Vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện là gì? Chúng có tính chất như thế nào? Có những loại vật liệu cách điện nào? Điện là một nguồn năng lượng không thể thiếu trong đời sống sản xuất ngày nay. Tuy nhiên nếu không có biện pháp sử dụng an toàn hiệu quả thì điện cũng có tính nguy hại rất lớn đối với tính mạng con người. Những vật liệu cách điện đã được tìm ra và ứng dụng nhằm giới hạn sự di chuyển của dòng điện nhằm đảm bảo an toàn và tận dụng tối đa nguồn năng lượng này. Tại Bài Viết này, Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu thật kỹ lưỡng về loại vật liệu này nhé!

Vật liệu cách điện là gì?

Vật liệu cách điện là các loại vật liệu có công dụng ngăn không cho dòng điện đi từ vật liệu dẫn điện này sang vật liệu dẫn điện khác hoặc ra môi trường xung quanh. Hiểu đơn giản hơn, vật liệu cách điện có khả năng dẫn điện kém hoặc không dẫn điện. Ở điều kiện bình thường, điện tích cố định và sở hữu điện trở suất lớn nên cách điện tốt.

Hiện nay, các loại vật liệu cách điện được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong ngành điện bao gồm sản xuất, vận tải và sử dụng điện. Mục đích giúp ngăn chặn quá trình tiếp xúc giữa con người với dòng điện hoặc sự tiếp xúc giữa các dòng điện với nhau. Từ đó đảm bảo an toàn cho hệ thống vận hành cũng như con người sử dụng dòng điện.

Phân loại vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện được phân loại khá đa dạng dựa vào thành phần hóa học, tính chịu nhiệt và trạng thái vật lý. Cụ thể như sau:

Phân loại vật liệu cách điện theo trạng thái vật lý

Dựa trên trạng thái vật lý của vật liệu, người ta chia thành 3 loại chính:

• Vật liệu cách điện ở thể khí

Nhóm loại vật liệu này có sẵn trong tự nhiên, không mùi, không vị, không gây độc hại…được sử dụng cho các đường dây dẫn tải trên không và với các thiết bị điện trong cùng một môi trường làm việc. Tuy nhiên, để nâng cao hiệu quả cách điện nên kết hợp thể khí với thể rắn hoặc lỏng. Một số loại vật liệu cách điện ở thể khí: khí SF6, khí cách điện 3M Novec…

• Vật liệu cách điện ở thể rắn

Đặc điểm có hằng số điện môi cao, và thường xuất hiện trên bề mặt vật liệu khi sử dụng. Nhóm vật liệu này cũng có các loại: chất cách điện vô cơ như xi măng, cát, đá, mica; chất cách điện hữu cơ: vải, lụa, giấy; chất dẻo tổng hợp: cao su, nhựa; sơn cách điện, men. Trong đó, mica được đánh giá là vật liệu cách điện tốt nhất.

• Vật liệu cách điện ở thể lỏng

Vật liệu cách điện ở thể lỏng còn gọi là điện môi vì có điện trở suất cao, tính hao mòn điện môi thấp, độ bền cao. Một số vật liệu điển hình là dầu mỏ, dầu caps, dầu biến thể…

Phân loại theo thành phần hóa học

• Vật liệu cách điện hữu cơ

Nhóm vật liệu này sẽ có nguồn gốc từ thiên nhiên sử dụng các hợp chất cơ bản có trong thiên nhiên và giữ nguyên thành phần như cao su, xenluloit… và nhân tạo được sản xuất bằng cách kết hợp nhiều vật liệu khác nhau: nhựa amino, nhựa epoxy, vinyl, polyetylen…

• Vật liệu cách điện vô cơ

Nhóm vật liệu cách điện vô cơ gồm các chất khí, chất lỏng không cháy hoặc các vật liệu rắn như gốm, sứ, thủy tinh, mica…

• Theo tính chịu nhiệt

Vật liệu cách điện được phân loại dựa vào các cấp độ, mỗi cấp độ sẽ có mức nhiệt độ và các vật liệu khác nhau. Cụ thể:

