Изоляторы, или диэлектрики, — вещества, обладающие весьма низкой электропроводностью (практически ток не проводят). Они имеют очень мало свободных заряженных частиц — электронов и ионов.

К проводникам в первую очередь относят металлы. Наилучшей электропроводностью обладает серебро, следующая по электропроводности — медь. Примерно в 2,5 раза меньшей, чем медь, электропроводностью обладает алюминий, а в 6 раз меньшей – сталь.

Электрические провода чаще всего изготовляют из меди или алюминия. Серебро значительно дороже.и его используют лишь в местах,подверженных оксидированию, например в контактах различных аппаратов. ( таль применяют главным образом в деталях, подверженных механическом нагрузке(балки тележек, оси и колеса трамвая, рельсы).

Электропроводность различных материалов определяют по удельному электрическому сопротивлению, т. е. сопротивлению проводника из данного материала длиной 1 м и сечением 1 мм2.

В ряде случаев для нагревательных приборов, реостатов, резисторов) ^реоуются проводники со значительно большим удельным сопротивлением. Чаще всего для таких целей пользуются сплавами высокого сопротивления ~ константаном, нихромом, фехралем. Константан — сплав меди и никеля, хорошо протягивается в тонкую проволоку, выдерживает рабочую температуру до 400-500 °С. Нихром – сплав железа, никеля, хрома марганца с допустимой рабочей температурой до 1000-1100 ° С.

Электроизоляционные материалы — материалы с большим электрическим сопротивлением. Их используют для изоляции электрических устройств и отделения друг от друга частей, между которыми существует электрическое напряжение, т. е. частей, находящихся под разными потенциалами.

Электроизоляционные материалы должны обладать очень большим удельным сопротивлением, достаточной механической и электрической прочностью, стойкостью к высоким и низким температурам, возможно наименьшей гигроскопичностью.

Для измерения параметров механической прочности используют образцы материалов определенных размеров и форм, подвергая их нагрузкам на испытательной машине и определяя разрушающие усилия. Испытания проводят на растяжение, сжатие, изгиб, ударную вязкость. Ударная вязкость позволяет судить о степени хрупкости материала.

Электрическую прочность диэлектриков измеряют на образцах определенных размеров, помещенных в однородное электрическое поле, Электрическое поле усиливают, повышая приложенное напряжение. При повышении напряжения до некоторого уровня происходит пробой диэлектрика. Электрическая прочность диэлектриков довольно велика – несколько кВ на 1 мм толщины материала. В качестве примеров приведем описание некоторых электроизоляционных материалов.

Трансформаторное масло — жидкий электроизоляционный материал, нефтепродукт, используемый в трансформаторах, масляных выключателях, реакторах и других электрических устройствах. Кроме трансформаторного применяют кабельное масло (для пропитки бумажной изоляции кабелей), конденсаторное масло и конденсаторный вазелин (для пропитки и заливки конденсаторов).

Лаки – это растворы твердеющих веществ (смол, битумов, высыхающих масел и пр. ), составляющих основу лака в летучих растворителях. В процессе сушки лака, обычно нанесенного на поверхность тонким остается обладающая высокими изоляционными качествами твердая пленка, а растворитель улетучивается. Электроизоляционные лаки по применению делятся на пропиточные, покровные и клеящие. Пропиточными лаками пропитывают различные твердые пористые изоляционные материалы (бумага, картон, пряжа, ткани и т.д.). После пропитки поры и пустоты этих материалов заполняются не воздухом, а высохшим лаком, который имеет значительно лучшие (по сравнению с воздухом) изоляционные качества. Покровные лаки образуют на поверхности лакируемых предметов механически прочную, водостойкую, гладкую и блестящую пленку, улучшающую изоляционные свойства изделия, или твердый электроизоляционный слой (изоляция проволоки, листов электротехнической стали). Клеящими лаками склеивают мелкие части твердых диэлектриков (например, частицы слюды при изготовлении миканита), приклеивают электроизоляционные материалы к металлу.

