Caractéristiques des matériaux isolants électriques

Les matériaux isolants électriques sont des matériaux avec lesquels les fils sont isolés. Ils ont: une résistance élevée, une rigidité électrique - la capacité du matériau à résister au claquage par sa tension électrique et ses pertes électriques, caractérisées par la tangente de l'angle de perte, une résistance à la chaleur, caractérisée par la température maximale admissible pour un diélectrique donné pendant son utilisation à long terme dans les équipements électriques.

Matériaux isolants électriques - Les diélectriques peuvent être solides, liquides et gazeux.

Le but des matériaux isolants électriques en électricité est de créer entre des pièces qui ont des potentiels électriques différents, un environnement tel qu'il empêche le passage du courant entre ces pièces.

Distinguer les caractéristiques électriques, mécaniques, physico-chimiques et thermiques des diélectriques.

Caractéristiques électriques des diélectriques

Résistance de masse - la résistance d'un diélectrique lorsqu'un courant continu le traverse. Pour un diélectrique plat, il est égal à :

Rv = ρv (d / S), ohm

où ρv - la résistance volumique spécifique du diélectrique, qui est la résistance d'un cube avec un bord de 1 cm, lorsqu'un courant continu traverse deux côtés opposés du diélectrique, Ohm-cm, S est la section transversale de ​​le diélectrique à travers lequel passe le courant (surface des électrodes ), cm2, e - épaisseur diélectrique (distance entre les électrodes), voir

Résistance de surface diélectrique

Résistance de surface - la résistance d'un diélectrique lorsqu'un courant traverse sa surface. Cette résistance est :

Rs = ρs (l / S), Ohm

où ps - résistance de surface spécifique d'un diélectrique, qui est la résistance d'un carré (de n'importe quelle taille) lorsqu'un courant continu passe d'un côté à son opposé, Ohm, l- longueur de la surface diélectrique (dans le sens du flux de courant ), cm, C - la largeur de la surface diélectrique (dans la direction perpendiculaire au flux de courant), voir

La constante diélectrique.

Comme vous le savez, la capacité d'un condensateur - un diélectrique fermé entre deux plaques métalliques parallèles et opposées (électrodes) est :

C = (ε S) / (4π l), cm,

où ε - la constante diélectrique relative du matériau, égale au rapport de la capacité d'un condensateur avec un diélectrique donné à la capacité d'un condensateur de mêmes dimensions géométriques, mais dont le diélectrique est l'air (ou plutôt le vide); C - surface de l'électrode du condensateur, cm2, l - épaisseur du diélectrique fermé entre les électrodes, voir

Angle de perte diélectrique

La puissance dissipée dans un diélectrique lorsqu'un courant alternatif lui est appliqué est de :

Pa = U NS Ia, W

où U est la tension appliquée, Ia est la composante active du courant traversant le diélectrique, A.

Comme on le sait : Ia = AzR / tgφ = AzRNS tgδ, A, Azr = U2πfC

où Azp est la composante réactive du courant traversant le diélectrique, A, C est la capacité du condensateur, cm, f est la fréquence du courant, Hz, φ - l'angle auquel le vecteur courant traversant le diélectrique est devant le vecteur de tension appliqué à ce diélectrique, degrés, δ - angle complémentaire de φ à 90 ° (angle de perte diélectrique, degrés).

De cette façon, la quantité de perte de puissance est déterminée :

Pa = U22πfCtgδ, W

La question de la dépendance de tgδ à l'amplitude de la tension appliquée (courbe d'ionisation) revêt une grande importance pratique.

Avec une isolation homogène, sans délaminage ni fissuration, tgδ est quasiment indépendant de l'amplitude de la tension appliquée ; en présence de délaminage et de fissuration, avec l'augmentation de la tension appliquée, tgδ augmente fortement du fait de l'ionisation des vides contenus dans l'isolant.

La mesure périodique des pertes diélectriques (tgδ) et sa comparaison avec les résultats des mesures précédentes caractérisent l'état de l'isolant, le degré et l'intensité de son vieillissement.

Résistance diélectrique

Dans les installations électriques, les diélectriques qui forment l'isolation de la bobine doivent résister à l'action du champ électrique. L'intensité (tension) du tulle augmente à mesure que la tension créant ce champ augmente, et lorsque l'intensité du champ atteint une valeur critique, le diélectrique perd ses propriétés d'isolation électrique, ce que l'on appelle claquage diélectrique.

La tension à laquelle le claquage se produit est appelée tension de claquage et l'intensité de champ correspondante est la rigidité diélectrique.

La valeur numérique de la rigidité diélectrique est égale au rapport de la tension de claquage sur l'épaisseur du diélectrique au point de claquage :

Epr = UNHC / l, kV / mm,

où Upr — tension de claquage, kV, l — épaisseur d'isolation au point de claquage, mm.

