Druhy elektroizolačních materiálů: co lze použít k ochraně před elektrickým proudem.

Elektroizolace je nezbytnou etapou při vytváření, opravách a provozu elektrických výrobků. A důležitou třídou dielektrik jsou polymery. V tomto článku mluvíme o elektrických izolačních materiálech: co jsou a kde se používají.

Co je elektrická izolace

Elektrické izolační materiály se také nazývají dielektrika. Jde o látky, které zabraňují pronikání a úniku proudu. Charakteristickým znakem dielektrik je jejich vysoký elektrický odpor.

Elektrická izolace je tedy schopnost materiálů bránit toku proudu. Hraje důležitou roli v elektrotechnice a elektronice a je zodpovědný za bezpečnost a účinnost různých zařízení.

Elektrická izolace je také proces izolace vodivých systémů od sebe navzájem, od okolního prostředí nebo od kontaktování konstrukčních prvků.

Jaké druhy elektroizolačních materiálů existují?

Existuje mnoho látek, které nevedou elektrický proud. Lze je odlišit několika vlastnostmi.

Podle stavu agregace:

• Plynný. Například argon, xenon, fluor, helium jsou inertní plyny s vynikajícími dielektrickými vlastnostmi. Používají se v řadě vysokonapěťových zařízení, například v plynových výbojkách a některých typech laserů. Hexafluorid sírový s vynikajícími elektroizolačními vlastnostmi se používá ve vysokonapěťových zařízeních: spínačích a transformátorech.
• Kapalný. Jedná se o minerální a syntetické oleje, glycerin, některé silikonové a polyuretanové kapaliny. Používají se v transformátorech, kondenzátorech a dalších vysokonapěťových zařízeních s vysokým výkonem.
• Solidní. Dřevo, azbest a čedič, křemen a keramika, většina polymerů a pryž. Používají se jako elektroizolační těsnění, technické desky, štíty, pouzdra pro zařízení, jakož i vinutí pro vodiče a kabely. Pevná dielektrika se navíc používají k výrobě součástí pracovních oděvů.

Nejčastěji se používají pevná dielektrika. Protože jsou nejméně toxické a snadno se používají. Pro srovnání, některé oleje na bázi ropy jsou hořlavé. A většina syntetických kapalin je toxická. Pevné materiály mají často další pozitivní vlastnosti, jako je požární odolnost a chemická inertnost.

Všechna pevná dielektrika lze rozdělit na:

• Organické. Skládají se ze sloučenin uhlíku. Mohou být přírodního původu, jako je šelak, jantar nebo kalafuna, nebo syntetické, jako je polyethylen, polypropylen a další plasty.
• Anorganické. Neobsahují uhlík. Jedná se o keramiku, sklo, některé oxidy kovů. Ve srovnání s organickými dielektriky mají značnou nevýhodu: jsou zpravidla křehčí a méně elastické.

Syntetické polymery a kaučuk se postupem času staly nejoblíbenějšími materiály ve výrobě z hlediska elektrické izolace. Snadno se používají, dokonale izolují elektrický proud a jsou cenově dostupné.

Přejděme od teorie k praxi. Promluvme si o dielektrických charakteristikách některých polymerů a oblastech jejich použití.

Polyethylen (PE) a vysokomolekulární polyethylen (HMWPE)

Polyethylen (PE) je oblíbený polymer pro elektrickou izolaci s vynikajícími dielektrickými vlastnostmi, trvanlivostí a přijatelnými ukazateli pevnosti.

Specifický elektrický odpor polyethylenu je typicky mezi 10^13 a 10^16 Ohm m. Tato hodnota se může lišit v závislosti na typu polyethylenu (např. nízká hustota nebo vysoká hustota) a provozních podmínkách.

