CLASIFICAREA DIELECTRICILOR

CLASIFICAREA DIELECTRICILOR

Oricare dintre proprietatile dielectricilor poate servi drept criteriu de clasificare a acestora. S‑au impus totusi criteriile cu caracter general cum sunt: - stabilitatea ter­mica; - natura chimica; - starea de agregare; - forma si caracteristica esentiala a ma­terialelor componente (criteriu enciclopedic) la care se mai adauga eventual, starea finala si transformarile necesare pentru obtinerea produsului finit.

1. CLASELE DE IZOLATIE.

Folosind drept criteriu de clasificare stabilitatea termica, materialele electroizo­lante se impart in clase de izolatie si au caracteristica comuna temperatura maxima la care pot fi utilizate timp indelungat. Pentru determinarea stabilitatii termice, pe langa temperatura, se pot utiliza si marimi electrice (constante de material) ca de exemplu scaderea rigiditatii dielectrice cu cresterea temperaturii (vezi STAS 10242/1-75 si STAS 10514/1-70), marimi fizice sau marimi mecanice.

Tabelul 1.2. Clasele de izolatie

O clasa de izolatie cuprinde materialele care au o stabilitate termica comparabi­la, la o temperatura de serviciu data.

Clasele de izolatie si cateva exemplereprezentative de materiale cuprinse in fiecare clasa, sunt indicate in tabelul de mai jos conform STAS 6247-60 (cu comple­ta­rea 1 din 29.04.77) si Publicatia CEI nr. 85.

Clasificarea materialelor in clase de izolatie este in prezent nesatisfacatoare deoarece se refera la grupe de materiale ce pot intra in constitutia unui sistem de izolatie, dar nu ofera posibilitatea alegerii unui material pentru conditiile impuse de un anumit scop sau loc de utilizare. Ca urmare este cautat un alt criteriu de clasificare a materialelor, propus de catre Comitetul Electrotehnic Elvetian si adoptat de CEI (Comisia Eletrotehnica Internationala). Aceasta clasificare cuprinde in fiecare grupa materiale de aceeasi forma si stare finala, care necesita pentru utilizare acelasi mod de prelucrare.

2. MATERIALE ELECTROIZOLANTE ORGANICE.

Clasificarea materialelor electroizolante dupa natura lor chimica are ca criteriu de subdiviziune starea de agregare si este unanim utilizata mai ales in domeniul di­dac­­tic al cunoasterii dielectricului. Importanta practica acestei clasificari consta in necesitatea gruparii dupa natura chimica a materialelor destinate unui domeniu dat de temperaturi de utilizare, deci unei clase date de izolatie. Astfel materialele organice prezentate in primele clase de izolatie nu pot fi asociate materialelor din clasele (H) si (C), sau invers.

Materialele electroizolante organice, dupa starea de agregare se impart in: A) gazoase; B) lichide si C) solide ultimile doua, fiind subclasate in functie de origine.

2.1. GAZE ELECTROIZOLANTE.

Cel mai utilizat dintre dielectricii gazosi este aerul deoarece constituie elemen­tul izolant intre partile active si carcasa in toate constructiile electrotehnice uscate. Aerul prezinta neajunsul ca favorizeaza oxidarea si coroziunea metalelor din compo­nen­ta masinilor, aparatelor si instalatiilor electrice. Remediul se realizeaza prin utili­zarea azotului ca mediu dielectric, iar daca este impusa acesutia si functia de agent de racire se utilizeaza hidrogenul. Desi hidrogenul are rigiditatea dielectrica de apro­ximativ 15 ori mai mica decat aerul, se utilizeaza ca dielectric si agent de racire mai ales in masinile electrice de puteri mair, deoarece are densitatea de asemenea mai mica (de aprox. 15 ori) decat aerul deci pierderile prin fiecare sunt corespunzator mai mici. Pe de alta parte caldura masica, conductivitatea termica si transmisivitatea (so­lid-gaz) este mai mare decat a aerului. Hidrogenul prezinta insa neajunsul ca in ames­tec cu oxigenul, in anumite conditii, devine exploziv.

Gazele electronegative, constituie o categorie importanta de dielectrici gazosi indeosebi pentru utilajele antideflagrante din industria extractiva. Aceste gaze au ma­re afinitate pentru electroni datorita usurintei cu care clorul si fluorul din compo­zi­tia lor formeaza ioni negativi. In consecinta prezenta lor impiedica formarea arcului electric sau a scanteilor evitand astfel pericolul exploziei gazelor de mina. Cele mai utilizate gaze electronegative sunt: - hexafluorura de sulf (SF₆) si - perdluorcarbonii.

2.2. MATERIALE ELECTROIZOLANTE ORGANICE LICHIDE

Dielectricii lichizi sunt reprezentati mai ales de catre uleiurile de diferite naturi care in timpul exploatarii isi pastreaza starea lichida.

