Изоляционный материал, виды изоляции, жидкая изоляция для проводов

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.

Видео описание

Виды и свойства каменной ваты описаны в видео:
В отличие от стекловаты, каменная не вызывает раздражения при резке и укладке. Но из всех волокнистых утеплителей она отличается самой высокой ценой.

Шлаковата

Ещё один вид волокнистых минеральных утеплителей – шлаковата. По своим теплосберегающим характеристикам она близка к каменной и стекловате, но область её применения ограничена нежилыми зданиями. Дело в том, что эти теплоизоляционные материалы отличаются высокой химической активностью и при тесном контакте с металлическими конструкциями окисляют их. В их составе могут содержаться и токсичные вещества, так как производится шлаковата из отходов металлургического производства – доменного шлака.

Прошитый мат шлаковаты Источник isolantisrl.it

Волокна материала ломкие и подвижные, что вынуждает при транспортировке, погрузке и монтаже постоянно пользоваться средствами индивидуальной защиты для глаз, кожи, органов дыхания.

Но по цене это один из самых доступных материалов, поэтому им часто утепляют гаражи, склады и другие подсобные строения.

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.

Свойства изоляторов тока

Основная задача диэлектрика заключается в обеспечении изоляционной функции.

Поэтому в качестве базовых эксплуатационных свойств можно отметить повышенное удельное сопротивление, небольшой тангенс потерь диэлектрика и высокое пробивное напряжение – уже упомянутый пробой. Сопротивление определяет, насколько материал сможет препятствовать проводимости тока при разных параметрах контактирующей электрической цепи.Потери диэлектрика, в свою очередь, указывают на влияние изолятора на показатели активного проводника – нормативно это значение должно стремиться к нулю, но чаще всего высокая сопротивляемость как раз приводит и к повышению потерь в основной цепи. Немаловажны и пробивные свойства электроизоляционных материалов, которые определяются напряжением.

В данном случае можно говорить о непосредственной проницаемости целевого материала. При этом все перечисленные свойства фиксируются лишь в том случае, если была отмечена стабильность их «работы» во времени и при заданной температуре. Иногда в качестве параметра стабильности при испытаниях указывается и частота электрического поля.

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.

Коронный разряд.

Также по теме:
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

Одним из наиболее известных и распространенных изоляторов является воздух при атмосферном давлении и нормальной температуре. Для низких напряжений удельное электрическое сопротивление такого воздуха составляет ок. 1018 ОмЧсм. Когда напряженность электрического поля поперек однородной воздушной щели достигает 30 кВ/см, проводимость увеличивается, так как начинается фотоионизация воздуха и в конце концов между электродами проскакивает искра. Если геометрия электродов разнородна, как, например, в случае острия и плоскости или провода линии электропередачи над поверхностью земли, вокруг острия или провода при достаточно большой напряженности электрического поля возникает светящаяся область ионизованного воздуха, называемая коронным разрядом. Ток коронного разряда возрастает с увеличением напряжения, и в конце концов возникает искра или дуга в зависимости от мощности источника и сопротивления внешней цепи.

Жидкие диэлектрики

Жидкая изоляция

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.

Твердые диэлектрики

Твердая изоляция

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:

Акустические;
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.

Вакуум как изолятор

Газовая среда при крайне низком давлении может создавать условия, когда газ просто не сможет образовывать заметный ток в межэлектродном зазоре. Такие условия называют изоляционным вакуумом. При столкновении с электронами или положительными ионами, которые вылетают из электродов, ионизация молекул газа под низким давлением происходит очень редко.

Так называемый высокий вакуум при условии постоянного напряжения до 20 кВ на поверхности катода может обойтись без пробоя при напряженности поля порядка 5 МВ/см. Если речь идет об аноде, то напряженность должна быть в разы выше. И все же заметное увеличение напряжения способствует тому, что вакуумные электроизоляционные материалы утрачивают свой защитный потенциал.

Пробой в данном случае может наступать в результате обмена заряженными частицами в связке катод-анод. Диэлектрики такого типа чаще используются в электронике. Их применяют и в целях ускорения электронов в обычных приборах, и в рентгеновских аппаратах для обеспечения высоковольтных приложений.

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.

Классифицируем теплоизоляционные материалы

Теплоизоляционные материалы и изделия можно систематизировать по основным признакам:

По виду исходного сырья

По структуре: волокнистые (минеральная , стеклянная вата, шерсть и пр.), ячеистые (ячеистые бетоны и полимеры, пенно- и газокерамика и пр .) и зернистые или сыпучи (керамический и шлаковый гравий, пемзовый и шлаковый песок и пр.

По форме: рыхлые (вата, перлит и др.), плоские (плиты, маты, войлок и др.), фасонные (цилиндры, полуцелиндры, сегменты и др.), шнуровые (шнуры из неорганических волокон: асбестовые, минерального и стеклянного волокна).

По возгораемости (горючести): несгораемые (керамзит, ячеистые бетоны и др.), трудносгораемые (цементно-стружечные, ксилолит) и сгораемые (ячеистые пластмассы, торфоплиты, камышит и пр.)

По содержанию связующего вещества: содержащие связующее вещество (ячеистые бетоны, фибролит и пр.) и не содержащие связующее вещество (стекловата, минеральное волокно).

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.

Гильзовая электроизоляция

Это материал из группы механических защитных устройств, который обеспечивает внешнюю физическую защиту. Обычно используются гибкие гильзы, которыми защищаются проводники силовых агрегатов, трансформаторы и кабели.

По этому же принципу работает традиционная изоляционная лента, задача которой заключается в создании физической преграды. Гильзы также выступают прослойкой, никак не взаимодействующей с источником токана электрохимическом уровне. Однако среди недостатков этого материала отмечается быстрый износ.

Электроизоляционные лакированные ткани

Лакированные изолирующие 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.

Принципы использования теплоизоляции

Размещение утеплителя должно проектироваться так, чтобы во время эксплуатации здания он не терял свои изолирующие свойства. В проектной документации прилагаются описания монтажа и защиты теплоизоляционных материалов.

Чтобы избежать конденсации влаги в многослойной конструкции, необходимо устанавливать паробарьер из диффузной мембраны около стены. Места соединения пароизоляционного полотна обязательно герметизируют фольгированным скотчем. Утеплители, на которые оказывается повышенная ветровая нагрузка, нуждаются в монтаже специального плотного защитного слоя.

Из-за поднятия уровня влажности внутри многослойной конструкции снижается качество теплоизоляции и возникает плесень и гниль. Уменьшить негативного воздействия сырости позволит гидроизоляция и использование паропроницаемых мембран.