Изоляторы электрические: Электрические изоляторы: назначение, виды, конструкция, классификация

Электрические изоляторы: назначение, виды, конструкция, классификация

Обязательным условием для передачи электрической энергии является проводниковый материал, необходимый для протекания тока. Но для исключения возможности попадания потенциала на несущие конструкции и другие элементы устанавливаются электрические изоляторы. В современной электротехнике невозможно представить себе работу каких-либо силовых устройств без изоляторов.

Что из себя представляют электрические изоляторы?

Электрические изоляторы представляют собой диэлектрический элемент электроустановки, конструктивно выполняемый из изоляционного материала и армирующих деталей. Диэлектрик предназначен для электрического отделения, а металлические конструкции позволяют зафиксировать как сам изолятор, так и проводники на нем. В качестве диэлектрического материала используется стекло, полимер или керамика.

Назначение

Электрические изоляторы предназначены для крепления шин, проводов, тралеи и прочих токоведущих элементов к корпусу электроустановки, консолям опор и прочим конструкциям.

Помимо этого они изолируют проводники при прохождении через стены, позволяют отделить электроустановки друг от друга и прочие несущие функции.

В зависимости от места установки их подразделяют на внутренней и наружной. Также немаловажное значение играет класс напряжения, на который рассчитан тот или иной изолятор. Из-за чего будет отличаться его конструктивное исполнение и определенные технические характеристики, определяющие возможность их применения в тех или иных электроустановках [ 1 ].

Основные технические характеристики

В соответствии с требованиями нормативных документов, для электрических изоляторов регламентируются такие характеристики:

  • Сухоразрядное напряжение — это  такая величина, при которой произойдет электрический разряд в условиях сухого состояния поверхности. Перекрытие изолятора
  • Мокроразрядное напряжение – определяет такую же величину, как и предыдущий параметр, но при условии попадания дождя на поверхность.
    При этом рассматривается такой вариант, когда направление струй располагается под углом 45°.
Рис. 2. Изолятор под дождем

При таком потоке струй под углом 45°, которые обозначены на рисунке 2 буквой А, обеспечивается максимальное обтекание поверхности Б, и, как следствие, обеспечивается минимальное сопротивление электрическому току – от 9,5 до 10,5 кОм*см. Этот параметр всегда ниже сухоразрядного.

  • Напряжение пробоя – представляет собой такую величину, при которой произойдет пробой между двумя полюсами. В зависимости от конструкции, полюса могут быть представлены стержнем и шапкой либо шиной и фланцем.
  • Механическая прочность – проверяется нагрузкой на изгиб, разрыв или срез головки. При этом конструкцию жестко закрепляют и прикладывают к ней усилие, плавно повышаемое до такого уровня высочайшего напряжения в материале, которое приводит к разрушению.
  • Термическая устойчивость – испытывается посредством попеременного нагревания и резкого охлаждения. Состоит из двух-трех циклов, в зависимости от материала и конструкции. После чего прикладывается электрический потенциал, создающий множественные разряды.

Проверка технических характеристик.

Следует отметить, что испытательные процедуры не являются обязательными для всех изоляторов, выпускаемых на заводе. Электрическим, термическим и механическим воздействиям подвергаются только 0,5% от партии. Обязательной для всех изоляторов  является проверка напряжением перекрытия в течении трех минут, при котором на изоляторе возникают искровые разряды.

У подвесных изоляторов обязательно проверяется механическая характеристика. Для этого в течении минуты к нему прикладывается механическая нагрузка, которую регламентируют заводские или государственные нормы.

Такие испытания обеспечивают нормальную работу электрических изоляторов при номинальных токах и номинальных напряжениях в сети. А также, достаточный уровень надежности. Кроме этого, некоторые модели подвергаются периодической проверке в ходе эксплуатации. По результатам периодических осмотров и испытаний они могут проходить очистку, выбраковку и замену.

Типовая конструкция

Для начала разберем пример типовой конструкции на эскизе штыревого изолятора.

Рис. 3. Изолятор в разрезе

Как видите на рисунке 3, в конструкции предусмотрены ребра А и Б. Которые позволяют увеличить электрическую прочность за счет удлинения пути для тока утечки по поверхности. В связи с различными углами уклона ребер обеспечивается возможность защиты от выпадающих осадков. Так ребра А имеют меньший уклон, поэтому они наиболее актуальны для твердых осадков – снега, грязи и т.д. Потому что влага может подлизываться под низ и значительно сокращать величину разрядного напряжения.

В отличии от них, юбки Б позволяют полностью исключить возможность попадания влаги при дождливой погоде. Это обеспечивает постоянный запас сопротивления, которое и гарантирует величину напряжения пробоя. Помимо этого, юбки Б не боятся намерзания гололеда и могут обеспечивать нормальную работу высоковольтных линий в случае сложной метеорологической ситуации.

Для крепления головки стержня предусмотрена резьба В, которая позволяет закрепить конструкцию на консоли или армирующих крюках. В верхней части находится желоб Г для фиксации провода. Дополнительно провод увязывается проволокой для более надежного крепления воздушных ЛЭП.

Рис. 4. Конструкция проходного изолятора

Проходной изолятор имеет немного иную конструкцию, так как его задача не только изолировать токоведущую шину от стены, но и обеспечить нормальное протекание тока внутри самого изолятора. Посмотрите, шина обжимается с обеих сторон алюминиевой крышкой для ее надежного закрепления снаружи. Внутри механическое крепление осуществляется за счет герметика, который помимо этого предотвращает попадание загрязнителей и агрессивных веществ. Также для удобства крепления проводов или шин может устанавливаться дополнительный лепесток на самой крышке, как показано на рисунке 4.

Защитная оболочка из кремнийорганической резины препятствует электрическому пробою по поверхности от шины до фланца. Изоляция от пробоя внутренних элементов выполняется посредством стеклопластиковой трубы, которая помещается внутрь ребристой рубашки. Более детальную информацию о параметрах можно почерпнуть из обозначения модели.

Обозначения изоляторов

В маркировке каждого изделия содержится информация о его типе, материале и прочих характеристиках. Посмотрите пример маркировки для изолятора НСПКр 120 – 3/0,6 – Б.

