Certains matériaux utilisés dans les appareils électriques et les circuits d'alimentation ont des propriétés diélectriques, c'est-à-dire qu'ils ont une résistance élevée au courant. Cette capacité leur permet de ne pas laisser passer le courant et, par conséquent, ils sont utilisés pour créer une isolation pour les pièces conductrices de courant. Les matériaux isolants électriques sont conçus non seulement pour séparer les pièces conductrices de courant, mais aussi pour créer une protection contre les effets dangereux du courant électrique. Par exemple, les cordons d'alimentation des appareils électriques sont recouverts d'isolant.
Matériaux isolants électriques et leurs applications
Les matériaux isolants électriques sont largement utilisés dans l'industrie, la fabrication de radio et d'instruments, et le développement des réseaux électriques. Le fonctionnement normal d'un appareil électrique ou la sécurité d'un circuit d'alimentation dépend en grande partie dediélectriques utilisés. Certains paramètres d'un matériau destiné à l'isolation électrique déterminent sa qualité et ses capacités.
L'utilisation de matériaux isolants est soumise à des règles de sécurité. L'intégrité de l'isolation est la clé d'un travail sûr avec le courant électrique. Il est très dangereux d'utiliser des appareils dont l'isolation est endommagée. Même un léger courant électrique peut avoir un effet sur le corps humain.
Propriétés des diélectriques
Les matériaux isolants électriques doivent avoir certaines propriétés pour remplir leurs fonctions. La principale différence entre les diélectriques et les conducteurs est la grande résistivité volumique (109–1020 ohm cm). La conductivité électrique des conducteurs par rapport aux diélectriques est 15 fois supérieure. Cela est dû au fait que les isolants, de par leur nature, ont plusieurs fois moins d'ions et d'électrons libres, qui fournissent la conductivité actuelle du matériau. Mais lorsque le matériau est chauffé, ils sont plus nombreux, ce qui contribue à augmenter la conductivité électrique.
Distinguer les propriétés actives et passives des diélectriques. Pour les matériaux isolants, les propriétés passives sont les plus importantes. La constante diélectrique du matériau doit être aussi faible que possible. Cela permet à l'isolateur de ne pas introduire de capacités parasites dans le circuit. Pour le matériau utilisé comme diélectrique d'un condensateur, la constante diélectrique doit au contraire être la plus grande possible.
Options d'isolation
Vers les paramètres principauxl'isolation électrique comprend la résistance électrique, la résistivité électrique, la permittivité relative, l'angle de perte diélectrique. Lors de l'évaluation des propriétés d'isolation électrique du matériau, la dépendance des caractéristiques répertoriées sur les amplitudes du courant et de la tension électriques est également prise en compte.
Les produits et matériaux isolants électriques ont une résistance électrique supérieure à celle des conducteurs et des semi-conducteurs. La stabilité de valeurs spécifiques pendant le chauffage, l'augmentation de la tension et d'autres changements est également importante pour le diélectrique.
Classification des matériaux diélectriques
Selon la puissance du courant traversant le conducteur, différents types d'isolation sont utilisés, qui diffèrent par leurs capacités.
Selon quels paramètres les matériaux isolants électriques sont-ils divisés ? La classification des diélectriques est basée sur leur état d'agrégation (solide, liquide et gazeux) et leur origine (organique: naturel et synthétique, inorganique: naturel et artificiel). Le type de diélectrique solide le plus courant, que l'on peut voir sur les cordons des appareils électroménagers ou de tout autre appareil électrique.
Les diélectriques solides et liquides, à leur tour, sont divisés en sous-groupes. Les diélectriques solides comprennent les tissus vernis, les stratifiés et divers types de mica. Les cires, les huiles et les gaz liquéfiés sont des isolants électriques liquides. Les diélectriques gazeux spéciaux sont beaucoup moins utilisés. Ce type comprend égalementl'isolant électrique naturel est l'air. Son utilisation est due non seulement aux caractéristiques de l'air, qui en font un excellent diélectrique, mais aussi à son économie. L'utilisation de l'air comme isolant ne nécessite pas de coûts de matériaux supplémentaires.
Diélectriques Solides
Les matériaux isolants électriques solides constituent la classe la plus large de diélectriques utilisés dans divers domaines. Ils ont des propriétés chimiques différentes et la constante diélectrique varie de 1 à 50 000.
Les diélectriques solides sont divisés en non polaires, polaires et ferroélectriques. Leurs principales différences résident dans les mécanismes de polarisation. Cette classe d'isolation a des propriétés telles que la résistance chimique, la résistance au cheminement, la résistance dendritique. La résistance chimique s'exprime dans la capacité à résister à l'influence de divers environnements agressifs (acide, alcalin, etc.). La résistance au traçage détermine la capacité à résister aux effets d'un arc électrique, et la résistance dendritique détermine la formation de dendrites.
Les diélectriques solides sont utilisés dans divers domaines de l'énergie. Par exemple, les matériaux isolants électriques en céramique sont le plus souvent utilisés comme isolateurs de lignes et de traversées dans les sous-stations. Le papier, les polymères, la fibre de verre sont utilisés comme isolants pour les appareils électriques. Pour les machines et les appareils, les vernis, le carton, le composé sont le plus souvent utilisés.
Pour une utilisation dans diverses conditions de fonctionnement, l'isolation se voit attribuer des propriétés spéciales en combinant différentesmatériaux: résistance à la chaleur, résistance à l'humidité, résistance aux radiations et résistance au gel. Les isolants résistants à la chaleur sont capables de résister à des températures allant jusqu'à 700 °C, notamment les verres et les matériaux à base de ceux-ci, les organosilites et certains polymères. Le matériau résistant à l'humidité et aux tropiques est le fluoroplastique, qui est non hygroscopique et hydrophobe.
