Isolerende materialer i elektrisk utstyr

Trykk på papir / trykkbrett for elektriske formål

Årsaken til bruken isolerende materialer er å skille elektrisk ledningsdelene elektriskav utstyr fra hverandre og fra jordede komponenter. Jordede komponenter kan omfatte det mekaniske huset eller strukturen som er nødvendig for at utstyret skal håndteres og operere. Mens de "aktive" delene av utstyret spiller en nyttig rolle i driften, er isolasjonen på mange måter et nødvendig onde.

For eksempel i en elektrisk motor koblingen av viklingen og stålkjernenÅ lage magnetkretsen er de aktive komponentene, og begge bidrar til motorens effektutgang; isolasjonen som holder disse to komponentene fra hverandre, bidrar ikke til noe, det tar faktisk opp verdifull plass og det kan anses av designeren som ikke mye mer enn en plage.

Av disse grunner har isolasjonsmaterialerbli et designfokus i mange typer elektrisk utstyr, med mange bedrifter som spesialiserer seg på dette feltet og utfører sofistikert livstesting av isolasjonssystemer. Slike er viktigheten knyttet til dette feltet at store internasjonale konferanser om emnet holdes regelmessig, for eksempel av IEEE i USA, IEE og Electrical Insulation Association (EIA) i Storbritannia og European Electrical Insulation Association (EEIM) i Europa , som alle publiserer papirene som presenteres. Konferanser arrangeres også i Canada, India og Sør-Afrika.

Den enkleste måten å definere et isolerende materiale på er å angi hva det ikke er. Det er ikke en god leder av elektrisitet, og den har en høy elektrisk motstand som avtar med stigende temperatur, i motsetning til ledere.

Følgende er de viktigste egenskapene til isolasjonsmaterialer:

• Volumresistivitet, som også er kjent som spesifikk motstand.
• Relativ permittivitet (eller dielektrisk konstant),som er definert som forholdet mellom elektrisk fluss tetthet produsert i materialet og det som produseres i vakuum med samme elektriske feltstyrke. Relativ permittivitet kan uttrykkes som forholdet mellom kapasitansen av en kondensator laget av dette materialet til den samme kondensatoren ved bruk av vakuum som dens dielektriske.
• Dielektrisk tap (eller elektrisk spredningfaktor), som er definert som forholdet mellom strømforbruket i et dielektrisk materiale og den totale strøm som overføres gjennom den. Det er gitt av tangent av tap vinkelen og er vanligvis kjent som tan delta.

Volumresistiviteten, relativ permittivitet og tan deltaverdier for en rekke innløpsmaterialer er vist i tabell 1.

Representative egenskaper av typiske isolasjonsmaterialer

Den viktigste egenskapen til enIsolasjonsmateriale er dets evne til å motstå elektrisk spenning uten å bryte ned. Denne egenskapen er noen ganger kjent som dens dielektriske styrke, og er vanligvis sitert i kilovolt per millimeter (kV / mm).

Et annet viktig aspekt av alle isolerendematerialer som dominerer måten de kategoriseres på, er den maksimale temperaturen som de vil utføre tilfredsstillende. Generelt faller isolasjonsmaterialene raskere over tid ved høyere temperaturer, og forringelsen kan nå et punkt der isolasjonen slutter å utføre sin nødvendige funksjon. Denne egenskapen er kjent som aldring, og for hvert materiale har det vært vanlig å tildele en maksimal temperatur utover hvilken det er uklokt å betjene hvis et rimelig liv skal oppnås. Hovedgradene eller klassene av isolasjon som definert i IEC 60085: 1984 og dens britiske ekvivalent BS 2757: 1986 (1994) er oppført i tabell 2.

Der en termisk klasse brukes til å beskrive et elementav elektrisk utstyr, representerer det normalt den maksimale temperaturen som finnes i dette produktet under nominell belastning og andre forhold. Imidlertid er ikke hele isolasjonen nødvendigvis plassert ved maksimal temperatur, og isolasjon med lavere termisk klassifisering kan brukes i andre deler av utstyret.

Tabell 2 - Termiske klasser for isolasjon

Isoleringens aldring er ikke bare avhengig avfysiske og kjemiske egenskaper av materialet og det termiske stresset det eksponeres for, men også på tilstedeværelsen og graden av påvirkning av mekaniske, elektriske og miljøbelastninger. Fremstillingen av materialet under fremstillingen og måten det brukes på i komplett utstyr, kan også påvirke aldringsprosessen vesentlig.

Definisjonen av en nyttig levetid vil ogsåvarierer etter type og bruk av utstyr; for eksempel kjøretidene til et husholdningsapparat og en kraftverk generator vil være svært forskjellige over en 25-årig periode. Alle disse faktorene bør derfor påvirke valget av isolerende materiale for en bestemt applikasjon. Det er derfor en generell bevegelse i utviklingen av standarder og metoder for testing for isolasjonsmaterialer mot hensyn til kombinasjoner av materialer eller isoleringssystemer, i stedet for å fokusere på individuelle materialer. Det er ikke uvanlig å vurdere livstesting der mer enn én form for stress er innført. dette er kjent som multifunksjonell eller multifaktor testing.

Primærisolering er ofte tatt for å betyhovedisolasjon, som i PVC-belegget på en leveleder eller ledning. Sekundær isolasjon refererer til en annen "forsvarslinje" som sikrer at selv om primærisoleringen er skadet, forårsaker den eksponerte levende komponenten ikke at et ytre metallhus blir levende. Sleeving brukes ofte som sekundær isolasjon.

Isolasjonsmaterialer kan deles inn i grunnleggende grupper som er faste dielektrikum, flytende dielektrikum, gass og vakuum. Hver er dekket separat i de følgende avsnittene.