Ievads elektroizolācijā
Elektroizolācija ir visu elektrisko sistēmu drošības un funkcionalitātes pamatā. Tā novērš strāvas plūsmu starp vadiem un pasargā no elektriskajiem īssavienojumiem, nodrošinot, ka elektrība plūst tikai pa paredzētajiem ceļiem. Šajā rokasgrāmatā galvenā uzmanība pievērsta četrām svarīgākajām izolācijas iespējām, ko plaši izmanto dažādās nozarēs: atdalāmajiem izolatoriem, epoksīdsveķu pulverkrāsojumam, termoizolācijas caurulītēm un izolācijas plēvēm. Katrai no tām ir unikālas priekšrocības specifiskiem lietojumiem, sākot no shēmas plašu aizsardzības līdz augstsprieguma izolācijai energosistēmās.
Izpratne par šīm izolācijas iespējām palīdz inženieriem, tehniķiem un DIY entuziastiem izvēlēties optimālo risinājumu savām konkrētajām elektrotehnikas prasībām, nodrošinot gan drošību, gan veiktspēju.
Standoff izolatori (izolatori)
Kas ir Standoff izolatori?
Standoff izolatori, ko dēvē arī par izolatoriem, ir cietas sastāvdaļas, kas paredzētas fiziski atdalīt un elektriski izolēt vadošās daļas elektriskajā sistēmā. Tie saglabā fiksētu attālumu starp elektriskajiem komponentiem un to montāžas virsmām, novēršot nevēlamus elektriskus savienojumus un vienlaikus nodrošinot strukturālu atbalstu.
VIOX Standoff izolatori (kopņu izolatori)
Standoff izolatoru veidi
Keramikas stiprinājumi
- Materiālu īpašības: Parasti izgatavots no porcelāna vai steatīta.
- Elektriskās īpašības: Lieliska dielektriskā izturība (10-40 kV/mm)
- Izturība pret temperatūru: Iztur temperatūru līdz 1000°C
- Pieteikumi: Augstsprieguma iekārtas, augstas temperatūras vide, āra elektroinstalācijas.
Plastmasas stiprinājumi
- Materiālu opcijas: Neilons, PBT, PEEK, polipropilēns.
- Elektriskās īpašības: Laba dielektriskā izturība (15-25 kV/mm)
- Temperatūras diapazons: Atkarībā no materiāla (parasti -40°C līdz 150°C)
- Pieteikumi: PCB montāža, zemsprieguma un vidēja sprieguma lietojumi, iekštelpu aprīkojums.
Stikla stiprinājumi
- Elektriskās īpašības: Lieliska dielektriskā izturība (20-40 kV/mm)
- Izturība pret temperatūru: Lieliska termiskā stabilitāte
- Pieteikumi: Specializēti augstfrekvences lietojumi, laboratorijas aprīkojums
Bieži lietojumi
- Shēmas plates montāža: PCB pacelšana no šasijas vai korpusa
- Terminālu bloka izolācija: Augstsprieguma spaiļu bloku atdalīšana no montāžas virsmām
- Komponentu atstarpes: Pienācīgas atstarpes uzturēšana starp elektriskajiem komponentiem
- Busbar atbalsts: Augststrāvas kopņu izolēšana elektroenerģijas sadales sistēmās
- Transformatoru izolācija: Transformatoru tinumu atbalstīšana un izolēšana
Priekšrocības un ierobežojumi
Priekšrocības
- Nodrošina gan mehānisko atbalstu, gan elektrisko izolāciju
- Pieejami standartizēti izmēri ērtai integrācijai
- Augsta uzticamība ar minimālu pasliktināšanos laika gaitā
- Precīza atstarpju kontrole
- Daudzas iespējas ir izturīgas pret vides faktoriem
Ierobežojumi
- Ierobežota elastība pēc instalēšanas
- Var radīt montāžas problēmas kompaktos dizainos
- Augstas kvalitātes materiāli (piemēram, PEEK vai keramika) var būt dārgi.
- Potenciāli lūzuma punkti augstas vibrācijas vidē
Epoksīdsveķu pulverkrāsas pārklājums
Kas ir epoksīda pulverveida pārklājums?
