Eigenschaften elektrischer Isoliermaterialien

Elektrische Isoliermaterialien sind Materialien, mit denen Drähte isoliert werden. Sie verfügen über: hohen Widerstand, elektrische Festigkeit – die Fähigkeit des Materials, einem Durchschlag durch seine elektrische Spannung und elektrische Verluste zu widerstehen, gekennzeichnet durch den Tangens des Verlustwinkels, Wärmebeständigkeit, gekennzeichnet durch die Temperatur, die für ein bestimmtes Dielektrikum während dieser Zeit maximal zulässig ist seine langfristige Verwendung in elektrischen Geräten.

Elektrische Isoliermaterialien – Dielektrika können fest, flüssig und gasförmig sein.

Der Zweck von elektrisch isolierenden Materialien in der Elektrizität besteht darin, zwischen Teilen mit unterschiedlichen elektrischen Potenzialen eine Umgebung zu schaffen, die den Stromdurchgang zwischen diesen Teilen verhindert.

Unterscheiden Sie zwischen elektrischen, mechanischen, physikalisch-chemischen und thermischen Eigenschaften von Dielektrika.

Elektrische Eigenschaften von Dielektrika

Massenwiderstand – der Widerstand eines Dielektrikums, wenn ein Gleichstrom durch es fließt. Für ein flaches Dielektrikum ist es gleich:

Rv = ρv (d / S), Ohm

Dabei ist ρv der spezifische Volumenwiderstand des Dielektrikums, also der Widerstand eines Würfels mit einer Kantenlänge von 1 cm, wenn ein Gleichstrom durch zwei gegenüberliegende Seiten des Dielektrikums fließt, Ohm-cm, S ist die Querschnittsfläche von Das Dielektrikum, durch das der Strom fließt (Fläche der Elektroden), cm2, e – Dielektrikumsdicke (Abstand zwischen den Elektroden), vgl

Dielektrischer Oberflächenwiderstand

Oberflächenwiderstand – der Widerstand eines Dielektrikums, wenn ein Strom durch seine Oberfläche fließt. Dieser Widerstand ist:

Rs = ρs (l / S), Ohm

wo ps – spezifischer Oberflächenwiderstand eines Dielektrikums, das ist der Widerstand eines Quadrats (beliebiger Größe), wenn ein Gleichstrom von einer Seite zur anderen fließt, Ohm, l – Länge der dielektrischen Oberfläche (in Richtung des Stromflusses). ), cm, C – die Breite der dielektrischen Oberfläche (in der Richtung senkrecht zum Stromfluss), siehe

Die Dielektrizitätskonstante.

Wie Sie wissen, beträgt die Kapazität eines Kondensators – eines zwischen zwei parallelen und gegenüberliegenden Metallplatten (Elektroden) geschlossenen Dielektrikums:

C = (ε S) / (4π l), cm,

wobei ε die relative Dielektrizitätskonstante des Materials ist, gleich dem Verhältnis der Kapazität eines Kondensators mit einem bestimmten Dielektrikum zur Kapazität eines Kondensators mit den gleichen geometrischen Abmessungen, dessen Dielektrikum jedoch Luft (oder besser gesagt Vakuum) ist; C – Fläche der Kondensatorelektrode, cm2, l – Dicke des zwischen den Elektroden geschlossenen Dielektrikums, siehe

Dielektrischer Verlustwinkel

Der Leistungsverlust in einem Dielektrikum bei Anlegen eines Wechselstroms beträgt:

Pa = U NS Ia, W

Dabei ist U die angelegte Spannung, Ia die aktive Komponente des Stroms, der durch das Dielektrikum fließt, A.

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

Dabei ist Azp die reaktive Komponente des durch das Dielektrikum fließenden Stroms, A, C die Kapazität des Kondensators, cm, f die Frequenz des Stroms, Hz, φ – der Winkel, in dem der durch das Dielektrikum fließende Stromvektor verläuft vor dem an dieses Dielektrikum angelegten Spannungsvektor, Grad, δ – Winkel komplementär zu φ zu 90 ° (dielektrischer Verlustwinkel, Grad).

