ลักษณะของวัสดุฉนวนไฟฟ้า

วัสดุฉนวนไฟฟ้าเป็นวัสดุที่หุ้มฉนวนสายไฟ พวกเขามี: ความต้านทานสูง, ความแข็งแรงทางไฟฟ้า - ความสามารถของวัสดุในการต้านทานการสลายผ่านแรงดันไฟฟ้าและการสูญเสียทางไฟฟ้า, ลักษณะโดยสัมผัสของมุมการสูญเสีย, ความต้านทานความร้อน, โดดเด่นด้วยอุณหภูมิที่อนุญาตสูงสุดสำหรับไดอิเล็กตริกที่กำหนดในระหว่าง ใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าในระยะยาว

วัสดุฉนวนไฟฟ้า - ไดอิเล็กตริกสามารถเป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซได้

วัตถุประสงค์ของวัสดุฉนวนไฟฟ้าในกระแสไฟฟ้าคือการสร้างระหว่างส่วนต่าง ๆ ที่มีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน เช่น สภาพแวดล้อมที่ป้องกันไม่ให้กระแสผ่านระหว่างส่วนนั้น

แยกแยะลักษณะทางไฟฟ้า เครื่องกล เคมีกายภาพ และความร้อนของไดอิเล็กตริก

ลักษณะทางไฟฟ้าของไดอิเล็กตริก

ความต้านทานรวม - ความต้านทานของไดอิเล็กตริกเมื่อกระแสตรงผ่าน สำหรับไดอิเล็กตริกแบบเรียบจะเท่ากับ:

Rv = ρv (d / S), โอห์ม

โดยที่ ρv — ค่าความต้านทานปริมาตรเฉพาะของไดอิเล็กตริก ซึ่งเป็นค่าความต้านทานของลูกบาศก์ที่มีขอบ 1 ซม. เมื่อกระแสตรงผ่านสองด้านตรงข้ามของไดอิเล็กตริก โอห์ม-ซม. S คือพื้นที่หน้าตัดของ ​​อิเล็กทริกที่กระแสไฟฟ้าผ่าน (พื้นที่ของอิเล็กโทรด ), cm2, e — ความหนาของอิเล็กทริก (ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด) ดู

ความต้านทานพื้นผิวอิเล็กทริก

ความต้านทานพื้นผิว — ความต้านทานของไดอิเล็กตริกเมื่อกระแสไหลผ่านพื้นผิว ความต้านทานนี้คือ:

Rs = ρs (l / S), โอห์ม

โดยที่ ps — ความต้านทานพื้นผิวเฉพาะของไดอิเล็กตริกซึ่งเป็นความต้านทานของสี่เหลี่ยมจัตุรัส (ขนาดใดก็ได้) เมื่อกระแสตรงผ่านจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง โอห์ม ล.- ความยาวของพื้นผิวอิเล็กทริก (ในทิศทางการไหลของกระแส ), ซม., C - ความกว้างของพื้นผิวอิเล็กทริก (ในทิศทางที่ตั้งฉากกับการไหลของกระแส) ดู

ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก

อย่างที่คุณทราบความจุของตัวเก็บประจุ - อิเล็กทริกปิดระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่นขนานและตรงข้าม (อิเล็กโทรด) คือ:

C = (ε S) / (4π ล.), ซม.

โดยที่ ε - ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสัมพัทธ์ของวัสดุ เท่ากับอัตราส่วนของความจุของตัวเก็บประจุที่มีไดอิเล็กตริกที่กำหนดต่อความจุของตัวเก็บประจุที่มีขนาดทางเรขาคณิตเท่ากัน แต่ไดอิเล็กตริกคืออากาศ (หรือค่อนข้างเป็นสุญญากาศ) C - พื้นที่ของอิเล็กโทรดตัวเก็บประจุ cm2, l - ความหนาของไดอิเล็กตริกปิดระหว่างอิเล็กโทรด ดู

มุมการสูญเสียอิเล็กทริก

การสูญเสียพลังงานในไดอิเล็กตริกเมื่อใช้กระแสสลับคือ:

Pa = U NS Ia, W

โดยที่ U คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ Ia เป็นส่วนประกอบที่ใช้งานของกระแสที่ไหลผ่านอิเล็กทริก A.