Epoksīdsveķu pulverveida pārklājums ir sausās izolācijas metode, kurā smalkas epoksīdsveķu daļiņas elektrostatiski uzklāj uz vadošas virsmas un pēc tam karstumā sacietē, veidojot nepārtrauktu izolācijas slāni. Šis process rada izturīgu, viendabīgu pārklājumu, kas nodrošina lielisku elektrisko izolāciju, vienlaikus aizsargājot pret vides faktoriem.
Pieteikšanās process
- Virsmas sagatavošana: Tīrīšana un bieži fosfātēšana vai smilšu strūklas strūklas apstrāde
- Pulvera lietošana: Pulvera daļiņu elektrostatiskā uzlāde izraisa to pielipšanu pie iezemēta substrāta.
- Ārstēšana: Karsēšana 160-200 °C temperatūrā, lai izkausētu un savstarpēji sasaistītu epoksīdsveķu materiālu.
- Dzesēšana: Kontrolēta dzesēšana, lai nodrošinātu optimālu cietību un adhēziju.
Elektriskās īpašības
- Dielektriskā izturība: Parasti 15-20 kV/mm
- Tilpuma pretestība: >10^12 ohm-cm
- Izsekošanas pretestība: Lieliska izturība pret elektrisko izsekošanu
- Biezuma diapazons: Parasti uzklāj 25-100 mikronu biezumu atkarībā no prasībām.
Pieteikumi
- Transformatoru komponenti: Izolācijas kārtas un serdeņi
- Motora tinumi: Papildu izolācijas slānis uz magnēta stieples
- Kopnes: Atklāto vadošo virsmu izolēšana
- Elektroniskie korpusi: Nodrošina gan izolāciju, gan aizsardzību pret koroziju
- Sadales iekārtu komponenti: Metāla izolācijas daļas vidsprieguma iekārtās
Priekšrocības un ierobežojumi
Priekšrocības
- Videi nekaitīgs (bez šķīdinātājiem un gaistošajiem organiskiem savienojumiem).
- Lieliska saķere ar metāla virsmām
- Vienmērīgs pārklājuma biezums pat uz sarežģītām ģeometrijām
- Lieliska ķīmiskā un triecienizturība
- Ilgs kalpošanas laiks ar minimālu degradāciju
Ierobežojumi
- Nepieciešams specializēts uzklāšanas aprīkojums
- Nav viegli uzklāt uz lauka (parasti rūpnīcas process).
- Ierobežota labošanas iespēja pēc uzklāšanas
- Temperatūras ierobežojumi (parasti līdz 150°C nepārtrauktai darbībai)
- Nav piemērots lietojumiem, kam nepieciešama elastība
Siltuma saraušanās caurule
Kas ir siltumcaurulītes?
Termiskās saraušanās caurulītes ir elastīga, iepriekš izplesta polimēra uzmava, kas pēc karstuma pielikšanas saraujas, veidojot cieši piegulošu izolācijas pārklājumu ap vadiem, savienojumiem un komponentiem. Tas ir pieejams no dažādiem materiāliem, ar dažādiem diametriem un saraušanās koeficientiem, un nodrošina daudzpusīgu risinājumu izolācijai, spriedzes mazināšanai un vides aizsardzībai.
Siltuma saraušanās materiāli
Poliolefīns
- Elektriskās īpašības: Laba dielektriskā izturība (15-20 kV/mm)
- Temperatūras diapazons: Parasti -55°C līdz 135°C
- Funkcijas: Visizplatītākais tips, pieejams daudzās krāsās, bezhalogēnu opcijas
- Pieteikumi: Vispārējas nozīmes vadu izolācija, saišķošana, identifikācija
PVC (polivinilhlorīds)
- Elektriskās īpašības: Vidēja dielektriskā izturība (10-15 kV/mm)
- Temperatūras diapazons: no -20°C līdz 105°C
- Funkcijas: Elastīgs, ugunsdrošs, rentabls.
- Pieteikumi: Zemsprieguma lietojumi, vispārēja rūpnieciska izmantošana
PTFE (politetrafluoretilēns)
- Elektriskās īpašības: Lieliskas dielektriskās īpašības (20-40 kV/mm)
- Temperatūras diapazons: -55°C līdz 260°C
- Funkcijas: Izturība pret ekstrēmām temperatūrām, ķīmiskā inertums
- Pieteikumi: Kosmiskā, militārā, augstas temperatūras vide.