  • Первая буква Н указывает на назначение модели, в данном случае Н — натяжной. Также может быть К – консольный, Ф – фиксаторный, П – подвесной.
  • С – обозначает, что это стержневой изолятор.
  • П – изоляционный материал, в данном случае П – полимер.
  • К – наружное покрытие, в данном случае кремнийорганическая резина.
  • р – индекс, обозначающий, что защитная оболочка ребристая цельнолитая.
  • 120 – показатель нормированного разрушающего усилия в кН.
  • 3 – класс напряжения проводов ВЛ, для которого применяется.
  • 0,6 – обозначает длину пути тока утечки, измеряемую в метрах.
  • Б — обозначает вид зацепления.

Классификация

Для обеспечения надежного электроснабжения и соблюдения максимального уровня безопасности в каждом конкретном случае в электроустановках должны применяться изоляторы соответствующего типа и конструкции. В зависимости от критерия выделяют несколько параметров их классификации.

По назначению

В зависимости от назначения выделяют такие виды изоляторов:

  • Стационарные – применяют для механического крепления токоведущих стержней или ошиновки в распределительных устройствах. В зависимости от назначения стационарные изоляторы дополнительно подразделяются на опорные и проходные. Так опорные изоляторы выступают в роли основания, на которое крепятся шины в ячейках или несущих конструкциях. Проходные изоляторы позволяют провести токоведущий элемент сквозь стену или перекрытие помещения.
  • Аппаратные – имеют схожее назначение со стационарными, но применительно к каким-либо аппаратам. К примеру, аппаратные изоляторы нашли широкое применение в выпрямительных установках, силовых приборах, комплектных подстанциях, установках аппаратов высокого напряжения и прочих агрегатах. Посмотрите на рисунок 5, здесь представлен пример его использования, где он имеет обозначение АИ. Рис. 5. Пример аппаратных изоляторов
  • Линейные – используются для наружной установки под высоковольтные линии или ошиновку открытых распредустройств. Отличительной чертой линейных изоляторов является наличие широких ребер или юбок, предназначенных для увеличения пути поверхностного пробоя в случае выпадения осадков.

По материалу исполнения

В зависимости от применяемого диэлектрика выделяют такие виды изоляторов:

  • С фарфоровым корпусом – отличаются высокой механической прочностью на сжатие, но боятся динамических воздействий. Для предотвращения появления проводящих каналов, из-за оседания пыли и грязи на поверхности, керамический материал покрывается глазурью.
  • Полимерные изоляторы – подразделяются на модели, которые имеют упругую деформацию и монолитные. Отличаются куда большим удельным сопротивлением материала, чем фарфоровые. Но мягкая поверхность в большей мере подвержена загрязнению, чем покрытый глазурью фарфор. Помимо этого из-за воздействия ультрафиолета полимер разрушается и утрачивает свойства, поэтому их применяют для внутренней установки.
  • Стеклянные электрические изоляторы – отличаются не такой высокой прочностью, подвержены сколам при динамических воздействиях. Но в отличии от других материалов не подвержены воздействию агрессивных реагентов. Обладают меньшим весом и более просты в обслуживании, чем фарфоровые.

По способу крепления на опоре

В зависимости от способа крепления бывают:

Классификация по способу крепления
  • Штыревого типа (а) – крепятся посредством металлической арматуры и выступают в роли опоры воздушных ЛЭП, откуда и возникло название опорно-штыревые изоляторы.
  • Подвесные (б) – выполняются тарельчатыми изоляторами, которые собираются в гирлянды, в зависимости от класса напряжения присоединенных к ним электрических аппаратов.
  • Стержневые (в) – имеют форму сплошного стержня, который устанавливается в качестве опорного или подвешивается за элементы арматуры в качестве натяжного. Опорно-стержневые изоляторы устанавливается в распредустройствах для изоляции шин. На их краях посредством чугунных крыльев крепятся токоведущие части.

Видео в дополнение темы

Обзор электрических изоляторов типа «ПС»:

10 примеров электрических проводников и изоляторов

Что делает материал проводником или изолятором? Проще говоря, электрические проводники — это материалы, которые проводят электричество, а изоляторы — это материалы, которые этого не делают. Проводит ли вещество электричество, зависит от того, насколько легко в нем движутся электроны.

Электропроводность зависит от движения электронов, потому что протоны и нейтроны не движутся — они связаны с другими протонами и нейтронами в атомных ядрах.

Conductors Vs. Изоляторы

Валентные электроны подобны внешним планетам, вращающимся вокруг звезды. Они достаточно притягиваются к своим атомам, чтобы оставаться на месте, но не всегда требуется много энергии, чтобы сбить их с места — эти электроны легко переносят электрические токи. Неорганические вещества, такие как металлы и плазма, которые легко теряют и приобретают электроны, возглавляют список проводников.

Органические молекулы в основном изоляторы, потому что они удерживаются вместе ковалентными (общими электронными) связями, а также потому, что водородные связи помогают стабилизировать многие молекулы.Большинство материалов не являются ни хорошими проводниками, ни хорошими изоляторами, а находятся где-то посередине. Они с трудом проводят проводку, но если подано достаточно энергии, электроны будут двигаться.

Некоторые материалы в чистом виде являются изоляторами, но будут проводить, если они будут легированы небольшим количеством другого элемента или если они содержат примеси. Например, большая часть керамики — отличные изоляторы, но если вы легируете их, вы можете создать сверхпроводник. Чистая вода является изолятором, грязная вода имеет слабую проводимость, а соленая вода с ее свободно плавающими ионами — хорошо.

10 Электропроводников

Лучшим проводником в условиях обычных температуры и давления является металлический элемент серебра. Однако серебро не всегда является идеальным выбором в качестве материала, поскольку оно дорого и подвержено потускнению, а оксидный слой, известный как потускнение, не является проводящим.