Dupa natura lor uleiurile se clasifica si se subclasifica astfel:

1) Uleiuri naturale: 1.1. - vegetale (uleiul de ricin) 1.2. - minerale (uleiul de transformator, uleiul de condensator, uleiul de cablu).

2) Uleiuri sintetice: 2.1. - clorurate de tip askareli (pentaclordifeni, penta­clor­difenil + triclorbensen) avand denumiri comerciale ca: clophen, permitol, sovol, sov­tol etc. Aceste uleiuri sunt nainflamabile, neoxidabile, cu buna stabilitate chimica si electrica.

Alte lichide electroizolante ca benzolul, toluenul li diferiti esteri organici nu se utilizeaza de obicei ca atare si mai ales ca solventi pentru prepararea lacurilor electro­tehnice. In tabelul urmator sunt prezentate cateva lichide electroizolante.

La conductivitatea gazelor s‑a scos in evidenta ca le sunt dielectrice cat timp li se aplica un camp electric mai mic decat cel de ionizare. In criogenie se intalnesc adesea cazuri in care gazele lichefiate nu atat solul de egenti criogenic cat si cel de dielectric. Gazele in stare lichida (ca heliul, azotul, neonul, hidrogenul etc.) prezinta proprietati dielectrice comparabile sau uneori chiar mai bune decat uleiurile electro­tehnice. Proprietatile dielectrice ale lichidelor criogene ca si ale dielectricilor ce sunt lichizi la temperatura ambianta, nu diminueaza sensibil in prezenta impuritatilor. Ca urmare mentinerea acuratetei dielectricilor lichizi este o necesitate partiala.

Tabelul 1.3. Proprietatile unor dielectrici lichizi.

Uleiurile minerale sunt obtinute prin distilarea fractionata a titeiului. Ele cons­ti­tu­ie amestecuri in hidrocarburi parafinice (C_nH_2n+2), naftenice (C_nH_2n) si aromatice (C_nH_2n-6), care determina prin proportia lor caracteristicile uleiului. Atat rafinarea cat si reconditionarea unui ulei vechi comporta tratarea cu acid sulfuric pentru indeparta­rea impuritatilor, apoi neutralizare cu hidroxid de sodiu, spalare cu apa, decantare si centrifudare, urmate de uscare si filtrare astfel ca sa fie eliminate orice urme de apa si impuritati in suspensie. Intr‑un ulei de buna calitate hidrocarburile parafinice nu tre­buie sa depaseasca 30% si nici cele aromatice sa nu atinga aceasta proportie, deoare­ce primele maresc vascozitatea si ritmul de imbatranire, iar celelalte se descompun sub actiunea arcului sau descarcarilor degajand o cantitate de carbon (semiconduc­tor). In achimb hidrocarburile naftenice trebuie sa fie cel putin in proportie de 60%. Uleiurile minerale se utilizeaza in transformatoare si cabluri ca dielectric avand rigi­ditate mare si tg d buna si in intrerupatoare ca izolant si mediu de stingere a arcului.

In exploatare calitatile uleiurilor se alterneaza sub actiunea campului electric, temperaturii, oxigenului si contactului cu alte corpuri (metale si dielectrici solizi). Ca urmare proprietatile uleiului variaza cu temperatura si frecventa, ceea ce a impus ela­bo­rarea unor norme de verificare periodica a uleiurilor din transformatoarele si agre­ga­tele de mare importanta tehnica si economica. Proprietatile uleiurilor se determina pe baza normelor din standarde, cum sunt: STAS 286-79, STAS 6799-78, STAS 6798-73, STAS 8908-76, iar in afara acestora pe baza normelor interne ale fabricilor producatoare.

Uleiurile sinteitce se utilizeaza mai ales in constructia condensatoarelor deoare­ce prezinta permiticitate mai mare decat cele minerale ceea ce permite reducerea vo­lu­mului, la aceeasi capacitate, cu 30-40. Din cauza continutului de clor care se degaja sub actiunea arcului electric si formeaza si acidul clorhidric in combinatie cu hidro­ge­nul, aceste uleiuri prezinta pericolul de toxicitate si de coroziune a conducto­ri­lor si a dielectriclor. De aceea se evita folosirea lor in transfomatoare si intrerupa­toa­re fara masuri speciale de precautie. Unele materiale organice solide sunt solubile in uleiu­ri­le clorurate sau fluorurate. Din aceasta cauta se evita punerea in contact a difenililor cu fenolii sau masele plastice care contin fenoli. Uleiurile sintetice fluoru­ra­te nu pre­zinta dezavantajele askarelilor si pot fi utilizate si pentru transformatoare insa si unele si altele sunt mai scumpe decat cele minerale.