Auf diese Weise wird die Höhe der Verlustleistung ermittelt:

Pa = U22πfCtgδ, W

Von großer praktischer Bedeutung ist die Frage nach der Abhängigkeit von tgδ von der Größe der angelegten Spannung (Ionisationskurve).

Bei homogener Isolierung ohne Delaminierung und Rissbildung ist tgδ nahezu unabhängig von der Größe der angelegten Spannung; Bei Delamination und Rissbildung steigt tgδ mit zunehmender angelegter Spannung aufgrund der Ionisierung der in der Isolierung enthaltenen Hohlräume stark an.

Die periodische Messung der dielektrischen Verluste (tgδ) und deren Vergleich mit den Ergebnissen früherer Messungen charakterisieren den Zustand der Isolierung, den Grad und die Intensität ihrer Alterung.

Spannungsfestigkeit

In Elektroinstallationen müssen die Dielektrika, die die Isolierung der Spule bilden, der Einwirkung des elektrischen Feldes standhalten. Die Intensität (Spannung) des Tülls nimmt mit zunehmender Spannung zu, die dieses Feld erzeugt, und wenn die Feldstärke einen kritischen Wert erreicht, verliert das Dielektrikum seine elektrischen Isoliereigenschaften, die sogenannten dielektrischer Durchschlag.

Die Spannung, bei der der Durchschlag auftritt, wird Durchbruchspannung genannt, die entsprechende Feldstärke ist Durchschlagsfestigkeit.

Der Zahlenwert der Durchschlagsfestigkeit ist gleich dem Verhältnis der Durchschlagsspannung zur Dicke des Dielektrikums am Durchschlagspunkt:

Epr = UNHC / l, kV / mm,

wobei Upr die Durchschlagsspannung in kV ist und l die Dicke der Isolierung am Durchschlagspunkt in mm.

Elektrische Isoliermaterialien

Physikalisch-chemische Eigenschaften von Dielektrika

Zusätzlich zu den elektrischen werden die folgenden physikalisch-chemischen Eigenschaften von Dielektrika unterschieden.

Säurezahl – gibt die Menge (mg) Kaliumhydroxid (KOH) an, die erforderlich ist, um die im flüssigen Dielektrikum enthaltenen freien Säuren zu neutralisieren und seine elektrischen Isoliereigenschaften zu verschlechtern.

Viskosität – bestimmt den Grad der Fließfähigkeit des flüssigen Dielektrikums, das die Durchdringungsfähigkeit von Lacken beim Imprägnieren von Wickeldrähten sowie die Konvektion von Öl in Transformatoren usw. bestimmt.

Sie unterscheiden zwischen der kinematischen Viskosität, die mit Kapillarviskosimetern (U-förmigen Glasröhrchen) gemessen wird, und der sogenannten bedingten Viskosität, die durch die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsflusses aus einer kalibrierten Öffnung in einem speziellen Trichter bestimmt wird. Die Einheit der kinematischen Viskosität ist Stokes (st).

Bedingte Viskosität gemessen in Grad Engler.

Wärmebeständigkeit – die Fähigkeit eines Materials, seine Funktionen zu erfüllen, wenn es für einen Zeitraum, der mit dem geschätzten Zeitraum des normalen Betriebs elektrischer Geräte vergleichbar ist, einer Betriebstemperatur ausgesetzt wird.

Unter dem Einfluss von Erwärmung kommt es zu einer thermischen Alterung elektrischer Isoliermaterialien, wodurch die Isolierung nicht mehr den an sie gestellten Anforderungen entspricht.