Точно так же ржавчина, зелень и другие оксидные слои снижают проводимость даже в самых прочных проводниках. Наиболее эффективными электрическими проводниками являются:

  1. Серебро
  2. Золото
  3. Медь
  4. Алюминий
  5. Меркурий
  6. Сталь
  7. Утюг
  8. Морская вода
  9. Бетон
  10. Меркурий

К другим прочным проводникам относятся:

  • Платина
  • Латунь
  • бронза
  • Графит
  • Грязная вода
  • Лимонный сок

10 Изоляторы электрические

Электрические заряды не проходят свободно через изоляторы.Во многих случаях это идеальное качество — для покрытия или создания барьера между проводниками часто используются прочные изоляторы, чтобы контролировать электрические токи. Это можно увидеть на проводах и кабелях с резиновым покрытием. Самые эффективные электроизоляторы:

  1. Резина
  2. Стекло
  3. Чистая вода
  4. Нефть
  5. Воздух
  6. Бриллиант
  7. Сухая древесина
  8. Сухой хлопок
  9. Пластик
  10. Асфальт

К другим прочным изоляторам относятся:

  • Стекловолокно
  • Сухая бумага
  • Фарфор
  • Керамика
  • Кварц

Другие факторы, влияющие на проводимость

Форма и размер материала влияют на его проводимость.Например, толстый кусок материала будет проводить лучше, чем тонкий кусок того же размера и длины. Если у вас есть два куска материала одинаковой толщины, но один короче другого, более короткий будет проводить лучше, потому что более короткий кусок имеет меньшее сопротивление, примерно так же, как легче протолкнуть воду через короткую трубу, чем длинный.

Температура также влияет на проводимость. С повышением температуры атомы и их электроны получают энергию. Некоторые изоляторы, такие как стекло, являются плохими проводниками в холодном состоянии, но хорошими проводниками в горячем состоянии; большинство металлов являются лучшими проводниками в холодном состоянии и менее эффективными проводниками в горячем состоянии.Некоторые хорошие проводники становятся сверхпроводниками при очень низких температурах.

Иногда сама проводимость изменяет температуру материала. Электроны проходят через проводники, не повреждая атомы и не вызывая износа. Однако движущиеся электроны испытывают сопротивление. Из-за этого протекание электрических токов может нагревать проводящие материалы.

Проводники и изоляторы

Электроны атомов разных типов имеют разные степени свободы передвижения.В некоторых типах материалов, таких как металлы, внешние электроны в атомах настолько слабо связаны, что они хаотично перемещаются в пространстве между атомами этого материала не более чем под влиянием тепловой энергии комнатной температуры. Поскольку эти практически несвязанные электроны могут свободно покидать свои соответствующие атомы и плавать в пространстве между соседними атомами, их часто называют свободными электронами .

В других типах материалов, таких как стекло, электроны атомов имеют очень мало свободы передвижения.Хотя внешние силы, такие как физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть свои соответствующие атомы и перейти к атомам другого материала, они не очень легко перемещаются между атомами внутри этого материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электрическая проводимость . Электропроводность определяется типами атомов в материале (количество протонов в ядре каждого атома, определяющее его химическую идентичность) и тем, как атомы связаны друг с другом.Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками , в то время как материалы с низкой подвижностью электронов (небольшое количество свободных электронов или их отсутствие) называются изоляторами .

Вот несколько распространенных примеров проводников и изоляторов:

Проводников:

  • серебро
  • медь
  • золото
  • алюминий
  • утюг
  • сталь
  • латунь
  • бронза
  • ртуть
  • графит
  • грязная вода
  • бетон

Изоляторы:

  • стекло
  • каучук
  • масло
  • асфальт
  • стекловолокно
  • фарфор
  • керамика
  • кварц
  • (сухое) хлопок
  • (сухая) бумага
  • (сухое) дерево
  • пластик
  • воздух
  • алмаз
  • чистая вода

Следует понимать, что не все проводящие материалы имеют одинаковый уровень проводимости, и не все изоляторы одинаково устойчивы к движению электронов.Электропроводность аналогична прозрачности некоторых материалов для света: материалы, которые легко «проводят» свет, называются «прозрачными», а те, которые этого не делают, — «непрозрачными». Однако не все прозрачные материалы одинаково светопроводят. Оконное стекло лучше, чем большинство пластиков, и, конечно, лучше, чем «прозрачное» стекловолокно. Так и с электрическими проводниками, одни лучше других.

Например, серебро — лучший проводник в списке «проводников», предлагая более легкий проход для электронов, чем любой другой упомянутый материал.Грязная вода и бетон также считаются проводниками, но эти материалы обладают значительно меньшей проводимостью, чем любой металл.

Физические размеры также влияют на проводимость. Например, если мы возьмем две полосы из одного и того же проводящего материала — одну тонкую, а другую толстую, — толстая полоса окажется лучшим проводником, чем тонкая при той же длине. Если мы возьмем другую пару полосок — на этот раз одинаковой толщины, но одна короче другой — более короткая будет обеспечивать более легкий проход электронам, чем длинная.Это аналогично потоку воды в трубе: толстая труба предлагает более легкий проход, чем тонкая труба, а короткая труба легче проходит воде, чем длинная, при прочих равных размерах.

Также следует понимать, что некоторые материалы изменяют свои электрические свойства в различных условиях. Например, стекло является очень хорошим изолятором при комнатной температуре, но становится проводником при нагревании до очень высокой температуры. Такие газы, как воздух, обычно изолирующие материалы, также становятся проводящими при нагревании до очень высоких температур.Большинство металлов при нагревании становятся хуже проводниками, а при охлаждении — лучше. Многие проводящие материалы становятся идеально проводящими (это называется сверхпроводимостью и ) при чрезвычайно низких температурах.

В то время как нормальное движение «свободных» электронов в проводнике является случайным, без определенного направления или скорости, электроны могут скоординированно перемещаться через проводящий материал. Это равномерное движение электронов мы называем электричеством или электрическим током .Чтобы быть более точным, его можно было бы назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества , которое представляет собой неподвижное накопление электрического заряда. Так же, как вода, текущая через пустоту трубы, электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника. На наш взгляд проводник может показаться твердым, но любой материал, состоящий из атомов, по большей части представляет собой пустое пространство! Аналогия с потоком жидкости настолько уместна, что движение электронов через проводник часто называют «потоком».»