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

โดยที่ Azp เป็นองค์ประกอบปฏิกิริยาของกระแสที่ไหลผ่านอิเล็กทริก, A, C คือความจุของตัวเก็บประจุ, cm, f คือความถี่ของกระแส, Hz, φ - มุมที่เวกเตอร์ปัจจุบันผ่านอิเล็กทริกคือ ก่อนเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับไดอิเล็กตริกนี้ องศา δ — มุมประกอบกับ φ ถึง 90 ° (มุมสูญเสียไดอิเล็กตริก องศา)

ด้วยวิธีนี้ จำนวนการสูญเสียพลังงานจะถูกกำหนด:

Pa = U22πfCtgδ, W

ความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่งคือคำถามของการพึ่งพา tgδ กับขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ (เส้นโค้งไอออไนเซชัน)

ด้วยความเป็นฉนวนที่เป็นเนื้อเดียวกัน ปราศจากการหลุดร่อนและการแตกร้าว tgδ จึงแทบไม่ขึ้นกับขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ในการปรากฏตัวของการหลุดร่อนและการแตกร้าวด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น tgδ จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากการแตกตัวเป็นไอออนของช่องว่างที่มีอยู่ในฉนวน

การวัดค่าการสูญเสียอิเล็กทริก (tgδ) เป็นระยะและการเปรียบเทียบกับผลการวัดครั้งก่อนเป็นการระบุลักษณะสภาพของฉนวน ระดับและความเข้มของการเสื่อมสภาพ

ความเป็นฉนวน

ในการติดตั้งระบบไฟฟ้า ไดอิเล็กตริกที่เป็นฉนวนของขดลวดจะต้องทนต่อการกระทำของสนามไฟฟ้า ความเข้ม (แรงดันไฟฟ้า) ของ tulle จะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าสร้างสนามนี้เพิ่มขึ้น และเมื่อความแรงของสนามถึงค่าวิกฤต อิเล็กทริกจะสูญเสียคุณสมบัติการเป็นฉนวนไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่า การสลายไดอิเล็กตริก

แรงดันไฟฟ้าที่เกิดการสลายเรียกว่าแรงดันพังทลาย และความแรงของสนามที่สอดคล้องกันคือความเป็นฉนวน

ค่าตัวเลขของความเป็นฉนวนจะเท่ากับอัตราส่วนของแรงดันพังทลายต่อความหนาของไดอิเล็กตริกที่จุดแตกหัก:

Epr = UNHC / ลิตร, กิโลโวลต์ / มม.,

โดยที่ Upr — แรงดันพังทลาย, kV, l — ความหนาของฉนวนที่จุดแตกหัก, มม.

วัสดุฉนวนไฟฟ้า

ลักษณะทางเคมีกายภาพของไดอิเล็กตริก

นอกเหนือจากคุณสมบัติทางไฟฟ้าแล้วยังมีคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของไดอิเล็กตริกดังต่อไปนี้

หมายเลขกรด — ระบุปริมาณ (มก.) ของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) ที่จำเป็นในการทำให้กรดอิสระที่มีอยู่ในไดอิเล็กตริกเหลวเป็นกลาง และทำให้คุณสมบัติการเป็นฉนวนไฟฟ้าลดลง

ความหนืด — กำหนดระดับความลื่นไหลของไดอิเล็กตริกเหลว ซึ่งจะกำหนดความสามารถในการเจาะทะลุของสารเคลือบเงาเมื่อชุบลวดพัน รวมถึงการพาน้ำมันในหม้อแปลง ฯลฯ

พวกเขาแยกแยะความหนืดจลน์ที่วัดโดยเครื่องวัดความหนืดของเส้นเลือดฝอย (หลอดแก้วรูปตัว U) และความหนืดแบบมีเงื่อนไขซึ่งกำหนดโดยความเร็วของการไหลของของไหลจากช่องเปิดที่สอบเทียบในช่องทางพิเศษ หน่วยของความหนืดจลนศาสตร์คือ Stokes (st)

ความหนืดตามเงื่อนไขวัดเป็นองศา Engler

ความต้านทานต่อความร้อน — ความสามารถของวัสดุในการทำหน้าที่ของมันเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิในการทำงานเป็นระยะเวลาหนึ่งซึ่งเทียบได้กับระยะเวลาโดยประมาณของการทำงานปกติของอุปกรณ์ไฟฟ้า

ภายใต้อิทธิพลของความร้อนการเสื่อมสภาพของความร้อนของวัสดุฉนวนไฟฟ้าเกิดขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากการที่ฉนวนไม่เป็นไปตามข้อกำหนดที่กำหนดไว้

คลาสทนความร้อนของวัสดุฉนวนไฟฟ้า (GOST 8865-70)ตัวอักษรระบุระดับการทนความร้อนและตัวเลขในวงเล็บ - อุณหภูมิ, ° C

