Электроизоляционные материалы. Определение и классификация

Определение и классификация. Все материалы по электрическим свойствам подразделяют на диэлектрики (электроизоляционные материалы), проводники, полупроводники и магнитные материалы.

Электроизоляционными являются материалы с большим электрическим сопротивлением, препятствующие утечке электрического тока между какими-либо токопроводящими частями и находящимися под разными электрическими потенциалами. Их применяют в электротехнических и радиотехнических устройствах для разделения токоведущих частей, имеющих разные потенциалы, для увеличения емкости конденсаторов, а также в качестве теплопроводящей среды в электрических машинах, аппаратах и т. п.

В зависимости от агрегатного состояния различают твердые, жидкие и газообразные электроизоляционные материалы.

Твердые электроизоляционные материалы составляют наиболее обширную группу и в соответствии с физико-химическими свойствами, структурой, особенностями производства делятся на ряд подгрупп. Например, слоистые пластики, бумаги и ткани, лакоткани, слюды и материалы на их основе, электрокерамические материалы и др. К этим же материалам условно можно отнести лаки, заливочные и пропиточные составы, которые, хотя и находятся в жидком состоянии, но используются в качестве электроизоляционных материалов в затвердевшем состоянии.

Жидкие электроизоляционные материалы представлены электроизоляционными маслами, в том числе нефтяными, растительными и синтетическими. Существуют также полужидкие электроизоляционные материалы — вазелины.

К газообразным электроизоляционным материалам относятся воздух, элегаз (гексафторид серы), фреон-21 (дихлорфторметан) и др. У всех таких материалов диэлектрическая проницаемость близка к единице.

По химическому составу различают органические и неорганические электроизоляционные материалы, которые сильно отличаются как по химическому составу, так и по техническим характеристикам. Органические диэлектрики представляют собой углеводородные соединения. Сырьем для их изготовления служат природные продукты растительного и животного происхождения (природные смолы), а также искусственные продукты, получаемые при переработке каменного угля, нефти и газа. Искусственные (синтетические) электроизоляционные материалы можно создавать с заданным набором необходимых электрических и физико-химических свойств, поэтому они наиболее широко применяются в электротехнической промышленности.

К неорганическим электроизоляционным материалам относятся слюда, керамика и др.

Свойства электроизоляционных материалов. Области применения диэлектриков определяются их свойствами. При этом принимаются во внимание не только электрические свойства, но и механические, физические, химические, тепловые и др.

Основными электрическими характеристиками диэлектриков являются удельное объемное и удельное поверхностное сопротивления, относительная диэлектрическая проницаемость, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, тангенс угла диэлектрических потерь и электрическая прочность материала. При оценке электроизоляционных материалов учитывают также зависимость этих характеристик от частоты электрического тока и величины напряжения.

Удельное объемное сопротивление характеризует сопротивление материала при протекании через его объем постоянного тока. Величина, обратная удельному объемному сопротивлению, называется удельной объемной проходимостью.

Удельное поверхностное сопротивление — величина, позволяющая оценить электрическое сопротивление материала при протекании постоянного тока по всей поверхности между электродами. Величина, обратная удельному поверхностному сопротивлению, называется удельной поверхностной проходимостью.

Диэлектрическая проницаемость характеризует способность материала создавать электрическую емкость. Она представляет собой отношение заряда, полученного при некотором напряжении на конденсаторе, содержащем данный диэлектрик, к заряду, который можно было бы получить в конденсаторе тех же размеров и при том же напряжении, если бы между электродами находился вакуум, или отношение емкости конденсатора с данным диэлектриком к емкости конденсатора тех же размеров, диэлектриком которого является вакуум. Практически величина диэлектрической проницаемости всегда больше единицы.

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости - величина, дающая возможность оценить характер изменения диэлектрической проницаемости, а следовательно, и емкости изоляции с изменением температуры.

Тангенс угла диэлектрических потерь определяет потери мощности в диэлектрике, работающем при переменном напряжении.

Электрическая прочность является характеристикой напряженности электрического поля, при которой происходит пробой, и позволяет оценить способность диэлектрика противостоять разрушению его электрическим напряжением.

Для электроизоляционных материалов большое значение имеют также механические и физико-химические свойства:

► прочность при растяжении и сжатии, при статическом и динамическом изгибе;

► твердость;

► обрабатываемость;

► вязкость;

► теплостойкость и нагревостойкость;

► влагопроницаемость и гигроскопичность;

► искростойкость;

► химическая стойкость и др.