Здесь можно сделать примечательное наблюдение. Поскольку каждый электрон равномерно движется через проводник, он толкает проводник впереди, так что все электроны движутся вместе как группа. Начало и остановка потока электронов по длине проводящего пути происходит практически мгновенно от одного конца проводника к другому, даже если движение каждого электрона может быть очень медленным. Примерная аналогия — трубка, заполненная встык мрамором:

Трубка полна шариков, так же как проводник полон свободных электронов, готовых к перемещению под внешним воздействием.Если один шарик внезапно вставляется в эту полную трубку с левой стороны, другой шарик немедленно попытается выйти из трубки справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел лишь небольшое расстояние, передача движения через трубку происходит практически мгновенно от левого конца к правому концу, независимо от длины трубки. С электричеством общий эффект от одного конца проводника до другого происходит со скоростью света: быстрые 186 000 миль в секунду !!! Однако каждый отдельный электрон проходит через проводник на , намного медленнее.

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении в определенное место, мы должны обеспечить им правильный путь, так же как водопроводчик должен установить трубопровод, чтобы вода текла туда, где он или она хочет, чтобы она текла. Чтобы облегчить это, провода изготавливаются из металлов с высокой проводимостью, таких как медь или алюминий, самых разных размеров.

Помните, что электроны могут течь только тогда, когда у них есть возможность перемещаться в пространстве между атомами материала.Это означает, что электрический ток может присутствовать только там, где существует непрерывный путь из проводящего материала, обеспечивающий проход для электронов. В аналогии с мрамором шарики могут течь в левую сторону трубки (и, следовательно, через трубку) тогда и только тогда, когда трубка открыта с правой стороны, чтобы шарики могли вытекать. Если трубка заблокирована с правой стороны, шарики будут просто «скапливаться» внутри трубки, и мраморный «поток» не произойдет.То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует наличия непрерывного пути, позволяющего этот поток. Давайте посмотрим на диаграмму, чтобы проиллюстрировать, как это работает:

Тонкая сплошная линия (как показано выше) является условным обозначением непрерывного отрезка проволоки. Поскольку проволока сделана из проводящего материала, такого как медь, составляющие ее атомы имеют много свободных электронов, которые могут легко перемещаться по проволоке. Однако в этом проводе никогда не будет непрерывного или равномерного потока электронов, если им не будет откуда взяться и куда пойти.Добавим гипотетические «Источник» и «Назначение» электрона:

Теперь, когда Источник электронов проталкивает новые электроны в провод с левой стороны, поток электронов через провод может возникать (на что указывают стрелки, указывающие слева направо). Однако поток будет прерван, если токопроводящий путь, образованный проволокой, будет нарушен:

Поскольку воздух является изолирующим материалом, а два куска провода разделяет воздушный зазор, некогда непрерывный путь прерван, и электроны не могут течь от источника к месту назначения.Это похоже на разрезание водопроводной трубы на две части и закрытие ее сломанных концов: вода не может течь, если нет выхода из трубы. С точки зрения электричества, у нас было состояние электрической цепи , когда провод был цельным, а теперь эта непрерывность прервана из-за того, что провод был разрезан и разделен.

Если бы мы возьмем другой кусок провода, ведущего к Пункту назначения, и просто вступим в физический контакт с проводом, ведущим к Источнику, у нас снова будет непрерывный путь для движения электронов.Две точки на схеме обозначают физический контакт (металл-металл) между кусочками провода:

Теперь у нас есть непрерывность от Источника до вновь созданного соединения, вниз, вправо и вверх до Назначения. Это аналогично установке тройника в одну из закрытых труб и направлению воды через новый сегмент трубы к месту назначения. Обратите внимание, что через сломанный сегмент провода с правой стороны не проходят электроны, потому что он больше не является частью полного пути от Источника к Пункту назначения.

Интересно отметить, что из-за этого электрического тока внутри проводов не происходит «износа», в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге подвергаются коррозии и изнашиваются при длительных потоках. Однако при движении электроны сталкиваются с некоторым трением, и это трение может генерировать тепло в проводнике. Это тема, которую мы рассмотрим более подробно позже.

ОБЗОР:

  • В проводящих материалах внешние электроны в каждом атоме могут легко приходить или уходить и называются свободными электронами .
  • В изоляционных материалах типа внешние электроны не так свободно перемещаются.
  • Все металлы электропроводны.
  • Динамическое электричество , или электрический ток , представляет собой равномерное движение электронов по проводнику. Статическое электричество — это неподвижный накопленный заряд, образованный избытком или недостатком электронов в объекте.
  • Для того, чтобы электроны могли непрерывно (бесконечно) течь через проводник, должен существовать полный, непрерывный путь, по которому они могут двигаться как внутрь, так и из этого проводника.

Уроки в электрических цепях , авторское право (C) 2000-2002 Тони Р. Купхальдт, в соответствии с условиями лицензии на научный дизайн.

Примеры проводников и изоляторов

Вот общие примеры электрических и тепловых проводников и изоляторов.

Как определить, является ли материал проводником или изолятором? Материал, передающий энергию, — это проводник, а материал, который сопротивляется передаче энергии, — изолятор. Существуют разные типы проводников и изоляторов, потому что существуют разные формы энергии.Материалы, которые проводят электроны, протоны или ионы, являются электрическими проводниками. Они проводят электричество. Материалы, которые проводят тепло, являются проводниками тепла. Вещества, передающие звук, являются акустическими проводниками. Для каждого типа жилы есть соответствующие изоляторы.

Многие материалы являются как электрическими, так и тепловыми проводниками или изоляторами. Однако есть исключения, поэтому не предполагайте, что только потому, что образец проводит (изолирует) одну форму энергии, он ведет себя так же, как и другие формы! Вот примеры электрических и тепловых проводников и изоляторов.

Примеры электрических проводников

Обычно электрические проводники имеют слабосвязанные электроны. Большинство металлов являются отличными электрическими проводниками. Лучшим проводником электричества является серебро. Жидкости, содержащие ионы, также проводят электричество. К ним относятся солевые растворы, кислоты и основания.

  1. Серебро
  2. Медь
  3. Золото
  4. Алюминиевая фольга
  5. Графит
  6. Сталь
  7. Бронза
  8. Латунь
  9. Морская вода
  10. Лимонный сок

Примеры электрических изоляторов

Большинство органических материалов являются электрическими изоляторами, потому что электроны переносятся Не так же свободно перемещаться в ковалентных связях.Морская вода содержит ионы и проводит электричество, но чистая вода является электрическим изолятором. Некоторые элементы могут быть проводниками или изоляторами, в зависимости от их формы или формы. Графит — это электрический проводник, а алмаз — электрический изолятор.

