Alguns materials utilitzats en aparells elèctrics i circuits d'alimentació tenen propietats dielèctriques, és a dir, tenen una alta resistència al corrent. Aquesta capacitat els permet no passar corrent i, per tant, s'utilitzen per crear aïllament per a peces que transporten corrent. Els materials aïllants elèctrics estan dissenyats no només per separar les parts que transporten corrent, sinó també per crear protecció contra els efectes perillosos del corrent elèctric. Per exemple, els cables d'alimentació dels aparells elèctrics estan coberts d'aïllament.
Materials aïllants elèctrics i les seves aplicacions
Els materials aïllants elèctrics s'utilitzen àmpliament en la indústria, la fabricació de ràdio i instruments i el desenvolupament de xarxes elèctriques. El funcionament normal d'un aparell elèctric o la seguretat d'un circuit d'alimentació depèn en gran mesuradielèctrics utilitzats. Alguns paràmetres d'un material destinat a l'aïllament elèctric en determinen la qualitat i les capacitats.
L'ús de materials aïllants està subjecte a les normes de seguretat. La integritat de l'aïllament és la clau per a un treball segur amb corrent elèctric. És molt perillós utilitzar dispositius amb aïllament danyat. Fins i tot un lleuger corrent elèctric pot tenir un efecte sobre el cos humà.
Propietats dels dielèctrics
Els materials aïllants elèctrics han de tenir unes propietats determinades per poder realitzar les seves funcions. La principal diferència entre dielèctrics i conductors és la resistivitat de gran volum (109–1020 ohm cm). La conductivitat elèctrica dels conductors en comparació amb els dielèctrics és 15 vegades més gran. Això es deu al fet que els aïllants per la seva naturalesa tenen diverses vegades menys ions i electrons lliures, que proporcionen la conductivitat actual del material. Però quan el material s'escalfa, n'hi ha més, la qual cosa contribueix a augmentar la conductivitat elèctrica.
Distingir entre propietats actives i passives dels dielèctrics. Per als materials aïllants, les propietats passives són les més importants. La constant dielèctrica del material ha de ser tan baixa com sigui possible. Això permet que l'aïllador no introdueixi capacitats paràsites al circuit. Per al material que s'utilitza com a dielèctric d'un condensador, la constant dielèctrica hauria de ser, al contrari, el més gran possible.
Opcions d'aïllament
Als paràmetres principalsL'aïllament elèctric inclou força elèctrica, resistivitat elèctrica, permitivitat relativa, angle de pèrdua dielèctrica. Quan s'avaluen les propietats d'aïllament elèctric del material, també es té en compte la dependència de les característiques enumerades de les magnituds del corrent elèctric i la tensió.
Els productes i materials aïllants elèctrics tenen una resistència elèctrica més gran que els conductors i semiconductors. També és important per al dielèctric l'estabilitat de valors específics durant l'escalfament, l'augment de tensió i altres canvis.
Classificació dels materials dielèctrics
Depenent de la potència del corrent que passa pel conductor, s'utilitzen diferents tipus d'aïllament, que difereixen en les seves capacitats.
Segons quins paràmetres es divideixen els materials aïllants elèctrics? La classificació dels dielèctrics es basa en el seu estat d'agregació (sòlid, líquid i gasós) i l'origen (orgànic: natural i sintètic, inorgànic: natural i artificial). El tipus més comú de dielèctric sòlid, que es pot veure als cables dels electrodomèstics o qualsevol altre aparell elèctric.
Els dielèctrics sòlids i líquids, al seu torn, es divideixen en subgrups. Els dielèctrics sòlids inclouen teixits envernissats, laminats i diversos tipus de mica. Les ceres, els olis i els gasos liquats són materials aïllants elèctrics líquids. Els dielèctrics gasosos especials s'utilitzen amb molta menys freqüència. Aquest tipus també incloul'aïllant elèctric natural és l'aire. El seu ús es deu no només a les característiques de l'aire, que el converteixen en un excel·lent dielèctric, sinó també a la seva economia. L'ús de l'aire com a aïllament no requereix costos addicionals de material.
Dielèctrics sòlids
Els materials aïllants elèctrics sòlids són la classe més àmplia de dielèctrics que s'utilitzen en diversos camps. Tenen propietats químiques diferents i la constant dielèctrica oscil·la entre 1 i 50.000.
Els dielèctrics sòlids es divideixen en no polars, polars i ferroelèctrics. Les seves principals diferències es troben en els mecanismes de polarització. Aquesta classe d'aïllament té propietats com ara resistència química, resistència al seguiment, resistència dendrítica. La resistència química s'expressa en la capacitat de suportar la influència de diversos ambients agressius (àcid, àlcali, etc.). La resistència de traçat determina la capacitat de suportar els efectes d'un arc elèctric, i la resistència dendrítica determina la formació de dendrites.
Els dielèctrics sòlids s'utilitzen en diversos camps de l'energia. Per exemple, els materials aïllants elèctrics ceràmics s'utilitzen més habitualment com a aïllants de línies i de casquilles a les subestacions. El paper, els polímers, la fibra de vidre s'utilitzen com a aïllament d'aparells elèctrics. Per a màquines i dispositius, s'utilitzen més sovint vernissos, cartró, compost.
Per al seu ús en diverses condicions de funcionament, l'aïllament té algunes propietats especials combinant diferentsmaterials: resistència a la calor, resistència a la humitat, resistència a la radiació i resistència a les gelades. Els aïllants resistents a la calor són capaços de suportar temperatures de fins a 700 °C, entre ells els vidres i materials basats en ells, els organosilits i alguns polímers. El material resistent a la humitat i als tropicals és fluoroplàstic, no higroscòpic i hidròfob.
