Sesetengah bahan yang digunakan dalam peralatan elektrik dan litar bekalan kuasa mempunyai sifat dielektrik, iaitu, ia mempunyai rintangan yang tinggi terhadap arus. Keupayaan ini membolehkan mereka tidak melepasi arus, dan oleh itu ia digunakan untuk mencipta penebat bagi bahagian yang membawa arus. Bahan penebat elektrik direka bukan sahaja untuk memisahkan bahagian pembawa arus, tetapi juga untuk mencipta perlindungan terhadap kesan berbahaya arus elektrik. Contohnya, kord kuasa peralatan elektrik ditutup dengan penebat.
Bahan penebat elektrik dan aplikasinya
Bahan penebat elektrik digunakan secara meluas dalam industri, pembuatan radio dan instrumen, dan pembangunan rangkaian elektrik. Operasi biasa perkakas elektrik atau keselamatan litar bekalan kuasa bergantung padadielektrik terpakai. Beberapa parameter bahan yang dimaksudkan untuk penebat elektrik menentukan kualiti dan keupayaannya.
Penggunaan bahan penebat tertakluk kepada peraturan keselamatan. Keutuhan penebat adalah kunci kepada kerja yang selamat dengan arus elektrik. Sangat berbahaya untuk menggunakan peranti dengan penebat yang rosak. Walaupun arus elektrik yang sedikit boleh memberi kesan pada tubuh manusia.
Sifat dielektrik
Bahan penebat elektrik mesti mempunyai sifat tertentu untuk melaksanakan fungsinya. Perbezaan utama antara dielektrik dan konduktor ialah kerintangan isipadu yang besar (109–1020 ohm cm). Kekonduksian elektrik konduktor berbanding dengan dielektrik adalah 15 kali lebih besar. Ini disebabkan oleh hakikat bahawa penebat mengikut sifatnya mempunyai beberapa kali lebih sedikit ion dan elektron bebas, yang memberikan kekonduksian semasa bahan. Tetapi apabila bahan dipanaskan, terdapat lebih banyak daripadanya, yang menyumbang kepada peningkatan kekonduksian elektrik.
Bezakan antara sifat aktif dan pasif dielektrik. Untuk bahan penebat, sifat pasif adalah yang paling penting. Pemalar dielektrik bahan hendaklah serendah mungkin. Ini membolehkan pengasing tidak memasukkan kapasitans parasit ke dalam litar. Untuk bahan yang digunakan sebagai dielektrik pemuat, pemalar dielektrik hendaklah, sebaliknya, sebesar mungkin.
Pilihan penebat
Kepada parameter utamapenebat elektrik termasuk kekuatan elektrik, kerintangan elektrik, ketelusan relatif, sudut kehilangan dielektrik. Apabila menilai sifat penebat elektrik bahan, pergantungan ciri yang disenaraikan pada magnitud arus elektrik dan voltan juga diambil kira.
Produk dan bahan penebat elektrik mempunyai kekuatan elektrik yang lebih besar berbanding dengan konduktor dan semikonduktor. Juga penting untuk dielektrik ialah kestabilan nilai tertentu semasa pemanasan, peningkatan voltan dan perubahan lain.
Pengkelasan bahan dielektrik
Bergantung kepada kuasa arus yang melalui konduktor, pelbagai jenis penebat digunakan, yang berbeza dalam keupayaannya.
Mengikut parameter apakah bahan penebat elektrik dibahagikan? Klasifikasi dielektrik adalah berdasarkan keadaan pengagregatan (pepejal, cecair dan gas) dan asal (organik: semula jadi dan sintetik, bukan organik: semula jadi dan buatan). Jenis dielektrik pepejal yang paling biasa, yang boleh dilihat pada kord perkakas rumah atau mana-mana peralatan elektrik lain.