  1. Резина
  2. Сухая древесина
  3. Воздух
  4. Стекло
  5. Сухая бумага
  6. Пластик
  7. Фарфор
  8. Стекло
  9. Масло
  10. Алмаз
  11. Чистая вода
  12. Кварц
  13. Оксид бериллия
  14. Слюда

Примеры теплопроводников

Большинство металлов проводят как тепло, так и электричество.Но электрическая и теплопроводность не всегда идут рука об руку. Например, алмаз — электроизолятор, но отличный теплопроводник. Кристаллические материалы часто проводят тепло.

  1. Серебро
  2. Золото
  3. Медь
  4. Алмаз
  5. Нержавеющая сталь
  6. Алюминий
  7. Оксид бериллия
  8. Слюда
  9. Углеродные нанотрубки
  10. Бронза

Примеры термоизолятора

Теплоизоляторы сопротивляются потоку тепла.Строительные и швейные материалы часто являются изоляторами. Хотя вы можете ожидать, что стекло является проводником тепла, на самом деле это изолятор. Теплоизоляторы либо содержат открытое пространство в своей структуре, либо их атомы и молекулы расположены нерегулярно.

  1. Вода
  2. Пенополистирол
  3. Пластик
  4. Минеральная вата
  5. Дерево
  6. Воздух
  7. Стекло
  8. Кирпич
  9. Шерсть
  10. Масло

Ссылки

  • Beaty, H.Уэйн; Финк, Дональд (2012). Стандартное руководство для инженеров-электриков (16-е изд.). McGraw-Hill Education. ISBN: 978-0071762328.
  • Берд, Р. Байрон; Стюарт, Уоррен Э .; Лайтфут, Эдвин Н. (2007). Явления переноса (2-е изд.). John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 978-0-470-11539-8
  • С. Л. Какани, С. Л. (2005). Теория и приложения электроники . Нью Эйдж Интернэшнл. ISBN: 978-81-224-1536-0.

Примеры изоляторов и их назначение

Энергия работает путем перетекания из одной среды в другую.Но что происходит, когда он достигает материала, в который он не может течь или переходить? Взгляните на несколько примеров изоляторов, включая электрические и тепловые изоляторы, а также на то, как они используются в нашей повседневной жизни.

Примеры электрических изоляторов


Электрические изоляторы — это материалы, не пропускающие электрическую энергию. В отличие от электрических проводников, которые позволяют электричеству течь свободно, электрические изоляторы имеют ковалентные связи, препятствующие прохождению электронов.Электроны в изоляционных материалах более прочно связаны со своими атомами, чем в электрических проводниках, которые в основном представляют собой такие металлы, как серебро и медь.

Воздух

Электричество плохо переносится по воздуху; поэтому достаточно оставить небольшое пространство между цепями, чтобы изолировать их. Однако электрические поля с очень высоким напряжением (более 3 миллионов вольт) могут нарушить изоляцию воздуха и сделать ее проводящей. Вот почему молния — которая может быть около 300 миллионов вольт — может перемещаться через много миль атмосферы.

Керамика

Керамические материалы, изготовленные из коричневой, красной или белой глины, являются эффективными изоляторами из электропроводящих материалов. Большинство высоковольтных систем содержат керамические держатели для проводов или керамическое покрытие для изоляции проводов, проводящих электрические токи. Многие промышленные компании теперь используют керамическую изоляцию вместо стеклянной.

Хлопок

В сухом виде хлопок является отличным изоляционным материалом. Он обычно используется в тканевой ленте для изоляции электрических проводов и защиты людей от поражения электрическим током.Однако, когда хлопок влажный, он больше не является эффективным изолятором и может даже стать проводником электричества.

Бриллиант

Большинство алмазов являются изоляторами из-за их прочных углеродных связей. Голубые бриллианты являются исключением, поскольку в них содержится достаточно бора, чтобы сделать их полупроводниками. Однако алмазы не являются теплоизоляторами; они довольно эффективно проводят тепло. Вы найдете алмазную изоляцию во многих электрических машинах, таких как генераторы и электродвигатели.

Стекловолокно

Стекловолокно — очень распространенный изоляционный материал.Он состоит из стекловолокна и пластика, сплетенных в плоский лист. Когда стекловолокно используется в качестве электроизоляции, его часто плотно обвивают вокруг высоковольтных проводов и жил кабеля. Во многих проводах в высокотемпературных системах, таких как печи или печи, используются провода из стекловолокна.

Стекло

Крошечные стеклянные волокна используются в стекловолокне, но само стекло также может использоваться в качестве изолятора. Стекло было популярным электрическим изолятором в телефонах и линиях электропередач до того, как стали доступны другие материалы, такие как керамика и стекловолокно.Теперь вы скорее найдете стеклянные изоляторы в антикварных магазинах, чем в повседневной жизни.

Нефть

Изоляционное масло, также известное как трансформирующее масло, имеет множество практических применений. Он содержится в маслонаполненных трансформаторах, высоковольтных переключателях, автоматических выключателях, конденсаторах и люминесцентных лампах. Трансформаторное масло необходимо заменять до того, как оно разложится, но в целом это стабильный электрический изолятор.

Бумага

Натуральная целлюлоза в бумаге делает ее прочным электрическим изолятором.Многие ранние электрические машины были сделаны из картона или картона, который состоял из многих слоев сухой бумаги. Позже электрические и телефонные кабели часто изолировали толстой бумагой, хотя многие компании заменяют эти кабели пластиковой изоляцией.

Пластик

Пластик — один из самых популярных видов электроизоляции. Он используется для изоляции проводов (особенно из ПВХ или поливинилхлорида) в транспортных средствах, коммерческих зданиях и жилых домах. Вы также найдете ПВХ и другие типы пластиковой изоляции в электрических постельных принадлежностях и обшивке.Пластик часто используется для замены старой резиновой изоляции.

Фарфор

Фарфор похож на керамику, но он сделан из белой глины и обжигается при гораздо более высокой температуре. По этой причине фарфор прочнее керамики и может использоваться для изоляции более электропроводящих материалов при более высоких напряжениях. Вы найдете фарфоровые изоляторы на линиях электропередач и подстанциях.