Разновидности электроизоляционных материалов. Большое применение в электротехнике в качестве электроизоляционных материалов получили листовые композиционные (слоистые), пленочные, ленточные и профилированные пластмассы.

Слоистые пластмассы (пластики) получают горячим прессованием предварительно пропитанных волокнистых наполнителей — бумаг и тканей. При их производстве в качестве основы (наполнителя) применяют специальные сорта пропитанной бумаги, хлопчатобумажные и бесщелочные стеклянные ткани. Для пропитки наполнителей используются связующие на фенолоформальдегидной, полиэфирной, эпоксидной, кремний- органической и других химических основах. Сочетание различных типов наполнителей и связующих определяет разнообразие свойств готовых слоистых пластиков — механических, электроизоляционных, теплофизических, химических и эксплуатационно-технологических.

Для электротехнических целей в качестве диэлектриков используются преимущественно текстолит, стеклотекстолит, гетинакс, текстолитовые стержни и другие изделия.

Текстолит электротехнический листовой (ГОСТ 2910) представляет собой слоистый прессованный конструкционный материал, состоящий из нескольких слоев хлопчатобумажной ткани, пропитанной термореактивной фенолоальдегидной смолой. В электротехнической промышленности используется текстолит марок А, Б, Г, ВЧ. Изготовляется в листах толщиной от 0,5 до 80 мм и в стержнях диаметром от 6 до 200 мм. Рабочая температура от —40 до +105 °С.

Стеклотекстолит (ГОСТ 12652) — слоистый листовой материал, полученный методом горячего прессования стеклотканей, пропитанных термореактивным связующим на основе совмещенных эпоксидной и фенолоформальдегидной смол с длительно допустимой рабочей температурой от -65 до +155 °С. Изготовляется в листах толщиной от 0,3 до 50 мм. Предназначен для работы на воздухе при напряжении свыше 1000 В. Высокая механическая прочность и электрическая стабильность позволяют проводить механическую обработку материала и использовать его для конструкционных деталей электрооборудования.

Гетинакс электротехнический листовой (ГОСТ 2718) представляет собой слоистый листовой материал, полученный методом горячего прессования бумаги, пропитанной термореактивным связующим на основе фенолоформальдегидных или эпоксидных смол. Изготовляется в листах толщиной от 0,4 до 50 мм с длительно допустимой рабочей температурой от —65 до +120 °С. Рекомендуется для применения в низковольтной технике до 1000 В для работы на воздухе в условиях нормальной относительной влажности окружающей среды и в трансформаторном масле.

Электрокартон общего назначения используется для работы на воздухе в низковольтных электрических машинах и аппаратах в качестве всевозможных прокладок, каркасов катушек, пазовой изоляции самостоятельно либо в сочетании с полиэтилентерефталатной пленкой. Поставляется в рулонах весом 200...350 кг.

Электроизоляционные лакоткани изготовляют путем пропитки ткани соответствующими лаками с целью придания материалу определенных диэлектрических свойств. В результате получается гибкий, тонкий, в некоторых случаях достаточно эластичный и растяжимый материал, с обеих сторон покрытый прочной лаковой пленкой. Электрические свойства лакотка- ней в основном определяются видом и качеством лаковых пленок, а механические — преимущественно свойствами тканевой основы. Нагревостойкость и влагостойкость зависят от вида ткани и лаковых пленок.

Для изготовления лакотканей используют хлопчатобумажные, натуральные шелковые, капроновые, стеклянные ткани и пропиточные составы на масляных, битумно-масляных, полиэфирных, полиэфирноэпоксидных, кремнийорганических, резиновых, фторопластовых и прочих основах. Такое разнообразие применяемых материалов объясняется широтой использования лакотканей.

Лакоткани поставляются намотанными на картонную гильзу в рулонах различного метража и упакованными в парафинированную и оберточную бумагу.

Пленкоэлектрокартон — гибкий электроизоляционный материал, состоящий из изоляционного картона, оклеенного с одной стороны лавсановой пленкой. Пленкоэлектрокартон на лавсановой пленке имеет толщину 0,27 и 0,32 мм. Его выпускают в рулонах шириной 500 мм.

Пленкоасбестокартон — гибкий электроизоляционный материал, состоящий из лавсановой пленки толщиной 50 мкм, оклеенной с двух сторон асбестовой бумагой толщиной 0,12 мм. Пленкоасбестокартон выпускают в листах 400 х 400 мм и более и толщиной 0,3 мм.

Полимерные пленки и ленты отличаются большой гибкостью, сравнительно высокой прочностью и хорошими электроизоляционными свойствами. Полимерами для их изготовления служат полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, фторопласты и др.