Qu'est-ce que les matériaux d'isolation ?

2023-12-26

  01. Définition des matériaux isolants

  

  Matériaux constitués de substances avec une résistivité volumique de 109~ 1022Ω·cm sont appelés matériaux isolants en technologie électrique, également appelés diélectriques.

 

  Les matériaux isolants ont une très haute résistance au courant continu. En raison de leur résistance élevée, sous l'action d'une tension continue, à l'exception d'un très faible courant de fuite superficiel, ils sont en réalité quasiment non conducteurs ; tandis que pour le courant alternatif, il existe un courant capacitif. Pass, également généralement considéré comme non conducteur. Plus la résistivité du matériau isolant est grande, meilleures sont ses propriétés isolantes.

 

Matériaux d'isolation

 

02. Classification des matériaux isolants :

 

  (1) Matériaux d'isolation contre les gaz

  Normalement, les gaz secs à température et pression normales ont généralement de bonnes propriétés d'isolation, telles que l'air, l'azote, l'hexafluorure de soufre, etc. Les transformateurs à gaz isolés avec de l'hexafluorure de soufre sont actuellement largement utilisés.

 

  (2) Matériau d'isolation liquide

  Les matériaux isolants liquides existent généralement sous forme d'huile, également appelée huile isolante, telle que l'huile de transformateur, l'huile de commutateur, l'huile de condensateur, etc. De plus, les matériaux isolants liquides comprennent la colle isolante, etc.

 

  (3) Matériaux isolants solides

  Les matériaux isolants solides courants sont principalement le papier isolant, le carton isolant, le bois, le bois lamellé électrique, le carton phénolique, le panneau en tissu phénolique, le panneau en tissu de verre, etc.

Matériaux d'isolation

03. Propriétés de base des matériaux isolants :

 

  (1) Performances électriques

  Les propriétés électriques des matériaux isolants sont les propriétés les plus critiques des transformateurs et constituent un facteur important dans la détermination du choix des matériaux isolants. La performance électrique comprend principalement les aspects suivants :

 

①Résistance d'isolation

 

  La tension continue appliquée entre les deux électrodes d'un isolant divisée par le courant passant entre les deux électrodes constitue la résistance d'isolement.

 

  La résistance d’isolation est divisée en résistance d’isolation de surface et résistance d’isolation en volume. La résistance d'isolation de surface représente la capacité à empêcher le courant de passer le long de la surface d'un diélectrique ; La résistance d'isolation volumique représente la capacité à empêcher le courant de passer à l'intérieur d'un diélectrique.

 

②Force électrique

 

  Lorsque l'intensité du champ électrique dépasse la valeur admissible (valeur critique) à laquelle le fluide peut résister, le fluide perd ses propriétés isolantes. Ce phénomène est appelé claquage électrique du milieu. La tension lors de laquelle un claquage diélectrique se produit est appelée tension de claquage, et l'intensité du champ électrique correspondante est appelée intensité électrique du milieu.

 

  La résistance électrique des matériaux isolants dépend des conditions de pré-traitement du matériau lui-même, de la température, de l'humidité et d'autres facteurs connexes. Les propriétés électriques des matériaux isolants utilisés dans les transformateurs sont également étroitement liées à la structure et aux conditions d'utilisation du transformateur lui-même.

 

  Après une panne électrique dans un matériau isolant solide, celui-ci ne peut pas se rétablir et doit être remplacé. Cependant, après une panne électrique dans un matériau isolant liquide ou gazeux, celui-ci peut restaurer ses performances d'isolation d'origine après un certain temps, ce qui constitue une panne élastique. .

 

③Perte diélectrique

 

  Dans un champ électrique alternatif, la puissance absorbée par le matériau isolant et dissipée sous forme de chaleur est appelée perte diélectrique. La perte diélectrique se reflète par la tangente de l'angle de perte diélectrique (tanδ). Autrement dit, plus le tanδ est grand, plus la perte diélectrique est importante, plus la température diélectrique est élevée et plus le matériau vieillit rapidement.

 

④Constante diélectrique

 

  La constante diélectrique est une grandeur physique qui caractérise le degré de polarisation d'un diélectrique sous un champ électrique alternatif. Pour un isolant linéaire isotrope, sa constante diélectrique est :


Matériaux d'isolation


  Dans la formule, ε est la constante diélectrique du diélectrique ; ε0 est la constante diélectrique du vide ; εr est la constante diélectrique relative du diélectrique.

 

  Habituellement, la constante diélectrique relative est utilisée pour mesurer le degré de polarisation du diélectrique. Le plus grand εr c'est-à-dire que plus le degré de polarisation du diélectrique sous l'action du champ électrique est grand.

 

(2) résistance à la chaleur

  Une fois le transformateur mis en service, le milieu isolant qu'il contient se trouve dans un environnement à température plus élevée. Dans le même temps, sous l’action du champ électrique, le matériau isolant lui-même génère également de la chaleur. Si le chauffage et la dissipation thermique du matériau isolant ne peuvent pas être équilibrés, la température continuera à augmenter et le matériau isolant perdra rapidement ses propriétés isolantes et provoquera une panne. Cette destruction du milieu isolant est appelée claquage thermique.

 

  Les indicateurs reflétant les performances de résistance à la chaleur des matériaux isolants comprennent la résistance à la chaleur, la stabilité, la température de fonctionnement maximale autorisée et le degré de résistance à la chaleur. Leurs définitions de base sont les suivantes :

 

①Résistance à la chaleur

 

  Indique la capacité des matériaux isolants à conserver leurs propriétés diélectriques, leurs propriétés mécaniques, leurs propriétés physiques et chimiques et d'autres caractéristiques à des températures élevées.

 

②Stabilité thermique

 

  Il fait référence à la capacité du matériau isolant à maintenir son état normal sans modifier ses propriétés diélectriques, ses propriétés mécaniques, ses propriétés physiques et chimiques et d'autres caractéristiques lorsque la température change de manière répétée.

 

③Température de fonctionnement maximale autorisée

 

  Il fait référence à la température à laquelle le matériau isolant peut conserver les propriétés diélectriques, mécaniques et physiques et chimiques nécessaires pendant une longue période (15 à 20 ans) sans détérioration significative.

 

④Niveau de résistance à la chaleur

 

  Indique la température de fonctionnement maximale admissible du matériau isolant. Les degrés de résistance à la chaleur des matériaux isolants sont principalement 90℃, 105℃, 120℃, 130℃, 155℃, 180℃, 200℃, 220℃, etc.


Matériaux d'isolation

 

  (3) Propriétés mécaniques

  Les pièces isolantes utilisées sur les transformateurs, en plus de leur fonction d'isolation, doivent résister à diverses forces telles que la pression et la tension pendant le fonctionnement. Cela nécessite que les matériaux isolants aient de bonnes propriétés mécaniques à la température de fonctionnement admissible.

Les indicateurs reflétant les propriétés mécaniques des matériaux isolants comprennent la résistance et la dureté, et leurs définitions sont les suivantes :

 

①Dureté

 

  Indique la capacité de la surface d'un matériau à résister à la déformation après avoir été soumise à une pression.

 

②Force

 

  Indique la capacité du matériau à conserver sa forme sans déformation après avoir été soumis à une force (force de traction, force de compression, force de flexion, force d'impact, force de vibration).

 

  (4) Propriétés physiques et chimiques :

 

 

  Les pièces isolantes sont immergées depuis longtemps dans l’huile de transformateur. L'huile de transformateur ne doit pas corroder ni dissoudre les matériaux isolants, et les matériaux isolants ne doivent pas avoir un impact négatif sur les performances de l'huile de transformateur. Pour les matériaux d’isolation extérieure, il est nécessaire de pouvoir résister à l’érosion des rayons ultraviolets, de la pluie et d’autres facteurs lors d’une utilisation à long terme.

 

  Pour les matériaux d'isolation gazeuse, les principaux indicateurs de performances physiques et chimiques comprennent le point de fusion, le point de sublimation, l'acidité, etc.

 

  Pour les matériaux d'isolation liquides, les principaux indicateurs de performance physique et chimique comprennent le point d'éclair, le point de congélation, la viscosité, l'indice d'acide, la tension interfaciale, la teneur en solides, etc.

 

  Pour les matériaux isolants solides, les principaux indicateurs de performances physiques et chimiques comprennent la teneur en cendres, l'indice d'acide, l'hygroscopique, la compatibilité avec l'huile de transformateur, etc.

 

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