Isoliermaterial in elektrischen Geräten
Presspapier / Pressboard für elektrische Zwecke
Der Grund für die Verwendung Dämmstoffe ist die elektrische Trennung der leitenden Teilevon Geräten voneinander und von geerdeten Komponenten. Geerdete Komponenten können das mechanische Gehäuse oder die Struktur enthalten, die erforderlich ist, damit die Ausrüstung gehandhabt und betrieben werden kann. Während die „aktiven“ Teile der Ausrüstung eine nützliche Rolle spielen, ist die Isolierung in vielerlei Hinsicht ein notwendiges Übel.
Zum Beispiel in einer Elektromotor das Kupfer der Wicklung und der StahlkernDen Magnetkreis bilden die aktiven Komponenten und beide tragen zur Leistungsabgabe des Motors bei. die isolierung, die diese beiden komponenten voneinander entfernt hält, trägt nichts dazu bei, sie beansprucht wertvollen platz und kann vom designer als nicht viel mehr als lästig empfunden werden.
Aus diesen Gründen haben Isoliermaterialien zBei vielen Arten von elektrischen Geräten werden sie zu einem Design-Fokus. Viele Unternehmen beschäftigen Spezialisten auf diesem Gebiet und führen anspruchsvolle Lebensdauertests von Isoliersystemen durch. Die Bedeutung, die diesem Bereich beigemessen wird, ist so wichtig, dass wichtige internationale Konferenzen zu diesem Thema regelmäßig abgehalten werden, beispielsweise von der IEEE in den USA, der IEE und der Electrical Insulation Association (EIA) in Großbritannien und der European Electrical Insulation Association (EEIM) in Europa alle veröffentlichen die präsentierten Papiere. Konferenzen finden auch in Kanada, Indien und Südafrika statt.
Der einfachste Weg, ein Isoliermaterial zu definieren, besteht darin, anzugeben, was es nicht ist. Es ist kein guter Stromleiter und hat einen hohen Strom elektrischer Wiederstand das nimmt mit steigender Temperatur im Gegensatz zu Leitern ab.
Nachfolgend sind die wichtigsten Eigenschaften von Dämmstoffen aufgeführt:
- Volumenwiderstand, der auch als spezifischer Widerstand bezeichnet wird.
- Relative Permittivität (oder Dielektrizitätskonstante),definiert als das Verhältnis der im Material erzeugten elektrischen Flussdichte zu der im Vakuum erzeugten bei gleicher elektrischer Feldstärke. Die relative Permittivität kann als Verhältnis der Kapazität eines aus diesem Material hergestellten Kondensators zu der Kapazität desselben Kondensators ausgedrückt werden, wobei ein Vakuum als Dielektrikum verwendet wird.
- Dielektrischer Verlust (oder elektrische Verlustleistung)Faktor), definiert als das Verhältnis der Verlustleistung in einem dielektrischen Material zur gesamten durchgelassenen Leistung. Sie ist durch den Tangens des Verlustwinkels gegeben und wird allgemein als Tan Delta bezeichnet.
Die Werte für den Volumenwiderstand, die relative Permittivität und das Tan-Delta für einen Bereich von Isoliermaterialien sind in Tabelle 1 gezeigt.
Repräsentative Eigenschaften typischer Dämmstoffe
| Tabelle 1 | Volumenwiderstand (Ωm) | Relative Permittivität | Tan Delta (bei 50 Hz) |
| Vakuum | Unendlichkeit | 1.0 | 0 |
| Luft | Unendlichkeit | 1.0006 | 0 |
| Mineralisches Isolieröl | 1011–1013 | 2,0 - 2,5 | 0.0002 |
| Pressboard | 108 | 3.1 | 0.013 |
| Trockenes Papier | 1010 | 1,9 - 2,9 | 0.005 |
| Geöltes Papier | - | 2,8 - 4,0 | 0.005 |
| Porzellan | 1010–1012 | 5,0 - 7,0 | - |
| E-Glas | 1016 | 6.1 - 6.7 | 0,002 - 0,005 |
| Polyester Harz | 1014–1016 | 2.8 - 4.1 | 0,008 - 0,041 |
| Epoxidharz | 1012–1015 | 3,5 - 4,5 | 0.01 |
| Glimmer | 1011–1015 | 4,5 - 7,0 | 0.0003 |
| Micapaper | 1013–1017 | 5,0 - 8,7 | 0.0003 |
| PETP-Folie | 1018 | 3.3 | 0.0025 |
| Aramidpapier | 1016 | 2,5 - 3,5 | 0,005 - 0,020 |
| Epoxidglaslaminat | - | 4,5 - 4,7 | 0.008 |
| Silikonglaslaminat | - | 4,5 - 6,0 | 0.003 |
| Polystyrol | 1015 | 2.6 | 0.0002 |
| Polyethylen | 1015 | 2.3 | 0.0001 |
| Methylmethacrylat | 1013 | 2.8 | 0.06 |
| Polyvinylchlorid | 1011 | 5,0 - 7,0 | 0.1 |
| Geschmolzener Quarz | 1016 | 3.9 | - |
Das wichtigste Merkmal einesIsoliermaterial ist die Fähigkeit, elektrische Beanspruchungen zu überstehen, ohne zusammenzubrechen. Diese Fähigkeit wird manchmal als ihre Durchschlagfestigkeit bezeichnet und wird normalerweise in Kilovolt pro Millimeter (kV / mm) angegeben.