2.3. MATERIALE ELECTROIZOLANTE ORGANICE SOLIDE.

Dupa natura, originea si structura lor dielectricii solizi se clasifica in moduri diferite. Daca se ia in considerarein primul rand faptul ca subsatantele organice sunt combinatii multiple ale carbonului care datorita sistemului tetraedric de cristalizare are posibilitatea sa realizeze prin valente rotative cele mai diverse configuratii de re­tele spatiale, iar in al doilea rand ca fiercarui atom de carbon (tetravalent) i se pot ane­xa radicali organici, rezulta cat de vasta poate fi multimea combinatiilor carbo­nu­lui (combinatii organice sunt aproximativ 600.000 in timp ce anorganice nu sunt de­cat aproximativ 40.000). Materialele organice solide sintetice poseda un numar mare de atomi de carbon pe molecula si se pot forma prin diferite procese chimice prin gru­parea monomerilor in polimeri (sau macromolecule) cu mii de atomi de carbon pe mo­lecula. Procesle de formare a macromoleculelor: - polimerizarea; - poli­con­den­sa­rea si - poliaditia, imprima si anumite proprietati specifice materialului format.

Din punct de vedere a structurii moleculare materialele solide se pot grupa in:

1) Micromoleculare (ceruri si substante ceroase)

2) Macromoleculare (rasini)

Proprietatea esentiala pe care structura o confera corpului consta in comporta­rea acestuia la solicitari termice. Corpurile micro-moleculare au structura cristali­na, cu un numar mic de atomi de carbon pe molecula si ca urmare temperatura lor de topire este redusa la 30-60 °C. Au avantajul ca prezinta pierderi mici de energie (tg d  10^-4) si practic independent de frecventa. Cerurile (animala: de albine; - ve­ge­tala: de carbon; - minerala: ceara montana), se utilizeaza in prezent tot mai putin. In schimb substantele ceroase nepolare (- parafina; - ceresina si vaselina) sunt inca frec­vent utilizate datorita pierderilor foarte mici de energie pe care la prezinta in ca­mp alternativ chiar si la frecvente foarte inalte. Aceasta datorita faptului ca polariza­rea predomianta este cea electronica.

Substantele ceroase polare se obtin prin hidrogenarea uleiului de ricin sau prin clorurarea naftalinei si prezinta ca proprietate esentiala permitiviateta foarte mare ceea ce le face foarte utile pentru realizarea condensatoarelor de capacitate mare la volum mic.

Materialele macromoleculare dupa natura lor pot fi: 1) naturale (- animale: sellacul; - vegetale: colofoniul si - fosile copalul (chihlimbarul), 2) sintetice (- de polimerizare: polistiren, polivinilcarbazol, polietilena, poliizobutilena, policlorura de vinil, politetrafluoretilena (sau teflon); - de poliaditie: poliuretani; epoxidice; de po­licondensare: poliamide, poliesteri, carbamidice, fenolice, melaminice etc.).

Ra­si­nile naturale sunt in prezent utilizate numai la prepararea unor lacuri si com­punduri, deoarece proprietatile lor sunt sub nivelul celor de natura sintetica.

Poli­­s­tirenul se preteaza in toate starile si formele sale ca dielectric in circuite de inalta frecventa datorita pierderilor foarte mici (similar parafinei) in camp alternativ. Din polistiren se fabrica benzi flexibile (stiroflex) pentru izolarea cablurilor de inalta frecventa ca si materiale poroase (stiporor) utilizate pentru izolatii electrice, termice si fonice, sau pentru ambalarea instrumentelor de masura. Polietilena are utilizari similare sub forma de placi, tuburi, folii, piese turnate, izolatii de cabluri si conduc­toare. De asemenea se utilizeaza PCV in stare vascoasa pentru lipiri si acoperiri cu pelicula izolanta. PTFE (teflon) este cea mai buna rasina sintetica, cu stabilitate ter­mica peste 250 °C, pastrandu‑si proprietatile si in domeniul temperaturilor crioge­ne pana in apropiere de 0 [°K]. PTFE se utilizeaza in conditii de solicitari intense termi­ce si de umiditate, pentru masini si aparate electrice izolate in clasele H si C. Se fa­brica sub forma de placi, bare, tuburi, carcase si folii (0,05-1,6 mm). La noi in tara se produce PTFE la "Vascofil" Bucuresti si Combinatul chimic din Victoria. Dintre ra­sinile sintetice de polimerizare se utilizeaza frecvent in electrotehnica si polimerii acidului acrilic, fie ca rasini tari (pexiglas) fie ca rasini de lipire (plexigum).

Rasinile de policondensare si de poliaditie sunt utilizate la fel, fie in stare so­lida, fie in stare vascoasa ca materiale de lipire sau ca baza a lacurilor. Cateva dintre aceste rasini sunt surprinse in tabelul urmator, in care sunt prezentate si rasinile sili­co­nice desi acestea, ca si uleiurile siliconice constituie o categorie de trecere intre ma­teriale organice si cele anorganice.

Tabelul 1.4. cuprinde numai valori maxime, iar pentru tg d valori minime.

Tabelul 1.4. Proprietatile unor rasini.