Чистая вода

Возможно, вы слышали, что электричество проходит через воду, но это не совсем так.Чистая вода — вода без растворенных солей и металлов — является электрическим изолятором, а не проводником. Однако материалы, содержащиеся в нечистой воде, действительно проводят электричество. Вода для ванн, бассейна и другие повседневные воды вряд ли будут чистыми и поэтому могут быть опасны в сочетании с электрическими токами.

Резина

Каучук — проверенный временем материал для электроизоляции. Большинство электриков надевают резиновые перчатки, чтобы защитить их от поражения электрическим током, а защитные резиновые электрические коврики часто находятся перед блоками предохранителей и распределительными щитами.Силиконовый каучук часто используется в электроизоляции и оболочке проводов.

Дерево

В дереве много пустого пространства, что затрудняет прохождение электричества через него. Но это только в случае с сухой древесиной. Когда древесина намокает, она расширяется, оставляя меньше пустого пространства и облегчая проведение электричества. Вот почему древесина не часто используется в качестве промышленного изолятора.

Теплоизоляторы

Взгляните на список выше. Можете ли вы определить, какие материалы сохраняют тепло и защищают от электрического тока? Некоторые электрические изоляторы также действуют как теплоизоляторы, что означает, что они также не позволяют тепловой энергии проходить через их ковалентные связи.Эти материалы включают:

  • воздух — При ношении толстой одежды воздух задерживается на коже. Воздух удерживает тепло, но не пропускает его, что сохраняет тепло в зимнем пальто.
  • керамика — Ваша любимая чашка для кофе или какао, вероятно, керамическая кружка. Вероятно, это потому, что он сохраняет ваш напиток красивым и теплым в течение более длительного периода времени.
  • хлопок — Сухой хлопок — отличный теплоизолятор. Но если вы когда-нибудь носили зимой мокрые джинсы, то знаете, что их теплоизоляция уже не эффективна! Влажный хлопок не только не изолирует тепло, но и проводит его.
  • стекловолокно — В стенах большинства современных домов имеется пухлый розовый слой стекловолокна. Стекловолокно — очень эффективный теплоизолятор, способный удерживать тепло целых комнат и домов.
  • стекло — Хорошо сконструированные окна сохранят прохладу в доме в жаркий день. Это потому, что стекло является сильным теплоизолятором — оно препятствует прохождению тепла.
  • пластик — Пенопласт, например стаканчики из пенополистирола, используемые для горячих напитков, является эффективным теплоизолятором.Он удерживает тепло с одной стороны (напитка) и предотвращает его выход с другой стороны (ваша рука).

Электрические изоляторы и экранирование | Экранирующие материалы EMI

Электроизоляционный материал обеспечивает изоляцию, поэтому внутренние электрические заряды не протекают свободно; очень небольшой электрический ток будет проходить через него под действием электрического поля.Это контрастирует с другими материалами, полупроводниками и проводниками, которые легче проводят электрический ток. Свойство, которое отличает изолятор, — это его удельное сопротивление; изоляторы имеют более высокое удельное сопротивление, чем полупроводники или проводники.

Запросите расценки на электрические изоляторы и ткани для вашего проекта или свяжитесь с Fabri-Tech для получения дополнительной информации.

Что такое EMI?

Электромагнитные помехи или (EMI) — это помехи, создаваемые внешним источником, которые влияют на электрическую цепь посредством электромагнитной индукции, электростатической связи или проводимости.Помехи могут ухудшить характеристики цепи или даже остановить ее работу. Природные и техногенные источники EMI, в том числе:

  • Мобильные телефоны
  • Молния
  • Солнечные вспышки
  • Радио
  • Телевизоры
  • Системы зажигания
  • Сотовые сети

Варианты электроизоляционных материалов

Мы работаем с многочисленными типами экранирования от электромагнитных помех и электрических изоляторов для обеспечения вашего интерфейса и экранирования от электромагнитных помех.Электроизоляционные материалы и защитные ткани, с которыми мы работаем, включают, но не ограничиваются:

Запросите расценки на электрические изоляторы и ткани для вашего проекта или свяжитесь с Fabri-Tech для получения дополнительной информации.

Полностью настраиваемые материалы для защиты от электромагнитных помех

Независимо от цели защиты, все электрические экранирующие материалы и ткани, с которыми мы работаем, можно полностью настроить в соответствии с требованиями дизайна вашего продукта. Это включает в себя форму, размеры и толщину, которые можно отрегулировать в соответствии с вашими потребностями.Диапазон доступных вариантов экранирующих материалов от электромагнитных помех Fabri-Tech позволяет вам проектировать ваши продукты так, как вы хотите и какими они должны быть.

Как и все, что мы производим, наши электрические изоляторы и тканевые изделия изготавливаются на заказ в соответствии с вашими требованиями к дизайну. Однако вам не придется платить непомерные цены, обычно связанные с «заказной» работой. Fabri-Tech обладает опытом, ноу-хау и технологическими знаниями для производства индивидуальных деталей и компонентов для наших клиентов по разумным ценам.

Когда использовать материал EMI

Fabri-Tech работает с несколькими изоляторами и тканями, чтобы добавить к вашим продуктам различные уровни защиты от электричества и электромагнитных помех. Наш электроизоляционный материал используется в устройствах по разным причинам, в том числе:

  • Проблемы с шумом
  • Защита от экстремальных температур и окружающей среды
  • Вибрация
  • Защита экрана от электромагнитных помех
  • Помехи EMI / RFI
  • Электрооборудование
  • И многие другие

Используя наши высококачественные электрические экранирующие материалы, Fabri-Tech будет работать с вами, чтобы создать идеальное решение для защиты от электромагнитных помех для ваших проектных нужд.

Свяжитесь с Fabri-Tech сегодня

Специалисты

Fabri-Tech будут работать с вами, чтобы выбрать правильный интерфейс EMI и защитные материалы для вашего проекта. Независимо от того, что требуется для вашей конструкции, у нас есть электрические изоляторы для обеспечения защиты от электричества и электромагнитных помех, которые точно соответствуют вашим уникальным спецификациям. По сути, нет никаких ограничений на то, что мы можем создать для наших клиентов.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить дополнительную информацию о наших электрических изоляторах и возможностях экранирования электромагнитных помех, или запросите ценовое предложение сегодня.

