موقعیت
عایق الکتریکی
1400/07/04

عایق الکتریکی

عایق الکتریکی

از یک ماده عایق الکتریکی برای جلوگیری از جریان استفاده می­شود. پیوندهای یونی ایجاد می­کند و موادی که رسانایی کم و مقاومت بالا دارند به صورت جامد، مایع، گازی مانند پلاستیک مورد استفاده برای دوشاخه ها، روغن عایق مورد استفاده در ترانسفورماتور و غیره در دسترس هستند. این مواد مقاومت بسیار بالایی دارند بنابراین جریان الکتریکی به یک ولتاژ بسیار بالا مانند کیلو یا مگاوات نیاز دارد تا چند میلی آمپر جریان از آنها عبور کند. عایق های الکتریکی عمدتا برای ذخیره سازی و همچنین در کلیه تجهیزات الکتریکی داخلی و تجاری برای جدا کردن رسانا از زمین استفاده می­شوند.

مواد عایق الکتریکی، موادی هستند که مانع انتقال حرارت، جریان الکتریکی یا نویز می­شوند. همه مواد عایق دارای ضریب مقاومت دمای منفی هستند و به همین دلیل مقاومت با افزایش دما کاهش می یابد. عملکرد عایق بسیار مهم است چرا که بدون آن هیچ دستگاه الکتریکی نمی­تواند کار کند، بیشتر خرابی در زمینه مهندسی برق به دلیل خرابی عایق است. اهمیت مواد عایق روز به روز در حال افزایش است زیرا تعداد بیشماری از انواع عایق ها در بازار وارد می­شود. انتخاب نوع عایق مناسب بسیار مهم است زیرا عمر تجهیزات بستگی به نوع مواد استفاده شده دارد.

 

انواع مواد رسانا و نارسانای جریان الکتریکی

 

 

نگاه اجمالی

عایق الکتریکی موادی است که در آن جریان الکتریکی آزادانه جریان نمی یابد. اتم های عایق دارای الکترون های محکمی هستند که نمی توانند به راحتی حرکت کنند این ویژگی مهمترین عامل مقاومت این مواد است که آنها را متمایز می کند. مواد دیگر، نیمه هادی ها و رساناها جریان الکتریکی را به راحتی عبور می دهند. مقاومت عایق ها نسبت به نیمه رساناها یا رساناها بیشتر است. متداول ترین نمونه ها غیر فلزات هستند.

عایق مطلق وجود ندارد زیرا حتی بهترین عایق ها نیز دارای تعداد کمی از بارهای همراه (حامل های شارژ) هستند که می توانند جریان را حمل کنند. علاوه بر این، هنگامی که ولتاژ کافی اعمال می شود که میدان الکتریکی الکترون ها را از اتم ها جدا می کند، همه عایق ها رسانای الکتریکی می شوند. این مورد به عنوان ولتاژ شکست یک عایق معروف است. برخی از مواد مانند شیشه، کاغذ و تفلون که دارای مقاومت بالا هستند، عایق های الکتریکی بسیار خوبی هستند. دسته بسیار بزرگتری از مواد، حتی اگر مقاومت پیوسته کمتری داشته باشند، هنوز به اندازه کافی خوب هستند تا از ولتاژهای معمولی از جریان قابل توجه جلوگیری کنند بنابراین به عنوان عایق برای سیم کشی برق و کابل ها استفاده می شوند. به عنوان مثال می توان به پلیمرهای لاستیکی مانند و بیشترانواع پلاستیک ها اشاره کرد که می توانند از نوع ترموست یا ترموپلاستیک باشند.

 

عایق الکتریکی

 

عایق ها در تجهیزات الکتریکی برای پشتیبانی و جدا کردن رساناهای الکتریکی برای عبور ندادن جریان از طریق خود استفاده می شوند. مواد عایقی که به صورت پیوسته برای پیچاندن کابل های برقی یا سایر تجهیزات مورد استفاده قرار می گیرد عایق نامیده می شود. اصطلاح عایق همچنین به طور خاص برای اشاره به تکیه گاه های عایق استفاده می شود که برای اتصال خطوط توزیع برق یا انتقال برق به قطب های برق و برج های انتقال استفاده می شود. آنها وزن سیمهای معلق را تحمل می کنند بدون اینکه اجازه دهند جریان از برج به زمین منتقل شود.