Viton® (fluorelastomērs)
- Elektriskās īpašības: Laba dielektriskā izturība
- Temperatūras diapazons: -40°C līdz 225°C
- Funkcijas: Izcila izturība pret ķimikālijām un degvielu
- Pieteikumi: Automobiļu rūpniecība, ķīmiskā apstrāde, naftas un gāzes rūpniecība
Specializēti termohermētiski saraucamie produkti
Ar līmi oderētas caurules
- Satur iekšējo līmes slāni, kas kūst saraušanās laikā.
- Nodrošina mitruma necaurlaidīgu blīvējumu
- Ideāli piemērots lietošanai ārpus telpām un skarbā vidē
Divu sienu caurules
- Ārējais slānis nodrošina mehānisku aizsardzību
- Iekšējais slānis kūst, lai aizpildītu spraugas un nelīdzenumus.
- Izcilas vides hermētiskuma īpašības
Smagās sienas caurules
- Biezākas sienas uzlabotai mehāniskai aizsardzībai
- Augstāks nominālais spriegums
- Bieži izmanto kabeļu remontam un pastiprināšanai.
Pieteikumi
- Stiepļu savienojumi: Elektrisko savienojumu izolācija un aizsardzība
- Termināla izolācija: Atklāto strāvvadošo spaiļu pārklājums
- Kabeļu ievades punkti: Blīvēšana un atslogošana vietās, kur kabeļi ieiet korpusos.
- Komponentu aizsardzība: Elektronisko komponentu izolācija
- Stiepļu instalāciju organizācija: Stiepļu grupu savienošana un aizsardzība
- Aizsardzība pret koroziju: Savienojumu blīvēšana pret mitrumu un piesārņojumu
Priekšrocības un ierobežojumi
Priekšrocības
- Pielāgojams neregulārām formām
- Izveido pielāgotu izolāciju
- Pieejami dažādi izmēri, krāsas un materiāli
- Var uzstādīt ar vienkāršiem sildīšanas instrumentiem
- Nodrošina atslogošanu un aizsardzību pret nodilumu
Ierobežojumi
- Nepieciešama piekļuve vadu galiem, lai tos uzstādītu.
- Nav viegli noņemams bez iznīcināšanas
- Liela mēroga uzstādīšanai var būt nepieciešami specializēti instrumenti
- Daži veidi uzstādīšanas laikā izdala dūmus
- Ierobežota stiepes izturība salīdzinājumā ar mehāniskiem aizsargiem
Izolācijas plēves
Kas ir izolācijas plēves?
Izolācijas plēves ir plāni, elastīgi lokšņu materiāli, kas paredzēti elektriskās izolācijas nodrošināšanai ar minimālu biezumu. Šīs plēves, kas pieejamas no dažādiem polimēriem un kompozītmateriāliem, nodrošina izcilas dielektriskās īpašības, vienlaikus aizņemot minimālu vietu, tāpēc tās ir ideāli piemērotas lietojumiem, kur izmēra ierobežojumi ir kritiski.
Izolācijas plēvju veidi
Poliimīda plēves (Kapton®)
- Elektriskās īpašības: Izcila dielektriskā izturība (3-7 kV/mil)
- Temperatūras diapazons: -269°C līdz 400°C
- Funkcijas: Izcila temperatūras stabilitāte, izturība pret radiāciju, zems izgarošanas līmenis.
- Pieteikumi: Lokanās shēmas plates, kosmosa, motoru un ģeneratoru tinumi.
PET (polietilēntereftalāta) plēves
- Elektriskās īpašības: Laba dielektriskā izturība (5-8 kV/mil)
- Temperatūras diapazons: -70°C līdz 150°C
- Funkcijas: rentabls, laba mehāniskā izturība, izturība pret mitrumu.
- Pieteikumi: Kondensatori, transformatoru izolācija, vispārējās elektriskās barjeras
PTFE plēves
- Elektriskās īpašības: Lieliska dielektriskā konstante (2,1) un izkliedes koeficients
- Temperatūras diapazons: -200°C līdz 260°C
- Funkcijas: Zema berze, ķīmiskā inertums, lieliskas elektriskās īpašības.
- Pieteikumi: Augstfrekvences shēmas plates, vadu ietīšana, augstas temperatūras lietojumi.
Kompozītmateriālu plēves
- Būvniecība: Vairāki kopā laminēti dažādu materiālu slāņi
- Piemēri: Nomex®-Mylar®-Nomex® (NMN), vizlas un stikla kompozīti.