Dielektrik pepejal dan cecair, seterusnya, dibahagikan kepada subkumpulan. Dielektrik pepejal termasuk fabrik bervarnis, lamina dan pelbagai jenis mika. Lilin, minyak dan gas cecair ialah bahan penebat elektrik cecair. Dielektrik gas khas digunakan lebih kurang kerap. Jenis ini juga termasukpenebat elektrik semulajadi ialah udara. Penggunaannya bukan sahaja disebabkan oleh ciri-ciri udara, yang menjadikannya dielektrik yang sangat baik, tetapi juga kepada ekonominya. Penggunaan udara sebagai penebat tidak memerlukan kos bahan tambahan.
Dielektrik Pepejal
Bahan penebat elektrik pepejal ialah kelas dielektrik terluas yang digunakan dalam pelbagai bidang. Mereka mempunyai sifat kimia yang berbeza, dan pemalar dielektrik berjulat antara 1 hingga 50,000.
Dielektrik pepejal dibahagikan kepada bukan kutub, kutub dan ferroelektrik. Perbezaan utama mereka adalah dalam mekanisme polarisasi. Kelas penebat ini mempunyai sifat seperti rintangan kimia, rintangan pengesanan, rintangan dendritik. Rintangan kimia dinyatakan dalam keupayaan untuk menahan pengaruh pelbagai persekitaran yang agresif (asid, alkali, dll.). Rintangan pengesanan menentukan keupayaan untuk menahan kesan arka elektrik, dan rintangan dendritik menentukan pembentukan dendrit.
Dielektrik pepejal digunakan dalam pelbagai bidang tenaga. Sebagai contoh, bahan penebat elektrik seramik paling biasa digunakan sebagai penebat talian dan sesendal di pencawang. Kertas, polimer, gentian kaca digunakan sebagai penebat untuk peralatan elektrik. Untuk mesin dan peranti, varnis, kadbod, kompaun paling kerap digunakan.
Untuk digunakan dalam pelbagai keadaan operasi, penebat diberikan beberapa sifat istimewa dengan menggabungkanbahan: rintangan haba, rintangan lembapan, rintangan sinaran dan rintangan fros. Penebat tahan haba mampu menahan suhu sehingga 700 °C, ini termasuk cermin mata dan bahan berasaskannya, organosilites dan beberapa polimer. Bahan kalis lembapan dan tahan tropika ialah fluoroplastik, yang tidak higroskopik dan hidrofobik.
Penebat tahan sinaran digunakan dalam peranti dengan unsur atom. Ia termasuk filem bukan organik, beberapa jenis polimer, gentian kaca dan bahan berasaskan mika. Tahan fros adalah penebat yang tidak kehilangan sifatnya pada suhu sehingga -90 ° C. Keperluan khas diletakkan pada penebat yang dimaksudkan untuk peranti yang beroperasi dalam keadaan ruang atau vakum. Untuk tujuan ini, bahan kedap vakum digunakan, termasuk seramik khas.
Dielektrik cecair
Bahan penebat elektrik cecair sering digunakan dalam mesin dan radas elektrik. Minyak memainkan peranan penebat dalam transformer. Dielektrik cecair juga termasuk gas cecair, vaseline tak tepu dan minyak parafin, poliorganosiloksana, air suling (dimurnikan daripada garam dan bendasing).
Ciri-ciri utama dielektrik cecair ialah pemalar dielektrik, kekuatan elektrik dan kekonduksian elektrik. Juga, parameter elektrik dielektrik sebahagian besarnya bergantung pada tahap penulenannya. Kotoran pepejal boleh meningkatkan kekonduksian elektrik cecair disebabkan oleh pertumbuhan ion dan elektron bebas. Pemurnian cecair melalui penyulingan, pertukaran ion, dsb. membawa kepada peningkatan dalam kekuatan elektrik bahan, dengan itu mengurangkan kekonduksian elektriknya.
Dielektrik cecair dibahagikan kepada tiga kumpulan:
- minyak petroleum;
- minyak sayuran;
- cecair sintetik.
