מאפיינים של חומרי בידוד חשמליים

חומרי בידוד חשמלי הם חומרים שאיתם מבודדים חוטים. יש להם: התנגדות גבוהה, חוזק חשמלי - יכולתו של החומר לעמוד בפני התמוטטות באמצעות המתח החשמלי וההפסדים החשמליים שלו, המאופיינת בטנגנס של זווית ההפסד, עמידות בחום, המאופיינת בטמפרטורה המותרת ביותר עבור דיאלקטרי נתון במהלך השימוש בו לטווח ארוך בציוד חשמלי.

חומרים מבודדים חשמליים - דיאלקטריים יכולים להיות מוצקים, נוזליים וגזים.

מטרת חומרי בידוד חשמליים בחשמל היא ליצור בין חלקים בעלי פוטנציאל חשמלי שונה, סביבה כזו שתמנע מעבר זרם בין אותם חלקים.

הבחנה בין מאפיינים חשמליים, מכניים, פיזיקו-כימיים ותרמיים של דיאלקטריות.

מאפיינים חשמליים של דיאלקטריים

התנגדות בתפזורת - ההתנגדות של דיאלקטרי כאשר זרם ישר עובר דרכו. עבור דיאלקטרי שטוח זה שווה ל:

Rv = ρv (d / S), אוהם

כאשר ρv - התנגדות הנפח הספציפית של הדיאלקטרי, שהיא ההתנגדות של קובייה עם קצה של 1 ס"מ, כאשר זרם ישר עובר דרך שני צדדים מנוגדים של הדיאלקטרי, Ohm-cm, S הוא שטח החתך של הדיאלקטרי שדרכו עובר הזרם (שטח האלקטרודות), cm2, e - עובי דיאלקטרי (מרחק בין אלקטרודות), ראה

התנגדות משטח דיאלקטרי

התנגדות פני השטח - ההתנגדות של דיאלקטרי כאשר זרם עובר דרך פני השטח שלו. התנגדות זו היא:

Rs = ρs (l / S), אוהם

כאשר ps - התנגדות משטח ספציפית של דיאלקטרי, שהיא ההתנגדות של ריבוע (בכל גודל) כאשר זרם ישר עובר מצד אחד לצד השני שלו, אוהם, l- אורך המשטח הדיאלקטרי (בכיוון זרימת הזרם ), ס"מ, C - רוחב המשטח הדיאלקטרי (בכיוון הניצב לזרימת הזרם), ראה

הקבוע הדיאלקטרי.

כפי שאתה יודע, הקיבולת של קבל - דיאלקטרי סגור בין שתי לוחות מתכת מקבילים ומפוכים (אלקטרודות) היא:

C = (ε S) / (4π l), ס"מ,

כאשר ε - הקבוע הדיאלקטרי היחסי של החומר, שווה ליחס בין הקיבולת של קבל עם דיאלקטרי נתון לקיבולת של קבל בעל אותם ממדים גיאומטריים, אך הדיאלקטרי שלו הוא אוויר (או ליתר דיוק ואקום); C - שטח אלקטרודת הקבל, cm2, l - עובי הדיאלקטרי הסגור בין האלקטרודות, ראה

זווית אובדן דיאלקטרי

אובדן הכוח בדיאלקטרי כאשר מופעל עליו זרם חילופין הוא:

Pa = U NS Ia, W

כאשר U הוא המתח המופעל, Ia הוא המרכיב הפעיל של הזרם העובר דרך הדיאלקטרי, A.

כידוע: Ia = AzR / tgφ = AzRNS tgδ, A, Azr = U2πfC

כאשר Azp הוא הרכיב התגובתי של הזרם העובר דרך הדיאלקטרי, A, C הוא הקיבול של הקבל, cm, f הוא התדר של הזרם, Hz, φ - הזווית שבה נמצא וקטור הזרם העובר דרך הדיאלקטרי. לפני וקטור המתח המופעל על דיאלקטרי זה, מעלות, δ - זווית משלימה ל-φ עד 90° (זווית אובדן דיאלקטרי, מעלות).

בדרך זו, כמות אובדן החשמל נקבעת:

Pa = U22πfCtgδ, W

חשיבות מעשית רבה היא שאלת התלות של tgδ בגודל המתח המופעל (עקומת היינון).

עם בידוד הומוגני, ללא דלמינציה ופיצוח, tgδ כמעט בלתי תלוי בגודל המתח המופעל; בנוכחות דלמינציה ופיצוח, עם הגדלת המתח המופעל, tgδ עולה בחדות עקב יינון החללים הכלולים בבידוד.

מדידה תקופתית של הפסדים דיאלקטריים (tgδ) והשוואתה לתוצאות מדידות קודמות מאפיינות את מצב הבידוד, מידת ועוצמת הזדקנותו.

חוזק דיאלקטרי

במתקנים חשמליים, הדיאלקטריים היוצרים את הבידוד של הסליל חייבים לעמוד בפני פעולת השדה החשמלי. העוצמה (המתח) של הטול עולה ככל שהמתח היוצר שדה זה עולה, וכאשר חוזק השדה מגיע לערך קריטי, הדיאלקטרי מאבד את תכונות הבידוד החשמליות שלו, מה שנקרא התמוטטות דיאלקטרית.

המתח שבו מתרחש ההתמוטטות נקרא מתח התמוטטות, ועוצמת השדה המקבילה היא החוזק הדיאלקטרי.

הערך המספרי של החוזק הדיאלקטרי שווה ליחס בין מתח הפירוק לעובי הדיאלקטרי בנקודת התמוטטות:

Epr = UNHC / l, kV / mm,

כאשר Upr - מתח פירוק, kV, l - עובי בידוד בנקודת ההתמוטטות, מ"מ.