- Pieteikumi: Augstsprieguma izolācija, eļļas pildīti transformatori, īpašas prasības
Lietošanas metodes
- Izgrieztās formas: Pēc pasūtījuma sagriezti gabali specifisku komponentu izolācijai
- Slāņu izolācija: Elektrovadošo slāņu atdalīšana transformatoros un kondensatoros
- Līstes oderes: Motora un ģeneratora spraugas izolācija
- Iepakošana: Spirālveida ietīšana ap vadītājiem vai komponentu grupām
- Uz līmlentes balstīts: uzklāj tieši uz virsmām, kurām nepieciešama izolācija
Priekšrocības un ierobežojumi
Priekšrocības
- Minimālas prasības attiecībā uz vietu
- Lieliska pielāgojamība neregulārām virsmām
- Var precīzi sagriezt pielāgotām formām
- Daudzi veidi nodrošina izturību pret augstām temperatūrām
- Vienmērīgs biezums un kontrolētas īpašības
Ierobežojumi
- Ierobežota mehāniskā aizsardzība salīdzinājumā ar cietajiem izolatoriem
- Var būt nepieciešama līmēšana vai mehāniska stiprināšana
- Daži veidi ir jutīgi pret plīsumiem vai caurduršanu.
- Specializētās filmas var būt dārgas
- Uzstādīšana var būt darbietilpīga sarežģītu ģeometriju gadījumā.
Pareizā izolācijas varianta izvēle
Uz pieteikumu balstītas atlases ceļvedis
PCB un elektronikas lietojumprogrammas
- Labākās iespējas: Standoff izolatori montāžai, izolācijas plēves slāņu atdalīšanai
- Galvenie apsvērumi: Telpas ierobežojumi, temperatūras iedarbība, sprieguma prasības
- Tipiskas kombinācijas: Neilona statņi ar poliimīda plēves barjerām
Elektroenerģijas sadales iekārtas
- Labākās iespējas: Epoksīdsveķu pulverkrāsas pārklājums kopnēm, balsta izolatori, balsta izolatori
- Galvenie apsvērumi: Sistēmas spriegums, vides iedarbība, apkopes prasības
- Tipiskas kombinācijas: Keramikas statņi ar epoksīda pārklājumu savienojuma punktiem
Vadu un kabeļu savienojumi
- Labākās iespējas: Termiskās saraušanās caurulītes, iespējams, ar lipīgu oderējumu.
- Galvenie apsvērumi: Uzstādīšanas vide, nominālais spriegums, mehāniskās slodzes
- Ieteicamie produkti: Divsienu termiskās saraušanās materiāls āra savienojumiem
Motoru un transformatoru ražošana
- Labākās iespējas: Izolācijas plēves slāņu atdalīšanai, epoksīdsveķu pārklājums strukturāliem komponentiem.
- Galvenie apsvērumi: Temperatūras klase, kalpošanas laika prasības, vibrācijas iedarbība
- Tipiskas kombinācijas: Nomeksa plēves ar epoksīdsveķu pārklājumu.
Salīdzināšanas matrica
| Īpašums | Standoff izolatori | Epoksīdsveķu pulverkrāsas pārklājums | Siltuma saraušanās caurule | Izolācijas plēves |
|---|---|---|---|---|
| Formas faktors | Stingrs, fiksēts | Pastāvīgais pārklājums | Elastīga caurule | Plānas, elastīgas loksnes |
| Uzstādīšana | Mehāniskais | Rūpnīcas process | Siltuma pielietojums | Manuāla izvietošana |
| Sprieguma diapazons | Zems līdz ļoti augsts | Zems līdz vidējs | Zems līdz vidējs | Zems līdz ļoti augsts |
| Temperatūras ierobežojums | -55°C līdz 1000°C | -40°C līdz 150°C | -55°C līdz 260°C | -269°C līdz 400°C |
| Telpas efektivitāte | Zema | Vidēja | Vidēja | Ļoti augsts |
| Lauka remontējamība | Labi | Slikts | Lielisks | Labi |
| Izmaksu diapazons | No zema līdz augstam | Vidēja līdz augsta | Zems līdz vidējs | Zems līdz ļoti augsts |
Testēšana un apkope
Izolācijas testēšanas metodes
Visiem izolācijas veidiem
- Vizuālā pārbaude: Regulāra pārbaude, lai konstatētu plaisas, krāsas maiņu vai fiziskus bojājumus.