Minyak yang paling biasa digunakan ialah minyak petroleum seperti minyak transformer, kabel dan kapasitor. Cecair sintetik (sebatian organosilikon dan organofluorin) juga digunakan dalam kejuruteraan radas. Contohnya, sebatian organosilikon adalah tahan fros dan higroskopik, jadi ia digunakan sebagai penebat dalam transformer kecil, tetapi kosnya lebih tinggi daripada harga minyak petroleum.
Minyak sayuran secara praktikalnya tidak digunakan sebagai bahan penebat dalam teknologi penebat elektrik. Ini termasuk kastor, biji rami, rami dan minyak tung. Bahan ini adalah dielektrik kutub lemah dan digunakan terutamanya untuk meresapi kapasitor kertas dan sebagai agen pembentuk filem dalam varnis penebat elektrik, cat dan enamel.
Dielektrik gas
Dielektrik gas yang paling biasa ialah udara, nitrogen, hidrogen dan gas SF6. Gas penebat elektrik dibahagikan kepada semula jadi dan buatan. Udara semulajadi digunakan sebagai penebat antara bahagian pembawa arus talian kuasa dan mesin elektrik. Sebagai penebat, udara mempunyai kelemahan yang menjadikannya mustahil untuk menggunakannya dalam peranti tertutup. Disebabkan kehadiran kepekatan oksigen yang tinggi, udara ialah agen pengoksida, dan dalam medan yang tidak homogen, kekuatan elektrik udara yang rendah muncul.
Pengubah kuasa dan kabel voltan tinggi menggunakan nitrogen sebagai penebat. Hidrogen, selain sebagai bahan penebat elektrik, juga disejukkan secara paksa, itulah sebabnya ia sering digunakan dalam mesin elektrik. Dalam pemasangan tertutup, SF6 paling kerap digunakan. Mengisi dengan gas SF6 menjadikan peranti kalis letupan. Ia digunakan dalam pemutus litar voltan tinggi kerana sifat pemadam arkanya.
Dielektrik organik
Bahan dielektrik organik terbahagi kepada semula jadi dan sintetik. Dielektrik organik semulajadi pada masa ini sangat jarang digunakan, kerana pengeluaran yang sintetik semakin berkembang, sekali gus mengurangkan kosnya.
Kepada dielektrik organik semulajadi termasuk selulosa, getah, parafin dan minyak sayuran (minyak jarak). Kebanyakan dielektrik organik sintetik ialah pelbagai plastik dan elastomer yang sering digunakan dalam perkakas rumah elektrik dan peralatan lain.
Dielektrik tak organik
Bahan dielektrik tak organik terbahagi kepada semula jadi dan tiruan. Bahan semula jadi yang paling biasa ialah mika, yang mempunyai rintangan kimia dan haba. Phlogopite dan muscovite juga digunakan untuk penebat elektrik.
Kepada bukan organik buatandielektrik termasuk kaca dan bahan berasaskannya, serta porselin dan seramik. Bergantung pada aplikasi, dielektrik tiruan boleh diberikan sifat istimewa. Contohnya, seramik feldspar digunakan untuk sesendal, yang mempunyai tangen kehilangan dielektrik yang tinggi.
Bahan penebat elektrik berserabut
Bahan gentian sering digunakan untuk penebat dalam radas dan mesin elektrik. Ini termasuk bahan asal tumbuhan (getah, selulosa, fabrik), tekstil sintetik (nilon, kapron), serta bahan yang diperbuat daripada polistirena, poliamida, dsb.
Bahan gentian organik sangat higroskopik, jadi ia jarang digunakan tanpa impregnasi khas.
Baru-baru ini, bukannya bahan organik, penebat gentian sintetik telah digunakan, yang mempunyai tahap rintangan haba yang lebih tinggi. Ini termasuk gentian kaca dan asbestos. Gentian kaca diresapi dengan pelbagai varnis dan resin untuk meningkatkan sifat hidrofobiknya. Gentian asbestos mempunyai kekuatan mekanikal yang rendah, jadi gentian kapas sering ditambahkan padanya.