חומרי בידוד חשמליים

מאפיינים פיסיקליים-כימיים של דיאלקטריות

בנוסף לאלה החשמליים, נבדלים המאפיינים הפיזיקליים-כימיים הבאים של דיאלקטריים.

מספר חומצה - מציין את הכמות (מ"ג) של אשלגן הידרוקסיד (KOH) הדרושה כדי לנטרל את החומצות החופשיות הכלולות בדיאלקטרי הנוזלי ולפגוע בתכונות הבידוד החשמליות שלו.

צמיגות - קובעת את מידת הנזילות של הדיאלקטרי הנוזלי, הקובעת את יכולת החדירה של לכות בעת הספגת חוטי מתפתל, כמו גם הסעה של שמן בשנאים וכו'.

הם מבחינים בין צמיגות קינמטית, הנמדדת על ידי צמיגות נימיים (צינורות זכוכית בצורת U), לבין מה שנקרא צמיגות מותנית, שנקבעת על ידי מהירות זרימת הנוזל מפתח מכויל במשפך מיוחד. יחידת הצמיגות הקינמטית היא סטוקס (st).

צמיגות מותנית נמדדת במעלות אנגלר.

התנגדות תרמית - היכולת של חומר לבצע את תפקידיו כאשר הוא נחשף לטמפרטורת פעולה למשך זמן השווה לתקופה המשוערת של פעולה רגילה של ציוד חשמלי.

בהשפעת החימום מתרחשת הזדקנות תרמית של חומרי בידוד חשמליים, וכתוצאה מכך הבידוד מפסיק לעמוד בדרישות המוטלות עליו.

כיתות עמידות בחום של חומרי בידוד חשמליים (GOST 8865-70).האות מציינת את המעמד של עמידות בחום, והמספרים בסוגריים - טמפרטורה, מעלות צלזיוס

Y (90) חומרים סיביים מתאית, כותנה ומשי טבעי, שאינם מוספגים או טבולים בחומר בידוד חשמלי נוזלי א (105) חומרים סיביים מתאית, כותנה או טבעי, ויסקוזה ומשי סינטטי, מוספגים או טבולים בחומר בידוד חשמלי נוזלי D (120) חומרים סינתטיים (סרטים, סיבים, שרפים, תרכובות) B (130) נציץ, אסבסט וחומרי פיברגלס המשמשים עם קלסרים וחומרי אימפרגנציה אורגניים F (155) נציץ, אסבסט וחומרי פיברגלס בשילוב עם חומרים וקשרים סינתטיים H (180) ) חומרים המבוססים על נציץ, אסבסט ופיברגלס בשילוב עם קלסרים סיליקון סיליקון ותרכובות אימפרגנציה C (מעל 180) נציץ, חומרים קרמיים, זכוכית, קוורץ או שילובים שלהם ללא קלסרים או עם חומרים קלסרים אנאורגניים

נקודת ריכוך שבה דיאלקטריים מוצקים בעלי מצב אמורפי במצב קר (שרפים, ביטומן) מתחילים להתרכך. נקודת הריכוך נקבעת כאשר הבידוד המחומם נסחט מטבעת או צינור באמצעות כדור פלדה או כספית.

נקודת הטיפה בה נפרדת הטיפה הראשונה ונופלת מהכוס (עם פתח בקוטר 3 מ"מ בתחתית) בה מחממים את חומר הבדיקה.

נקודת הבזק של אדים שבה תערובת של אדי נוזל מבודדים ואוויר נדלקת על ידי להבת המבער המוצגת. ככל שנקודת ההבזק של הנוזל נמוכה יותר, כך תנודתיותו גדולה יותר.

עמידות בפני לחות, עמידות כימית, עמידות בפני כפור ועמידות טרופית דיאלקטריות - יציבות של מאפיינים חשמליים ופיזיקליים-כימיים של חומרי בידוד חשמליים כאשר הם נחשפים ללחות, חומצות או בסיסים בטמפרטורות נמוכות בטווח שבין -45 מעלות ל -60 מעלות צלזיוס, כמו כמו כן אקלים טרופי, המאופיין בטמפרטורת אוויר גבוהה ומשתנה בחדות במהלך היום, הלחות והזיהום הגבוהים שלו, נוכחות של עובשים, חרקים ומכרסמים.

עמידות בפני דיאלקטריות קשת וקורונה - עמידות של חומרי בידוד חשמליים להשפעות של אוזון וחנקן המשתחררים במהלך פריקה שקטה - קורונה, כמו גם עמידות בפני פעולת ניצוצות חשמליים וקשת יציבה.

תכונות תרמופלסטיות ותרמוסטטיות של דיאלקטריות

חומרי בידוד חשמליים תרמופלסטיים הם אלו שבהתחלה מוצקים בקור, מתרככים בחימום ומתמוססים בממסים מתאימים. לאחר הקירור, חומרים אלו מתמצקים שוב. בחימום חוזר, יכולתם להתרכך ולהתמוסס בממיסים נשארת. לפיכך, חימום חומרים כאלה אינו גורם לשינויים במבנה המולקולרי שלהם.

בניגוד אליהם, החומרים שנקרא thermoset לאחר טיפול בחום במצב מתאים, הם מתקשים (לאפות). בחימום חוזר הם אינם מתרככים ואינם מתמוססים בממיסים, מה שמעיד על שינויים בלתי הפיכים במבנה המולקולרי שלהם שחלו במהלך החימום.

מאפיינים מכניים של חומרי בידוד הם: חוזק מתיחה מרבי, דחיסה, כיפוף סטטי ודינמי וכן קשיחות.