Môi trường cách điện trong cuộc sống

Vật liệu cách điện là gì và có đặc điểm như thế nào? Bên cạnh khả năng cách điện thì loại vật liệu này còn có tính năng nào nữa không? Ứng dụng của chất cách điện trong đời sống hàng ngày ra sao. Cùng tìm hiểu qua tính chất và ứng dụng của vật liệu cách điện trong đời sống hiện nay nhé.

1. Vật liệu cách điện là gì?

Vật liệu cách điện là các loại vật liệu có khả năng dẫn điện kém, rất kém hoặc không dẫn điện. Đặc điểm của những loại vật liệu này là có điện trở suất lớn. Người ta sử dụng vật liệu cách điện rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác nhau. Mục đích chính là ngăn chặn sự tiếp xúc giữa người và dòng điện hay ngăn sự tiếp xúc giữa các dòng điện với nhau. 

Vật liệu cách điện có điện trở suất lớn giúp cách điện tốt

2. Phân loại vật liệu cách điện

Chất cách điện được phân chia làm 3 loại cơ bản. Đó là chất cách điện rắn, lỏng và khí.

a. Chất cách điện rắn

Các loại vật liệu cách điện thể rắn thường có hằng số điện môi cao. Hiện tượng phóng điện chỉ xảy ra ở bề mặt của vật liệu. Chất cách điện thể rắn được phân làm các nhóm nhỏ như sau:

• Men, sơn cách điện.

• Chất dẻo tổng hợp cách điện như nhựa tổng hợp, cao su.

• Chất cách điện vô cơ: xi măng, sợi thủy tinh, mica, đá, cát 

• Chất cách điện hữu cơ thiên nhiên: vải, lụa, giấy…

Trong những loại trên thì mica là vật liệu cách điện được đánh giá cao nhất. Vật liệu có khả năng cách điện tốt, thường được dùng tại các nhà máy có điện áp cao. Tuy vậy, các loại vật liệu cách điện thông thường như sợi thủy tinh, vải, giấy lại được sử dụng rộng rãi hơn vì giá thành rẻ. 

b. Chất cách điện lỏng

Vật liệu cách điện thể lỏng là chất điện môi và có đặc điểm cơ bản như: điện trở suất cao, có độ thẩm điện môi, tính hao điện môi, độ bền điện môi.. đều được quan tâm khi chế tạo ra các loại vật liệu cách điện.

Chất cách điện thể lỏng được dùng nhiều tại các máy biến áp

Một số vật liệu cách điện dạng lỏng gồm có: dầu mỏ, dầu cáp đặc, dầu cáp loãng, dầu biến thế, dầu silicon. Tại các  máy biến áp người ta thường sử dụng dầu biến thế để làm vật liệu cách điện hiệu quả. 

c. Chất cách điện khí

Thể khí cũng được áp dụng để làm chất cách điện cho các đường dây tải điện ở trên không. Hoặc làm chất cách điện cho các thiết bị điện làm việc trong môi trường không khí. Chất cách điện thể khí có thể được áp dụng với chất cách điện rắn và lòng nhằm mang lại hiệu quả cao nhất.

Một số loại vật liệu cách điện thể khí được đánh giá cao gồm có:

• Khí SF6: hay còn gọi là khí sulfure hexafluoride. Cấu tạo phân tử của khí SF6 gồm có 1 nguyên tử lưu huỳnh kết hợp với 6 nguyên tử fluo. Loại khí cách điện này mang lại hiệu quả cao và được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. 

• Khí cách điện 3M Novec: loại khí này được phân làm nhiều loại nhỏ khác nhau. Ưu điểm của loại khí này là tại cùng một áp suất có khả năng phá vỡ điện môi cao hơn SF6. 

Người ta lựa chọn vật liệu cách điện thể khí vì sao? Bởi vì những chất cách điện này có điện trở rất lớn. Các chất khí này hầu như có sẵn trong tư nhiên, không có mùi vị. Những loại khí này lại không gây độc hại hay gây ra các phản ứng với đồng, thép… 

3. Ưu điểm của vật liệu cách điện là gì?

Ưu điểm của vật liệu cách điện là gì? Các chất cách điện ở thể rắn, lỏng, khí mang lại nhiều tiện lợi cho người sử dụng. Đó chính là:

Vật liệu cách điện sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật mang lại tiện ích khi sử dụng

• Ngăn cản dòng điện tiếp xúc với con người gây ảnh hưởng đến tính mạng.

• Ngăn cản dòng điện tiếp xúc với dòng điện tránh tình trạng chập điện, cháy nổ.

• Hạn chế tối đa các tai nạn cháy nổ do điện gây ra.

• Mẫu mã và kiểu loại đa dạng phù hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau.

• Cũng vì lẽ đó là giá thành của vật liệu cách điện cũng đa dạng từ giá thấp đến cao. Mọi người có thể tham khảo sản phẩm phù hợp để chọn mua.

• Một số vật liệu cách điện còn có tính năng chống ồn, cách nhiệt tốt.

• Các vật liệu cách điện ở thể rắn còn có công dụng trang trí vì giá trị thẩm mỹ cao.