Hitzebeständigkeitsklassen elektrischer Isoliermaterialien (GOST 8865-70).Der Buchstabe gibt die Hitzebeständigkeitsklasse an und die Zahlen in Klammern geben die Temperatur in ° C an

Y (90) Faserstoffe aus Zellulose, Baumwolle und Naturseide, nicht imprägniert oder getaucht in flüssiges Elektroisoliermaterial A (105) Faserstoffe aus Zellulose, Baumwolle oder Naturseide, Viskose und synthetischer Seide, imprägniert oder getaucht in flüssiges Elektroisoliermaterial D (120) Synthetische Materialien (Filme, Fasern, Harze, Verbindungen) B (130) Glimmer-, Asbest- und Glasfasermaterialien, verwendet mit organischen Bindemitteln und Imprägniermitteln F (155) Glimmer-, Asbest- und Glasfasermaterialien, kombiniert mit synthetischen Bindemitteln und Imprägniermitteln H (180 ) Materialien auf Basis von Glimmer, Asbest und Glasfaser in Kombination mit Silizium-Silizium-Bindemitteln und Imprägniermitteln C (über 180) Glimmer, keramische Materialien, Glas, Quarz oder Kombinationen davon ohne Bindemittel oder mit anorganischen Bindemitteln

Erweichungspunkt, bei dem feste Dielektrika, die im kalten Zustand einen amorphen Zustand aufweisen (Harze, Bitumen), zu erweichen beginnen. Der Erweichungspunkt wird bestimmt, wenn die erhitzte Isolierung mit einer Stahlkugel oder Quecksilber aus einem Ring oder Rohr herausgedrückt wird.

Tropfpunkt, an dem sich der erste Tropfen ablöst und aus dem Becherglas (mit einer Öffnung von 3 mm Durchmesser am Boden) fällt, in dem das Testmaterial erhitzt wird.

Dampfflammpunkt, bei dem ein Gemisch aus isolierendem Flüssigkeitsdampf und Luft durch die dargestellte Brennerflamme entzündet wird. Je niedriger der Flammpunkt der Flüssigkeit ist, desto größer ist ihre Flüchtigkeit.

Feuchtigkeitsbeständigkeit, chemische Beständigkeit, Frostbeständigkeit und Tropenbeständigkeit von Dielektrika – Stabilität der elektrischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften elektrischer Isoliermaterialien bei Einwirkung von Feuchtigkeit, Säuren oder Basen bei niedrigen Temperaturen im Bereich von -45 ° bis -60 ° C sowie tropisches Klima, gekennzeichnet durch hohe und stark schwankende Lufttemperatur im Laufe des Tages, hohe Luftfeuchtigkeit und Umweltverschmutzung, Vorhandensein von Schimmelpilzen, Insekten und Nagetieren.

Beständigkeit gegen Lichtbogen- und Koronadielektrika – Beständigkeit elektrischer Isoliermaterialien gegenüber der Wirkung von Ozon und Stickstoff, die bei stiller Entladung freigesetzt werden – Korona sowie Beständigkeit gegen die Wirkung elektrischer Funken und stabiler Lichtbogen.

Thermoplastische und duroplastische Eigenschaften von Dielektrika

Thermoplastische Elektroisolierstoffe sind solche, die im kalten Zustand zunächst fest sind, beim Erhitzen erweichen und sich in geeigneten Lösungsmitteln auflösen. Nach dem Abkühlen verfestigen sich diese Materialien wieder. Bei wiederholtem Erhitzen bleibt ihre Fähigkeit zum Erweichen und Lösen in Lösungsmitteln erhalten. Daher führt das Erhitzen solcher Materialien zu keiner Veränderung ihrer molekularen Struktur.

Im Gegensatz dazu härten (backen) die sogenannten duroplastischen Werkstoffe nach einer Wärmebehandlung in geeigneter Weise aus. Bei wiederholtem Erhitzen erweichen sie nicht und lösen sich nicht in Lösungsmitteln auf, was auf irreversible Veränderungen ihrer Molekülstruktur hinweist, die beim Erhitzen aufgetreten sind.

Mechanische Eigenschaften von Dämmstoffen sind: maximale Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, statische und dynamische Biegung sowie Steifigkeit.