Электрический изолятор — обзор

6.4 Диэлектрические свойства полимерных композитов

Диэлектрические материалы обычно используются в полупроводниковом секторе в качестве изолирующего слоя, особенно в микросхемах, конденсаторах, антеннах и во многих других электронных устройствах. Классически диэлектрические материалы могут включать использование керамики, стекла, пластмасс, слюды и оксидов металлов, хотя иногда дистиллированная вода, сухой воздух и вакуум могут рассматриваться как исключительные и превосходные оловянные диэлектрические материалы.Каннан и др. (2005) заявили, что диэлектрические материалы подразделяются на две категории: (1) низкий диэлектрик (низкий — k ) и (2) высокий диэлектрик (высокий — k ). Поскольку размеры электронных компонентов продолжают уменьшаться, потребность в материалах с низкой диэлектрической проницаемостью (low- k ) становится все более важной, даже несмотря на то, что обычно используются материалы как с низкой, так и с высокой диэлектрической проницаемостью (Nikolic et al., 2003). Для применений с низкой диэлектрической проницаемостью из-за их более высокой гидрофильности и наличия функциональных групп органические материалы считаются идеальными (Nikolic et al., 2000). Согласно Kannan et al. (2005), материалы считаются материалами с низкой диэлектрической проницаемостью, если их диэлектрическая проницаемость меньше 2. Помимо диэлектрической проницаемости, материалы для применения в диэлектрике также должны иметь хорошую термическую стабильность и адгезию к подложке, низкую термоусадку, способность устойчивы к растрескиванию, низкой растворимости в воде и низкому влагопоглощению (Nikolic et al., 2000, 2003, 2006; Du et al., 2012; Damman et al., 1994).

Были тщательно изучены натуральные волокна и синтетические волокнистые материалы для диэлектрических применений.Разработано большинство композиционных материалов для диэлектрика с использованием как природных, так и синтетических полимеров. Натуральные волокна предпочтительны из-за их гидрофильных характеристик, из них могут быть изготовлены изделия различной формы, которые также обладают хорошими механическими и диэлектрическими свойствами (Avakian et al., 1996; Sinh et al., 2012). Кроме того, некоторые натуральные волокнистые материалы, такие как перья и кокосовое волокно, имеют полость в центре, что обеспечивает поглощение шума и может быть полезным для диэлектрических применений.Композитные диэлектрики из натуральных волокон являются биоразлагаемыми и получены из экологически чистых и экологически чистых источников, которые противоположны традиционным диэлектрическим материалам, то есть стеклу и керамике. Биоразлагаемые волокнистые полимерные композиты для диэлектрических материалов, предназначенные для электронных компонентов, оказывают меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционными. Натуральные белковые волокна, то есть шелк и шерсть, имеют более низкую диэлектрическую проницаемость, в то время как натуральные целлюлозные волокна имеют схожий тангенс угла потерь, диэлектрическую проницаемость при одинаковой плотности.По сравнению с неорганическими и органическими материалами, неорганические стеклянные волокна имеют самую низкую диэлектрическую проницаемость и самую высокую плотность. Большинство известных диэлектрических материалов зависят от уровня влажности и содержания влаги.

По данным Mehta and Parsania (2006) и Parida et al. (2015) диэлектрическая постоянная ( ε ′) материала измеряется на основе его поляризации, в то время как накопленный заряд, приложенный параллельно пластинам, действует как конденсатор в качестве внешнего электрического поля. Между тем, по данным Sreekumar et al.(2012) в реальных условиях над конденсатором в вакууме он определяется как отношение емкостей конденсатора. Более высокая степень поляризации — это когда показано более высокое значение диэлектрической проницаемости. В гетерогенных материалах из-за различий в проводимости волокна и матрицы может возникать межфазная поляризация (Parida et al., 2015). Эффект межфазной поляризации возникает на низкой частоте, когда отмечается высокая диэлектрическая проницаемость. В низкочастотных областях вероятность того, что общая ориентация полярных молекул высока из-за ориентации поляризации.С другой стороны, ориентация электрического диполя ограничивается из-за меньшего временного интервала на более высокой частоте (Parida et al., 2015). Следовательно, наличие наполнителя, его полярная группа и частота внешнего электрического поля влияли на диэлектрическую проницаемость (Chand and Jain, 2005; Joseph and Thomas, 2008).

Электрические потери — это когда напряжение прикладывается, когда количество энергии рассеивается в цепи материалов. Рассеивание энергии известно как коэффициент рассеяния (tan δ ) и обычно выражается тангенсом угла потерь, тогда как это отношение рассеяния электроэнергии в материалах к чистой мощности в цепи.Tan δ — это количество электрической энергии, которая преобразуется в тепло для измерения изоляционного материала. Коэффициент потерь ( ε ′) — это средний коэффициент мощности за заданный период. Согласно Sreekumar et al. (2012), коэффициент потерь также может отражать передачу, распределение и потери. Как механические, так и электрические стимулы материала, полимерная вязкоупругая природа вызывала отклики. Два основных фактора коэффициента потерь ( ε ′) — это дипольная поляризация и ионная проводимость (Chand and Jain, 2005).

Электроизоляционные материалы | Custom Materials Inc.

Электричество неразрывно связано с нашей жизнью во всех сферах, от приготовления еды до развлечений. Электричество, питающее и контролирующее почти все аспекты нашей жизни, может использоваться как средство добра или зла. Что делает электричество интересным явлением, так это его невидимая, но мощная сила. Простая искра провода может шокировать кого-нибудь до смерти или осветить дом. Именно эта универсальность делает его такой востребованной силой.

Но если наши смартфоны и автомобили питаются от электричества, то именно изоляторы позволяют безопасно использовать его. В этой вселенной тепла, давления и движения определенные вещества обладают способностью отталкивать заряженные частицы, что делает их потенциальными электрическими изоляторами.

Что такое изолятор?

Изолятор — это материал, который предотвращает прохождение электрического тока по его поверхности. Изоляторы, состоящие из разных материалов, обладают разными свойствами, которые определяют их уникальные свойства.Если вы посмотрите на стандартную конструкцию многих электрических устройств, вы заметите, что большинству из них требуется нейтральная поверхность, на которой располагается их проводящий элемент (обычно металл). Это связано с тем, что изолирующие свойства этих неметаллических материалов позволяют контролировать электрический поток.