Xem thêm  >>> Các loại vật liệu cách nhiệt phổ biến

4. Ứng dụng của vật liệu cách điện trong đời sống

Ứng dụng của vật liệu cách điện rất đa dạng. Trước hết các loại vật liệu này được dùng để bao bọc dây điện, thiết kế thành tay cầm, nắp đậy của thiết bị điện. Qua đó đảm bảo tính an toàn cho người sử dụng. Bên cạnh đó, chất cách điện thể lỏng/khí được dùng để đảm bảo môi trường làm việc an toàn cho con người. Cụ thể là các nhà máy có điện áp cao, nhà máy biến áp… Hiện nay, nhiều loại vật liệu cách điện có nhiều tính năng: thẩm mỹ cao, cách nhiệt, chống ồn nên được ứng dụng vào ngành xây dựng. 

5. Lời kết

Bài viết đã giải đáp rõ vật liệu cách điện là gì và có đặc điểm như nào. Bên cạnh đó là ưu điểm cùng ứng dụng của sản phẩm trong đời sống hiện nay. Mọi người hãy tham khảo về địa chỉ uy tín cung cấp sản phẩm chất lượng để chọn mua nhé.

Chất điện môi là một trong các loại vật liệu sử dụng nhiều, trong bài viết này trình bày các nội dung: Chất điện môi là gì, Các tính chất của chất điện môi, cũng như hiểu thêm rất nhiều kiến thức về tụ điện.

Định nghĩa

Là chất dẫn điện kém, là các vật chất có điện trở suất cao [107  ÷ 1017Ω.m] ở nhiệt độ bình thường. Chất cách điện gồm phần lớn các vật liệu vô cơ cũng như hữu cơ.

Tính chất ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của linh kiện

Chất bán dẫn là gì?

Phân loại và ứng dụng của chất điện môi

• Chất điện môi thụ động [vật liệu cách điện và vật liệu tụ điện]: là các vật chất được dùng làm chất cách điện và làm chất điện môi trong các tụ điện như mi ca, gốm, thuỷ tinh, pôlyme tuyến tính, cao su, sơn, giấy, bột tổng hợp, keo dính,…

Chất điện môi tích cực là các vật liệu có hằng số điện môi có thể điều khiển được bằng:

• Điện trường [VD: gốm, thuỷ tinh,..]
• Cơ học [chất áp điện như thạch anh]
• Ánh sáng [chất huỳnh quang]

Các tính chất của chất điện môi

• Độ thẩm thấu điện tương đối [hằng số điện môi – ε]
• Độ tổn hao điện môi [Pa]
• Độ bền về điện của chất điện môi [Eđ.t]
• Nhiệt độ chịu đựng
• Dòng điện trong chất điện môi [I]
• Điện trở cách điện của chất điện môi

Hằng số điện môi

Hằng số chất điện môi ký hiệu là ε, nó biêu thị khả năng phân cực của chất điện môi.

Trong đó:

• Cd: điện dung của tụ điện sử dụng chất điện môi
• C0: điện dung của tụ điện sử dụng chất điện môi là chân không hoặc không khí

Chất điện môi dùng làm tụ điện cần có hằng số điện môi ε lớn, còn chất điện môi dùng làm chất dẫn điện có ε nhỏ

Độ tổn hao điện môi [Pa]

Độ tổn hao điện môi là công suất điện tổn hao để làm nóng chất điện môi khi đặt nó trong điện trường, được xác định thông qua dòng điện rò.

Pa = U2ωCtgδ

Trong đó:

• U là điện áp đặt lên tụ điện [V]
• C là điện dung của tụ điện dùng chất điện môi [F]
• ω là tần số góc [rad/s]
• tgδ là góc tổn hao điện môi

Nếu tổn hao điện môi trong tụ điện cơ bản là do điện trở của các bản cực, dây dẫn và tiếp giáp [vd: lớp bạc mỏng trong tụ mi ca và tụ gốm] thì tổn hao điện môi sẽ tăng tỉ lệ với bình phương của tần số:

Pa = U2ω2C2R

Vậy nên trong thực tế, các tụ điện làm việc ở tần số cao cần phải có các bản cực, dây dẫn và tiếp giáp được tráng bạc để giảm điện trở của chúng

Độ bền về điện của chất điện môi [Eđ.t]

Đặt một chất điện môi vào trong một điện trường, khi tăng cường độ điện trường lên quá một giá trị giới hạn thì chất điện môi đó mất khả năng cách điện dẫn đến hiện tượng đánh thủng chất điện môi

Cường độ điện trường tương ứng với điểm đánh thủng gọi là độ bền về điện của chất điện môi đó [Eđ.t]

Trong đó:

• Uđ.t: điện áp đánh thủng chất điện môi
• d:  độ dày của chất điện môi

Hiện tượng đánh thủng chất điện môi có thể do nhiệt, do điện và do quá trình điện hóa

Dòng điện trong chât điện môi [I]

Dòng điện chuyển dịch IC.M [dòng điện cảm ứng]: được tạo ra do quá trình chuyển dịch phân cực của các điện tích liên kết trong chất điện môi xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng

Dòng điện rò Irò : được tạo ra do các điện tích tự do và điện tử phát xạ ra chuyển động dưới tác động của điện trường

Nếu dòng rò lớn sẽ làm mất tính chất cách điện của chất điện môi

Dòng điện tổng qua chất điện môi sẽ là: I = ICM + Irò

Sau khi quá trình phân cực kết thúc thì qua chất điện môi chỉ còn dòng điện rò