Izolační materiály v elektrických zařízeních
Lisovací papír / lepenka pro elektrické účely
Důvod použití izolační materiály je oddělit elektricky vodivé částizařízení od sebe a od uzemněných součástí. Uzemněné komponenty mohou zahrnovat mechanické pouzdro nebo konstrukci, která je nezbytná pro umožnění manipulace a provozu zařízení. Zatímco „aktivní“ části zařízení hrají užitečnou roli v jeho provozu, izolace je v mnoha ohledech nutným zlem.
Například v elektrický motor mědi vinutí a ocelového jádraTvorba magnetického obvodu jsou aktivními prvky a obě přispívají k výkonu motoru; Izolace, která udržuje tyto dvě složky odděleně, nic neznamená, ve skutečnosti zabírá cenné místo a projektant jej může považovat za ne o nic víc než za obtěžování.
Z těchto důvodů mají izolační materiálystát se designovým zaměřením v mnoha typech elektrických zařízení, s mnoha společnostmi, které v této oblasti zaměstnávají specialisty a provádějí sofistikované zkoušky životnosti izolačních systémů. Taková je důležitost, kterou tato oblast přikládá tomu, že se pravidelně konají významné mezinárodní konference na toto téma, např. IEEE v USA, IEE a Asociace elektrických izolací (EIA) ve Velké Británii a Evropská asociace pro elektrickou izolaci (EEIM) v Evropě. , z nichž všechny zveřejňují předložené příspěvky. Konference se konají také v Kanadě, Indii a Jižní Africe.
Nejjednodušší způsob, jak definovat izolační materiál, je uvést, co to není. Není to dobrý vodič elektřiny a má vysokou hodnotu elektrický odpor na rozdíl od vodičů klesá s rostoucí teplotou.
Nejdůležitější vlastnosti izolačních materiálů jsou následující:
- Objemový odpor, který je také známý jako specifický odpor.
- Relativní permitivita (nebo dielektrická konstanta),který je definován jako poměr hustoty elektrického toku vytvořené v materiálu k hustotě vyrobené ve vakuu o stejné síle elektrického pole. Relativní permitivita může být vyjádřena jako poměr kapacity kondenzátoru vyrobeného z tohoto materiálu k poměru stejného kondenzátoru s použitím vakua jako jeho dielektrika.
- Dielektrické ztráty (nebo elektrické ztrátyfaktor), který je definován jako poměr ztráty výkonu v dielektrickém materiálu k celkovému výkonu přenášenému skrze něj. Je dána tečnou úhlů úbytku a je běžně známá jako tangens delta.
Objemový odpor, relativní permitivita a hodnoty tangens delta pro rozsah izolačních materiálů jsou uvedeny v tabulce 1.
Reprezentativní vlastnosti typických izolačních materiálů
| stůl 1 | Objemový odpor (Ωm) | Relativní permitivita | Tan delta (při 50 Hz) |
| Vakuum | Nekonečno | 1.0 | 0 |
| Vzduch | Nekonečno | 1.0006 | 0 |
| Minerální izolační olej | 1011–1013 | 2,0 - 2,5 | 0.0002 |
| Pressboard | 108 | 3.1 | 0.013 |
| Suchý papír | 1010 | 1,9 - 2,9 | 0.005 |
| Olejovaný papír | - | 2.8 - 4.0 | 0.005 |
| Porcelán | 1010–1012 | 5,0 - 7,0 | - |
| E-sklo | 1016 | 6.1 - 6.7 | 0,002 - 0,005 |
| Polyesterová pryskyřice | 1014–1016 | 2,8 - 4,1 | 0,008 - 0,041 |
| Epoxidová pryskyřice | 1012–1015 | 3,5 - 4,5 | 0.01 |
| Slída | 1011–1015 | 4,5 - 7,0 | 0.0003 |
| Papír | 1013–1017 | 5,0 - 8,7 | 0.0003 |
| PETP film | 1018 | 3.3 | 0.0025 |
| Aramidový papír | 1016 | 2,5 - 3,5 | 0,005 - 0,020 |
| Epoxidový laminát | - | 4.5 - 4.7 | 0.008 |
| Laminát ze silikonového skla | - | 4,5 - 6,0 | 0.003 |
| Polystyren | 1015 | 2.6 | 0.0002 |
| Polyethylen | 1015 | 2.3 | 0.0001 |
| Methylmetakrylát | 1013 | 2.8 | 0.06 |
| Polyvinyl chlorid | 1011 | 5,0 - 7,0 | 0.1 |
| Tavený křemen | 1016 | 3.9 | - |
Nejdůležitější charakteristikaizolační materiál je jeho schopnost stát se elektrickým napětím, aniž by se rozpadla. Tato schopnost je někdy známa jako její dielektrická pevnost a obvykle se uvádí v kilovoltech na milimetr (kV / mm).