Ein weiterer wichtiger Aspekt aller DämmstoffeMaterialien, die bei ihrer Kategorisierung dominieren, sind die maximalen Temperaturen, bei denen sie zufriedenstellend arbeiten. Im Allgemeinen nehmen die Isoliermaterialien bei höheren Temperaturen mit der Zeit schneller ab, und die Verschlechterung kann einen Punkt erreichen, an dem die Isolierung ihre erforderliche Funktion nicht mehr erfüllt. Diese Eigenschaft wird als Alterung bezeichnet. Für jedes Material war es üblich, eine Maximaltemperatur zuzuordnen, bei deren Überschreitung es unklug ist zu arbeiten, wenn eine angemessene Lebensdauer erreicht werden soll. Die wichtigsten Einstufungen oder Isolationsklassen gemäß der Definition in IEC 60085: 1984 und ihrem UK-Äquivalent BS 2757: 1986 (1994) sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Wo eine Wärmeklasse verwendet wird, um einen Artikel zu beschreibenBei elektrischen Geräten entspricht dies normalerweise der Höchsttemperatur, die innerhalb dieses Produkts unter Nennlast und anderen Bedingungen festgestellt wird. Die Isolierung befindet sich jedoch nicht notwendigerweise am Punkt der maximalen Temperatur. In anderen Geräteteilen kann eine Isolierung mit einer niedrigeren Wärmeklassifizierung verwendet werden.
Tabelle 2 - Wärmeklassen für die Isolierung
| Wärmeklasse | Betriebstemperatur (° C) |
| Y | 90 |
| EIN | 105 |
| E | 120 |
| B | 130 |
| F | 155 |
| H | 180 |
| 200 | 200 |
| 220 | 220 |
| 250 | 250 |
Die Alterung der Isolierung hängt nicht nur von der abphysikalische und chemische Eigenschaften des Materials und die thermische Beanspruchung, der es ausgesetzt ist, aber auch auf das Vorhandensein und den Einfluss von mechanischen, elektrischen und Umweltbelastungen. Die Verarbeitung des Materials während der Herstellung und die Art und Weise, in der es in der kompletten Ausrüstung verwendet wird, kann auch den Alterungsprozess erheblich beeinflussen.
Die Definition einer nützlichen Lebensdauer wird auchvariieren je nach Art und Verwendung der Ausrüstung; So sind beispielsweise die Betriebszeiten eines Haushaltsgeräts und eines Kraftwerksgenerators über einen Zeitraum von 25 Jahren sehr unterschiedlich. Alle diese Faktoren sollten daher die Wahl des Isoliermaterials für eine bestimmte Anwendung beeinflussen. Bei der Entwicklung von Normen und Prüfverfahren für Dämmstoffe geht es daher allgemein darum, Kombinationen von Stoffen oder Dämmsystemen zu berücksichtigen, statt sich auf einzelne Werkstoffe zu konzentrieren. Es ist nicht ungewöhnlich, Lebensdauertests in Betracht zu ziehen, bei denen mehr als eine Form von Stress eingeführt wird. Dies ist als multifunktionale oder multifaktorielle Prüfung bekannt.
Unter Primärisolierung wird oft die Bedeutung derHauptisolierung wie bei der PVC-Beschichtung auf einem stromführenden Leiter oder Draht. Sekundärisolation bezieht sich auf eine zweite „Verteidigungslinie“, die sicherstellt, dass das freiliegende unter Spannung stehende Bauteil auch bei Beschädigung der Primärisolierung nicht dazu führt, dass ein äußeres Metallgehäuse unter Spannung steht. Hülsen werden häufig als sekundäre Isolierung verwendet.
Isoliermaterialien können in Grundgruppen unterteilt werden, die feste Dielektrika, flüssige Dielektrika, Gas und Vakuum sind. In den folgenden Abschnitten wird jedes einzeln behandelt.