L'aïllament resistent a la radiació s'utilitza en dispositius amb elements atòmics. Inclou pel·lícules inorgàniques, alguns tipus de polímers, fibra de vidre i materials a base de mica. Els aïllaments resistents a les gelades no perden les seves propietats a temperatures de fins a -90 °C. S'imposen requisits especials a l'aïllament destinat a dispositius que funcionen en condicions d'espai o buit. Per a aquests propòsits, s'utilitzen materials estancs al buit, que inclouen ceràmiques especials.
Dielèctrics líquids
Els materials aïllants elèctrics líquids s'utilitzen sovint en màquines i aparells elèctrics. El petroli té el paper d'aïllament en un transformador. Els dielèctrics líquids també inclouen gasos liquats, olis de vaselina i parafina insaturats, poliorganosiloxans, aigua destil·lada (purificada de sals i impureses).
Les principals característiques dels dielèctrics líquids són la constant dielèctrica, la força elèctrica i la conductivitat elèctrica. A més, els paràmetres elèctrics dels dielèctrics depenen en gran mesura del grau de purificació. Les impureses sòlides poden augmentar la conductivitat elèctrica dels líquids a causa del creixement d'ions i electrons lliures. Purificació de líquids per destil·lació, intercanvi iònic, etc. condueix a un augment de la força elèctrica del material, reduint així la seva conductivitat elèctrica.
Els dielèctrics líquids es divideixen en tres grups:
- olis de petroli;
- olis vegetals;
- fluids sintètics.
Els olis més utilitzats són olis de petroli com els olis de transformadors, cables i condensadors. Els fluids sintètics (organosilici i compostos organofluorats) també s'utilitzen en enginyeria d'aparells. Per exemple, els compostos d'organosilici són resistents a les gelades i higroscòpics, de manera que s'utilitzen com a aïllant en transformadors petits, però el seu cost és superior al preu dels olis de petroli.
Els olis vegetals pràcticament no s'utilitzen com a materials aïllants en la tecnologia d'aïllament elèctric. Aquests inclouen oli de ricí, llinosa, cànem i tung. Aquests materials són dielèctrics poc polars i s'utilitzen principalment per impregnar condensadors de paper i com a agent pel·lícula en vernissos, pintures i esm alts aïllants elèctrics.
Dielèctrics de gas
Els dielèctrics gasosos més comuns són l'aire, el nitrogen, l'hidrogen i el gas SF6. Els gasos aïllants elèctrics es divideixen en naturals i artificials. L'aire natural s'utilitza com a aïllament entre les parts que porten corrent de les línies elèctriques i les màquines elèctriques. Com a aïllant, l'aire té desavantatges que fan impossible utilitzar-lo en dispositius segellats. A causa de la presència d'una alta concentració d'oxigen, l'aire és un agent oxidant i, en camps no homogenis, apareix una baixa força elèctrica de l'aire.
Els transformadors de potència i els cables d' alta tensió utilitzen nitrogen com a aïllament. L'hidrogen, a més de ser un material elèctricament aïllant, també és un refredament forçat, per això s'utilitza sovint en màquines elèctriques. En instal·lacions segellades, s'utilitza més sovint SF6. L'ompliment de gas SF6 fa que el dispositiu sigui a prova d'explosió. S'utilitza en interruptors automàtics d' alta tensió a causa de les seves propietats d'extinció d'arcs.
Dielèctrics orgànics
Els materials dielèctrics orgànics es divideixen en naturals i sintètics. Actualment, els dielèctrics orgànics naturals s'utilitzen molt poques vegades, ja que la producció de sintètics s'expandeix cada cop més, reduint així el seu cost.
Els dielèctrics orgànics naturals inclouen la cel·lulosa, el cautxú, la parafina i els olis vegetals (oli de ricí). La majoria dels dielèctrics orgànics sintètics són diversos plàstics i elastòmers que s'utilitzen sovint en electrodomèstics i altres equips.
Dielèctrics inorgànics
Els materials dielèctrics inorgànics es divideixen en naturals i artificials. El més comú dels materials naturals és la mica, que té resistència química i tèrmica. La flogopita i la moscovita també s'utilitzen per a l'aïllament elèctric.
A inorgànics artificialsEls dielèctrics inclouen el vidre i els materials basats en ell, així com la porcellana i la ceràmica. Depenent de l'aplicació, el dielèctric artificial pot tenir propietats especials. Per exemple, la ceràmica de feldspat s'utilitza per a casquilles, que tenen una tangent de pèrdua dielèctrica elevada.
Materials aïllants elèctrics fibrosos
Els materials fibrosos s'utilitzen sovint com a aïllament en aparells i màquines elèctriques. Aquests inclouen materials d'origen vegetal (cautxú, cel·lulosa, teixits), tèxtils sintètics (niló, capró), així com materials de poliestirè, poliamida, etc.
Els materials fibrosos orgànics són molt higroscòpics, de manera que s'utilitzen poques vegades sense una impregnació especial.
Recentment, en comptes de materials orgànics, s'han utilitzat aïllants de fibres sintètiques, que tenen un nivell més alt de resistència a la calor. Aquests inclouen fibra de vidre i amiant. La fibra de vidre està impregnada amb diversos vernissos i resines per augmentar les seves propietats hidrofòbiques. La fibra d'amiant té una resistència mecànica baixa, de manera que sovint s'hi afegeix fibra de cotó.
