تحقیق مقاله گروه بندی عایق ها

گروه بندی عایق ها

عایقهای الکتریکی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: عایقهای معدنی، عایقهای ترکیبات کربنی.

عایقها در سه شکل ظاهر می شوند، جامد، مایع و گاز

1- عایقهای معدنی

 عایقهای معدنی خود به دو دسته تقسیم شده اند:

عایقهای معدنی که به شکل طبیعی خود به کار گرفته می شوند، مانند سنگ مرمر و سنگ شیفر- میکا- پنبه نسوز- هوا و ازت.

عایقهای معدنی که برای استفاده و به کار گرفتن باید قبلاً آماده شوند. مانند عایقهایی که از خاک چینی و یا گل رس تهیه می شوند و همچنین شیشه و کوارتس.

2- عایقهای ترکیبات کربنی

این عایقها نیز خود به دو دسته زیر تقسیم شده اند:

عایقهای ترکیبات کربنی که به شکل طبیعی خود به کار گرفته می شوند، مانند چوب، کائوچوک طبیعی و گوتا پرشا.

عایقهای ترکیبات کربنی که پس از آماده شدن و تغییراتی در آنها بکار گرفته می شود، مانند: پنبه، ابریشم، کاغذ، سللوز ابریشم مصنوعی، سللولز استر.

عایقهای مصنوعی ترکیبات کربنی نیز متعلق به این گروه و بر حسب فرآیند شیمیایی که در ساخت آنها بکار گرفته می شود، به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

عایقهای گروه پلی مریزاسیون

عایقهای گروه پلی کندانساسیون

عایقهای گروه پلی آدیسیون

همچنین عایقهایی که از مواد مختلف ساخته می شوند:

صفحات عایقی پرس شده

نخها و رشته های شیشه ای

صمغها و لاکها

3- عایقهای مایع: روغن های عایق، کلوفن

4- گازهای عایق: هوا و گازهای الکترونگاتیف

عایقهای معدنی طبیعی

سنگهای مرمر و سنگهای شیفر، که در گذشته به منظور ساختن تابلوهای الکتریکی کاربردی داشته است، امروزه در الکتروتکنیک به ندرت مورد استفاده می یابند.

میکا- این عایق در ماشینهای الکتریکی، خازنها و بسیاری دستگاههای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. از خواص ویژه آن قابلیت تورق آن است که امکان می دهد لایه هایی به ضخامت یک هزارم میلیمتر از آن ساخته شود. به علاوه، قابلیت کشش و خمش این عایق نیز بسیار خوب است.

دو نوع از این عایق کاربرد بیشتری یافته است.

موسکویت ( پتاسیم میکا ) با رابطه شیمیایی:

(si3ALO10(OH)2AL2)K

که رنگ آن متمایل به قرمز، زرد و یا قهوه ای و سبز می باشد؛

ملوگوپیت ( ماگنزیم میکا ) با رابطه شیمیایی :

(Si3ALO10(OH)2MG3)K

با رنگ زرد، قهوه ای.

عدد عایقی میکا 8-5/6= است. جذب رطوبت و آب آن در حداقل و تقریباً صفر است. استقامت آن در برابر حرارت بسیار خوب و در حرارتی برابر 600 تا 700 درجه تغییر رنگ داده و شکننده می شود. قطعات کوچک میکا را با لاک آمیخته و به نام میکانیت در بازار عرضه می گردد. معمولاً قطعات کوچک را با لاک آمیخته و بر روی کاغذ یا پارچه می چسبانند، بنابراین، میکا در شکل اخیر قابل انعطاف بوده و آن را میکافولیوم می نامند، اخیراً از میکای طبیعی به کمک مواد چسبنده لایه هایی با ضخامت 1/0 - 04/0 میلیمتر به شکل نوار تهیه می شود که بر حسب کاربرد دارای ابعاد مختلفی است و به نام سامیکافولیوم معروف می باشد.

آسبست (  سیلیکات ماگنزیم )

آسبست عایقی است که از الیاف کریستالی تشکیل شده است. این الیاف قابلیت خمش قابل ملاحظه ای دارند. آسبست های معادن مختلف دنیا دارای خواص عایقی و

فیزیکی مختلفی هستند.

مهمترین آسبست های موجود عبارتند از :

آسبست موسوم به سرپن تین با رابطه شیمیایی:

3MgO.2SiO2.2H2O

این نوع از آسبست دارای مقاومت حرارتی تا C600 درجه سانتیگراد می باشد. در بالای این درجه از حرارت، آب متبلور شده این آسبست از پیوند خود جدا می گردد. این نوع آسبست در کاندا و افریقای جنوبی یافت می شود.

