Beberapa bahan yang digunakan pada peralatan listrik dan rangkaian catu daya memiliki sifat dielektrik, yaitu memiliki ketahanan yang tinggi terhadap arus. Kemampuan ini memungkinkan mereka untuk tidak melewatkan arus, dan oleh karena itu mereka digunakan untuk membuat insulasi untuk bagian yang membawa arus. Bahan isolasi listrik dirancang tidak hanya untuk memisahkan bagian pembawa arus, tetapi juga untuk menciptakan perlindungan terhadap efek berbahaya dari arus listrik. Misalnya, kabel listrik peralatan listrik ditutupi dengan isolasi.
Bahan isolasi listrik dan aplikasinya
Bahan isolasi listrik banyak digunakan dalam industri, pembuatan radio dan instrumen, dan pengembangan jaringan listrik. Pengoperasian normal alat listrik atau keamanan sirkuit catu daya sangat bergantung pada:dielektrik yang digunakan. Beberapa parameter bahan yang dimaksudkan untuk isolasi listrik menentukan kualitas dan kemampuannya.
Penggunaan bahan isolasi tunduk pada peraturan keselamatan. Integritas isolasi adalah kunci untuk pekerjaan yang aman dengan arus listrik. Sangat berbahaya menggunakan perangkat dengan insulasi yang rusak. Bahkan sedikit arus listrik dapat berpengaruh pada tubuh manusia.
Sifat dielektrik
Bahan isolasi listrik harus memiliki sifat tertentu agar dapat menjalankan fungsinya. Perbedaan utama antara dielektrik dan konduktor adalah resistivitas volume yang besar (109-1020 ohm cm). Konduktivitas listrik konduktor dibandingkan dengan dielektrik adalah 15 kali lebih besar. Ini disebabkan oleh fakta bahwa isolator pada dasarnya memiliki ion dan elektron bebas beberapa kali lebih sedikit, yang memberikan konduktivitas arus material. Tetapi ketika bahan dipanaskan, ada lebih banyak bahan, yang berkontribusi pada peningkatan konduktivitas listrik.
Membedakan antara sifat aktif dan pasif dielektrik. Untuk bahan isolasi, sifat pasif adalah yang paling penting. Konstanta dielektrik bahan harus serendah mungkin. Hal ini memungkinkan isolator untuk tidak memasukkan kapasitansi parasit ke dalam rangkaian. Untuk bahan yang digunakan sebagai dielektrik kapasitor, sebaliknya, konstanta dielektrik harus sebesar mungkin.
Opsi isolasi
Untuk parameter utamaisolasi listrik meliputi kekuatan listrik, resistivitas listrik, permitivitas relatif, sudut rugi dielektrik. Saat mengevaluasi sifat isolasi listrik bahan, ketergantungan karakteristik yang tercantum pada besaran arus dan tegangan listrik juga diperhitungkan.
Produk dan bahan isolasi listrik memiliki kekuatan listrik yang lebih besar dibandingkan dengan konduktor dan semikonduktor. Juga penting untuk dielektrik adalah stabilitas nilai tertentu selama pemanasan, kenaikan tegangan dan perubahan lainnya.
Klasifikasi bahan dielektrik
Bergantung pada kekuatan arus yang melewati konduktor, berbagai jenis insulasi digunakan, yang berbeda dalam kemampuannya.
Menurut parameter apa bahan isolasi listrik dibagi? Klasifikasi dielektrik didasarkan pada keadaan agregasi (padat, cair dan gas) dan asalnya (organik: alami dan sintetis, anorganik: alami dan buatan). Jenis dielektrik padat yang paling umum, yang dapat dilihat pada kabel peralatan rumah tangga atau peralatan listrik lainnya.
Dielektrik padat dan cair, pada gilirannya, dibagi menjadi beberapa subkelompok. Dielektrik padat termasuk kain yang dipernis, laminasi dan berbagai jenis mika. Lilin, minyak dan gas cair adalah bahan isolasi listrik cair. Dielektrik gas khusus lebih jarang digunakan. Jenis ini juga termasukisolator listrik alami adalah udara. Penggunaannya tidak hanya karena karakteristik udara, yang membuatnya menjadi dielektrik yang sangat baik, tetapi juga karena ekonominya. Penggunaan udara sebagai insulasi tidak memerlukan biaya material tambahan.
Dielektrik Padat
Bahan isolasi listrik padat adalah kelas dielektrik terluas yang digunakan di berbagai bidang. Mereka memiliki sifat kimia yang berbeda, dan konstanta dielektrik berkisar dari 1 hingga 50.000.
Dielektrik padat dibagi menjadi non-polar, polar dan feroelektrik. Perbedaan utama mereka adalah dalam mekanisme polarisasi. Kelas isolasi ini memiliki sifat seperti ketahanan kimia, ketahanan pelacakan, ketahanan dendritik. Ketahanan kimia dinyatakan dalam kemampuan untuk menahan pengaruh berbagai lingkungan agresif (asam, alkali, dll.). Menelusuri resistensi menentukan kemampuan untuk menahan efek busur listrik, dan resistensi dendritik menentukan pembentukan dendrit.
Dielektrik padat digunakan di berbagai bidang energi. Misalnya, bahan isolasi listrik keramik paling sering digunakan sebagai isolator saluran dan busing di gardu induk. Kertas, polimer, fiberglass digunakan sebagai isolasi untuk peralatan listrik. Untuk mesin dan perangkat, pernis, karton, senyawa paling sering digunakan.
