Caratteristiche dei materiali isolanti elettrici

I materiali isolanti elettrici sono materiali con cui vengono isolati i cavi. Hanno: elevata resistenza, rigidità elettrica - la capacità del materiale di resistere alla rottura attraverso la sua tensione elettrica e perdite elettriche, caratterizzata dalla tangente dell'angolo di perdita, resistenza al calore, caratterizzata dalla temperatura massima consentita per un dato dielettrico durante il suo uso a lungo termine nelle apparecchiature elettriche.

Materiali isolanti elettrici - I dielettrici possono essere solidi, liquidi e gassosi.

Lo scopo dei materiali isolanti elettrici nell'elettricità è quello di creare tra parti che hanno potenziali elettrici diversi, un ambiente tale da impedire il passaggio di corrente tra quelle parti.

Distinguere le caratteristiche elettriche, meccaniche, fisico-chimiche e termiche dei dielettrici.

Caratteristiche elettriche dei dielettrici

Resistenza di massa: la resistenza di un dielettrico quando viene attraversato da una corrente continua. Per un dielettrico piatto è uguale a:

Rv = ρv (d/S), ohm

dove ρv — la resistenza di volume specifica del dielettrico, che è la resistenza di un cubo con un bordo di 1 cm, quando una corrente continua passa attraverso due lati opposti del dielettrico, Ohm-cm, S è l'area della sezione trasversale di ​​il dielettrico attraverso il quale passa la corrente (area degli elettrodi ), cm2, e — spessore dielettrico (distanza tra gli elettrodi), vedi

Resistenza superficiale dielettrica

Resistenza superficiale: la resistenza di un dielettrico quando una corrente passa attraverso la sua superficie. Questa resistenza è:

Rs = ρs (l/S), Ohm

dove ps — resistenza superficiale specifica di un dielettrico, che è la resistenza di un quadrato (di qualsiasi dimensione) quando una corrente continua passa da un lato al suo opposto, Ohm, l- lunghezza della superficie dielettrica (nella direzione del flusso di corrente ), cm, C — la larghezza della superficie dielettrica (nella direzione perpendicolare al flusso di corrente), vedi

La costante dielettrica.

Come sai, la capacità di un condensatore - un dielettrico chiuso tra due piastre metalliche parallele e opposte (elettrodi) è:

C = (ε S) / (4π l), cm,

dove ε — la relativa costante dielettrica del materiale, pari al rapporto tra la capacità di un condensatore con un dato dielettrico e la capacità di un condensatore con le stesse dimensioni geometriche, ma il cui dielettrico è l'aria (o meglio il vuoto); C - area dell'elettrodo del condensatore, cm2, l - spessore del dielettrico chiuso tra gli elettrodi, vedi

Angolo di perdita dielettrica

La perdita di potenza in un dielettrico quando viene applicata una corrente alternata è:

Pa = UNS Ia, W

dove U è la tensione applicata, Ia è la componente attiva della corrente che passa attraverso il dielettrico, A.

Come è noto: Ia = AzR / tgφ = AzRNS tgδ, A, Azr = U2πfC

dove Azp è la componente reattiva della corrente che passa attraverso il dielettrico, A, C è la capacità del condensatore, cm, f è la frequenza della corrente, Hz, φ - l'angolo al quale il vettore corrente che passa attraverso il dielettrico è davanti al vettore di tensione applicato a questo dielettrico, gradi, δ — angolo complementare a φ a 90 ° (angolo di perdita dielettrica, gradi).

In questo modo, viene determinata l'entità della perdita di potenza:

Pa = U22πfCtgδ, W

Di grande importanza pratica è la questione della dipendenza di tgδ dall'entità della tensione applicata (curva di ionizzazione).

Con isolamento omogeneo, senza delaminazione e fessurazione, tgδ è quasi indipendente dall'entità della tensione applicata; in presenza di delaminazione e fessurazione, all'aumentare della tensione applicata, tgδ aumenta bruscamente a causa della ionizzazione dei vuoti contenuti nell'isolante.

La misurazione periodica delle perdite dielettriche (tgδ) e il suo confronto con i risultati delle misurazioni precedenti caratterizzano la condizione dell'isolamento, il grado e l'intensità del suo invecchiamento.

Rigidità dielettrica

Negli impianti elettrici, i dielettrici che costituiscono l'isolamento della bobina devono resistere all'azione del campo elettrico. L'intensità (tensione) del tulle aumenta all'aumentare della tensione che crea questo campo e quando l'intensità del campo raggiunge un valore critico, il dielettrico perde le sue proprietà di isolamento elettrico, il cosiddetto rottura dielettrica.

La tensione alla quale si verifica la rottura è chiamata tensione di rottura e la corrispondente intensità di campo è la rigidità dielettrica.

Il valore numerico della rigidità dielettrica è uguale al rapporto tra la tensione di rottura e lo spessore del dielettrico nel punto di rottura:

Epr = UNHC/l, kV/mm,

dove Upr - tensione di rottura, kV, l - spessore dell'isolamento nel punto di rottura, mm.