 

مکانیزم

در مهندسی برق سه دسته اصلی مواد پرکاربرد شامل رساناها، نیمه هادی ها و عایق ها هستند. عایق ها مقاومت بالایی دارند، همچنین می توان آنها را به عنوان "رسانایی الکتریکی کم" توصیف کرد. رسانایی: اکثر فلزات رسانا هستند، به این معنی که الکترون ها می توانند آزادانه به اتم های مختلف در جهت معینی جریان یابند. فلزات دارای الکترونهای آزاد هستند که اجازه می دهند این اتفاق بیفتد. از طرف دیگر، مواد عایق دارای الکترون های ظرفیتی محکم هستند. درک رسانایی در سطح اتمی مستلزم آشنایی اولیه با علم شیمی است.

مهمترین ویژگی عایق های الکتریکی عدم هدایت جریان الکتریکی است. نظریه نوارهای الکترونیکی (شاخه ای از فیزیک) حکم می کند که در صورت وجود حالت هایی که می توان الکترون ها را در آنها تحریک کرد، یک بار جریان می یابد. این امر به الکترون ها اجازه می دهد تا انرژی دریافت کرده و در نتیجه از طریق رسانایی مانند فلز حرکت کنند. اگر چنین شرایطی در دسترس نباشد، مواد عایق است. این امر به این دلیل رخ می دهد که نوار "ظرفیت" حاوی بالاترین الکترون های انرژی پر است و یک شکاف بزرگ انرژی این نوار را از نوار بعدی بالای آن جدا می کند. همیشه مقداری ولتاژ (به نام ولتاژ شکست) وجود دارد که به الکترونها انرژی کافی برای تحریک در این نوار را می دهد. هنگامی که از این ولتاژ بیشتر شد، ماده دیگر عایق نمی شود و بار از آن عبور می کند. با این حال، معمولاً با تغییرات فیزیکی یا شیمیایی همراه است که به طور دائم خواص عایق مواد را تضعیف می کند. عایق ها به شکل جامد، مایع و گاز تولید می شوند.

عایق ها موادی هستند که الکترون های ظرفیت آنها هشت یا نزدیک به هشت است. هنگامی که الکترون های ظرفیتی هشت هستند، بدیهی است که اتم در وضعیت پایداری است و مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می دهند زیرا هیچ الکترونی، الکترون آزاد نیست، همچنین فاصله ممنوعه بین رسانایی و نوار ظرفیت نیز بیشتر است. ساختار اتمی مواد عایق نئونی در شکل زیر نشان داده شده است.

 

مکانیزم عایق الکتریکی

 

دی الکتریک ها، موادی هستند که اجازه عبور جریان الکتریسیته در آنها داده نمی شوند درواقع عایق هستند. اما در صورت وجود میدان الکتریکی، مواد قطبی می شوند. این پدیده در الکترونیک مفید است. به عنوان مثال، از مواد دی الکتریک در وسط خازن ها استفاده می شود زیرا به عنوان عایق عمل می کند و جریان جریان DC را مسدود می کند، اما تغییر قطب اجازه می دهد تا انرژی از طریق آن عبور کند. از اندازه گیری حساسیت الکتریکی برای درک اینکه چگونه قطبش یک دی الکتریک تغییر میکند استفاده می شود.

 

ولتاژ شکست

وقتی عایق ها تحت فشار ولتاژ بیش از توان خود قرار می گیرند، از پدیده خرابی الکتریکی رنج می برند. هنگامی که میدان الکتریکی اعمال شده بر روی یک ماده عایق در هر مکانی از میدان تجزیه آستانه آن ماده فراتر رود، عایق ناگهان به یک رسانا تبدیل می شود و باعث افزایش زیاد جریان،  و ایجاد یک قوس الکتریکی از طریق ماده می شود. خرابی الکتریکی زمانی اتفاق می افتد که میدان الکتریکی در مواد به اندازه کافی قوی باشد تا حامل های بار آزاد (الکترون ها و یونها، که همیشه در غلظتهای پایین وجود دارند) را به سرعت کافی برساند تا الکترونها را هنگام برخورد با اتمها از بین ببرد و اتمها را یونیزه کند. این الکترونها و یونهای آزاد شده به نوبه خود شتاب می گیرند و در واکنش زنجیره ای به اتمهای دیگر برخورد می کنند و حامل بار بیشتری ایجاد می کنند. علاوه بر این، همه عایق ها در دماهای بسیار بالا رسانا می شوند زیرا انرژی حرارتی الکترون های ظرفیت برای قرار دادن آنها در باند رسانایی کافی است.