Dalším významným aspektem všech izolačníchmateriály, které dominují způsobu, jakým jsou kategorizovány, jsou maximální teplota, při které budou uspokojivě fungovat. Obecně řečeno, izolační materiály se časem rychleji zhoršují při vyšších teplotách a zhoršení může dosáhnout bodu, kdy izolace přestane plnit požadovanou funkci. Tato charakteristika je známa jako stárnutí a pro každý materiál bylo obvyklé přidělit maximální teplotu, po jejímž překročení je nerozumné pracovat, má-li být dosaženo přiměřené životnosti. Hlavní stupně nebo třídy izolace, jak jsou definovány v IEC 60085: 1984 a v britském ekvivalentu BS 2757: 1986 (1994), jsou uvedeny v tabulce 2.
Tam, kde se pro popis položky používá tepelná třídaelektrických zařízení, obvykle představuje maximální teplotu zjištěnou v tomto výrobku při jmenovitém zatížení a dalších podmínkách. Ne všechny izolace se však nutně nacházejí v místě maximální teploty a izolace s nižší tepelnou klasifikací může být použita v jiných částech zařízení.
Tabulka 2 - Tepelné třídy izolace
| Tepelná třída | Provozní teplota (° C) |
| Y | 90 |
| A | 105 |
| E | 120 |
| B | 130 |
| F | 155 |
| H | 180 |
| 200 | 200 |
| 220 | 220 |
| 250 | 250 |
Stárnutí izolace závisí nejen nafyzikální a chemické vlastnosti materiálu a tepelné namáhání, kterému je vystaven, ale také přítomnost a stupeň vlivu mechanického, elektrického a environmentálního namáhání. Zpracování materiálu během výroby a způsob jeho použití v kompletním zařízení může rovněž významně ovlivnit proces stárnutí.
Definice užitečné životnosti bude takéliší se podle typu a použití zařízení; například provozní doba domácího spotřebiče a generátoru elektrárny se bude v průběhu 25 let velmi lišit. Všechny tyto faktory by proto měly ovlivnit volbu izolačního materiálu pro konkrétní aplikaci. Existuje tedy obecný posun ve vývoji norem a metod zkoušení izolačních materiálů směrem k zvažování kombinací materiálů nebo izolačních systémů, spíše než zaměření na jednotlivé materiály. Není neobvyklé uvažovat o životním testování, ve kterém se zavádí více než jedna forma stresu; toto je znáno jak multifunkční nebo multifactor testování.
Primární izolace je často považována za izolacihlavní izolace, jako v PVC nátěru na živém vodiči nebo vodiči. Sekundární izolace označuje druhou „linii obrany“, která zajišťuje, že i když je primární izolace poškozena, vystavený živý komponent nezpůsobí, že se vnější kovový plášť stane živým. Pouzdro se často používá jako sekundární izolace.
Izolační materiály mohou být rozděleny do základních skupin, kterými jsou pevné dielektrika, kapalné dielektrika, plyn a vakuum. Každá z nich je popsána samostatně v následujících kapitolách.