• Cấp cách điện Y: Nhiệt độ 90 độ C, gồm các loại vật liệu giấy, vải sợi, cao su, gỗ, các loại nhựa PVC, anilin, abomit.
• Cấp cách điện A: Nhiệt độ 105 độ C, gồm các loại vật liệu giấy, nhựa polyester, cao su nhân tạo, sơn cách điện có dầu làm khô.
• Cấp cách điện E: Nhiệt độ 120 độ C, gồm các loại giấy ép, vải ép, nhựa tráng polyvinyl pacman, nhựa polyamide…
• Cấp cách điện B: Nhiệt độ 130 độ C, gồm các loại nhựa polyester, mica, thủy tinh có chất độn, nhựa epoxy, sợi thủy tinh, nhựa melamin fomandehit…
• Cấp cách điện F: Nhiệt độ 155 độ C, gồm các loại vật liệu sợi amiang, sợi thủy tinh có chất kết dính….
• Cấp cách điện H: Nhiệt độ 180 độ C, gồm các loại silicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính.
• Cấp cách điện C: Nhiệt độ lớn hơn 180 độ C, gồm các loại mica không có chất kết dính, sứ, thủy tinh, polymonoclor tricloetylen…

Công dụng của vật liệu cách điện

Hiện nay, theo thống kê vật liệu cách điện đã và đang được sử dụng rộng rãi, thông dụng với đa dạng chất liệu, kiểu dáng. Với nhiều công dụng tuyệt vời, cụ thể dưới đây:

• Giúp bảo vệ môi trường làm việc được an toàn.
• Giúp ngăn cản dòng điện tiếp xúc với con người đảm bảo an toàn tính mạng, tránh nguy hiểm.
• Ngăn cản tình trạng các dòng điện tiếp xúc với nhau, hạn chế được vấn đề chập điện, cháy nổ.
• Có khả năng cách nhiệt tốt, chống ồn hiệu quả.
• Được ứng dụng rộng rãi, thông dụng trong nhiều lĩnh vực, ngành nghề, vật liệu cách điện ở thể rắn còn có thể dùng để làm đồ trang trí với tính thẩm mỹ cao.
• Hạn chế, ngăn chặn tối đa các rủi ro liên quan đến cháy nổ, chập điện.

Tính chất của vật liệu cách điện

Tính hút ẩm của vật liệu cách điện

Các loại vật liệu cách điện đều có khả năng hút ẩm và thẩm thấu hay nói cách khác là hút hơi nước từ không khí và cho hơi nước xuyên qua. Tuy nhiên khả năng hút ẩm này còn phụ thuộc vào kết cấu, loại vật liệu gì? và nhiệt độ, áp suất, độ ẩm của môi trường. 

Về cơ bản, tính chất này sẽ làm biến đổi, lão hóa thậm chí có thể phá hỏng tính cách điện đối với các loại vật liệu, nhất là đối với vật liệu ở thể rắn. Do đó để hạn chế nguy hại từ hơi ẩm với vật liệu nên sử dụng các biện pháp:

• Sấy khô, sấy chân không để hơi ẩm thoát ra bên ngoài.
• Sơn phủ đầy lỗ trên các vật liệu xốp bằng sơn cách điện để hơi ẩm thoát ra ngoài.
• Ngăn chặn hơi ẩm lọt  vào bên trong vật liệu cách điện bằng việc quét lên bề mặt vật rắn các lớp sơn phủ để làm kín.
• Thường xuyên vệ sinh bề mặt vật liệu cách điện, tránh bụi bẩn bám vào làm tăng khả năng thẩm thấu có thể gây phóng điện trên bề mặt.

Tính chất cơ học của vật liệu cách điện

Các loại vật liệu cách điện có khả năng chống va đập, độ rắn, độ giãn nở tương đối tốt. Do đó, khi gắn các loại vật liệu cách điện với nhau cần phải chọn các loại có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau để đảm bảo an toàn. 

Tính chịu nhiệt

Theo phân tích, mỗi loại vật liệu sẽ có khả năng chịu tác dụng của mức nhiệt độ nhất định. Đối với vật liệu cách điện vô cơ tính chịu nhiệt được biểu thị bằng nhiệt độ và sẽ có những biến đổi về phẩm chất cách điện như điện trở giảm. Đối với vật liệu hữu cơ, tính chịu nhiệt là nhiệt độ gây nên các biến dạng cơ học tương đương với sự suy  giảm phẩm chất cách điện.

