สมรรถนะและการประยุกต์ใช้วัสดุฉนวนแข็ง

  วัสดุฉนวนแข็งมีมากมายเช่น แผ่น FR4, แผ่นอีพอกซีเรซิน 3240และ แผ่นลามิเนตผ้าฝ้ายฟีนอล 3026.

  ครั้งแรก คุณสมบัติหลักของวัสดุฉนวนแข็ง

1. ความต้านทานของฉนวน

1) กระแสไฟรั่ว

  แม้ว่าความต้านทานของวัสดุฉนวนจะสูงมาก แต่ก็มีกระแสเล็ก ๆ ไหลอยู่เสมอภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน กระแสนี้เรียกว่ากระแสรั่วไหล กระแสไฟรั่วประกอบด้วยสองส่วน ส่วนหนึ่งไหลผ่านด้านในของวัสดุฉนวน และอีกส่วนหนึ่งไหลผ่านฉนวน พื้นผิวของวัสดุไหล

2) ความต้านทานพื้นผิวและความต้านทานต่อปริมาตร

  สำหรับวัสดุฉนวนชนิดเดียวกัน ค่าความต้านทานปริมาตรจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ค่าความต้านทานพื้นผิวจะลดลงตามสิ่งสกปรกบนพื้นผิว เมื่อวัสดุฉนวนชื้น ค่าความต้านทานปริมาตรและค่าความต้านทานพื้นผิวจะลดลงทั้งคู่

2. ความแรงของการพังทลาย

  วัสดุฉนวนจะเสียหายและสูญเสียประสิทธิภาพของฉนวนภายใต้การกระทำของความแรงของสนามไฟฟ้าที่สูงกว่าค่าที่กำหนด ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการพังทลาย ความแรงของสนามไฟฟ้าเมื่อวัสดุฉนวนถูกทำลายเรียกว่าความแรงของการพังทลาย และมีหน่วยเป็น kV/mm

  การสลายตัวของวัสดุฉนวนสามารถแบ่งออกเป็น:

1) ไฟฟ้าดับ

  ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าแรง อนุภาคที่มีประจุภายในอิเล็กทริกจะเคลื่อนที่อย่างรุนแรง ทำให้เกิดการชนกันของไอออนไนซ์ ทำลายโครงสร้างโมเลกุล เพิ่มสื่อกระแสไฟฟ้า และพังทลายลงในที่สุด

2) การสลายตัวด้วยความร้อน

  ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าแรง ความร้อนจะถูกสร้างขึ้นภายในอิเล็กทริกเนื่องจากการสูญเสียอิเล็กทริก หากไม่สามารถกระจายออกไปได้ทันเวลา อุณหภูมิภายในของอิเล็กทริกจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้โครงสร้างโมเลกุลแตกตัวและสลายตัว

3) การสลายการคายประจุ

  ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าแรง ฟองอากาศที่อยู่ในอิเล็กทริกจะเกิดการแตกตัวเป็นไอออนและการคายประจุก่อน และสิ่งสกปรกก็จะถูกระเหยด้วยความร้อนของสนามไฟฟ้า ส่งผลให้เกิดฟอง ดังนั้นการปล่อยฟองสบู่จึงพัฒนาต่อไป ซึ่งนำไปสู่การสลายของ วัสดุฉนวนทั้งหมด

3. ทนความร้อน

  ในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้า วัสดุฉนวนของมันทำงานภายใต้สภาวะที่ร้อนเป็นเวลานาน ดังนั้นวัสดุฉนวนที่เลือกจะต้องมีความต้านทานความร้อนในระดับหนึ่ง เนื่องจากปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของวัสดุฉนวนคืออุณหภูมิตามความต้านทานความร้อนของวัสดุฉนวนต่างๆ จึงกำหนดอุณหภูมิสูงสุดระหว่างการใช้งานเพื่อให้มั่นใจถึงอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าและหลีกเลี่ยงอุณหภูมิสูงเกินไประหว่างการใช้งานและเร่งฉนวน การเสื่อมสภาพของวัสดุ

  วัสดุฉนวนไฟฟ้าแบ่งออกเป็นเกรดทนความร้อนได้ 7 ระดับตามอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาต:

1) เกรด Y

  อุณหภูมิขีดจำกัดคือ 90°C วัสดุฉนวนหลัก ได้แก่ สิ่งทอจากธรรมชาติ เช่น ไม้ ผ้าฝ้าย กระดาษ และเส้นใย ตลอดจนสิ่งทอที่ทำจากเซลลูโลสอะซิเตตและโพลิเอไมด์ และพลาสติกที่สลายตัวด้วยความร้อนได้ง่ายและมีจุดหลอมเหลวต่ำ