Materiali per l'isolamento elettrico

Caratteristiche fisico-chimiche dei dielettrici

Oltre a quelle elettriche, si distinguono le seguenti caratteristiche fisico-chimiche dei dielettrici.

Numero di acidità: specifica la quantità (mg) di idrossido di potassio (KOH) necessaria per neutralizzare gli acidi liberi contenuti nel dielettrico liquido e degradarne le proprietà di isolamento elettrico.

Viscosità: determina il grado di fluidità del dielettrico liquido, che determina la capacità penetrante delle vernici durante l'impregnazione dei fili degli avvolgimenti, nonché la convezione dell'olio nei trasformatori, ecc.

Si distinguono la viscosità cinematica, misurata mediante viscosimetri capillari (tubi di vetro a forma di U), e la cosiddetta viscosità condizionale, determinata dalla velocità del flusso del fluido da un orifizio calibrato in un apposito imbuto. L'unità di viscosità cinematica è Stokes (st).

Viscosità condizionale misurata in gradi Engler.

Resistenza termica: la capacità di un materiale di svolgere le sue funzioni se esposto a una temperatura di esercizio per un tempo paragonabile al periodo stimato di normale funzionamento delle apparecchiature elettriche.

Sotto l'influenza del riscaldamento, si verifica l'invecchiamento termico dei materiali isolanti elettrici, a seguito del quale l'isolamento cessa di soddisfare i requisiti ad esso imposti.

Classi di resistenza al calore dei materiali isolanti elettrici (GOST 8865-70).La lettera indica la classe di resistenza al calore e i numeri tra parentesi - temperatura, ° C

Y (90) Materiali fibrosi di cellulosa, cotone e seta naturale, non impregnati o immersi in materiale isolante elettrico liquido A (105) Materiali fibrosi di cellulosa, cotone o seta naturale, viscosa e sintetica, impregnati o immersi in materiale isolante elettrico liquido D (120) Materiali sintetici (pellicole, fibre, resine, composti) B (130) Mica, amianto e materiali in fibra di vetro utilizzati con leganti organici e impregnanti F (155) Mica, amianto e materiali in fibra di vetro combinati con leganti sintetici e impregnanti H (180 ) Materiali a base di mica, amianto e fibra di vetro in combinazione con leganti silicio siliconici e composti impregnanti C (oltre 180) Mica, materiali ceramici, vetro, quarzo o loro combinazioni senza leganti o con sostanze leganti inorganiche

Punto di rammollimento in cui i dielettrici solidi che hanno uno stato amorfo allo stato freddo (resine, bitume) iniziano ad ammorbidire. Il punto di rammollimento viene determinato quando l'isolante riscaldato viene espulso da un anello o da un tubo utilizzando una sfera d'acciaio o mercurio.

Punto di goccia in cui la prima goccia si separa e cade dal bicchiere (con un'apertura di 3 mm di diametro nella parte inferiore) in cui viene riscaldato il materiale di prova.

Punto di infiammabilità del vapore al quale una miscela di vapore liquido isolante e aria viene accesa dalla fiamma del bruciatore presentato. Più basso è il punto di infiammabilità del liquido, maggiore è la sua volatilità.

Resistenza all'umidità, resistenza chimica, resistenza al gelo e resistenza tropicale dielettrici - stabilità delle caratteristiche elettriche e fisico-chimiche dei materiali isolanti elettrici se esposti a umidità, acidi o basi a basse temperature nell'intervallo da -45 ° a -60 ° C, come così come il clima tropicale, caratterizzato da temperature dell'aria elevate e bruscamente mutevoli durante il giorno, elevata umidità e inquinamento, presenza di muffe, insetti e roditori.

Resistenza all'arco e ai dielettrici corona - resistenza dei materiali isolanti elettrici agli effetti dell'ozono e dell'azoto rilasciati durante la scarica silenziosa - corona, nonché resistenza all'azione di scintille elettriche e arco stabile.

Proprietà termoplastiche e termoindurenti dei dielettrici

I materiali termoplastici per l'isolamento elettrico sono quelli che a freddo sono inizialmente solidi, rammolliscono per riscaldamento e si dissolvono in opportuni solventi. Dopo il raffreddamento, questi materiali si solidificano nuovamente. Con il riscaldamento ripetuto, rimane la loro capacità di ammorbidire e dissolversi nei solventi. Pertanto, il riscaldamento di tali materiali non provoca alcun cambiamento nella loro struttura molecolare.

Contrariamente a loro, i cosiddetti materiali termoindurenti dopo il trattamento termico in una modalità appropriata, si induriscono (cuociono). Dopo ripetuti riscaldamenti, non si ammorbidiscono e non si dissolvono nei solventi, il che indica cambiamenti irreversibili nella loro struttura molecolare che si sono verificati durante il riscaldamento.

Le caratteristiche meccaniche dei materiali isolanti sono: massima resistenza a trazione, compressione, flessione statica e dinamica, nonché rigidità.