Izolácia elektrického vodiča v elektrotechnike
Izolácia sa v elektrotechnike používa na oddelenie živých častí medzi sebou, na zabránenie kontaktu (dotyku) so živou časťou, na ochranu elektrických zariadení pred vonkajšími vplyvmi a pod.
Izolujú sa vodiče (izolácia jadra vodiča), káble (izolácia viacerých vodičov naraz), vrstvy (transformátor), spoje (lak, oleje, zatavovacie bužírky, potiahnutie plastom), vonkajšie laná a drôty od stĺpov (izolátory), chladiče (od aktívnych častí súčiastok - sľuda), konektory (nevodivá časť zásuviek a zástrčiek), prechody (prechodky, zalievané rúrky), svorkovnice (inštalačné krabičky), konštrukčné prechody (plastové inštalačné hadice a rúrky, elektrikárske lišty, pancierové rúrky), a pod.
Izolácia slúži aj ako rozlišovací znak (farebnosť). Typ izolácie záleží od použitia (priorita je ochrana zdravia), pracovného napätia vodiča (bezpečné napätia, signálové napätia, vysoké napätia), pracovných teplôt (pre chladné prostredia, pre horúce prostredia), mechanického zaťaženia (prívodné šnúry, pevné pripojenie), chemického zaťaženia (oleje, prach, UV žiarenie, voda).
Sledované vlastnosti elektrotechnickej izolácie
Chemická odolnosť
Je odolnosť voči chemickým a poveternostným vplyvom. V priemyselných podmienkach sa čast používajú rôzne technické kvapaliny (oleje a mastivá, palivá, kyslé a zásadité roztoky) a plyny, ktoré môžu poškodiť izoláciu natoľko, že stratí svoje ochranné vlastnosti. Pre agresívne prostredia sa používajú skladané izolácie (vnútorná s dobrými dielektrickými vlastnosťami a vonkajšia vrstva z chemickou odolnosťou).
Mechanická odolnosť
Izolácie chránia kábel aj mechanicky. Preberajú na seba tlakové a ťahové sily, pričom vnútorné jadro nie je mechanicky namáhané. Takéto káble je možné napr. priamo ukladať do zeme. Pre extrémne namáhanie sa používa dodatková kovová izolácia - pancier / pancierovanie. Vyrábajú sa aj izolácie odolné voči živočíchom (hlavne hlodavcom). Mechanickú odolnosť izolácie charakterizuje jej pevnosť v ťahu (pozri tab.)
Stálosť
Niektoré elektrické rozvody sa robia na dlhú dobu. Hlavne telefónne rozvody musia vydržať desiatky rokov pri zachovaní elektrických a mechanických vlastností. Stále sa používajú rozvody inštalované v polovici minulého storočia. Izolácia nesmie starnúť (degradovať dielektrické vlastnosti), krehnúť, vytvárať trhliny a pod.
Dielektrická pevnosť
Je základnou vlastnosťou izolácie. Dielektrické vlastnosti izolácie sú charakterizované dielektrickou konštantou (permitivita) a merným vnútorným odporom izolácie [Ohm x cm]. Požadovaná pevnosť je vzťahom medzi dielektrickou konštantou materiálu a jeho hrúbkou. Voľba materiálu závisí na napätí vo vodiči, tak aby nedošlo ku prierazu. (pozri tab.)
Nenasiakavosť
Je vlastnosť izolácie odolávať kvapalinám. Porézna izolácia nasáva (difunduje) kvapalinu, čo môže spôsobiť zmenu jej izolačných vlastností, alebo zníženie odolnosti pri záťaži chladom - zmrznutie. Nasiakavé sú izolácie z prírodných materiálov (bavlnené plátno, papier) alebo tkaniny (bavlna, sklo, aramid, uhlík ...). Pre zvýšenie ich odolnosti sa napúšťajú (olej, asfalt, lak ...). Takéto izolácie sa nesmú používať v miestach s výskytom kvapalín.
Bod mäknutia, odolnosť voči teplu
Vodič sa vplyvom vonkajších zdrojov tepla, ale aj prechodom elektrického prúdu nahrieva. Toto teplo sa prenáša aj na izoláciu, ktorá má bod tavenia (izolácia prechádza vplyvom tepla z pevného skupenstva do kvapalného - taví sa). Tesne pred týmto stavom dochádza v izolácii k mäknutiu - izolácia stráca mechanickú odolnosť a vplyvom tlaku sa deformuje. Pri ohybe kábla (vodiča), kedy drôt tlaćí na izoláciu vplyvom svojej pružnosti môže dôjsť k jej prerazeniu. Preto je pre každý materiál stanovený rozsah tepelného použitia (nie len vonkajšia teplota, ale aj vnútorná teplota vodiča). (pozri tab.)
Predĺženie, stiahnutie
Tepelnými vplyvmi, starnutím a pod. môźe dôjsť pri izolácii k jej stiahnutiu (zmršteniu), alebo natiahnutiu. Keďže izolované vodiče a káble sa vyrábajú vo veľkých dĺžkach aj malá objemová zmena sa sčítaním prejaví na konci kábla stiahnutím, alebo pretiahnutím izolácie a tým odhalením živých častí. Izolácia preto musí byť teplotne a časovo rozmerovo absolútne stála.
Odolnosť voči chladu
Izolácia musí odolávať chladu. Zvlášť plasty pri ochladení krehnú a pri mechanickom namáhaní sa môžu poškodiť. Najväčší problém sú pohyblivé prívody na vonkajšie použitie. Štandardné PVC izolácie sa smú používať do -30C, pre nižšie teploty sa používa PTFE (teflón), PFA ktoré znesú záporné teploty až do -190C. Pre nenasiakavé izolácie za nízkych teplôt sa používajú aj bavlna a papier, ktoré sú teplotne nezávislé.