2) เกรดเอ

  อุณหภูมิขีดจำกัดคือ 105°C วัสดุฉนวนหลัก ได้แก่ วัสดุเกรด Y ที่ใช้ในน้ำมันแร่ วัสดุเกรด Y ที่ชุบด้วยน้ำมันหรือกาวผสมโอลีโอเรซิน ลวดเคลือบ ผ้ากรอง สีแอสฟัลต์ ฯลฯ

3) คลาส E

  อุณหภูมิจำกัดคือ 120°C และวัสดุฉนวนหลักคือฟิล์มโพลีเอสเตอร์และวัสดุคอมโพสิตเกรด A, ผ้าแก้ว, สีเรซินที่ใช้น้ำมัน, ลวดเคลือบไวนิลอะซิเตททนความร้อน ฯลฯ

4) เกรดบี

  อุณหภูมิจำกัดคือ 130°C วัสดุฉนวนหลักได้แก่ ฟิล์มโพลีเอสเตอร์ ไมก้า ใยแก้ว แร่ใยหิน และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ชุบและเคลือบทับด้วยพันธะเรซินที่เหมาะสม และลวดเคลือบโพลีเอสเตอร์

5) เกรดเอฟ

  อุณหภูมิจำกัดอยู่ที่ 155°C และวัสดุฉนวนหลักคือผลิตภัณฑ์แผ่นไมก้าที่เสริมด้วยวัสดุเส้นใยอินทรีย์ ใยแก้วและแร่ใยหิน ผ้าเคลือบเงาแก้ว ฯลฯ

6) คลาสเอช

  อุณหภูมิขีดจำกัดคือ 180°C และวัสดุฉนวนหลักได้รับการเสริมแรงโดยมีหรือไม่มีผลิตภัณฑ์ไมก้าที่เสริมด้วยวัสดุอนินทรีย์ วัสดุเกรด F ที่หนาขึ้น สีซิลิโคนออร์แกนิก ยางซิลิโคนออร์แกนิก ฯลฯ

7) เกรดซี

  อุณหภูมิขีดจำกัดอยู่ที่สูงกว่า 180°C และวัสดุฉนวนหลัก ได้แก่ แร่ธาตุอนินทรีย์ที่ไม่ใช้สารยึดเกาะและสารกันซึมอินทรีย์ใดๆ เช่น ควอตซ์ แร่ใยหิน ไมกา แก้ว และเครื่องเคลือบไฟฟ้า

4. ความแข็งแรงทางกล

  ตามความต้องการเฉพาะของวัสดุฉนวนต่างๆ ดัชนีความแข็งแรงต่างๆ เช่น แรงดึง แรงอัด แรงดัดงอ แรงเฉือน การฉีกขาด และความต้านทานแรงกระแทกจะถูกกำหนดตามลำดับ วัสดุฉนวนต่างๆ ควรมีดัชนีประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน เช่นการซึมผ่าน ความต้านทานต่อน้ำมัน การยืดตัว การหดตัว ความต้านทานต่อตัวทำละลาย และความต้านทานส่วนโค้ง

5. อายุของวัสดุฉนวน

  ในระหว่างการทำงานของวัสดุฉนวนในอุปกรณ์ไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงทางเคมีและกายภาพที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เกิดขึ้นเนื่องจากสาเหตุหลายประการ เช่น ไฟฟ้าและความร้อน ส่งผลให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลเสื่อมลง และการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้นี้จะกลายเป็นอายุ สาเหตุของความชราคือ:

1) มีการหลบหนีของส่วนประกอบระเหยโมเลกุลต่ำในอิเล็กทริก

2) ดีพอลิเมอไรเซชันและการแตกร้าวออกซิเดชันภายใต้การกระทำของความร้อนและออกซิเจน จะสร้างอนุมูลอิสระเพื่อเริ่มปฏิกิริยา

3) การแตกร้าวด้วยความร้อนซึ่งก่อให้เกิดสารที่เป็นอันตราย ไฮโดรเจนคลอไรด์มีผลในการเร่งปฏิกิริยากับวัสดุบางชนิด

4) ไฮโดรไลซิส ภายใต้การกระทำของความร้อน ความชื้นจะทำปฏิกิริยากับวัสดุฉนวนและทำให้เกิดการไฮโดรไลซิส