Rasinile fenoplaste (sau bachelitice) se utilizeaza pana la temepraturi de 150 °C pentru piese electroizolante, ca baza a lacurilor sau ca liant la fabricarea stra­tificatelor (pertinax, textolit etc.). Policondensarea se poate opri si apoi continua dupa necesitati. Cu catalizator bazic se obtine in timpul reactiei intre 100 si 160 °C, bache­lita A (Rezol) termoplasta, aproape vascoasa, bachelita B (Rezitol) termoplasta, ne­ri­gida; si bachelita C (Rezit) termorigida, durp insolubila. Combinatii intre feno­plaste si carbamidice, sau melaminice pot fi realizate pentru imbunatatirea unora dintre pro­prietati sau pentru diversificarea posibilitatilor de utilizare.

Rasinile poliamide se disting ca baza a emailurilor cu mare aderenta in special la conductorii de aluminiu sub denumirea de izoperlon, izorelon. Poliesterii sub for­ma de fibre, hartie, tesaturi, filme sau folii transparente (nylon, bostarphan) se utili­zeaza in constructia transformatoarelor uscate si a bobinelor pentru electromagneti. De asemenea se utilizeaza pentru materiale combinate (nuvolit, poliflex) sau ca su­port pentru produse pe baza de mica (H₂Msi). Rasinile epoxidice prezinta ca o carac­teristica esentiala aderenta foarte buna la suprafata corpurilor si se utilizeaza atat ca baza a lacurilor de impregnare mai ales pentru izolantii in clasa F. Prezinta de ase­me­nea mare rezistenta la actiunea arcului electric, mare rezistivitate de suprafata, foarte bune proprietati mecanice si lipsa de incluziuni gazoase. Rasinile epoxidice se utili­zeaza in amestec cu un catalizator (durifivator), fara a necesita solventi, ca rasini de turnare, de presare, de impregnare sau de lipire, ca si pentru fabricarea stratificatelor cu tesaturi de sticla (sticlotextolit) sau a materialelor combinate pe baza de mica si tesaturi de sticla.

Rasinile sintetice cu mare aderenta cum sunt cele fenolice si epoxidice se utili­zea­za pentru fabricarea maselor plastice stratificate ca: - pertinax (umplutura din har­tie de cablu preimpregnate, suprapuse si presate la cald); - textolitul (cu umplutura din tesuturi textile); - sticlotextolitul ( cu umplutura din tesatura de sticla).

Din grupa materialelor electroizolante organice face parte si celuloza, esterii si eterii celulozei, fibra vulcan si alti derivati ai celulozei. Produsele din celuloza au cea mai mare utilizare in electrotehnica sub forma de: - hartii (de condensator, tele­fo­nica, de cablu, hartia suport pentru produse de mica); - cartoane (prespanuri); - fi­bra vulcan (leteroidul) este celuloza tratata cu clorura de zinc; - filme (triacetat de celuloza); tesaturi (de bumbac, in, matase naturala, matase artificiala); - tuburi li­no­xinice (sterling sau varnish). Produsele de hartie, tesaturi sau fibre se utilizeaza de o­bi­cei impregnate ca lacuri cleoase, rasinoase, cleobituminoase, in general organice.

3.MATERIALE ELECTROIZOLANTE ANORGANICE.

Materialele electroizolante anorganice cuprind cateva gaze, cateva roci natu­ra­le, cuartul, azbestul si mica.

Ca materiale electroizolante gazoase, in izolatia electrica se folosesc: aerul, azo­tul, bioxidul de carbon si hidrogenul precum si gazele nobile: heliu, neonul, argo­nul, criptonul, xenonul.

Aerul contine in proportie de 78% (volum) azot si 21 % (volum) oxigen, pre­cum si cantitati mici de alte gaze ca: argon, bioxid de carbon, neon.

Gazele nobile se obtin prin distilarea fractionata a aerului lichid si sunt neutre din punct de vedere chimic. Gazele naturale se utilizeaza in izolarea unor cabluri, in condensatoarele cu gaz, in becurile electrice sau ca agent frigorific.

In domeniul rocilor naturale, numai marmura si sistul au unele utilizari res­transe in electrotehnica.

Marmura este o roca metamorfa care se obtine in blocuri mari si se poate pre­lucra mecanic la dimensiunile dorite. A fost utilizata pentru tablourile de comanda, dar a fost inlocuita in zilele noastre aproape complet cu materiale electroizolante mo­derne.

Sistul se foloseste in special cel argilos care este o roca densa sub forma de pla­ci care consta in principal in bioxid de siliciu. E adecvat pentru placile de baza ale demaratoarelor si pentru alte aparate asemanatoare cu in clase de executie grea. Ser­veste de asemenea ca material de umplutura in compozitia unor mase de presare.