По способу сушки (отвердевания) лаки делятся на лаки воздушной (холодной) и печной (горячей) сушки. Как правило, лаки печной сушки обладают лучшими механическими и электрическими свойствами.

В зависимости от применяемых пленкообразующих веществ лаки бывают масляные или созданные на основе смол и полимеров.

Примеры лаков. Лак № 458. Пропиточный масляно-битумный лак быстрой горячей сушки. Пленка этого лака хорошо противостоит действию влаги, но не маслостойка. Лак № 460. Близок к лаку №458, но более вязкий. Применяется главным образом как покрывной лак, дает надежную пленку на поверхности пропитанной изоляции. Сохнет несколько медленнее, чем лак № 458, но пленка его более эластична. Лак № 447. Основной пропиточный лак для обмоток электромашин трамвайных вагонов. Предсталяет собой смесь лаков № 458 и 460 в равных количествах. Бакелитовый лак; представляет собой раствор бакелита в спирте. Используется как пропиточный и клеящий лак горячей сушки. Дает прочную, но склонную к старению и малоэластичную пленку. Шеллачный лак — раствор шеллака в спирте. Может использоваться при ряде электротехнических работ. Поскольку шеллак — материал импортный, применение шеллачного лака весьма ограничено, его по возможности заменяют другими видами лаков. Глифталевые лаки содержат в своей основе глифталевые смолы. Используются с различными составляющими как клеящие или покрывные лаки.

Компаунды. Главное их отличие от лаков — отсутствие летучего растворителя. Компаунды — твердые вещества, при использовании их нагревают. При высокой температуре становятся жидкими, затем остывают. Хорошая твердая изоляция. Компаундированием пористой изоляции достигается большая водостойкость, улучшается теплоотдача, вследствие чего мощность электрических аппаратов может быть повышена. Компаунды широко используются при изготовлении электрических машин трамвая.

Особое место занимают кабельные компаунды. Они делятся на пропиточные (пропиточные кабельные массы) и заливочные составы (заявочные кабельные массы). Пропиточные составы представляют собой сплавы минерального масла с канифолью и служат для пропитки бумаги пРи изготовлении кабелей. Заливочные составы применяют для заливки кабельных муфт (места соединений кабелей). Кабельные компаунды используют при строительстве кабельных линий от трамвайных подстанций.

Дерево получило распространение как электротехнический изоляционный материал. Обладает достаточно высокой прочностью. Его прочность, отнесенная к массе (а не к геометрическим размерам), не ниже прочности стали. Недостатком является гигроскопичность. Поэтому перед использованием в качестве электроизоляционного материала его сушат и обычно пропитывают. Для пропитки используют льняное масло, олифу, масляные лаки или смолы.

Бумаги и картоны — листовые материалы коротковолок-нистого строения, состоящие из целлюлозы. Картоны отличаются от бумаг в основном большей толщиной. Далее приводятся некоторые виды используемых в электротехнике бумаг.

Кабельная бумага служит для изоляции проводников кабелей. Толщина 0,08—0,17 мм. Поставляется в рулонах. Телефонная бумага применяется для изоляции жил телефонного кабеля и обмоточных проводов. Толщина бумаги 0,05 мм. Пропиточная бумага идет на изготовление гетинакса. Оклеечная бумага используется для оклейки листов электротехнической стали с целью уменьшения потерь на вихревые токи. Толщина бумаги 0,033 мм. Последнее время оклейку заменяют покрытием листов стали лаком № 202 или 302. Конденсаторная бумага служит для изготовления бумажных конденсаторов. Ее толщина от 7 до 30 мк.

Картоны в электротехнике применяют двух типов: воздушные, более упругие и твердые (для прокладок в пазах катушек, шайб электрических машин и т.д.), и масляные, более мягкие, рыхлой структуры (для изоляции внутри обмоток маслонаполненных трансформаторов на тяговых подстанциях трамвая).