آسبست موسوم به هورن بلند

این نوع از آسبست از نوع بالا سخت تر است و در کشور روسیه استخراج می گردد. کاربرد این نوع آسبست در صنایع ایجاد حرارت از راه عبور جریان است که در سالهای اخیر به میزان نسبتاً زیادی جای خود را به الیاف شیشه داده است.

عایقهای معدنی که برای استفاده درالکتروتکنیک باید قبلاً آماده شوند.

عایقهای از خاک چینی و گل رس - سرامیک

کائولن یا خاک چینی- قسمت اصلی این عایق معدنی از کائولینیت با فرمول شیمیای

AL2O3.2SiO2.2H2O تشکیل می شود.

طرز تهیه چینی- چینی، در درجه اول، از خاک چینی ساخته شده است که به آن کوارتس و سلیکات مضاعف آلومینیوم و پتاسیم اضافه می کنیم. بدیهی است که بر حسب مقدار هر یک از این سه جسم، نوعی چینی و مقاومت آن تغییر می پذیرد. تهیه چینی عایق به منظور به کار بردن در صنایع الکتریکی از سه جسم فوق به نسبتهای زیر تهیه می شود:

کائولن       40 تا 50 درصد

فلداسپات   25  تا 30 درصد

کوارتس          تا 25 درصد

چنانکه دیده می شود، استقامت کششی چینی یکدهم استقامت آن در قبال فشار است. از این امر نتیجه می شود که ترکها در چینی قبل از ورود به حوزه معروف « کشیده شدن » پدید می آید که زاییده ترد بودن چینی است.

استقامت کششی و خمشی محاسبه شده یک استوانه از چینی

خواص حرارتی چینی و به طور کلی، سرامیکها بسیار خوب و شرط به دست آوردن این خواص سرد کردن تدریجی آنهاست که مانع به وجود آوردن ترکهای مویین می گردد. چنین جسمی در حرارتهای بالا استقامت حرارتی بسیار خوبی از خود نشان می دهد.

استقامت در مقابل فشار یک استوانه توپر از چینی

مهمترین خواص عمومی سرامیکها آسان شکل گرفتن آنها و استقامت خوب آنها در برابر مواد شیمیایی و تغییرات جوی است.

خواص الکتریکی چینیها

قابلیت هدایت الکتریکی چینی - قابلیت هدایت الکتریکی چینی و سایر سرامیکها به علت خاصیت الکترولیتی آنهاست که بر اصل حرکت یونها بنا شده است، بویژه یون مثبت Na در این اجسام، که به آسانی به سمت قطب با علامت مخالف حرکت می کند.

همانطور که در شکل دیده می شود، پس از گذشت زمان کوتاهی، پتانسیل u1 باعلامت مخالف پتانسیل خارجی که بر روی قطبها گذارده شده است تشکیل می شود. این پتانسیل را به نام پتانسیل پلاریزاسیون می نامند. برای شناخت بهتر هدایت الکتریکی عایقهای چینی، مقاومت آنها را در مقابل عبور جربان الکتریکی اندازه گرفته به عنوان معرف جنس چینی می شناسیم:

مقاومت مخصوص سرامیکها در تابعیت از حرارت

کوارتس- اکسید سیلیسیوم متبلور را کوارتس می نامند (sio2) که در طبیعت به مقدار زیادی به شکل سلیکات سیلیسیوم وجود دارد.

در حرارتهای مختلف انواع کوارتس پدید می آید. انواع مختلف آن :

کوارتس بتا     بین صفر     تا 550     درجه سانتیگراد

کوارتس آلفا   بین 550     تا  800   درجه سانتیگراد

تری بالیت Tribalit  بین 800 تا 1440 درجه سانتیگراد

کریستوبالیت Crystobalit از c 1440 درجه تا نقطه ذوب.

کوارتس به شکل متبلور هادی است و در صنعت الکتروتکنیک به شکل کوارتس شیشه ای بکار برده می شود که متبلور نبوده و بی شکل است. از خواص عمومی

کوارتس ضریب انبساط کم در مقابل حرارت و مقاومت خوب آن در مقابل تغییرات

حرارتی است.

مقاومت عایقی آن بین 1019 تا 1020 اهم سانتیمتر در حرارت 20 درجه سانتیگراد است.