Cuartul din punct de vedere chimic este un bioxid de siliciu (SiO₂). Cuartul cristalizeaza sub forma trigonal - trapezoidala. Cuartul este unul dintre materialele cele mai raspandite pe pamant. In forma cea mai pura exista in cristalul de stanca. Mai frecvent, cuartul apare sub forma mai putin pura de cuartit ca parte componenta a nisipurilor.In stare naturala, cuartul se prelucreaza in electrotehnica mai ales ca ni­sip cuartos folosit pentru stingerea arcului electric in sigurantele fuzibile. Din mate­rialul cuartos se produc in forme rotative de centrifugare mai ales corpuri cu simetrie de ro­tatie. Cuartul si sticla de cuart pot fi produse astazi si sintetic. 

Cristalul de stanca datorita pretului mare aproape ca nu se foloseste, daca se face abstractie de utilizarile piezo-electrice ale cuartului.Faina de cuart se foloseste ca material de umplutura in rasinile de turnare. Din sticla de cuart se produc lamele de acoperire pentru celulele solare si baloane mici de sticla la becurile cu tratogeni. Din materialul cuartos se obtin izolatoare de sustinere pentru instalatiile de desprafuire electrostatica, incalzitoare de imersie. Starturile de bioxid de siliciu produse sintetic serversc pentru izolare in circuitele intergrate.

Asbestul este cel mai important pentru electrotehnica este crisolitul (hidro­xi­li­cat ­­de magneziu), in structura fibroasa cu fire relativ lungi. Formula struc­turii crista­lu­lui este Mg3[(OH)4/Si2O5]; se cristalizeaza monochinal.

Exploatarea azbestului se face la suprafata sau in subteran. Bucatile de azbest cu fibra lunga se scot din roca dinamitata, se curata grosier,se sorteaza dupa lungimea fibrelor in diferite clase de calitate. Restul de roca cu continut de azbest se introduce in mori speciale, de unde se colecteaza asa -numita fibra de moara, un fel de vata moale.

Gradul de valorificare al azbestului brut e mic in raport cu masa de stanca care se prelucreaza, el depaseste rareori 5%, si din aceasta cauza, partea care poate fi pre­lucrata in fibre de filare insumeaza de la 5 pana la 20%.

Din fibrele lungi prin operatia de filare se obtin fire care se prelucreaza si sub forma de tesaturi, snururi si benzi.

Fibrele scurte prin flotare in apa si adaugarea unei cantitati reduse de liant se transforma in hartie respectiv mucava.

Azbestul sub forma de fibre de lungimi diferite si scame se utilizeaza ca mate­rial de consolidare si umplutura in diferite formule de mase de presare, respectiv pie­se presate. Firele de azbest se folosesc, de asemenea, la izolatia unor conductoare.

Produsele de azbociment constau in proportie de 80% din fibre de azbest maci­nate si 20% din ciment Portland. Azbocimentul se obtine prin amestecarea fibre­lor de azbest cu ciment si apa, dupa ce se preseaza sub forma de placi sau direct ca piese. Dupa intarire materialul prezinta rezistenta mecanica ridicata.

Azbocimentul se caracterizeaza prin rezistenta la arcul electric si rezistenta termica ridicata .Este rezistent la flacara si la radiatii termice mari si poate fi expus la in regim de durata la temperaturi de pana la 350°C.

Placile si piesele de azbociment se folosesc pentru camere de stingere si placi suport solicitate termic. Fibrele de azbest se pot prelucra in fire, snururi, tesaturi, benzi, hartie si carton.Azbestul nu este un material electroizolant bun, dar este higros­copic iar con­tinutul de apa are mare importanta asupra proprietatilor sale electri­ce­. Az­bes­tul e rezistent la arcul electric si descarcari luminescete. Azbestul pur (cu un continut de 95 - 99 % ) suporta temperaturi de 400°C. Azbestul poate fi folosit numai la solicitari electrice modeste, insa acolo unde sunt temperaturi mari sau con­ditii chi­mice dure el este indispensabil si astazi. Pentru instalatiile de inalta frecventa nu este utilizabil.

Mica apare in natura in diferite tipuri, dintre care pentru elec­tro­tehnica doua prezinta mare importanta:

- muscovitul sau mica potasica ;

- flogopitul sau mica magneziana.

Mica muscovit a fost mult timp cea mai utilizata datorita proprietatilor electrice excelente. Mica flogopit a fost mai mult folosita aplicatiile unde stabilitatea la tem­peraturi inalte avea o insemnatate deosebita.

Muscovitul e un silicat de potasiu - aluminiu de forma KAl₂ (OH)₂/AlSi₃O₁₀ iar flagopitul un hidrosilicat de potaiu-magneziu aluminiu.

Mica se extrage din mai multe parti ale globului, in blocuri neregulate, prin ex­ploatare la zi si uneori in subteran. Mica este inglobata, de cele mai multe ori in fi­loa­ne de ferospat si cuart care sunt incluse in roca primitiva ( adesea granit).