Zde je několik způsobů, jak se polyethylen používá pro elektrickou izolaci:

• Izolace drátu.
• Kondenzátory. PE poskytuje stabilní elektrické vlastnosti a dobrou tepelnou odolnost.
• Izolační panely pro elektrotechniku. Výhody: lehkost, pružnost a dobrá mechanická pevnost.
• Izolace vinutí v transformátorech na ochranu proti zkratu a přehřátí.

Vysokomolekulární polyethylen má na rozdíl od běžného PE dobrou tepelnou odolnost. V souladu s tím se při zvýšených teplotách nezhoršují izolační vlastnosti. Výrobky z vysokomolekulárního polyetylenu jsou dobré v prevenci elektrických úniků a ochraně kabelů před vnějšími vlivy. Vysokomolekulární polyethylen se používá pro elektrickou izolaci vinutí transformátorů.

Polyamid (PA6)

Polyamid je termoplastický polymer známý pro své vynikající elektrické izolační vlastnosti, díky čemuž je oblíbenou volbou v elektrotechnickém a elektronickém průmyslu. Díky svým jedinečným vlastnostem je vhodný pro mnoho aplikací souvisejících s izolací elektrických součástí.

Polyamid typu PA6 vykazuje vysokou dielektrickou pevnost, která mu umožňuje odolávat významným elektrickým polím bez rizika průrazu. Tato kvalita je zvláště důležitá pro izolaci vodičů, kabelů a dalších elektrických prvků. Polymer si navíc zachovává své izolační vlastnosti v širokém teplotním rozsahu, takže je ideální pro použití v prostředí s kolísáním teplot.

Specifický elektrický odpor polyamidu se typicky pohybuje od 10^12 do 10^14 Ohm cm. Tyto hodnoty se mohou lišit v závislosti na provozních podmínkách, jako je teplota, vlhkost a přítomnost nečistot.

Použití polyamidu PA6 v elektrické izolaci:

• Izolace kabelu.
• Používá se k výrobě různých izolačních dílů: průchodek a podložek používaných v elektrických zařízeních.
• Polyamid PA6 se často používá k výrobě krytů a krytů elektrických a elektronických zařízení, které poskytují ochranu vnitřním součástem.

Polyuretan (PU)

Vysoký elektrický odpor polyuretanu z něj činí vynikající volbu pro použití jako elektrický izolační materiál v různých elektrických a elektronických zařízeních. Elektrický odpor polyuretanu (PU) je typicky v rozsahu 10^12 až 10^16 Ohm cm. Materiál je tepelně odolný, pružný a odolný.

Použití polyuretanu v elektrické izolaci:

• Izolace vodičů a kabelů.
• Polyuretan se používá k nátěru a ochraně elektronických součástek, jako jsou desky plošných spojů, transformátory a další zařízení.
• Nátěry a těsnění. Polyuretanové nátěry se používají k ochraně před vlhkostí a nečistotami, což je důležité zejména v elektronice a elektrotechnice.
• Z polyuretanu jsou vyrobeny různé elektroizolační díly: podložky, pouzdra, těsnění, těsnící kroužky atd.

Polypropylen (PP)

Měrný elektrický odpor polypropylenu (PP) je od 10^16 do 10^18 Ohm cm. Polypropylen má nízkou dielektrickou konstantu (typicky kolem 2.2), což minimalizuje ztráty energie v elektrických polích. Polypropylen si zachovává své dielektrické vlastnosti v širokém rozsahu teplot a vlhkosti, takže je vhodný pro různé klimatické podmínky.

Polypropylen se často používá při výrobě fóliových kondenzátorů, kde jeho dielektrické vlastnosti přispívají k vysoké účinnosti a spolehlivosti. Polymer se používá jako izolační materiál v kabelech, drátech a dalších elektrických zařízeních.

Celkově je polypropylen vynikající volbou pro použití jako dielektrikum v různých elektrických a elektronických zařízeních díky svým stabilním a vysoce účinným izolačním vlastnostem.