شیشه - مهمترین اجزای شیشه، پودر کوارتس و آهک است. تاکنون شیشه، به علت مقاومت عایقی کم و ضریب انبساط کم، در مقابل حرارت کاربرد زیادی در الکتروتکنیک نداشته است؛ لیکن در سالهای اخیر، نوع مخصوصی از آن با مقاومت خوب عایقی مورد استفاده قرار گرفته است، به نحوی که از آن مقره نیز ساخته شده است. استقامت الکتریکی شیشه متفاوت و بین 100 تا 500 کیلوولت بر سانتیمتر اندازه گیری شده است. عدد عایقی آن ، بر حسب نوع شیشه، متفاوت و بین 5 تا 5/7 قرار گرفته است. ضریب تلفات آن  tgنیز بسیار کوچک است. امروزه الیاف شیشه ای در تهیه عایقهای حرارتی نقش اساسی دارد.

عایقهای ترکیبات کربنی

این عایقها می توانند دارای منشأ و مبنائی حیوانی یا نباتی باشند، و یا مصنوعاً به دست آورده شوند. به همین لحاظ؛ از ذکر نام « مواد آلی » پرهیز شد. اما در همه حال، این عایقها دارای خواص مشترکی می باشند که مربوط به ترکیب شیمیایی آنها نبوده، بلکه بیشتر مربوط به ساختمان مولکولی آنهاست.

ترکیبات کربنی از پیوند مولکولهای بزرگ، که تعداد زیادی مولکولهای کوچکتر را

در بردارند، تشکیل شده است. طرز ساختمان این ملکولهای بزرگ علت مبین خواص مکانیکی این مواد است. در این تعریف، مقصود از ملکولهای بزرگ، پیوندی از گروه های اتمی است که مشابه هم می باشند و به وسیله ظرفیت اصلی خود با یکدیگر مرتبط می گردند. طریقه های مختلف پدید آمدن این پیوندها را در عایقهای مصنوعی این گروه خواهیم دید.

عایقهای ترکیبات طبیعی

چوب- چوب، به طور نسبی، به مقدار زیادی در الکتروتکنیک مورد استفاده قرار نمی گیرد. در ترانسفورماتورسازی، بویژه در امریکا، از چوب در عایق بندی استفاده می شود. بدین طریق که چوب را در جهت الیاف آن بریده و پس از غوطه دادن در روغن و آماده ساختن صنعتی آن بکار برده می شود. بدیهی است که در شرایط فعلی در مخابرات و حمل انرژی از پایه های چوبی استفاده می گردد که از نظر جایگزین شدن سریع کابل به جای خط هوایی از بحث درباره تهیه آنها صرفنظر می گردد. تمامی خواص چوب، از نظر عایق بودن، تابعی از رطوبت آن است؛ لذا، قطعات عایق ساخته شده از چوب، که هنوز در ترانسفورماتورها و ماشینهای الکتریکی به کار برده می شوند. به علاوه، دیده شده است که چوب را در صمغهای مصنوعی غوطه داده و با لاک می پوشانند و سپس از آن در عایق بندی ماشینهای مختلف الکتریکی استفاده می کنند.

خواص مکانیکی چوب- مهمترین خواص مکانیکی چوب بریده شده در جهت الیاف آن عبارت است از :

خواص الکتریکی چوب- مهمترین خواص الکتریکی چوب بریده شده در جهت و عمود بر الیاف آن نیز در جدول صفحه بعد داده شده است.

مقاومت معمولی تیرهای برق با طول متوسط بین 400 اهم تا 100 مگا اهم اندازه

گیری شده است. بر حسب اندازه گیریهای دیگری، شدت میدان مجاز بر روی تیرها بین 300 تا 500 کیلوولت بر متر تعیین شده است.

کائوچوک- کائوچوک شیره درختان مخصوصی است که در گذشته اهالی بومی این مناطق آن را « کاهوچو » نام گذارده اند. شیره کاهوچو بفرم طبیعی خود عبارت است از پلی مریزات ایزوپرن یا متیل بوتادین. با اضافه کردن گوگرد و لکانیزاسیون و موادی دیگر که استقامت الکتریکی ان را بالا می برد، این ماده به شکل لاستیک به دست می آید. برای ولکانیزاسیون، 2 تا 5 درصد گوگرد و حرارتی بین 140 تا 150 درجه سانتیگراد لازم ست. کائوچوک، بر حسب درجه ارتجاعی بودن، تا 33 درصد گوگرد به خود می پذیرد. در فشار قوی کائوچوک اغلب برای روپوش کابلها به کار برده می شود.