Y (90) วัสดุเส้นใยเซลลูโลส ฝ้าย และไหมธรรมชาติ ไม่อาบซึมหรือจุ่มในวัสดุฉนวนไฟฟ้าเหลว A (105) วัสดุเส้นใยเซลลูโลส ฝ้ายหรือธรรมชาติ วิสคอสและไหมสังเคราะห์ อาบซึมหรือจุ่มในวัสดุฉนวนไฟฟ้าเหลว D (120) วัสดุสังเคราะห์ (ฟิล์ม เส้นใย เรซิน สารประกอบ) B (130) วัสดุไมกา ใยหิน และไฟเบอร์กลาสที่ใช้กับสารยึดเกาะอินทรีย์และสารเคลือบ F (155) วัสดุไมกา ใยหิน และไฟเบอร์กลาสรวมกับสารยึดประสานสังเคราะห์และสารเคลือบ H (180 ) วัสดุที่ทำจากแร่ไมกา แร่ใยหิน และไฟเบอร์กลาส ร่วมกับสารยึดประสานซิลิกอนและสารประกอบทำให้ชุ่ม C (มากกว่า 180 รายการ) ไมกา วัสดุเซรามิก แก้ว ควอตซ์ หรือส่วนผสมของสารดังกล่าวโดยไม่มีสารยึดเกาะหรือสารยึดเกาะอนินทรีย์

จุดอ่อนตัวที่ไดอิเล็กตริกของแข็งที่มีสถานะอสัณฐานในสภาวะเย็น (เรซิน น้ำมันดิน) เริ่มอ่อนตัวลง จุดอ่อนตัวถูกกำหนดเมื่อฉนวนความร้อนถูกบีบออกจากวงแหวนหรือท่อโดยใช้ลูกเหล็กหรือปรอท

จุดหยดที่หยดแรกแยกออกจากบีกเกอร์ (โดยมีช่องเปิดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม. ที่ด้านล่าง) ซึ่งวัสดุทดสอบได้รับความร้อน

จุดวาบไฟของไอซึ่งส่วนผสมของไอของเหลวที่เป็นฉนวนและอากาศถูกจุดติดไฟโดยเปลวไฟของหัวเผา ยิ่งจุดวาบไฟของของเหลวต่ำเท่าใด ความผันผวนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ความต้านทานความชื้น ความต้านทานต่อสารเคมี ความต้านทานต่อน้ำค้างแข็ง และไดอิเล็กตริกต้านทานในเขตร้อน - ความเสถียรของคุณลักษณะทางไฟฟ้าและเคมีฟิสิกส์ของวัสดุฉนวนไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับความชื้น กรดหรือเบสที่อุณหภูมิต่ำในช่วงตั้งแต่ -45 ° ถึง -60 ° C เช่น เช่นเดียวกับภูมิอากาศแบบเขตร้อนซึ่งมีอุณหภูมิอากาศสูงและเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในระหว่างวัน ความชื้นสูง มลภาวะ เชื้อรา แมลง และสัตว์ฟันแทะ

ความต้านทานต่ออาร์คและไดอิเล็กตริกโคโรนา — ความต้านทานของวัสดุฉนวนไฟฟ้าต่อผลกระทบของโอโซนและไนโตรเจนที่ปล่อยออกมาระหว่างการปล่อยประจุแบบเงียบ — โคโรนา ตลอดจนความต้านทานต่อการกระทำของประกายไฟไฟฟ้าและอาร์คที่เสถียร

สมบัติเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซตติงของไดอิเล็กตริก

วัสดุฉนวนไฟฟ้าประเภทเทอร์โมพลาสติกคือวัสดุที่เริ่มแข็งเมื่อเย็น อ่อนตัวเมื่อได้รับความร้อน และละลายในตัวทำละลายที่เหมาะสม หลังจากเย็นลง วัสดุเหล่านี้จะแข็งตัวอีกครั้ง ด้วยการให้ความร้อนซ้ำ ๆ ความสามารถในการทำให้นิ่มและละลายในตัวทำละลายยังคงอยู่ ดังนั้นการให้ความร้อนแก่วัสดุดังกล่าวจึงไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างโมเลกุล

ตรงกันข้ามกับพวกเขา วัสดุเทอร์โมเซ็ตที่เรียกว่าหลังจากการให้ความร้อนในโหมดที่เหมาะสม พวกเขาจะแข็งตัว (อบ) เมื่อให้ความร้อนซ้ำ ๆ พวกมันจะไม่อ่อนตัวและไม่ละลายในตัวทำละลาย ซึ่งบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการให้ความร้อน

ลักษณะทางกลของวัสดุฉนวน ได้แก่ ความต้านทานแรงดึงสูงสุด การอัด การดัดแบบสถิตและไดนามิก ตลอดจนความแข็ง