Mica muscovit, denumita si "rubimica" este larg raspandita in lume dar sursele principale de exploatare sunt India, Brazilia si SUA.

Mica flogopit denumita si "ambermica" este de asemenea larg raspandita dar principalele surse sunt:Madagascar, Canada, SUA si Rusia. In Romania exista zaca­minte limitate de mica muscovit. Proprietatile micei depind in mare masura de puri­tatea si structura ei cristalina. Mica perfecta e transparenta ca sticla dar de cele mai multe ori ea este putin colorata. La muscovit predomina nuantele deschise: verzui, gal­bui, rosiatec si gri. Flogopitul este mai inchis la culoare si prezinta culori mai ex­pre­­sive ca: galben de chihlimbar, rosu si brun.Culorile rosu - brun indica conti­nu­tul de fluor, cele brune pana la nergru continutul de fier, magneziu si mangan.

Mica se poate cliva usor in foite subtiri, absolut uniforme, ca o consecinta a rezistentei mici a legaturii Van-der-Waals. Aceste foite sunt flexibile si elastice. Mica este rezistenta la conturnare. Ceea ce caracterizeaza de asemenea mica este rezistenta mare la strapungere electrica si o mare rezistivitate de volum. Factorul de pierderi dielectrice depinde putin de temperatura si frecventa. Mica e rezistenta la arcul elec­tric si la descarcari luminescente. O foita transparenta de mica de 25 mm grosime lasa sa treaca 90% din lumina vizibila.

Mica are o mare rezistenta la temperaturi ridicate care sunt limitate de tempe­ratura de calcinare. Aceasta e temperatura la care se degradeaza grupele hidroxilice. Mica devine la aceasta temperatura tulbure si isi pierde rezistenta. Aceasta tempe­ra­tura se situeaza la muscovit intre 600 si 800 °C,iar la flogopit intre 700 si 900 °C. Mi­ca­ este sensilbila de asemenea la variatiile bruste de temperatura.

Mica sintetica-fluorflogopit(Si₃, AlO₁₀ F₂Mg₃)K poseda multe din carateris­ti­ci­le naturale, si in cateva privinte este un material superior pentru aplicatiile elec­tri­ce, insa pretul foarte ridicat si dificultatile de fabricatie ii restrang utilizarile.

Din mica se realizeaza urmatoarele semifabricate:

Placi rigide - mica asamblata sub presiune cu sau fara caldura exterioara, sub forma de placi rigide cu urmatoarele subcategorii:

- miconita de colector - material rigid pe baza de mica, utilizat la separatoare izolante intre lamele de colector.

- termonicanita - cu rezistenta la temperatura specificata

- micanita de formare - poate fi formata la cald pentru scopuri generale

- micanita dura

Materiale flexibile - mica asamblata, suficient de flexibila pentru a putea fi aplicata prin bobinare sau infasurare, cu sau fara incalzire se imparte in urmatoarele subcategorii:

- micanite si micabenzi flexibile - mica asamblata sub forma de coli, foi si benzi

- micanite si micabenzi flexibile

- micabenzi poroase

Sticla este materialul cel mai reprezentativ din grupa materialelor electro­izo­lante anorganice produse sintetic .

Din punct de vedere fizic, sticla e un lichid subracit cu o structura amorfa.

Aceasta este o consecinta a faptului ca vascozitatea creste asa repede la intarire incat nu se pot forma nici un fel de cristale .Moleculele raman astfel in distributie neordo­nata.

Sticla se obtine din amestecul mai multor oxizi din care cel mai important e bioxidul de siliciu care, de regula, exista ca nisip cuartos. Alti oxizi sunt: trioxidul de bor, trioxidul de aluminiu, oxidul de calciu.

Materialele folosite la fabricarea sticlei sunt:nisip feldspat, argila, ecolina. Pro­cedeul de obtinere a semifabricatului de sticla consta in:turnare, trefilare, lamina­re, suflare, presare si centrifugare.

Din sticla se realizeaza izolatori de trecere, tesaturi impregnate sau nu si supor­turi pentru produse pe baza de mica.

4. MATERIALE ELECTROIZOLANTE SILICONICE.

Acestea formeaza o categorie aparte de dielectrici deoarece fac trecerea de la materiale organice la cele anorganice, reunind proprietatile acestora. Ele sunt combi­natii oranice ale siliciului, avand la baza gruparea siloxan (succesiune de atomi de siliciu-oxigen). polisioxanii (sau siliconii) pot avea macromolecule liniare sau arbo­res­cente (spatiale), deci se pot prezenta fie in stare lichida, fie in stare solida. Dupa starea in care se afla siliconii sunt: 1) lichizi (uleiurile siliconice), 2) vascosi (unsori), 3) elastomeri (caucucuri siliconice) si 4) solizi (rasini). Datorita gruparii siloxanice stabilitatea termica a siliconilor este de peste 200°C, chiar 250°C si isi pastreaza pro­prietatile pana la (-60°C). Rigiditatea uleiurilor siliconice este apropiata de 200 [kV/cm] iar factorul de pierderi este foarte mic.