L'isolation résistante aux radiations est utilisée dans les appareils contenant des éléments atomiques. Cela comprend les films inorganiques, certains types de polymères, la fibre de verre et les matériaux à base de mica. Les isolants résistants au gel ne perdent pas leurs propriétés à des températures allant jusqu'à -90 ° C. Des exigences particulières sont imposées à l'isolation destinée aux appareils fonctionnant dans des conditions spatiales ou sous vide. À ces fins, des matériaux étanches au vide sont utilisés, notamment des céramiques spéciales.
Diélectriques liquides
Les matériaux isolants électriques liquides sont souvent utilisés dans les machines et appareils électriques. L'huile joue le rôle d'isolant dans un transformateur. Les diélectriques liquides comprennent également les gaz liquéfiés, les huiles de vaseline et de paraffine insaturées, les polyorganosiloxanes, l'eau distillée (purifiée des sels et des impuretés).
Les principales caractéristiques des diélectriques liquides sont la constante diélectrique, la rigidité électrique et la conductivité électrique. De plus, les paramètres électriques des diélectriques dépendent largement du degré de leur purification. Les impuretés solides peuvent augmenter la conductivité électrique des liquides en raison de la croissance des ions libres et des électrons. Purification de liquides par distillation, échange d'ions, etc. entraîne une augmentation de la résistance électrique du matériau, réduisant ainsi sa conductivité électrique.
Les diélectriques liquides sont divisés en trois groupes:
- huiles de pétrole;
- huiles végétales;
- fluides synthétiques.
Les huiles les plus couramment utilisées sont les huiles de pétrole telles que les huiles de transformateur, de câble et de condensateur. Les fluides synthétiques (composés organosiliciés et organofluorés) sont également utilisés dans l'ingénierie des appareils. Par exemple, les composés organosiliciés sont résistants au gel et hygroscopiques, ils sont donc utilisés comme isolant dans les petits transformateurs, mais leur coût est supérieur au prix des huiles de pétrole.
Les huiles végétales ne sont pratiquement pas utilisées comme matériaux isolants dans la technologie d'isolation électrique. Il s'agit notamment de l'huile de ricin, de graines de lin, de chanvre et d'abrasin. Ces matériaux sont des diélectriques faiblement polaires et sont principalement utilisés pour imprégner les condensateurs en papier et comme agent filmogène dans les vernis, peintures et émaux isolants électriques.
Diélectriques à gaz
Les diélectriques gazeux les plus courants sont l'air, l'azote, l'hydrogène et le gaz SF6. Les gaz isolants électriques sont divisés en gaz naturels et artificiels. L'air naturel est utilisé comme isolant entre les parties conductrices de courant des lignes électriques et des machines électriques. En tant qu'isolant, l'air présente des inconvénients qui rendent impossible son utilisation dans des dispositifs étanches. En raison de la présence d'une forte concentration d'oxygène, l'air est un agent oxydant et, dans les champs non homogènes, une faible résistance électrique de l'air apparaît.
Les transformateurs de puissance et les câbles haute tension utilisent l'azote comme isolant. L'hydrogène, en plus d'être un matériau électriquement isolant, est également un refroidissement forcé, c'est pourquoi il est souvent utilisé dans les machines électriques. Dans les installations étanches, le SF6 est le plus souvent utilisé. Le remplissage avec du gaz SF6 rend l'appareil antidéflagrant. Il est utilisé dans les disjoncteurs haute tension en raison de ses propriétés d'extinction d'arc.
Diélectriques organiques
Les matériaux diélectriques organiques sont divisés en naturels et synthétiques. Les diélectriques organiques naturels sont actuellement extrêmement rarement utilisés, car la production de diélectriques synthétiques se développe de plus en plus, ce qui réduit leur coût.
Les diélectriques organiques naturels comprennent la cellulose, le caoutchouc, la paraffine et les huiles végétales (huile de ricin). La plupart des diélectriques organiques synthétiques sont divers plastiques et élastomères souvent utilisés dans les appareils électroménagers et autres équipements.
Diélectriques inorganiques
Les matériaux diélectriques inorganiques sont divisés en naturels et artificiels. Le plus courant des matériaux naturels est le mica, qui a une résistance chimique et thermique. La phlogopite et la muscovite sont également utilisées pour l'isolation électrique.
À l'inorganique artificielles diélectriques comprennent le verre et les matériaux à base de celui-ci, ainsi que la porcelaine et la céramique. Selon l'application, le diélectrique artificiel peut être doté de propriétés particulières. Par exemple, les céramiques feldspathiques sont utilisées pour les traversées, qui ont une tangente de perte diélectrique élevée.
Matériaux isolants électriques fibreux
Les matériaux fibreux sont souvent utilisés pour l'isolation des appareils et machines électriques. Il s'agit notamment de matériaux d'origine végétale (caoutchouc, cellulose, tissus), de textiles synthétiques (nylon, capron), ainsi que de matériaux en polystyrène, polyamide, etc.
Les matériaux fibreux organiques sont très hygroscopiques, ils sont donc rarement utilisés sans imprégnation spéciale.
Récemment, au lieu de matériaux organiques, des isolants en fibres synthétiques ont été utilisés, qui ont un niveau de résistance à la chaleur plus élevé. Ceux-ci incluent la fibre de verre et l'amiante. La fibre de verre est imprégnée de divers vernis et résines pour augmenter ses propriétés hydrophobes. La fibre d'amiante a une faible résistance mécanique, c'est pourquoi on y ajoute souvent de la fibre de coton.