Изоляторы

в инженерном контексте обычно называют материалами, которые можно разделить на две категории — твердые и жидкие. Эти два материала могут быть дополнительно разделены на различные типы изоляционных материалов в зависимости от их состава.

Твердые изоляторы

Из материалов или веществ с твердой конструкцией образуются твердые изоляторы двух видов — диэлектрики и стекло / керамика. Хотя материя, которая относится к этим двум главам, состоит из разных видов веществ, они оба обладают одинаковой способностью терять электрическую проводимость под действием электрического заряда. Эти материалы обычно представлены в виде тонких слоев, на которых располагается проводящий слой. Таким образом, они создают барьер, который позволяет току течь только в одном направлении.

Некоторые из наиболее распространенных материалов твердых изоляторов:

  • Стекло / керамика, например, диоксид кремния (кварцевое стекло) и каменная соль или хлорид натрия (используется для поваренной соли).
  • Пластмассы, изготовленные из органических материалов со сложной жидкой или газообразной структурой. Графитовые электроды и тонкая углеродная фольга также используются в качестве отличных изоляторов.
  • Медь — наиболее широко используемый проводник электричества в проводах, но почти любой металл в той или иной степени проводит электричество.Есть несколько вариантов подключения, которые могут быть полезны: магнитный провод, проволочные катушки и изолированный провод.

Если говорить о полном списке изоляционных материалов, то он бесконечен, поскольку пластмассовая промышленность является наиболее производительной отраслью современной эпохи.

Жидкие изоляторы

Известные своей способностью бесконечно удерживать электрический заряд, свойства жидких изоляторов сделали их одним из наиболее широко используемых веществ в науке электромагнетизма.Эти материалы обычно используются для изготовления конденсаторов, основной принцип работы которых заключается во временном накоплении электричества для обеспечения плавности потока. Жидкие изоляторы также используются для изготовления электрических и электромагнитных волноводов, которые используются для передачи информации со скоростью света.

Обычные твердые или жидкие изоляторы включают:

Десять примеров изоляторов

Наиболее эффективными электрическими изоляторами для создания барьера между проводниками и удержания электрических токов под контролем являются:

  • Резина
  • Стекло
  • Чистая вода
  • Нефть
  • Воздух
  • Бриллиант
  • Сухая древесина
  • Сухой хлопок
  • Пластик
  • Асфальт

К прочим прочным изоляторам относятся:

  • Стекловолокно
  • Сухая бумага
  • Фарфор
  • Керамика
  • Кварц

Понимание изоляторов на молекулярном уровне

Каждый материал на молекулярном уровне имеет определенную структуру.И это конкретное расположение также отвечает за физические свойства изолятора. Расположение молекул в изоляторе таково, что тепло (температура), электричество (заряды) и другие потенциально проводящие элементы не могут проходить через него так легко. Причина этого — связь между атомами в химическом соединении

.

Независимо от того, является ли изолятор твердым или жидким, он должен иметь поверхность, которая связана с другими подобными молекулами. При таком количестве молекул, связанных вместе, потенциальное пространство между ними меньше, что предотвращает любой поток электричества.Таким образом, изоляторы имеют высокую связь и энергию между атомами в их объемных конфигурациях.

Как работает изолятор?

По сути, изолятор работает, блокируя движение электронов по своей поверхности. Согласно определению, проводник позволяет течь электричеству, имея большое количество доступных и подвижных электронов. Это позволяет электронам набирать энергию и тем самым перемещаться по проводнику, например по металлу. Например, если жидкость или газ содержат ионы, то ионы можно заставить течь как электрический ток, а материал является проводником.А изолятор — полная противоположность — он физически предотвращает поток, не имея легкодоступных электронов.

Проводник может быть металлическим или неметаллическим; разница в том, что первый позволяет электрическому заряду перемещаться за счет взаимодействия, а второй требует, чтобы заряд был удален за счет трения. Единственное практическое различие между проводником и изолятором — это соотношение мобильных электронов на поверхности и доступных электронов в объеме.

Расположение атомных связей таково, что затрудняет удаление электронов внешней оболочки из молекул.По сути, эти молекулы, присутствующие на поверхности, имеют электроны своей внешней оболочки, сильно вложенные в связывающую сеть. Это делает их мобильность очень минимальной, а также лишает их свободы передвижения за плату.

Самые удаленные электроны — это те, которые обычно движутся вместе с электрическим током. Но, как было сказано ранее, их мобильность низкая, что делает их бесполезными для потенциального перетока электричества.

Зачем нужны электроизоляционные материалы

1.Они поддерживают электрическую целостность

Наиболее важной особенностью электрических изоляторов является их способность удерживать электрический заряд — либо отрицательный, либо положительный. Благодаря этому свойству изоляторы можно использовать в качестве барьера, через который электрические заряды могут проходить без утечки. Таким образом, изоляторы дают нам драгоценную способность преобразовывать электричество из дикой, неконтролируемой силы в чистый, контролируемый поток энергии, который можно использовать по желанию.

2. Они уступают дорогу более безопасной транспортировке электроэнергии

Одним из наиболее важных свойств изоляторов является их способность блокировать ток, чтобы дать нам возможность решать, как мы его использовать.Они являются благом для энергетических компаний, которые хотят транспортировать свой источник энергии в назначенные места или хотят использовать энергию от источника и отправить ее обратно по проводнику.

3. Они помогают нам в мерах безопасности

Безопасность — всегда самая важная забота в мире энергетики. Несмотря на все наши попытки сократить количество несчастных случаев, вызванных электричеством, факт остается фактом. Однако эти несчастные случаи можно свести к минимуму, приняв меры предосторожности. Первый шаг в этом направлении — использование изоляторов в качестве барьера между источником энергии и людьми.Используя изоляторы на электростанциях и опорах (они определенно используются), мы можем контролировать способы передачи энергии к нам.

4. Безопасное использование

Для безопасной работы во многих устройствах и инструментах, которые мы используем в повседневной жизни, используются изоляторы. Если мы думаем об электронных системах зажигания и, в целом, об электромобилях, то в обоих местах используется изолятор, чтобы минимизировать риск повреждения. Возьмем, к примеру, фен. Если бы устройство было сделано без изолятора, то его мощность в 800 Вт обожгла бы ваши волосы и кожу.

0 comments on “Изоляторы электрические: Электрические изоляторы: назначение, виды, конструкция, классификация

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *