Moderní elektrická zařízení si nelze představit bez spolehlivé izolace vodičů, vodičů a krytu elektrického zařízení. Hlavními cíli elektroizolačních materiálů je zabránit úniku elektrických nábojů, oddělit vodivé prvky a elektrické obvody a také zajistit bezpečné napájecí obvody a pracovní podmínky pro technický personál.
Klasifikace elektroizolačních materiálů
V závislosti na rozsahu použití jsou materiály pro elektrickou izolaci rozděleny do kategorií a tříd. Pro jejich standardizaci byly vyvinuty státní normy, které upravují výkonové vlastnosti a přijatelné normy pro použití výrobků. Zároveň platí, že čím vyšší je úroveň maximální přípustné teploty ohřevu, tím vyšší jsou požadavky na tepelnou odolnost dielektrik.
Na základě toho lze při výrobě elektrické izolace použít:
• Kompozitní materiály na bázi přírodních složek – celulózové, pryžové, bavlněné a hedvábné tkaniny nenapuštěné tekutou izolací (maximální teplota ohřevu by neměla překročit +90 °);
• Lamináty, vinuté výrobky a vláknité materiály impregnované tekutým dielektrikem (maximální teplota ohřevu by neměla překročit +120°). Elektroizolační materiály této třídy našly uplatnění v radiotechnice, výrobě elektrických strojů, elektrických přístrojů a přístrojů, jakož i při výrobě kabelových a drátěných výrobků ve formě pásků, těsnění, prvků pro konstrukční a elektrické izolační účely. Produkty jsou navrženy pro použití v různých prostředích a klimatických podmínkách;
• Kompozitní materiály na bázi polymerních filmů, skleněných tkanin a syntetických papírů se vyrábí lepením nebo lisováním fólie s papírem, skelnou tkaninou nebo jinými fóliovými látkami a netkanými materiály vyrobenými z organických a anorganických vláken. Elektroizolační materiály tento typ se používá jako klínový kryt, drážková, mezifázová a mezivrstvová izolace v elektrických zařízeních malého a středního výkonu;
• Izolační materiály na bázi přírodní slídy a slídových papírů může odpovídat třídám tepelné odolnosti „B“ (kde by maximální teplota ohřevu neměla překročit +130°) a „F“ s maximální úrovní ohřevu produktu +155°. Slída je zcela unikátní přírodní lamelární minerál s vysokou dielektrickou charakteristikou, tvrdostí a tepelnou odolností. Je schopen se rozdělit na tenké listy, které si zachovávají pružnost a pevnost. Pro svůj vysoký výkon a elektroizolační vlastnosti zaujímá slída již více než sto let jedno z předních míst ve výrobě izolací.
Dnes elektroizolační materiály na bázi vrstveného materiálu se široce používají při výrobě různých vysokonapěťových elektrických zařízení – trakčních motorů, turbín a transformátorových jednotek. Vyrobeno z látek obsahujících slídu sběratelské manžety, objímky, trubky, drážkové, mezifázové a mezilamelové izolace elektrických zařízení a strojů;
• Elektroizolační smalty, laky, práškové barvy a sloučeniny se používají při výrobě smaltovaných drátů a lepidel. Používají se také k impregnaci vinutí.
Například, prášková barva-lak se rozšířila při zajišťování ochrany krytů elektromotorů, elektroměrů, lamp a elektrických topných zařízení.
Používá se také k ochraně baterií, které mají poměrně vysoké požadavky: izolační povlak musí být souvislý, odolný vůči elektrolytu a teplotním změnám v rozsahu od -50°C do +60°C. Aplikace práškové barvy vytváří ochrannou vrstvu o tloušťce 0,5 mm až 1 mm, která zlepšuje podmínky chlazení elektrolytu a prodlužuje životnost baterií.
V procesu izolace drátů práškovými kompozicemi namísto vícevrstvých nátěr smaltovaným lakem Materiály na bázi rozpouštědel vytvářejí jednu vrstvu. Díky tomu je proces netoxický a ohnivzdorný.