Uleiurile siliconice se utilizeaza in transformatoare si intrerupatoare speciale (antie­xplozive), iar unsorile pentru protectia contactelor electrice sau la ungerea ma­tri­telor in care se toarna rasini epoxidice (pentru a impiedica lipirea). Rasinile se utili­zeaza ca baza a lacurilor siliconice prin dizolvare in toluen sau xilen (50-60% rasi­na).

Lacurile siliconice au la baza rasinile siliconice si servesc pentru impregnarea tesaturilor de sticla (banda glasil); pentru materiale combinate pe baza de mica de ti­pul (S₂MSi), (H₂MSi) etc.; pentru fabricarea sticlotextolitului si a micanitelor pe baza de samica sau romica; pentru impregnarea sistemelor de izolatie ale masinilor elec­tri­ce de mare si foarte mare putere (sistemul izotemax). Lacurile siliconice sunt nehi­gro­scopice, neinflamabile, rezistente la curenti supreficiali de scurgere si au mare ade­renta la suprafata corpurilor (ceramice, sticle, metal etc.).

Cauciucurile silico­ni­ce se utilizeaza uneori cu insertie de sticla fie sub forma de benzi, fie ca izolatie pentru cabluri si prezinta proprietati asemenatoare rasinilor si uleiurilor, remarcandu‑se prin proprietatile mecanice excelente, iar din punct de ve­de­re electric prin: - permitivitatea relativa la 10⁶ Hz, e = 2,8-8; - factorul de pier­deri la 10⁶ Hz, tg d = 10^-3; rezistivitatea de volum r_V Wcm]; rezistivitatea de supra­fa­ta r_S W]; rigiditatea dielectrica E_S = 120-290 kV/cm. Cauciucurile sili­conice cu proprietati superioare celorlalte tipuri de cauciucuri utilizate in electro­teh­nica.

Interesul tehnicii s-a concentrat in intregime asupra polimerilor lichizi, rasinosi sau cauciucosi. Din punct de vedere tehnic, produsele siliconice se impart in acest sens in uleiuri siliconice, rasini siliconice si cauciucuri siliconice.

Rasinile metilsiliconice sunt in general prea rigide pentru utilizarile practice adaugarea grupelor de fenol nu inbunatateste numai comportarea elastica ci si rezis­tenta termica.

Astfel, la rasinile siliconice sunt combinati aproape intotdeauna metilsiloxani si respectiv fenilsiloxani.

Rasinile de impregnare pentru izolatii dupa procedeul de impregnare sub vid si presiune, pentru inalta si joasa tensiune, in special pentru motoarele de trectiune de clasa H, sunt realizate pe baza de fenilmetilvinilhidrogen-polixiloxani cu catalizator incorporat de platina.

Tabelul 1.5. Proprietatile unor rasinii siliconice pure.

Rasinile siliconice sunt rezistente la conturnare, insesibile la efectul Corona si la arcul electric. Rezistenta la iradiere este de 2MGJ/Kg.

Rasina siliconica este incombustibila, in foc se produce bioxid de siliciu. Este in mare masura rezistenta la oxigen si ozon si prin aceasta rezista la imbatranire.

Rasinile siliconice sunt folosite la impregnarea infasurarilor masinilor electrice foarte solicitate si sub forma de rasini de turnare fara solventi.

Cauciucul siliconic are rezistenta mecanica mai mica decat a altor elastomeri; ea este comparativ mai buna in domeniul temperaturilor coborate si mari.

Cauciucul siliconic este in general, rezistent la conturnare si descarcari lumino­scente si poate fi expus in functie de durata, unei doze de radiatie de 10-100 KJ/Kg. Cateva sorturi sunt apte de intrebuintare pana la -60^oC; temperatura de inghet se situeaza intotdeauna sub -50^oC, in formulari speciale chiar -100^oC.

Cauciucul siliconic poate fi considerat ca fiind neinflamabil; la flacara se pro­du­­ce un schelet silicic care inca mai asigura o izolatie. Vaporii de apa sunt cei care actioneaza nefavorabil asupra cauciucului sili­conic.

Tabelul 1.6. Proprietatile unor cauciucuri siliconice.

Chimic cauciucul siliconic nu este afectat de acizii slabi, alcalii, solventi polari sau solutii de saruri corozive. Este rezistent la sulf si compusi de sulf sub actinea ca­rora sorturile de cauciuc cunoscute se intaresc. In contact cu benzina, hidrocar­bu­ri­le alifatice clorurate si solventii aromatici, cauciucul se umfla pierzand rezistenta me­ca­nica, iar cu acizii concentrati il distrug.

Rezistenta la ulei depinde de felul cauciucului siliconic. Acesta este sensibil la ozon, insensibil si rezistent la intemperii, este inodor si insipid si inofensiv din punct de vedere fiziologic. In mare masura este rezistent la ciuperci si bacterii. Principalele proprietatiile electrice ale acestuia sunt prezentate in tabelul urmator.