Fluoroplast (F-4)

Fluoroplast F-4, také známý jako polytetrafluorethylen (PTFE), je jedním z nejznámějších a široce používaných dielektrik. Zde jsou některé z jeho klíčových vlastností a výhod:

• Jeho vysoký odpor z něj dělá vynikající izolant. Indikátor se pohybuje od 10^16 do 10^18 Ohm cm.
• Nízká dielektrická konstanta – přibližně 2.0-2.1. Tím se minimalizují energetické ztráty v elektrických polích.
• Stabilita při změnách teploty.
• PTFE je odolný vůči kyselinám a zásadám. Může být použit v kontaktu s mnoha agresivními prostředími.
• Uklouznout. Fluoroplast má nízký koeficient tření – 0.05-0.1 při kontaktu s kovovými povrchy.

Fluoroplast F-4 se používá při výrobě izolačních materiálů, vodičů, kabelů, kondenzátorů a dalších elektrických a elektronických zařízení, kde jsou vyžadovány vysoké dielektrické vlastnosti.

Guma

Guma má schopnost bránit průchodu elektrického proudu, díky čemuž je výborným izolantem. Měrný elektrický odpor pryže je v rozmezí od 10^10 do 10^16 Ohm m. Díky své pružnosti lze pryž snadno tvarovat a přizpůsobit pro různé aplikace, což umožňuje vytváření izolátorů různých tvarů a velikostí. Zejména pryžové technické listy jsou široce používány. Existují speciální dielektrické rohože, stejně jako podrážky bot a další části oblečení, rukavice, které neumožňují průchod proudu.

Mnoho druhů pryže je odolných vůči vlhkosti, chemikáliím a ultrafialovému světlu. Pryž si po dlouhou dobu zachovává své izolační vlastnosti, což je důležité pro spolehlivost elektrických systémů.

Typy pryžových elektrických izolátorů:

• Silikonová pryž se používá ve vysokonapěťových izolátorech a má vynikající tepelnou a chemickou odolnost. Promluvme si o tom podrobněji níže.
• Přírodní kaučuk se často používá v nízkonapěťových aplikacích, jako jsou elektrické kabely a elektroinstalace.
• Epoxidová pryž se používá jako izolační materiál v transformátorech a jiných elektrických instalacích.
• Nitrilkaučuk se používá v aplikacích, kde je vyžadována odolnost vůči olejům a chemikáliím, a jako izolace.

Gumové těsnící šňůry se používají v místech, kde je potřeba dosáhnout vysoké těsnosti a zamezit průchodu proudu.

Silikon

Alternativou ke gumě jsou silikonové rohože. Používají se:

• na pracovních stolech pro montáž a opravy elektroniky;
• v laboratořích jako ochranné povrchy při experimentech;
• na výrobních linkách k ochraně zařízení a pracovníků před elektrickými výboji.

Kromě ochrany proti proudu má silikon antistatické vlastnosti, odolnost vůči vysokým teplotám a dobrý protiskluzový účinek.

Specifický elektrický odpor silikonu se pohybuje od 10^12 do 10^15 Ohm m.

Azbest

Azbest se používá jako elektrický izolant díky své tepelné odolnosti, nízké vodivosti a odolnosti proti chemickým vlivům. Používá se k výrobě izolačních desek, těsnění a pásků pro transformátory, generátory a elektromotory. Azbest se používá jako těsnění a těsnění v elektrických zařízeních, zejména těch, která pracují při vysokých teplotách nebo pod tlakem.

Azbestová lepenka a tkanina jsou široce používány. Kromě jeho dielektrických vlastností je široce ceněna odolnost materiálu vůči ohni.

Toto není úplný seznam dielektrik, která se používají k ochraně před elektřinou. Výběr mezi materiály závisí nejen na indexu elektrického odporu, ale také na dalších vlastnostech – pevnost, odolnost proti srážení, změny teploty, elasticita atd.