Фибра изготовляется из тонкой бумаги, пропущенной через раствор хлористого цинка. Выпускается фибра в листах толщиной от 0,6 до 25 мм, а также в трубках. Круглую (палочную) фибру вытачивают из фибровых досок. Фибра имеет высокую механическую прочность, хорошо поддается обработке. После размачивания может формоваться и хорошо сохраняет приданную форму. Обычная фибра гигроскопична, но после пропитки гигроскопичность уменьшается.

Из тканей изготовляют текстолит, лакоткани и другие изоляционные материалы. При изготовлении и ремонте электромашин и аппаратов применяют тканые (с кромкой) хлопчатобумажные ленты: миткалевые, батистовые, киперные (с переплетением “елочкой”). Для монтажных работ (бандажировки, вязки) используют шпагат — однониточный или двухниточный скрученный шнур. Из различных видов искусственных волокон применяют вискозный и ацетатный шелка; из хлопчатобумажных тканей — батист, шифон, перкаль, бязь; из шелковых — фуляр, флорентин, эксцельсиор.

Лакоткань — гибкий электроизоляционный материал, его получают при пропитке ткани электроизоляционным лаком. Широко используется для изоляции в электрических машинах, аппаратах, кабельных изделиях. Лакоткани могут быть хлопчатобумажными или шелковыми. Шелковые ткани более тонкие, обладают высокой электрической прочностью, 88 что позволяет получить изолинию меньших габаритов, но более дорогую. Чакоткани могут быть светлыми — с применением масляных лаков и черные с применением масляно-битумных лаков. Светлые более стойки действию органических растворителей, но при высоких температурах быстро темнеют и становятся хрупкими.

В различных электромонтажных работ используются липкие ленты (“изоляционная лента”) в кругах. Лента должна разматываться без разрывов, обладать хорошей липкостью после выдержки в течение суток при 70° С. Медь, на которую намотана лента, не должна чернеть после выдержки в течение 24 ч при температуре 100° С. (Почернение свидетельствует о большом количестве свободной серы в составе резины.)

Часто применяется смоляная липкая лента, пропитанная битумом с добавлением нефтяного масла. Не используют главным образом для изоляции вводов проводов и кабелей, в местах вязки, а иногда как заменитель прорезиненной ленты.

Для изоляции обмоток в электромашинах с высокими рабочими температурами применяют липкую изоляционную стеклоленту на основе стеклоткани, пропитанной нагревостойким кремнийорганическим лаком. После запекания при 180° С лента приобретает хорошие электроизоляционные свойства. В последнее время используют липкую полихлорвиниловую ленту. Ее выпускают толщиной от 0,2 до 0,45 мм при ширине от 15 до 50 мм.

Неорганические волокнистые материалы более нагревостойки, чем органические. Имеются два вида таких материалов асбест и стеклянное волокно. Из волокон асбеста изготовляют ткани, ленты, бумагу, картон и пр. Электроизоляционные качества асбеста невысоки, его не применяют для изоляции. Широко используют асбест как сырье для асбестоцемента. Из асбестоцемента изготовляют панели для размещения электрооборудования трамвая, дугогасительные камеры и т.д. Стеклянное волокно в виде ленты и полос ткани используют для изоляции проводов.

Пластические массы широко применяют в качестве электроизоляционных материалов. Гетинакс изготовляется из прочной нагревостойкой бумаги путем пропитки ее бакелитовой смолой. Гетинакс нашел применение в аипаратостроении. Текстолит аналогичен гетинаксу, но изготовляется не из бумаги, а из пропитанной ткани. Более стоек к ударным нагрузкам, вследствие чего применяется для деталей, имеющих ударную нагрузку или работающих на истирание. Особый вид текстолита — стеклотекстолит, изготовленный на основе стеклянной ткани.

Резина представляет собой вулканизированный каучук, обладает высокими электроизоляционными свойствами, влагостойка, мало проницаема для воды и газов, достаточно прочна механически. Ее используют для изоляции проводов, кабелей, для изготовления защитных перчаток и галош. К недостаткам резины относятся: ограниченная нагревостой-кость — при температурах свыше 60—70° С резина заметно стареет, растрескивается и становится хрупкой; малая стойкость к действию световых (особенно ультрафиолетовых) лучей, которые также вызывают старение; нестойкость к действию озона, который часто образуется при высоком напряжении, что затрудняет применение резины для работы при высоком напряжении.