5) สายโซ่โมเลกุลยังคงเกิดการรวมตัว ส่งผลให้วัสดุฉนวนเปราะ

  ประการที่สอง การใช้วัสดุฉนวนที่เป็นของแข็ง

1. สีฉนวน

  สีฉนวนสามารถแบ่งได้เป็นสีจุ่ม สีทาทับ และสีทาแผ่นเหล็กซิลิกอน

1) การจุ่มสี

  ส่วนใหญ่ใช้ในการชุบมอเตอร์ ขดลวดไฟฟ้า และชิ้นส่วนฉนวนเพื่ออุดช่องว่างและรูพรุนขนาดเล็ก และปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกล ที่ใช้กันทั่วไปคือสีจุ่มอัลคิดและสีจุ่มอัลคิดเมลามีน ทั้งสองสีนี้เป็นสีอบซึ่งทั้งสองสีมีความทนทานต่อน้ำมันและความต้านทานส่วนโค้งได้ดี และฟิล์มสีก็เรียบเนียนและเป็นมันเงา

2) ทาสีทับหน้า

  วานิชและอีนาเมลมีสองประเภทซึ่งใช้ในการเคลือบคอยล์และชิ้นส่วนฉนวนหลังจากการแช่ และสร้างฟิล์มสีที่ต่อเนื่องและสม่ำเสมอบนพื้นผิวเป็นชั้นป้องกันฉนวนเพื่อป้องกันความเสียหายทางกลและบรรยากาศ น้ำมันหล่อลื่นและสารเคมี การพังทลายของยา

2. กระดาษฉนวน

  กระดาษฉนวนเป็นวัสดุฉนวนที่รวมกับกระดาษและน้ำมัน กระดาษเคเบิลที่ห่อไว้จะถูกทำให้แห้งและชุบด้วยน้ำมันเคเบิลภายใต้สุญญากาศเพื่อสร้างโครงสร้างฉนวนคอมโพสิตกระดาษน้ำมัน กระดาษเคเบิลประกอบด้วยเส้นใยไม้ซึ่งมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าสูง มีความเสถียรทางเคมี และความแข็งแรงเชิงกล กระดาษใยไม้โพลีโพรพีลีนชนิดใหม่มีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมในการสูญเสียอิเล็กทริกต่ำ

3. ชั้นฉนวนของสายเคเบิลหุ้มฉนวนพลาสติก

  ชั้นฉนวนของสายเคเบิลหุ้มฉนวนพลาสติกเป็นฉนวนแบบอัดขึ้นรูป ฉนวนการอัดขึ้นรูปคือการบีบพลาสติก ยาง และโพลีเมอร์โมเลกุลสูงอื่นๆ บนตัวนำให้แน่นด้วยอุปกรณ์กระบวนการอัดขึ้นรูปเพื่อสร้างโครงสร้างชั้นฉนวนที่สม่ำเสมอ วัสดุฉนวนอัดที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โพลีไวนิลคลอไรด์ โพลีเอทิลีน โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวาง และยางเอทิลีนโพรพิลีน

1) โพลีไวนิลคลอไรด์ (พีวีซี)

  โพลีไวนิลคลอไรด์มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความแข็งแรงเชิงกลที่ดี มีความทนทานต่อกรด ด่าง และน้ำมัน ไม่ติดไฟ และมีสมรรถนะกระบวนการที่ดี ข้อเสียคือความต้านทานความร้อนต่ำ ความต้านทานของฉนวนมีขนาดเล็ก และการสูญเสียอิเล็กทริกมีขนาดใหญ่

2) โพลีเอทิลีน (PE)

  โพลีเอทิลีนมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและมีการสูญเสียอิเล็กทริกต่ำ การเติมสารเติมแต่งในปริมาณที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงความต้านทานโคโรนา ความต้านทานความร้อน และความแข็งแรงเชิงกลของโพลีเอทิลีน และปรับปรุงคุณสมบัติการแตกร้าวจากความเครียดจากสิ่งแวดล้อม

3) โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมโยงข้าม

  โพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวางมีความต้านทานความร้อนได้ดี แต่มีโคโรนาต่ำและต้านทานการปล่อยอิสระ สายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบเชื่อมขวางมีอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาตได้สูงกว่าและมีความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตได้มากขึ้น เหมาะสำหรับแรงดันไฟฟ้าต่างๆ สามารถใช้สำหรับการวางแบบหยดสูง และติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย

4) ยางเอทิลีนโพรพิลีน (XLPE)

  ฉนวนยางมีความยืดหยุ่น โค้งงอได้ง่าย และยืดหยุ่น แต่มีความต้านทานโคโรนา ทนต่อโอโซน ทนความร้อน และทนน้ำมันได้ต่ำ สายเคเบิลหุ้มฉนวนยางสามารถใช้ได้ในสภาพอากาศหนาวเย็นที่รุนแรง และเหมาะสำหรับวงจรที่มีการถอดประกอบหลายครั้ง แต่สามารถใช้เป็นสายเคเบิลแรงดันต่ำเท่านั้น และไม่เหมาะสำหรับวงจรที่มีการวางคงที่