 

اهمیت عایق الکتریکی

شوک الکتریکی ناشی از جریان در بدن انسان می تواند منجر به اثرات مخرب فیزیولوژیکی ناشی عبور جریان شود. صدمات مهلکی که میتواندغیر قابل بازگشت باشد و حتی باعث مرگ ناشی از فیبریلاسیون بطنی ( توقف پمپاژ منظم قلب) یا انقباض عضلانی در پی داشته باشد.

ولتاژ DC تا 40 ولت و ولتاژ AC تا 60 ولت در بهترین شرایط برای بدن انسان محدوده ایمن محسوب می شود، اما فراتر از این یک خطر محسوب می شود و برای جلوگیری از آن عایق الکتریکی لازم است. مقاومت در برابر جریان الکتریکی با اهم اندازه گیری می شود. فلزات با مقاومت بسیار کمی که در برابر جریان جریان الکتریکی دارند رسانا نامیده می شوند. همانطور که قبلاً در مقالات گذشت ذکر شد، موادی مانند آزبست، چینی، PVC، چوب خشک با مقاومت بالا در برابرجریان الکتریکی عایق هایی مناسب هستند.

چوب خشک دارای مقاومت بالایی است ، اما وقتی با آب خیس شود، مقاومت آن کاهش می یابد و ممکن است به برق اجازه عبور دهد. همین امر در مورد پوست انسان نیز کاربرد دارد. وقتی پوست خشک است، مقاومت بالایی در برابر جریان الکتریکی دارد، اما وقتی مرطوب است، مقاومت آن کاهش می یابد. بنابراین برای برق کاری باید محیط خشک کاملا خشک و پوست عاری از هرگونه رطوبت باشد و از مواد عایق لازم استفاده شود. بهترین راه برای محافظت از افراد در برابر سیمها و قطعات برقی، عایق کاری است.

عملکرد درست عایق الکتریکی بسیار مهم است، بدون آن هیچ دستگاه برقی نمیتواند کار کند، بیشتر خرابی ها در زمینه مهندسی برق به دلیل خرابی عایق الکتریکی است. اهمیت عایق الکتریکی روز به روز در حال افزایش است و تعداد بی شماری از انواع عایق ها در بازار ظهور کرده اند. انتخاب درست نوع عایق اهمیت زیادی دارید زیرا عمر تجهیزات بستگی به نوع مواد استفاده شده دارد.

 

مواد عایق و کاربردها

در زمینه الکتریکی، هدف هر ماده عایق جدا کردن رساناهای الکتریکی بدون عبور جریان از آن است. موادی مانند PVC، شیشه، آزبست، لمینت سخت، ورنی، رزین، کاغذ، تفلون و لاستیک عایق های الکتریکی بسیار خوبی هستند. مواد عایق به عنوان یک پوشش محافظ روی سیم و کابل های برق استفاده می شود.

مهمترین ماده عایق هوا است. علاوه بر نوع عایق های جامد، عایق های مایع و گاز نیز در سیستم های الکتریکی استفاده می شود.

مواد عایق عموماً به عنوان یک پوشش محافظ روی رسانای الکتریکی و کابل ها استفاده می شود. هسته های کابل که به یکدیگر برخورد می کنند باید با استفاده از پوشش عایق روی هر هسته جدا شده و عایق بندی شوند، به عنوان مثال. پلی اتیلن، پلی اتیلن- XLPE، پلی وینیل کلراید-PVC، تفلون، سیلیکون و غیره. در صنایع برق بوش ها از شیشه، پرسلن یا مواد کامپوزیت پلیمری ساخته می شوند.

 

عایق الکتریکی کابل

 

همه وسایل و ابزارهای الکترونیکی به طور گسترده حاوی PCB (برد مدار چاپی) هستند که اجزای الکترونیکی متفاوتی روی آنها قرار دارد. PCB ها از پلاستیک اپوکسی و فایبرگلاس ساخته می شوند. تمام قطعات الکترونیکی بر روی برد مدار چاپی عایق شده ثابت می شوند. در SCR (یکسو کننده های نیمه هادی)، ترانزیستورها و مدارهای مجتمع، از مواد سیلیکون به عنوان یک ماده رسانا استفاده می شود و می توان با استفاده از یک فرآیند حرارتی و اکسیدی به عایق تبدیل کرد.