Резину нельзя непосредственно накладывать на медь, поскольку имеющаяся в резине сера в свободном состоянии при нагревании проводника током вступает в реакцию с медью, образуя сернистую медь. Это черного цвета вещество, оказавшись на поверхности проводника вместо меди, уменьшает полезное сечение, увеличивая нагрев проводника и дальнейшее образование сернистой меди. Поэтому медь при изолировании резиной порывают предварительно разделителем, который не взаимодействует с серой (например, оловом или бумажной изоляцией). Алюминий практически с серой не соединяется, и алюминиевые провода можно покрывать резиновой изоляцией без разделителя. Специальный сорт резины — тиу-рамовую резину — можно использовать для непосредственного наложения на медь.

Хорошими механическими свойствами обладают резины, содержащие в качестве наполнителя сажу. Такая резина черного цвета, применяется в местах, где не требуются ее электроизоляционные свойства.

Электротехнический эбонит выпускают в листах, палках и в трубках. Эбонит легко обрабатывается и до последнего времени широко исспользовался в электротехнике, но в настоящее время все больше вытесняется пластическим массами.

Миканиты — листовые или рулонные материалы, склеенные из отдельных лепестков слюды с помощью клеящего лака или сухой смолы. Слюда является минеральным природным изоляционным материалом высокого качества. Коллекторный миканит идет на изготовление прокладок между медными пластинами коллекторов электрических машин (двигателей и генераторов). Он дает малую усадку и обеспечивает работу при сравнительно высоких температурах. Прокладочный миканит идет на изготовление различных электроизоляционных прокладок, шайб и прочих плоских, не подвергающихся изгибу деталей. Формовочные миканиты при нагреве могут формоваться в детали различной формы, сохраняют приданную форму и после охлаждения. Из них изготовляют коллекторные манжеты электрических машин, каркасы катушек, трубок и прочих фасонных изоляционных изделий.

При производстве миканитов значительное количество слюды идет в отходы. Такие отходы используют, обрабатывая их и получая различные электроизоляционные материалы (например, слюдинитовые бумаги).

Главный недостаток таких заменителей — их пониженная влагостойкость и мал’ое удлинение при разрыве.

В природе существуют различные минеральные электроизоляционные материалы. Из мрамора, шифера, талькохлорита изготавливают распределительные щиты, основания различных устройств, держатели нагревательных элементов и т.д.

Мрамор добывают в виде глыб, которые разрезают на доски й обрабатывают. К недостаткам мрамора относятся хрупкость, неоднородность строения (а значит, и механической прочности), способность разлагаться кислотами, возможность растрескиваться при резком изменении температур. Шифер уступает мрамору по внешнему виду, электроизоляционным свойствам, гигроскопичности, но он более кислотостоек и нагре-востоек. Используется как заменитель мрамора.

Талькохлорит уступает мрамору и шиферу по механической прочности. Легко поддается обработке, может быть подвергнут пропитке. Пропитка улучшает электроизоляционные и механические свойства, уменьшает гигроскопичность.

Стекло – продукт переплавки различных исходных материалов, является прозрачным аморфным термопластичным веществом. В электротехнике применяют ламповые, конденсаторные и установочные стекла.

Стеклоэмалями называют стекла, наносимые тонким слоем на поверхности различных предметов с целью защиты их от коррозии или для других целей. В частности, стеклоэмалями покрывают поверхности трубчатых резисторов, применяемых на трамвае, в которых на наружную поверхность керамической трубки намотана проволока из сплава высокого сопротивления. В этом случае стеклоэмаль создает изоляцию между отдельными витками проволоки и защищает проволоку от влаги, загрязнения, оксидирования и соприкосновения с окружающими предметами.