Электроизоляционные материалы

Электроизоляционными называются вещества — диэлектрики, обладающие ничтожной электрической проводимостью, способные поляризоваться в электрическом поле. В них возможно длительное существование электростатического поля и накопление потенциальной электрической энергии.
Электроизоляционные материалы применяются для изоляции проводниковых элементов или частей электрических машин, аппаратов, приборов и т, д., находящихся под разными потенциалами.
К электроизоляционным материалам предъявляются весьма разнообразные требования, главные из которых:'
1) достаточная электрическая прочность (см. ниже);
2) большие удельные объемное и поверхностное сопротивления ;
3) высокая диэлектрическая проницаемость;
4) малые диэлектрические потери.
Кроме того, имеют значение механические, термические и другие свойства.
В соответствии с разнообразием требований в электротехнике применяются много различных электроизоляционных материалов.
Электроизоляционные материалы можно разделить на группы по разным признакам, например:
1) по их агрегатному состоянию — на газообразные, жидкие, твердые;
2) по их химической природе — на органические и неорганические;
3) по их нагревостойкости — на классы и т. д.

а) Газообразные диэлектрики. Главным из газообразных изоляторов является воздух. При нормальной температуре (+20° С) и нормальном давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) электрическая прочность воздуха (30 X 103 В/см) меньше", чем у большинства жидких и твердых диэлектриков. Поэтому иногда наблюдается пробой воздушного промежутка непосредственно у поверхности изолятора, который называется поверхностным разрядом.
Из других газов в качестве изоляции применяются водород, углекислый газ, азот и инертные газы: аргон, неон и др.

б) Жидкие диэлектрики. К. жидким диэлектрикам относятся: минеральные масла, синтетические жидкости, смолы, лаки.
Минеральные масла являются продуктами перегонки нефти и представляют собой смеси жидких углеводородов. Они применяются в масляных трансформаторах, масляных выключателях, кабелях и конденсаторах. .
В трансформаторах масло служит для изоляции токоведущих частей и для охлаждения путем конвекции, т. е. переноса тепла при циркуляции масла.
В масляных выключателях масло способствует гашению электрической дуги при разрыве цепи.
В кабелях и конденсаторах масло применяется для пропитки бумажной изоляции.
Масло должно иметь высокую электрическую прочность (100—200 кВ/см). Она резко падает при наличии влаги, поэтому перед заливкой и периодически при эксплуатации масло должно высушиваться и очищаться. Некоторые характеристики масла даны в табл. 1-1.

Искусственный жидкий диэлектрик совол, представляющий смесь молекул дифенила разной степени хлорирования, применяется взамен минерального масла для пропитки и заполнения конденсаторов, при этом емкость конденсаторов повышается в 2 раза.
Для заполнения трансформаторов применяют совтол, который представляет собой совол, разбавленный трихлор-бензолом. Так как он негорюч, то залитые им трансформаторы безопасны в пожарном отношении.
Смолы при низких температурах — это аморфные стеклообразные массы. При нагреве они размягчаются и становятся пластичными, а затем жидкими. Смолы не гигроскопичны и не растворяются в воде, но растворяются в спирте и других растворителях. Смолы являются важнейшей составной частью многих лаков, компаундов, пластмасс, пленок.
Природные смолы — это продукт жизнедеятельности некоторых насекомых (например, шеллак) или растений — смолоносов. Наибольшее значение имеют синтетические смолы, например полиэтилен, поливинилхлорид (см. табл. 1-1), которые применяются для изоляции проводов, кабелей, для защитных покрытий, для изготовления лаков.
Лаки представляют собой растворы пленкообразующих веществ: смол, битумов, высыхающих растительных масел (например льняного), эфиров целлюлозы. В процессе сушки происходит образование лаковой пленки. Лаки применяются для пропитки обмоток с целью защиты от влаги и химически активной среды, а также для склеивания листочков слюды между собой или с бумагой и тканью.

в) Твердые диэлектрики. Твердые диэлектрики составляют наиболее многочисленную группу изоляционных материалов (см. табл. 1-1).
1. Волокнистые органические материалы: бумаги, картон, фибра, ткани изготовляются из волокон древесины, хлопка, капрона.
Они обладают гибкостью, достаточной механической прочностью и гигроскопичностью, для уменьшения которой применяется пропитка минеральным маслом или компаундом.
Бумага изготовляется в основном из древесины. Промышленность выпускает бумагу кабельную, конденсаторную, намоточную для изготовления бакелитовых изделий, оклеечную для изоляции листов электротехнической стали и др.
Электрокартон (прессшпан) изготовляется из целлюлозы и подвергается прессованию. Он широко применяется для прокладок в электрических машинах, трансформаторах и других электротехнических изделиях.
Фибра изготовляется из пористой бумаги путем обработки ее хлористым цинком. Применяется для изготовления панелей, стоек, втулок и т. д.
Гетинакс — это много слоев прессованной бумаги, пропитанных бакелитовым лаком.
Текстолит представляет собой прессованную многослойную ткань, пропитанную бакелитовым лаком. После пропитки материал подвергается нагреванию, после которого лак отвердевает.
2. Пластмассы — материалы, состоящие из двух составных частей — связующей и наполнителя. Связующей служат смолы или битумы, а также жидкое стекло или цемент.
Пластмассы широко применяются в электротехнике в качестве изоляционных и конструкционных материалов.
3. Эластомерами называют материалы, обладающие свойствами эластичности, т. е. сильно удлиняться при растяжении и принимать прежние размеры при снятии нагрузки.
Каучук натуральный и синтетический обладает высокой эластичностью и малой проницаемостью для влаги и газов.
Резина — эластичный материал, получается путем введения в каучук серы. При содержании серы 1—3% получается мягкая эластичная резина, при содержании серы 25—50% получается твердая резина — эбонит, неэластичный, но хорошо поддающийся обработке материал.
Последнее время резина с успехом заменяется пластмассами — эластомерами, например поливинилхлоридом, полиэтиленом, более стойкими к действию щелочей, кислот, минеральных масел.
3. Стекло получается плавлением кремнезема (Si0₂) с окислами натрия, калия, кальция, с последующим охлаждением. Обычное стекло обладает хрупкостью. Специальные сорта стекла, например, сталинит, имеет высокую прочность.
Стекло в электротехнике применяется для изготовления изоляторов, а также колб ламп накаливания и электронных ламп.
Стеклянное волокно и стеклопряжа применяются, например, в качестве изоляции проводов, предназначенных для работы при высокой температуре.
4. Электрофарфор изготовляется из каолина, огнеупорной глины, кварца, полевого шпата. Фарфоровые изделия покрываются глазурью для уменьшения гигроскопичности и обжигаются.
Фарфор имеет высокие механическую и электрическую прочность и нагревостойкость. Он широко применяется для изготовления низковольтных и высоковольтных изоляторов.
5. Слюда — это минерал кристаллической структуры, легко расщепляющийся на тонкие листочки. Она обладает высокими нагревостойкостью, влагостойкостью и прекрасными электроизоляционными свойствами (см. табл. 1-1).
Миканит — склеенные лаком или смолой листочки слюды — применяется для различных прокладок и для изготовления фасонных деталей путем формовки.
6. Парафин — продукт переработки нефти — не гигроскопичен, плавится при 55° С. Применяется для пропитки бумаги, картона, дерева с целью уменьшения их гигроскопичности.