Horľavosť, samozhášanlivosť
Izolácia určená do prostredia, kde je riziko požiaru, nesmie sama požiar spôsobiť, ani keď dôjde k prehriatiu vodiča (nehorľavá, obiažne zápalná, samozhášavá). Zároveň nesmie Dosahuje sa to vhodnou kombináciou materiálu.
Merná hmotnosť
U kábla (vodiča) je dôležitá aj hmotnosť. Lepšie dielektrické vlastnosti znamenajú menšiu hrúbku a menšiu hmotnosť izolácie. Hmotnosť izolácie je dôležitá pre premosťovacie vedenia (vodiče vedené medzi dvoma pevnými bodmi vzduchom).
Farebná stálosť
Je dôležitá pre farebne odlíšené vodiče. Farby nesmú vyblednúť a tým stratiť informačný význam.
Materiál izolácií
Tabuľka niektorých používaných materiálov (1)
| Materiál | Skratka | Skratka VDE | Pracovná teplota [°C] | Dielektrická konštanta 10-3 | Merný vnútorný odpor [Ω x cm] | Pevnosť v ťahu N/mm2 | Ťažnosť pri pretrhnutí [%] | Nasiakavosť pri 20°C [%] | Odolnosť voči počasiu | Odolnosť voči pohonným látkam | Odolnosť voči olejom | Horľavosť |
| Materiál odolný proti bioolejom | Lapp P4/11 | - | –40 +120 | 2,4 | 1015 | 10–20 | 450–550 | 1–2 | veľmi dobrá | dobrá | proti bioolejom dobrá | zápalný |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Polyvinylchlorid | PVC | Y | –30 +70 | 4,0 | 1012–1015 | 10–25 | 150–300 | 0,4 | mierna | mierna | dobrá | samozhášavý |
| Tepelne odolný polyvinylchlorid | PVC | Y | –20 +90 | 3,5 | 1012–1015 | 10–25 | 150–300 | 0,4 | mierna | mierna | dobrá | samozhášavý |
| Vysokotlaký polyetylén | LDPE | 2Y | –50 +70 | 2,3 | 1017 | 20–30 | 500 | 0,1 | dobrá | nízka | mierna | zápalný |
| Nízkotlaký polyetylén | HDPE | 2Y | –50 +100 | 2,3 | 1017 | 30 | 800 | 0,1 | mierna | nízka | mierna | zápalný |
| Polyuretán | PUR | 11Y | –40 +90/100 | 4,0–6,0 | 1012 | 30–45 | 300–600 | 1,5 | veľmi dobrá | dobrá | dobrá | samozhášavý s inhibítorom |
| Polyamid | PA | 4Y | –40 +80 | 3,5–7,0 | 1014 | 50–180 | 200–300 | 1–2 | dobrá | mierna | dobrá | zápalný |
| Polybutylén - tetraftalát | PBTP | — | –60 +110 | 3,0–4,0 | 1016 | 50–100 | 50–300 | 0,5 | dobrá | dobrá | dobrá | zápalný |
| Polytetrafluóretylén | PTFE | 5Y | –190 +260 | 2,1 | 1018 | 14–40 | 240–400 | 0,01 | veľmi dobrá | veľmi dobrá | veľmi dobrá | nezápalný |
| Tetrafluoretylén - Hexafluorpropylén kopolymér | FEP | 6Y | -100 +200 | 2,1 | 1018 | 20–25 | 250–350 | 0,01 | veľmi dobrá | veľmi dobrá | veľmi dobrá | nezápalný |
| Etylén -tetrafluoretylén | ETFE | 7Y | –100 +150 | 2,6 | 1016 | 40–50 | 100–300 | 0,01 | veľmi dobrá | veľmi dobrá | veľmi dobrá | nezápalný |
| Perfluoralkoxypolymér | PFA | — | –190 +260 | 2,1 | 1015 | 30 | 300 | 0,01 | veľmi dobrá | veľmi dobrá | dobrá | nezápalný |
| Chloroprén kaučukový | CR | 5G | –40 +100 | 6,0–8,0 | 1013 | 25 | 450 | 1 | veľmi dobrá | nízka | dobrá | samozhášavý s inhibítorom |
| Silikón kaučukový | SI | 2G | –60 +180 | 2,8–3,2 | 1015 | 5–10 | 200–350 | 1,0 | veľmi dobrá | nízka | mierna | ťažko zápalný |
| Etylenvinylacetát | EVA | 4G | –30 +125 | 5–7 | 1013 | 5 | 200 | 0,01 | dobrá | nízka | nízka | zápalný |
| Etylénpropylénový kaučuk | EPM/EPDM | 3G | –30 +120 | 3,2 | 1014 | 5–25 | 200–450 | 0,02 | dobrá | nízka | nízka | zápalný |
| Termoplastický polyolefín elastomér | TPE-O | — | –40 +120 | 2,7–3,6 | 5 x 1014 | ≥ 6 | ≥ 400 | 1,5 | veľmi dobrá | mierna | mierna | zápalný |
| Termoplastický polyester elastomér | TPE-E | 12Y | –70 +125 | 3,7–5,1 | 10 12 | 3–25 | 280–650 | 0,3–0,6 | veľmi dobrá | dobrá | veľmi dobrá | zápalný |
| Kopolymér styrénu a trojbloku | TPE-S | — | –75 +105/140 | 2,2–2,6 | 1016 | 9–25 | 500–700 | 1–2 | mierna | dobrá | nízka | zápalný |
Zdroj :
(1) LAPP Group, výrobný program