روغن ترانسفورماتور به طور گسترده ای به عنوان عایق برای جلوگیری از ایجاد قوس در ترانسفورماتورها، تثبیت کننده ها ، قطع کننده های مدار و غیره استفاده می شود. روغن عایق می تواند تا یک مقدار مشخص قبل از ولتاژ شکست، خواص عایق خود را تحمل کند. خلاء، گاز (هگزافلوراید گوگرد) و سیم سرامیکی یا شیشه ای از دیگر روش های عایق بندی در سیستم های فشار قوی است. ترانسفورماتورهای کوچک، ژنراتورهای قدرت و موتورهای الکتریکی حاوی عایق روی سیم پیچ های سیم با استفاده از لاک پلیمری هستند. نوار عایق فایبر گلاس نیز به عنوان جدا کننده سیمهای، سیم پیچ استفاده می شود.

 

عایق الکتریکی سیم

 

 

عایق های مایع

روغن عایق (روغن ترانسفورماتور)، این فرآورده نفتی به عنوان عایق الکتریکی و رسانای حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد. گرما را از سیم پیچ های ترانسفورماتور داغ منتقل می کند و عایق الکتریکی نیز است. برخی از خازن ها از روغن عایق نیز استفاده می کنند.

 

عایق های گاز

به طور معمول هنگامی که دو رسانای ولتاژ بالا را جدا می کنید، یک قوس بین آنها در هوای آزاد ایجاد می شود. در صنعت تأسیسات صنعتی، از گاز غیر رسانای ویژه در یک ظرف فلزی محصور بسته برای جلوگیری از تشکیل قوس استفاده می کنند. تابلو برق عایق گاز طوری طراحی شده است که ولتاژهای بسیار بالا را با خیال راحت قطع کند. ترانسفورماتورهای عایق گاز و سایر وسایلی که از عایق گازی استفاده کنند وجود دارد.

 

چسب برق

نوارهای PVC به طور گسترده ای برای عایق کاری سیم های الکتریکی و دیگر قطعات رسانای زنده استفاده می شود. این چسب ها از وینیل ساخته شده اند زیرا به خوبی کش می آید و عایق موثر و کارامدی برای طولانی مدت هستند. نوار برقی برای عایق کلاس H از پارچه فایبر گلاس ساخته شده است.

 

چسب برق

 

تجهیزات حفاظت فردی – PPE

 تجهیزات حفاظت فردی (Personal protective equipment) انسان را در برابر خطرات ناشی از شوک با مدارهای الکتریکی محافظت می کند. محافظ شخصی مانند عایق محافظ سر، محافظ چشم و صورت و دستکش عایق برای محافظت در برابر همه خطرات الکتریکی رایج ضروری است. ابزارهای عایق و سپرهای محافظ برای کار ایمن یک برقکار ضروری است. برای محافظت از پاها کفش های دی الکتریک (کفش ایمنی غیر فلزی) یا کفش های ایمنی ضد برق با کف و پاشنه های غیر رسانا و مقاوم در برابر ضربه ساخته می شوند.

 

تشک های لاستیکی عایق برق

تشک های عایق برای مقاصد الکتریکی کاربرد گسترده ای در پستهای مختلف، نیروگاهها و غیره دارند. این تشکها برای پوشش کف در زیر تابلوهای کنترل استفاده می شوند تا ایمنی کارگر را به دلیل نشت احتمالی جریان تأمین کنند.

 

عایق کفپوش

 

استانداردهای مواد عایق الکتریکی

استانداردهای مواد عایق (ASTM) در تعیین، ارزیابی و آزمایش خواص الکتریکی و فیزیکی موادی که در درجه اول به عنوان عایق الکتریکی در دستگاه ها و تجهیزات مربوطه استفاده می شوند، موثر است. این خواص شامل ولتاژ شکست دی الکتریک، استحکام دی الکتریک، از دست رفت AC، نفوذپذیری (ثابت دی الکتریک)، مقاومت و رسانایی DC، ضریب اتلاف، ظرفیت تبادل یونی، مقاومت یونی و سایر خواص فیزیکی است. این استانداردهای مواد عایق الکتریکی به تولیدکنندگان، به ویژه کسانی که در صنعت نیمه هادی هستند، اجازه می دهد تا چنین مواد و تجهیزات را مورد بررسی و ارزیابی قرار دهند تا از صلاحیت آنها برای استفاده ایمن اطمینان حاصل شود.