Matériaux d'isolation électrique

Caractéristiques physico-chimiques des diélectriques

Outre les caractéristiques électriques, on distingue les caractéristiques physico-chimiques suivantes des diélectriques.

Indice d'acide - spécifie la quantité (mg) d'hydroxyde de potassium (KOH) nécessaire pour neutraliser les acides libres contenus dans le diélectrique liquide et dégrader ses propriétés d'isolation électrique.

Viscosité - détermine le degré de fluidité du diélectrique liquide, qui détermine la capacité de pénétration des vernis lors de l'imprégnation des fils de bobinage, ainsi que la convection de l'huile dans les transformateurs, etc.

Ils distinguent la viscosité cinématique, mesurée par des viscosimètres capillaires (tubes de verre en forme de U), et la viscosité dite conditionnelle, déterminée par la vitesse d'écoulement du fluide à partir d'un orifice calibré dans un entonnoir spécial. L'unité de viscosité cinématique est Stokes (st).

Viscosité conditionnelle mesurée en degrés Engler.

Résistance thermique - la capacité d'un matériau à remplir ses fonctions lorsqu'il est exposé à une température de fonctionnement pendant une durée comparable à la période estimée de fonctionnement normal de l'équipement électrique.

Sous l'influence du chauffage, il se produit un vieillissement thermique des matériaux d'isolation électrique, à la suite duquel l'isolation cesse de répondre aux exigences qui lui sont imposées.

Classes de résistance à la chaleur des matériaux isolants électriques (GOST 8865-70).La lettre indique la classe de résistance à la chaleur et les chiffres entre parenthèses - température, ° C

Y (90) Matières fibreuses de cellulose, de coton et de soie naturelle, non imprégnées ni trempées dans un matériau isolant électrique liquide A (105) Matières fibreuses de cellulose, de coton ou de soie naturelle, viscose et synthétique, imprégnées ou trempées dans un matériau isolant électrique liquide D (120) Matériaux synthétiques (films, fibres, résines, composés) B (130) Matériaux à base de mica, d'amiante et de fibres de verre utilisés avec des liants organiques et des imprégnants F (155) Matériaux à base de mica, d'amiante et de fibres de verre combinés avec des substances liants synthétiques et des imprégnants H (180 ) Matériaux à base de mica, d'amiante et de fibre de verre en combinaison avec des liants de silicium-silicium et des composés d'imprégnation C (plus de 180) Mica, matériaux céramiques, verre, quartz ou leurs combinaisons sans liants ou avec des substances liants inorganiques

Point de ramollissement auquel les diélectriques solides ayant un état amorphe à froid (résines, bitume) commencent à se ramollir. Le point de ramollissement est déterminé lorsque l'isolant chauffé est expulsé d'un anneau ou d'un tube à l'aide d'une bille d'acier ou de mercure.

Point de goutte auquel la première goutte se sépare et tombe du bécher (avec une ouverture de 3 mm de diamètre au fond) dans lequel le matériau d'essai est chauffé.

Point d'éclair de vapeur auquel un mélange de vapeur de liquide isolant et d'air est enflammé par la flamme du brûleur présentée. Plus le point d'éclair du liquide est bas, plus sa volatilité est grande.

Résistance à l'humidité, résistance chimique, résistance au gel et diélectriques à résistance tropicale -stabilité des caractéristiques électriques et physico-chimiques des matériaux isolants électriques lorsqu'ils sont exposés à l'humidité, aux acides ou aux bases à basses températures comprises entre -45 ° et -60 ° C, comme ainsi que le climat tropical, caractérisé par une température de l'air élevée et fortement changeante pendant la journée, son humidité et sa pollution élevées, la présence de moisissures, d'insectes et de rongeurs.

Résistance aux diélectriques arc et corona - résistance des matériaux isolants électriques aux effets de l'ozone et de l'azote libérés lors d'une décharge silencieuse - corona, ainsi qu'à l'action des étincelles électriques et de l'arc stable.

Propriétés thermoplastiques et thermodurcissables des diélectriques

Les isolants électriques thermoplastiques sont ceux qui sont initialement solides à froid, se ramollissent lorsqu'ils sont chauffés et se dissolvent dans des solvants appropriés. Après refroidissement, ces matériaux se solidifient à nouveau. Avec un chauffage répété, leur capacité à se ramollir et à se dissoudre dans les solvants demeure. Ainsi, le chauffage de tels matériaux ne provoque aucune modification de leur structure moléculaire.

Contrairement à eux, les matériaux dits thermodurcissables après traitement thermique dans un mode approprié, ils durcissent (cuisson). Lors de chauffages répétés, ils ne se ramollissent pas et ne se dissolvent pas dans les solvants, ce qui indique des modifications irréversibles de leur structure moléculaire survenues pendant le chauffage.

Les caractéristiques mécaniques des matériaux isolants sont : la résistance maximale à la traction, à la compression, à la flexion statique et dynamique, ainsi que la rigidité.