بعض المواد المستخدمة في الأجهزة الكهربائية ودوائر إمداد الطاقة لها خصائص عازلة ، أي أنها تتمتع بمقاومة عالية للتيار. تسمح لهم هذه القدرة بعدم تمرير التيار ، وبالتالي يتم استخدامها لإنشاء عزل للأجزاء الحاملة للتيار. تم تصميم مواد العزل الكهربائي ليس فقط لفصل الأجزاء الحاملة للتيار ، ولكن أيضًا لتوفير الحماية ضد الآثار الخطيرة للتيار الكهربائي. على سبيل المثال ، أسلاك الكهرباء للأجهزة الكهربائية مغطاة بالعزل.
مواد العزل الكهربائي وتطبيقاتها
تستخدم مواد العزل الكهربائي على نطاق واسع في الصناعة والراديو وصنع الأدوات وتطوير الشبكات الكهربائية. يعتمد التشغيل العادي للجهاز الكهربائي أو سلامة دائرة إمداد الطاقة بشكل كبير علىالعوازل المستخدمة. تحدد بعض معلمات مادة مخصصة للعزل الكهربائي جودتها وقدراتها.
استخدام المواد العازلة يخضع لأنظمة السلامة. سلامة العزل هي مفتاح العمل الآمن مع التيار الكهربائي. من الخطير جدًا استخدام الأجهزة ذات العزل التالف. حتى التيار الكهربائي الطفيف يمكن أن يكون له تأثير على جسم الإنسان.
خصائص العوازل
يجب أن تتمتع المواد العازلة للكهرباء بخصائص معينة من أجل أداء وظائفها. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين العوازل والموصلات في مقاومة الحجم الكبير (109-1020 أوم سم). الموصلية الكهربائية للموصلات بالمقارنة مع المواد العازلة 15 مرة أكبر. هذا يرجع إلى حقيقة أن العوازل بطبيعتها لديها عدد مرات أقل من الأيونات والإلكترونات الحرة ، والتي توفر التوصيل الحالي للمادة. لكن عند تسخين المادة يوجد المزيد منها مما يساهم في زيادة التوصيل الكهربائي.
يميز بين الخصائص الإيجابية والسلبية للعوازل. بالنسبة للمواد العازلة ، فإن الخصائص السلبية هي الأكثر أهمية. يجب أن يكون ثابت العزل للمادة منخفضًا قدر الإمكان. هذا يسمح للعزل بعدم إدخال السعات الطفيلية في الدائرة. بالنسبة للمادة المستخدمة كعزل كهربائي للمكثف ، يجب أن يكون ثابت العزل ، على العكس من ذلك ، كبيرًا قدر الإمكان.
خيارات العزل
إلى المعلمات الرئيسيةيشمل العزل الكهربائي القوة الكهربائية ، المقاومة الكهربائية ، السماحية النسبية ، زاوية فقدان العزل الكهربائي. عند تقييم خصائص العزل الكهربائي للمادة ، يؤخذ أيضًا في الاعتبار اعتماد الخصائص المدرجة على مقادير التيار الكهربائي والجهد.
تتمتع المنتجات والمواد العازلة للكهرباء بقوة كهربائية أكبر مقارنة بالموصلات وأشباه الموصلات. من المهم أيضًا للعزل الكهربائي استقرار القيم المحددة أثناء التسخين وزيادة الجهد والتغيرات الأخرى.
تصنيف المواد العازلة
اعتمادًا على قوة التيار المار عبر الموصل ، يتم استخدام أنواع مختلفة من العزل ، والتي تختلف في قدراتها.
ما هي المعلمات التي يتم تقسيم المواد العازلة للكهرباء؟ يعتمد تصنيف المواد العازلة على حالة تجمعها (صلب ، سائل ، غازي) ومنشأها (عضوي: طبيعي وصناعي ، غير عضوي: طبيعي وصناعي). النوع الأكثر شيوعًا من العوازل الصلبة ، والذي يمكن رؤيته على أسلاك الأجهزة المنزلية أو أي أجهزة كهربائية أخرى.
العوازل الصلبة والسائلة ، بدورها ، مقسمة إلى مجموعات فرعية. تشمل العوازل الصلبة الأقمشة المطلية والرقائق وأنواع مختلفة من الميكا. الشموع والزيوت والغازات المسيلة عبارة عن مواد عازلة كهربائية سائلة. يتم استخدام العوازل الغازية الخاصة بشكل أقل تكرارًا. يشمل هذا النوع أيضًاالعازل الكهربائي الطبيعي هو الهواء. لا يرجع استخدامه فقط إلى خصائص الهواء ، التي تجعله عازلًا ممتازًا ، ولكن أيضًا لاقتصاده. استخدام الهواء كعزل لا يتطلب تكاليف مادية إضافية.