 

کلاس بندی عایق های الکتریکی

تمام وسایل برقی عایق بندی شده اند تا از خطر برق گرفتگی کاربر جلوگیری کنند. عایق های وسایل برقی به دو کلاس کلی تقسیم می شوند:

عایق کلاس I فقط شامل عایق اولیه روی سیم است و بدنه فلزی  به سیستم اتصال به زمین متصل شده است. این تجهیزات برای اتصال زمین به پین اضافی روی دوشاخه برق نیاز دارد.ر

عایق کلاس II نشان دهنده دستگاهی با عایق مضاعف است. تمام اجزای الکتریکی داخلی باید کاملاً در یک بدنه عایق بندی شده باشند که از هرگونه اتصال کوتاه قطعات رسانا جلوگیری می کند. این گونه عایق ها در برخی از لوازم خانگی مانند ریش تراش برقی، سشوار و ابزارهای برقی قابل حمل استفاده می شود. در اتحادیه اروپا، وسایل با عایق دوگانه همه با نمادی از دو مربع (یکی داخل دیگری) علامت گذاری شده اند.

درک طبقات مختلف عایق و محدودیت های مربوط به هر یک، بخشی از اقدامات اساسی یک برنامه برای تست قابلیت اطمینان موثر است. عملکرد موتورهای الکتریکی در پارامترهای طراحی شده در طبقه عایق آنها می تواند قابلیت اطمینان را به طور قابل توجهی را افزایش دهد.

اساساً چهار کلاس عایق برای استفاده تخصصی وجود دارد: A ،B ،F وH  کلاس F بیشترین کاربرد را دارد. این کلاسهای عایق برای برآوردن الزامات دمای موتور موجود در برنامه های صنعتی ایجاد شده است. کلاس A نوعی عایق قدیمی است که از ورنی ها و رزین های ارگانیک استفاده می کند. همچنین عایق کلاس A را بر روی بسیاری از ژنراتورهای قدیمی مشاهده می کنید. امروزه فقط در موتورهای بسیار قدیمی دیده می شود و برای موتورهای جدید یا بازسازی استفاده نمی شود.

 

کلاس A

عایق کلاس A شامل موادی مانند پنبه، ابریشم و کاغذ است که به طور مناسب آغشته شده یا روکش شده اند یا در مایع دی الکتریک مانند روغن غوطه ور شده اند. مواد دیگر یا ترکیبی از چند مواد دیگر ممکن است در این کلاس گنجانده شوند البته اگر با تجربه یا آزمایش بتوان آنها را در دمای کلاس A جای داد.

حداکثر دمای مجاز: 105C

 

کلاس B

عایق کلاس B شامل مواد یا ترکیبی از موادی مانند میکا، الیاف شیشه، آزبست و غیره با مواد چسبنده، آغشته کننده یا روکش مناسب است. سایر مواد یا ترکیبی از مواد ، که لزوماً معدنی نیستند، ممکن است در این کلاس گنجانده شوند.

حداکثر دمای مجاز:  130C

 

کلاس H

عایق کلاس H شامل موادی مانند الاستومر سیلیکون و ترکیبی از موادی مانند میکا، الیاف شیشه، آزبست و غیره با مواد چسبنده، آغشته کننده یا پوشش دهنده مانند رزین های سیلیکونی مناسب است.

حداکثر دمای مجاز:   180C

 

 

در موتور های الکتریکی درک کلاس عایق کاری موتور ضروری است. شما باید اطمینان حاصل کنید که موتور در حال نصب در یک برنامه خاص دارای عایق مناسب برای تحمل درجه حرارت تحت بار کامل و اثرات محیط است. عدم انجام این کار ممکن است طول عمر موتور را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

 

عایق الکتریکی کف

 

کلام آخر

کنترل خطرات الکتریکی بخش مهمی از هر برنامه ایمنی و حفاظتی است. دانش کامل از مواد عایق و استانداردهای کار ایمن برای یک برقکار مورد نیاز است. از الزامات محیط کار ایجاد شرایطی ایمن برای کارگران است.


ترتیبی که ایران سیب برای خواندن مطالب سری "عایق الکتریکی" به شما پیشنهاد می‌کند:

تعداد بازدیدها: 764

نظر کاربران

نظرتان را با ما در میان بگذارید

ایران سیب

ایران سیب بزرگترین مرجع اطلاعات احداث، بستری مناسب برای ارتباط تخصصی بین کارفرمایان و پیمانکاران

ارتباط با ما

تهران - پیروزی

021-77754099
09120390205


خبرنامه

در خبرنامه هفتگی ما مشترک شوید و با ما در ارتباط باشید.

نمایش فرم خبرنامه
آمار بازدید
امروز:4184
دیروز:4712
هفته:29534
ماه:104010
سال:399478