Что вам следует знать об изоляционных материалах

1. Определение изоляционного материала

  Материал, состоящий из веществ с объемным сопротивлением 109~1022Ом·см, в электротехнике называется изоляционным материалом, а также диэлектриком.

  Изоляционный материал обладает очень большим сопротивлением постоянному току. Из-за своего высокого сопротивления под действием напряжения постоянного тока, помимо 

очень малый ток утечки на поверхность, он практически не проводит ток; в то время как для переменного тока существует емкостный ток Pass, который обычно считается непроводящим. Чем больше удельное сопротивление изоляционного материала, тем лучше изоляционные характеристики.

2. Классификация изоляционных материалов

  Газоизоляционный материал

  При нормальных обстоятельствах сухие газы при нормальной температуре и давлении обычно обладают хорошими изоляционными свойствами, например, воздух, азот и газ гексафторид серы. В настоящее время широкое распространение получили газовые трансформаторы с изоляцией шестифтористой серы.

  Жидкий изоляционный материал

  Жидкие изоляционные материалы обычно существуют в форме масла, также известного как изоляционное масло, например трансформаторное масло, переключающее масло, конденсаторное масло и т. д. Кроме того, жидкие изоляционные материалы включают изолирующий клей и так далее.

  Твердый изоляционный материал

  Обычными твердыми изоляционными материалами являются в основном изоляционная бумага, изоляционный картон, древесина, электроламинированная древесина, фенольный бумажный картон, фенольно-хлопковая доска, Лист FR4, 3240 Лист эпоксидной смолы и так далее

3. Основные свойства изоляционных материалов.

Электрические характеристики

  Электрические характеристики изоляционного материала являются наиболее важными характеристиками трансформатора и являются важным фактором, определяющим выбор изоляционного материала. Электрические характеристики в основном включают в себя следующие аспекты:

1. Сопротивление изоляции

  Отношение постоянного напряжения, приложенного между двумя электродами изолятора, к току, проходящему через два электрода, и есть сопротивление изоляции.

  Сопротивление изоляции делится на сопротивление поверхностной изоляции и сопротивление объемной изоляции. Сопротивление поверхностной изоляции относится к величине способности препятствовать прохождению тока по поверхности диэлектрика; Сопротивление объемной изоляции относится к величине, препятствующей прохождению тока по внутренней части диэлектрика.

2. Электрическая прочность

  Когда напряженность электрического поля превышает допустимое значение (критическое значение), которое может выдержать среда, среда теряет свои изоляционные свойства. Это явление называется электрическим пробоем среды. Напряжение, при котором происходит пробой диэлектрика, называется напряжением пробоя, а соответствующая напряженность электрического поля — электрической напряженностью среды.

  Электрическая прочность изоляционного материала зависит от предварительной обработки самого материала, температуры, влажности и других сопутствующих факторов. Электрические характеристики изоляционного материала, используемого в трансформаторе, также тесно связаны с конструкцией и условиями использования самого трансформатора.

  После того как твердый изоляционный материал подвергся электрическому пробою, его нельзя восстановить самостоятельно, а можно только заменить; в то время как жидкие и газообразные изоляционные материалы подвергаются электрическому пробою, через определенный период времени они могут восстановить свои первоначальные изоляционные свойства, что представляет собой упругий пробой.

3. Диэлектрические потери

  В переменном электрическом поле изоляционный материал поглощает электрическую энергию и рассеивает ее в виде тепла, называемого диэлектрическими потерями. Диэлектрические потери отражаются тангенсом угла диэлектрических потерь (tanδ), то есть чем больше tanδ, тем больше диэлектрические потери, тем выше температура среды и тем быстрее будет стареть материал.

4. Диэлектрическая проницаемость

  Диэлектрическая проницаемость — физическая величина, характеризующая поляризацию диэлектрика в переменном электрическом поле. Для изотропной линейной изолирующей среды ее диэлектрическая проницаемость равна: ε = ε_{0 *} ε_r

ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика; ε0 — диэлектрическая проницаемость вакуума; εr — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

Жаростойкость

  После ввода трансформатора в эксплуатацию изолирующая среда в нем находится в среде с относительно высокой температурой. При этом под действием электрического поля сам изоляционный материал также выделяет тепло. Если изоляционный материал не может сбалансировать тепло и рассеивание тепла, температура будет продолжать расти, и изоляционный материал быстро потеряет свои изоляционные свойства и приведет к разрушению. Этот тип повреждения изоляции называется термическим пробоем.

  К показателям, отражающим жаростойкость изоляционных материалов, относятся термостойкость, стабильность, предельно допустимая рабочая температура и класс нагревостойкости и др. Основные определения следующие:

1. Термостойкость

  Указывает на способность изоляционного материала не изменять свои диэлектрические свойства, механические свойства, физико-химические свойства и т. д. под действием высокой температуры.

2. Термическая стабильность

  Под этим понимается способность изоляционного материала сохранять свое нормальное состояние без изменения своих диэлектрических свойств, механических свойств, физико-химических свойств и других свойств в условиях многократных изменений температуры.

3. Максимально допустимая рабочая температура.

  Под ней понимается температура, при которой изоляционный материал может сохранять необходимые диэлектрические, механические и физико-химические свойства в течение длительного времени (15-20 лет) без существенного ухудшения.

4. Степень термостойкости

  Указывает максимально допустимую рабочую температуру изоляционного материала. Классы термостойкости изоляционных материалов в основном составляют 90°C, 105°C, 120°C, 130°C, 155°C, 180°C, 200°C, 220°C и т. д.

Механические свойства

  Помимо изоляции, изолирующие детали, используемые в трансформаторе, должны выдерживать различные нагрузки, такие как давление и напряжение во время работы. Для этого изоляционный материал должен иметь хорошие механические свойства при допустимой рабочей температуре.

  К показателям, отражающим механические свойства изоляционных материалов, относятся прочность, твердость и т. д., и их определения следующие:

1. Твердость

  Указывает на способность поверхности материала не деформироваться после сжатия.

2. Прочность

  Указывает на способность материала не деформироваться после воздействия напряжений (растяжения, сжатия, изгиба, удара и вибрации).