Untuk digunakan dalam berbagai kondisi operasi, isolasi diberikan beberapa sifat khusus dengan menggabungkan yang berbedabahan: tahan panas, tahan kelembaban, tahan radiasi dan tahan beku. Isolator tahan panas mampu menahan suhu hingga 700 °C, ini termasuk gelas dan bahan berdasarkan mereka, organosilite dan beberapa polimer. Bahan tahan lembab dan tahan tropis adalah fluoroplastik, yang non-higroskopis dan hidrofobik.
Insulasi tahan radiasi digunakan pada perangkat dengan elemen atom. Ini termasuk film anorganik, beberapa jenis polimer, fiberglass dan bahan berbasis mika. Tahan beku adalah insulasi yang tidak kehilangan sifatnya pada suhu hingga -90 ° C. Persyaratan khusus ditempatkan pada insulasi yang ditujukan untuk perangkat yang beroperasi di ruang atau kondisi vakum. Untuk tujuan ini, bahan kedap vakum digunakan, termasuk keramik khusus.
Dielektrik cair
Bahan isolasi listrik cair sering digunakan dalam mesin dan peralatan listrik. Minyak memainkan peran isolasi dalam transformator. Dielektrik cair juga mencakup gas cair, vaselin tak jenuh dan minyak parafin, poliorganosiloksan, air suling (dimurnikan dari garam dan kotoran).
Karakteristik utama dielektrik cair adalah konstanta dielektrik, kekuatan listrik, dan konduktivitas listrik. Juga, parameter listrik dielektrik sangat bergantung pada tingkat pemurniannya. Pengotor padat dapat meningkatkan konduktivitas listrik cairan karena pertumbuhan ion dan elektron bebas. Pemurnian cairan dengan distilasi, pertukaran ion, dll. menyebabkan peningkatan kekuatan listrik material, sehingga mengurangi konduktivitas listriknya.
Dielektrik cair dibagi menjadi tiga kelompok:
- minyak bumi;
- minyak nabati;
- cairan sintetis.
Oli yang paling umum digunakan adalah minyak bumi seperti minyak transformator, kabel dan kapasitor. Cairan sintetis (senyawa organosilikon dan organofluorin) juga digunakan dalam rekayasa peralatan. Misalnya, senyawa organosilikon tahan beku dan higroskopis, sehingga digunakan sebagai isolator pada transformator kecil, tetapi harganya lebih mahal daripada harga minyak bumi.
Minyak nabati praktis tidak digunakan sebagai bahan isolasi dalam teknologi isolasi listrik. Ini termasuk jarak, biji rami, rami dan minyak tung. Bahan-bahan ini adalah dielektrik polar lemah dan terutama digunakan untuk menghamili kapasitor kertas dan sebagai bahan pembentuk film dalam pernis isolasi listrik, cat, dan enamel.
Dielektrik gas
Dielektrik gas yang paling umum adalah udara, nitrogen, hidrogen, dan gas SF6. Gas isolasi listrik dibagi menjadi alami dan buatan. Udara alami digunakan sebagai insulasi antara bagian saluran listrik dan mesin listrik yang membawa arus. Sebagai isolator, udara memiliki kelemahan yang membuatnya tidak mungkin untuk digunakan dalam perangkat tertutup. Karena adanya konsentrasi oksigen yang tinggi, udara adalah agen pengoksidasi, dan di medan yang tidak homogen, kekuatan listrik udara yang rendah muncul.
Transformator daya dan kabel tegangan tinggi menggunakan nitrogen sebagai insulasi. Hidrogen, selain sebagai bahan isolasi listrik, juga merupakan pendingin paksa, oleh karena itu sering digunakan pada mesin listrik. Dalam instalasi tertutup, SF6 paling sering digunakan. Mengisi dengan gas SF6 membuat perangkat ini tahan ledakan. Ini digunakan pada pemutus sirkuit tegangan tinggi karena sifatnya yang dapat memadamkan busur api.
Dielektrik organik
Bahan dielektrik organik dibagi menjadi alami dan sintetis. Dielektrik organik alami saat ini sangat jarang digunakan, karena produksi sintetis semakin berkembang, sehingga mengurangi biayanya.
Untuk dielektrik organik alami termasuk selulosa, karet, parafin dan minyak nabati (minyak jarak). Sebagian besar dielektrik organik sintetik adalah berbagai plastik dan elastomer yang sering digunakan pada peralatan listrik rumah tangga dan peralatan lainnya.
Dielektrik anorganik
Bahan dielektrik anorganik dibagi menjadi alami dan buatan. Bahan alami yang paling umum adalah mika, yang memiliki ketahanan kimia dan termal. Phlogopite dan muscovite juga digunakan untuk isolasi listrik.
Untuk anorganik buatandielektrik termasuk kaca dan bahan berdasarkan itu, serta porselen dan keramik. Tergantung pada aplikasinya, dielektrik buatan dapat diberikan sifat khusus. Misalnya, keramik feldspar digunakan untuk busing, yang memiliki tangen rugi-rugi dielektrik yang tinggi.
Bahan isolasi listrik berserat
Bahan berserat sering digunakan untuk insulasi pada peralatan dan mesin listrik. Ini termasuk bahan yang berasal dari tumbuhan (karet, selulosa, kain), tekstil sintetis (nilon, kapron), serta bahan yang terbuat dari polistirena, poliamida, dll.
Bahan berserat organik sangat higroskopis, sehingga jarang digunakan tanpa impregnasi khusus.
Baru-baru ini, sebagai pengganti bahan organik, telah digunakan insulasi serat sintetis, yang memiliki tingkat ketahanan panas yang lebih tinggi. Ini termasuk serat kaca dan asbes. Serat kaca diresapi dengan berbagai pernis dan resin untuk meningkatkan sifat hidrofobiknya. Serat asbes memiliki kekuatan mekanik yang rendah, sehingga sering ditambahkan serat kapas.