Tính chất hóa học

Về mặt hóa học của vật liệu cách điện, khi nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng hóa học trong vật liệu cũng sẽ tăng. Khi nhiệt độ tăng quá mức cho phép sự giảm sút phẩm chất cách điện của vật liệu gia tăng sẽ rất mạnh.

5 loại vật liệu cách điện phổ biến

Trên thực tế tồn tại rất nhiều vật liệu cách điện. Chúng có tồn tại ở trạng thái lỏng – nước tinh khiết, dạng khí – khí hidro, dạng rắn – nhựa. Tuy nhiên, việc ứng dụng các vật liệu này trong ngành điện không phải toàn diện. Dưới đây là 5 loại vật liệu cách điện thông dụng, được dùng trong nhiều ngành nghề, lĩnh vực với đặc tính cách điện tốt:

Nhựa – Vật liệu Polymer cách điện

Đầu tiên, không thể bỏ qua nhựa loại vật liệu đơn giản, thiết kế đa dạng, chi phí rẻ, độ bền cao, cách điện tốt. Do đó được ứng dụng trong sản xuất vỏ của các thiết bị điện giúp đảm bảo yêu cầu cách điện và an toàn. Một số loại nhựa thường gặp: PVC, Nylon, Cresyn Phthalate…

Mica – Vật liệu nhựa thủy tinh cách điện

Là loại vật liệu cách điện được đánh giá là tốt nhất trong tất cả các loại vật liệu và được ứng dụng tại môi trường có điều kiện nhiệt độ cao. Ngoài ra, mica cũng có tính dẫn nhiệt tốt nên phù hợp để làm vỏ dẫn điện, bóng bán dẫn tản nhiệt hoặc trong sản xuất tụ điện.

Vật liệu thủy tinh cách điện

Thủy tinh là loại vật liệu cách điện có chất lượng tốt, điện trở suất lớn nên được sử dụng tại những không gian rộng. Ví dụ trong các công trình xây dựng nhà ở, trung tâm thương mại, hồ chứa…

Vật liệu cao su cách điện

Cao su là vật liệu cách điện có độ bền cao, làm việc tốt trong điều kiện có nhiệt độ cao, thấp, không bị hòa tan trong nước. Do đó được sử dụng để làm các lớp cách điện như thảm cách điện, ủng cao su cách điện… ứng dụng trong các lĩnh vực; công nghiệp, y tế, nông nghiệp…

Vật liệu gốm sứ cách điện

Gốm sứ đa phần được làm từ đất sét(giàu nhôm để tăng độ bền cơ học) nung nóng ở nhiệt độ cao, và bên ngoài được phủ một lớp men gốm. Tính chất của vật liệu này khá giòn, dễ vỡ nhưng có khả năng chịu nhiệt tốt. Cũng vì vậy, các thiết bị cách điện bằng gốm sứ thường được ứng dụng tại các vị trí ít bị tác động vật lý, và có khả năng sinh nhiệt cao như trên cột điện cao áp, trạm biến áp. Điện môi của vật liệu sứ ở khoảng 4 – 10KV/mm.

Kết luận

Nhìn chung, vật liệu cách điện khá đa dạng với nhiều tính chất, công dụng, phân loại khác nhau. Hy vọng những thông tin chúng tôi chia sẻ trên đây sẽ giúp các bạn hiểu thêm về vật liệu cách điện. Từ đó biết cách áp dụng vào thực tế để đảm bảo an toàn cho chính bản thân mình khi sử dụng các trang thiết bị điện xung quanh. 

Tuấn Hưng Phát chuyên nhập khẩu, phân phối trực tiếp van điều khiển bằng điện: Van bướm điều khiển điện – van bi điều khiển điện – van điện từ – Van cổng điều khiển điện – Van cầu điều khiển điện. Quý Vị Bạn Đọc có nhu cầu những sản phẩm trên hãy liên hệ Hotline để được chuyên viên tư vấn, hỗ trợ và báo giá nhé!