عوازل صلبة
المواد العازلة الكهربائية الصلبة هي أوسع فئة من العوازل التي تستخدم في مختلف المجالات. لها خواص كيميائية مختلفة ، ويتراوح ثابت العزل الكهربائي من 1 إلى 50000.
تنقسم العوازل الصلبة إلى غير قطبية وقطبية وكهربائية حديدية. اختلافاتهم الرئيسية في آليات الاستقطاب. هذه الفئة من العزل لها خصائص مثل المقاومة الكيميائية ، ومقاومة التتبع ، ومقاومة التغصن. يتم التعبير عن المقاومة الكيميائية في القدرة على تحمل تأثير مختلف البيئات العدوانية (حمض ، قلوي ، إلخ). تحدد مقاومة التتبع القدرة على تحمل تأثيرات القوس الكهربائي ، وتحدد المقاومة التغصنية تكوين التشعبات.
تستخدم العوازل الصلبة في مختلف مجالات الطاقة. على سبيل المثال ، يتم استخدام مواد العزل الكهربائي الخزفية بشكل شائع كعوازل للخط والجلبة في المحطات الفرعية. يتم استخدام الورق والبوليمرات والألياف الزجاجية كعزل للأجهزة الكهربائية. بالنسبة للآلات والأجهزة ، غالبًا ما يتم استخدام الورنيش والكرتون والمركب.
للاستخدام في ظروف تشغيل مختلفة ، يتم إعطاء العزل بعض الخصائص الخاصة من خلال الجمع بين مختلفالمواد: مقاومة الحرارة ، مقاومة الرطوبة ، مقاومة الإشعاع ومقاومة الصقيع. العوازل المقاومة للحرارة قادرة على تحمل درجات حرارة تصل إلى 700 درجة مئوية ، وتشمل هذه الزجاج والمواد القائمة عليها ، والمواد العضوية وبعض البوليمرات. المواد المقاومة للرطوبة والمقاومة للمناطق الاستوائية هي مادة بلاستيكية الفلورية ، وهي غير ماصة للرطوبة ومضادة للماء.
يستخدم العزل المقاوم للإشعاع في الأجهزة ذات العناصر الذرية. وهي تشمل الأغشية غير العضوية وبعض أنواع البوليمرات والألياف الزجاجية والمواد القائمة على الميكا. مقاومة الصقيع هي عوازل لا تفقد خصائصها عند درجات حرارة تصل إلى -90 درجة مئوية. يتم وضع متطلبات خاصة على العزل المخصص للأجهزة التي تعمل في ظروف الفراغ أو الفراغ. لهذه الأغراض ، يتم استخدام مواد محكمة التفريغ ، والتي تشمل السيراميك الخاص.
العوازل السائلة
غالبًا ما تستخدم مواد العزل الكهربائي السائلة في الآلات والأجهزة الكهربائية. يلعب الزيت دور العزل في المحولات. تشمل المواد العازلة السائلة أيضًا الغازات المسيلة وزيوت الفازلين والبارافين غير المشبعة والبولي أورغانوسيلوكسانات والماء المقطر (المنقى من الأملاح والشوائب).
الخصائص الرئيسية للعوازل السائلة هي ثابت العزل والقوة الكهربائية والتوصيل الكهربائي. أيضًا ، تعتمد المعلمات الكهربائية للعوازل إلى حد كبير على درجة تنقيتها. يمكن للشوائب الصلبة أن تزيد من الموصلية الكهربائية للسوائل بسبب نمو الأيونات والإلكترونات الحرة.تنقية السوائل بالتقطير والتبادل الأيوني وما إلى ذلك. يؤدي إلى زيادة القوة الكهربائية للمادة ، وبالتالي تقليل توصيلها الكهربائي.
العوازل السائلة مقسمة إلى ثلاث مجموعات:
- زيوت بترولية ؛
- زيوت نباتية
- سوائل اصطناعية.
الزيوت الأكثر استخدامًا هي زيوت البترول مثل زيوت المحولات والكابلات والمكثفات. تستخدم السوائل الاصطناعية (السليكون العضوي ومركبات الفلور العضوي) أيضًا في هندسة الأجهزة. على سبيل المثال ، مركبات السيليكون العضوي مقاومة للصقيع ومرطبة ، لذلك يتم استخدامها كعازل في المحولات الصغيرة ، لكن تكلفتها أعلى من سعر زيوت البترول.