K tloušťce vrstvy a výkonnostním charakteristikám pokrytí drátu izolací Jsou kladeny poměrně přísné požadavky. Proto se v praxi používají nepigmentované epoxidové, pentaplastové, polyvinylchloridové a fluoroplastické sloučeniny.
Dnes jako elektroizolační materiál Sloučeniny, jako jsou polymerní pryskyřice a bitumen, jsou široce používány v ochraně proti výbuchu. Mohou být několika typů.
1. Kalení. Toto je jedna z nejoblíbenějších možností elektroizolační materiál tohoto typu. Kompozice se nanáší na povrch součásti vedoucí proud a postupně tvrdne a vytváří trvanlivou stejnoměrnou vrstvu izolace. Materiály mohou být termosety, které po vytvrzení nemohou měknout, nebo termoplasty, které měknou při zahřátí.
2. Kapalina. Ani za provozu nemění svůj stav agregace. Tato kategorie zahrnuje syntetické kapaliny, ropné a rostlinné oleje.
3. Impregnace elektroizolační směs používá se k impregnaci vinutí elektrických přístrojů a strojů. Poskytuje cementaci závitů vinutí a účinnou ochranu proti pronikání vlhkosti. Látka zpravidla neobsahuje rozpouštědla, proto se po vytvrzení vytvoří monolitická vrstva bez průchozích kapilár a pórů. Tato kvalita poskytuje materiálu širokou škálu aplikací.
4. Nalévání. Tento typ izolace se používá k vyplnění volného prostoru ve spojkách, jakož i dutin v přístrojích a elektrických spotřebičích.
• Plynová izolace. Mezi nejběžnější dielektrika tohoto typu patří vzduch, vodík, dusík a plyn SF6. Vzduch lze použít jako zemní plyn pro elektrickou izolaci živých částí elektrického vedení a elektrických zařízení. Jeho vlastnosti však mají řadu významných nevýhod, takže v uzavřených zařízeních nelze použít vzduch.
Dusík se často používá k izolaci instalací výkonových transformátorů a vysokonapěťových kabelů. Vodík má také vysoké elektroizolační vlastnosti. Tento plyn navíc zajišťuje nucené chlazení prvků zařízení. Proto se často používá jako elektroizolační materiál v elektrických strojích.
Uzavřené elektrárny však nejčastěji využívají plyn SF6, těžkou anorganickou plynnou látku, která je bez zápachu a barvy. Má vlastnosti zhášení oblouku a činí elektrická zařízení odolná proti výbuchu.
Rád bych také krátce pohovořil o vakuu. Patří do kategorie ne nejběžnějších typů izolačních materiálů. Ve vzácném prostoru nejsou žádné elektrody a ionty, které by zajišťovaly přenos náboje. Proto je výskyt elektrického proudu nemožný. Výroba takových systémů však vyžaduje značné kapitálové investice a je proto iracionální.
• Nanomateriály. Výzkum v oblasti nanotechnologií přitahuje v poslední době stále větší pozornost energetických specialistů. Výsledkem práce vědců byl objev nanostrukturních elektroizolačních materiálů – polymerů s tloušťkou filmu 5-250 mikronů. Navzdory takové tenké vrstvě zůstává elektrický odpor izolace velmi vysoký a není o nic horší než u sloučenin. Kromě toho má moderní nanoelektrická izolace řadu hmatatelných výhod:
— nátěr je odolný vůči chemicky aktivním látkám;
— zachovává si své vlastnosti i při náhlých změnách teploty;
— odolnost a dlouhá životnost;
— nanoizolace je odolná vůči mechanickému namáhání;
— pevnost nanomateriálů je desítkykrát větší než pevnost oceli;
– má minimální rozměry.
Odborníci se však zaměřují na jeden důležitý detail, který do jisté míry omezuje šíření syntetizované nanoizolace. Hovoříme o riziku znečištění životního prostředí. Vzhledem k tomu, že polymery se rozkládají dlouho, v případě porušení podmínek likvidace existuje možnost poškození biosféry.
