 |
| البولي فينيل كلورايد | 1011 | 5.0 - 7.0 | 0.1 |
| الكوارتز تنصهر | 1016 | 3.9 | - |
أهم سمة من سماتالمواد العازلة هي قدرتها على الوقوف مع الضغط الكهربائي دون الانهيار. تُعرف هذه القدرة أحيانًا بقوتها العازلة ، ويتم نقلها عادة بالكيلوفولت لكل ملليمتر (kV / mm)
جانب هام آخر لجميع المواد العازلةالمواد التي تهيمن على الطريقة التي يتم تصنيفها بها هي الحد الأقصى لدرجة الحرارة التي سوف تؤدي بها بشكل مرض. بشكل عام ، تتدهور المواد العازلة بمرور الوقت بسرعة أكبر عند درجات حرارة أعلى ويمكن أن يصل التدهور إلى نقطة يتوقف فيها العزل عن أداء وظيفته المطلوبة. تُعرف هذه الخاصية بالشيخوخة ، ولكل مادة كان من المعتاد تعيين درجة حرارة قصوى لا يمكن بعدها العمل إذا أريد تحقيق حياة معقولة. يتم سرد درجات أو فئات العزل الرئيسية على النحو المحدد في IEC 60085: 1984 وما يعادلها في المملكة المتحدة BS 2757: 1986 (1994) في الجدول 2.
حيث يتم استخدام فئة الحرارية لوصف عنصرمن المعدات الكهربائية ، فإنه يمثل عادة الحد الأقصى لدرجة الحرارة الموجودة داخل هذا المنتج تحت الحمل تصنيف وغيرها من الظروف. ومع ذلك ، ليس كل العزل يقع بالضرورة عند درجة الحرارة القصوى ، ويمكن استخدام العزل ذو التصنيف الحراري الأدنى في أجزاء أخرى من الجهاز.
الجدول 2 - الطبقات الحرارية للعزل
| الطبقة الحرارية | درجة حرارة التشغيل (درجة مئوية) |
| Y | 90 |
| ا | 105 |
| E | 120 |
| ب | 130 |
| F | 155 |
| H | 180 |
| 200 | 200 |
| 220 | 220 |
| 250 | 250 |
شيخوخة العزل لا يعتمد فقط علىالخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة والإجهاد الحراري الذي تتعرض له ، ولكن أيضًا على وجود ودرجة تأثير الضغوط الميكانيكية والكهربائية والبيئية. قد تؤثر عملية إيقاف المواد أثناء التصنيع والطريقة التي يتم استخدامها بها في المعدات المتوافقة بشكل كبير على عملية التقادم.
تعريف عمر مفيد سوف أيضاتختلف وفقا لنوع واستخدام المعدات ؛ على سبيل المثال ، ستكون ساعات تشغيل الجهاز المحلي ومولد محطة الطاقة مختلفة تمامًا على مدار 25 عامًا. لذلك يجب أن تؤثر كل هذه العوامل على اختيار المواد العازلة لتطبيق معين. لذلك ، هناك حركة عامة في تطوير معايير وطرق اختبار المواد العازلة نحو النظر في توليفة من الريال أو أنظمة العزل ، بدلاً من التركيز على المواد الفردية. ليس من غير المألوف النظر في اختبار الحياة حيث يتم تقديم أكثر من شكل واحد من الإجهاد ؛ هذا هو المعروف باسم اختبار متعدد الوظائف أو متعدد العوامل.
وغالبا ما يؤخذ العزل الأولي ليعنيالعزل الرئيسي ، كما هو الحال في طلاء بولي كلوريد الفينيل على موصل حي أو الأسلاك. يشير العزل الثانوي إلى "خط الدفاع" الثاني الذي يضمن أنه حتى في حالة تلف العزل الأولي ، لا يتسبب المكون الحي المكشوف في ظهور غلاف معدني خارجي. كثيرا ما يستخدم التغطيه كعزل ثانوي.
يمكن تقسيم المواد العازلة إلى مجموعات أساسية وهي عازلة صلبة وعازلة سائلة وغاز وفراغ يتم تغطية كل على حدة في الأقسام التالية.