Cu cauciucul vulcanizabil la cald se produc placi si tuburi flexibile, se izoleaza conductoare si cabluri. Placile de cauciuc se utilizeaza ca straturi interne pentru izo­latia de faza; tuburile flexibile izolate pentru conductele de conexiuni ale motoarelor foarte solicitate. Conductele de alimentare izolate asemanator se utilizeaza pentru cu­ptoare si termoelemente, pentru bobinele de cursa inversa a bobinajului pe orizon­tala a aparatelor TV si alte aparate solicitate termic.

De asemenea izolatoarele de trecere etanse, la lichid pentru unele conden­sa­toa­re se produc din cauciuc siliconic.

Cablurile de aprindere izolate cu cauciuc siliconic au dat rezultate la motoarele cu ardere interna.

Cablurile grele sunt in stare de functionare chiar in cazul unui incendiu mai mul­ta vreme pentru ca nu se formeaza nici o punte de carbon conductoare.

Tipurile de cauciuc siliconic vulcanizabile la rece, cu vascozitati diferite, co­res­­­pund pentru fixarea prin turnare a pieselor electronice si pentru incapsularea unor circuite intregi si aparate. Este de mentionat de asemenea folosirea pentru infasurarea statorica a cauciucului siliconic la unele motoare de curent trifazat.

Cauciucul siliconic poseda de acestea o excelenta capacitate de izolare in cazul impurtificarilor pronuntate.

Uleiuri siliconice sunt lichide transparente, clare, inodore si insipide Propri­e­ta­­tile lor sunt in mare masura determinate de gradul de condensare.

Uleiurile siliconice sunt lichide izolante foarte valoroase. Permitivitate relativa scade cu temperatura de la 2,8 , pentru a atinge la 200°C valoarea 2,3. Factorul de pier­deri variaza in gama de temperaturi de la 0 la 200 °C si in gama de frecvente de la 10² pana la 10⁷ Hz intre 1 si 2 x 10^-4.

Sub influnta radiatiilor de mare energie, moleculele uleiurilor siliconice, partial se reticuleaza, partial se dregadeaza.

Pentru utilizarea in electrotehnica este inportant faptul ca in cazul unui incen­diu se produce ca rezid principal de ardere bioxid de siliciu, care spre deosebire de carbon nu este bun conducator. Uleiurile siliconice sunt rezistente la apa, oxigen si o serie de substante chimice si sunt atacate de acizi si unele de alcalii.

Ele sunt solubile in benzina, benzen, toluen, tetraclorura de carbon, esteri si in carbon cu greutatea moleculara mai mare. Uleiul siliconic poate fi intrebuintat ca li­chid izolant si ca lichid de inpregnare pentru cablu, condensatoare si transfor­matoa­re, intr-o gama larga de temperaturi, dar din cauza pretului ridicat are o utilizare limi­tata.

Datorita comportarii hidrofuge este folosit adesea pentru acoperirea in strat subtire a izolatoarelor expuse unei atmosfere umede. Corpurile straine adera pe peli­cula siliconica mai greu decat pe glazura de portelan, astfel izolatoarele tratate cu sili­con sunt aparate de efectul corona marindu-se substantial si tensiunea de contur­nare la ploaie.

Tabelul 1.7. Principalele caracteristici ale uleiului siliconic.

Asemanator actioneaza pastele produse din ulei siliconic si agenti de ingrosare (de exemplu acid silicic pirogen), care in atmosfera inpurificata inpiedica curentii de conturnare si strapungerile pe izolatoare. Particulele straine sunt invelite si prin aceas­­ta se izoleaza una de alta si de umiditatea de pe suprafata izolatoarelor.

Straduintele depuse in acesta directie au condus in cele din urma la materiale izolante care au facut posibila stabilirea claselor termice F (155°C) si H (180 °C). Ambele clase sunt astazi international recunoscute. Conform normelor clasa termica F se poate satisface cu rasini siliconice modificate organic sau rasini echivalente, iar clasa H cu siliconi.

Tostusi, de exemplu rasinile metil-siliconice superior reticulate nu corespund cerintelor ce li s-ar pretinde pentru a intra in clasa H. Rasinile siliconice au durata de viata care in comparatie cu cele ale rasinilor organice este cel putin egala celor cu­nos­­cute din practica indelungata pentru clasele de caldura A si B ale rasinilor organi­ce.

De un interes deosebit pentru utilizarea siliconilor ca materiale electroizo­lan­te, este faptul ca se pot obtine tipuri de rasini siliconice corespunzatoare "Norme­lor­ pen­tru materiale electrice antigrizutoase si antiexplozive" in ceea ce priveste sta­bi­li­tatea fata de amestecuri de dizolvanti si abur din diferite grupe de inflama­bilitate.