- Izolācijas pretestības testēšana: Pretestības mērīšana ar atbilstošu testa spriegumu
- Hipot testēšana: Sprieguma pielikšana, kas pārsniedz nominālo spriegumu, lai pārbaudītu, vai nav sadalījuma.
Tipam specifiski testi
- Standoff izolatori: Mehāniskās integritātes slodzes pārbaude
- Epoksīda pārklājums: Adhēzijas testēšana, biezuma mērīšana
- Siltuma saraušanās: Blīvējuma verifikācija, iegremdēšanas ūdenī testi
- Izolācijas plēves: Dielektriskā testēšana, izturības pret plīsumiem pārbaude
Izolācijas kļūmes pazīmes
- Fiziskie rādītāji: Plaisas, krāsas maiņa, kušana, deformācija.
- Elektriskie indikatori: noplūdes strāva, periodiski bojājumi, daļēja izlāde
- Vides rādītāji: Mitruma iekļūšana, piesārņojuma uzkrāšanās.
Profilaktiskā apkope
- Vides kontrole: Minimizēt ekstrēmu temperatūru, mitruma un piesārņotāju iedarbību.
- Regulāru pārbaužu grafiki: Sistemātisku vizuālo pārbaužu veikšana
- Tīrīšanas procedūras: Atbilstoša tīrīšana atkarībā no izolācijas tipa
- Dokumentācija: Veikt izolācijas veiktspējas un testu rezultātu uzskaiti
Biežāk uzdotie jautājumi par elektriskās izolācijas iespējām
J: Kā izvēlēties starp izolatoriem un līmētām izolācijas plēvēm?
A: Ņemiet vērā telpas ierobežojumus, sprieguma prasības un mehānisko slodzi. Standoffs nodrošina labāku mehānisko atbalstu, bet aizņem vairāk vietas, savukārt plēves nodrošina labāku vietas efektivitāti, bet mazāku mehānisko aizsardzību. Augstas vibrācijas vidēs statņi parasti ir uzticamāki.
J: Vai epoksīdsveķu pulverkrāsas pārklājumu var uzklāt uz vietas, vai tas ir tikai rūpnīcā?
A: Epoksīdsveķu pulverkrāsošanai parasti ir nepieciešams specializēts aprīkojums un kontrolēti apstākļi, kas tiek nodrošināti rūpnīcā. Lietojumiem uz vietas praktiskākas ir tādas alternatīvas kā šķidra elektriskā lente, RTV silikona pārklājumi vai termoizturīgi saraušanas produkti.
J: Kāds siltuma saraušanās koeficients man ir nepieciešams manam lietojumam?
A: Saraušanās koeficients (izteikts kā 2:1, 3:1 utt.) norāda, par cik daudz caurules saruks no izplestā stāvokļa. Savienotāju vai neregulāras formas pārklājumu veidošanai ieteicams izmantot lielāku attiecību (3:1 vai 4:1). Vienkāršai vadu izolācijai parasti pietiek ar 2:1. Pārliecinieties, ka izplestais diametrs atbilst jūsu komponentam un atgūtais diametrs būs pietiekami ciešs.
J: Cik biezajai izolācijas plēvei jābūt konkrētam sprieguma lietojumam?
A: Plēves biezuma prasības atšķiras atkarībā no materiāla un sprieguma. Kā vispārīga vadlīnija jāmin, ka katram potenciālu starpības kV parasti nepieciešams 7-10 milimetru plēves biezums atkarībā no plēves dielektriskās izturības. Vienmēr iepazīstieties ar ražotāja specifikācijām un piemērojiet atbilstošus drošības koeficientus konkrētajam pielietojumam un vides apstākļiem.
J: Vai var efektīvi kombinēt dažādus izolācijas veidus?
A: Jā, izolācijas veidu kombinēšana bieži vien nodrošina optimālu aizsardzību. Bieži sastopamās kombinācijas ietver izolatorus ar izolācijas plēvēm slāņveida aizsardzībai, epoksīdsveķu pārklājumu ar termisko saraušanos uz savienojumiem un plēves, kas apvilktas ap komponentiem ar stiprinājuma stiprinājumiem. Kombinējot izolācijas veidus, pārliecinieties par saderību ar darba temperatūru un izplešanās/saspiešanās īpašībām.