الزيوت النباتية عمليا لا تستخدم كمواد عازلة في تكنولوجيا العزل الكهربائي. وتشمل هذه زيت الخروع وبذر الكتان والقنب وزيت التونغ. هذه المواد عبارة عن عوازل قطبية ضعيفة وتستخدم بشكل أساسي في تشريب المكثفات الورقية وكعامل لتشكيل الفيلم في الورنيش والدهانات والمينا العازلة للكهرباء.
عوازل الغاز
العوازل الغازية الأكثر شيوعًا هي الهواء والنيتروجين والهيدروجين وغاز SF6. تنقسم الغازات العازلة للكهرباء إلى غازات طبيعية واصطناعية. يستخدم الهواء الطبيعي كعزل بين الأجزاء الحاملة للتيار من خطوط الطاقة والآلات الكهربائية. بصفته عازلًا ، فإن للهواء عيوبًا تجعل من المستحيل استخدامه في الأجهزة المغلقة.نظرًا لوجود تركيز عالٍ من الأكسجين ، فإن الهواء عامل مؤكسد ، وفي المجالات غير المتجانسة ، تظهر قوة كهربائية منخفضة للهواء.
تستخدم محولات الطاقة وكابلات الجهد العالي النيتروجين كعزل. الهيدروجين ، بالإضافة إلى كونه مادة عازلة للكهرباء ، يتم تبريده أيضًا ، وهذا هو سبب استخدامه غالبًا في الآلات الكهربائية. غالبًا ما يستخدم SF6 في التركيبات محكمة الغلق. حشوها بغاز SF6 يجعل الجهاز مقاومًا للانفجار. يتم استخدامه في قواطع الدائرة ذات الجهد العالي بسبب خصائص إطفاء القوس.
عوازل عضوية
المواد العضوية العازلة مقسمة إلى مواد طبيعية وتركيبية. نادرًا ما يتم استخدام العوازل العضوية الطبيعية حاليًا ، حيث يتوسع إنتاج العوازل الاصطناعية أكثر فأكثر ، مما يقلل من تكلفتها.
تشمل المواد العازلة العضوية الطبيعية السليلوز والمطاط والبارافين والزيوت النباتية (زيت الخروع). معظم العوازل العضوية التركيبية عبارة عن مواد بلاستيكية مختلفة واللدائن المرنة غالبًا ما تستخدم في الأجهزة المنزلية الكهربائية وغيرها من المعدات.
عوازل غير عضوية
تنقسم المواد العازلة غير العضوية إلى مواد طبيعية واصطناعية. أكثر المواد الطبيعية شيوعًا هي الميكا ، والتي تتمتع بمقاومة كيميائية وحرارية. يتم استخدام Phlogopite و muscovite أيضًا للعزل الكهربائي.
لمواد غير عضوية اصطناعيةتشمل المواد العازلة الزجاج والمواد التي تعتمد عليها ، وكذلك الخزف والسيراميك. اعتمادًا على التطبيق ، يمكن إعطاء العازل الاصطناعي خصائص خاصة. على سبيل المثال ، يتم استخدام سيراميك الفلسبار للبطانات ، والتي لها ظل عالي لفقدان العازل.
مواد عازلة كهربائية ليفية
غالبًا ما تستخدم المواد الليفية للعزل في الأجهزة والآلات الكهربائية. وتشمل هذه المواد من أصل نباتي (المطاط ، السليلوز ، الأقمشة) ، المنسوجات الاصطناعية (النايلون ، الكابرون) ، وكذلك المواد المصنوعة من البوليسترين والبولي أميد ، إلخ.
المواد الليفية العضوية شديدة الرطوبة ، لذلك نادرًا ما تستخدم بدون تشريب خاص.
في الآونة الأخيرة ، بدلاً من المواد العضوية ، تم استخدام عزل الألياف الاصطناعية ، والتي تتمتع بمستوى أعلى من مقاومة الحرارة. وتشمل الألياف الزجاجية والأسبستوس. يتم تشريب الألياف الزجاجية بمختلف الورنيش والراتنجات لزيادة خصائصها المقاومة للماء. تتميز ألياف الأسبستوس بقوة ميكانيكية منخفضة ، لذلك غالبًا ما تتم إضافة ألياف القطن إليها.
