Hiện nay, việc sử dụng dụng điện là tất yếu trong đời sống sinh hoạt hàng ngày hay trong sản xuất nông công nghiệp. 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. Nên vật liệu cách điện rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả của hệ thống điện. Cùng chúng tôi tìm hiểu vật liệu cách điện là gì? tính chất và các loại vật liệu cách điện phổ biến hiện nay trong bài viết dưới đây!
Vật liệu cách điện là gì?
Vật liệu cách điện là các loại vật liệu dẫn điện kém hoặc không dẫn điện, ngăn không cho dòng điện đi từ vật liệu dẫn điện này sang vật liệu dẫn điện khác hoặc ra môi trường xung quanh. Vật liệu này có tính chất không cho phép dòng electron tự do di chuyển trong nó, do đó ngăn cản dòng điện chạy qua. Điều này là do vật dụng cách điện có điện trở rất cao.
Vật liệu cách điện là gì?
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. 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.
Tính chất chung của vật liệu cách điện
– Tính chất cơ học: Vì các loại vật liệu cách điện đều có tính rắn, tính giãn nở tốt, khả năng chống va đập cao. Khi kết hợp các vật liệu này với nhau cần lựa chọn hệ số giãn nở của vật gần bằng nhau để đảm bảo an toàn nhất.
– Tính chất hóa học: Tốc độ phản ứng hóa học trong vật liệu cách điện phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng hóa học cũng tăng. Nếu vượt quá mức thì khả năng cách điện của các vật liệu sẽ giảm.
– Tính chịu nhiệt: Tính chịu nhiệt của vật liệu cách điện sẽ phụ thuộc vào loại vật liệu: Nếu là vật liệu vô cơ, tính chịu nhiệt thể hiện bằng nhiệt độ và sự thay đổi của điện trở vật cách điện. Nếu là vật liệu hữu cơ, nhiệt độ gây ra các biến đổi về cơ học của vật.
– Tính hút ẩm: Hầu hết các vật liệu cách điện đều có tính hút ẩm, khả năng này phụ thuộc vào cấu trúc, loại vật liệu và độ ẩm, nhiệt độ, áp suất của môi trường.
Phân loại vật liệu cách điện
Vật liệu cách điện 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 ở thể khí: không khí, khí SF6, khí cách điện 3M Novec…
Vật liệu cách điện 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…
Vật liệu cách điện 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 chất cách điện tốt nhất.
Công dụng của vật liệu cách điện
Cách điện là một biện pháp an toàn cực kỳ quan trọng trong bất kỳ hệ thống điện nào. Dưới đây là những lý do, công dụng cơ bản của vật liệu cách điện:
- An toàn cho con người: Điện có thể rất nguy hiểm nếu không được kiểm soát. Cách điện giúp ngăn chặn nguy cơ giật điện, bảo vệ mạng sống con người khi họ vô tình tiếp xúc với các thiết bị điện.
- Bảo vệ thiết bị điện và điện tử: Cách điện giúp ngăn chặn sự cố ngắn mạch và quá tải, điều này có thể làm hỏng thiết bị và gây ra hỏa hoạn.
- Nâng cao hiệu quả hệ thống: Cách điện đảm bảo rằng điện năng được truyền tải một cách hiệu quả từ nguồn đến các thiết bị mà không bị thất thoát dưới dạng hao phí nhiệt hoặc phóng điện không kiểm soát.
- Tránh sự cố chập và cháy: Vật liệu cách điện giúp ngăn chặn sự tiếp xúc giữa các dây dẫn điện với nhau hoặc với các vật liệu dẫn điện khác, giảm thiểu nguy cơ cháy nổ.
- Tăng cường độ bền của hệ thống: Cách điện giúp đảm bảo tuổi thọ dài lâu cho hệ thống điện bằng cách bảo vệ nó khỏi các yếu tố môi trường như ẩm ướt, hóa chất, và các điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
- Phân chia rõ ràng các mạch điện: Cách điện giúp tạo ra sự phân chia rõ ràng giữa các mạch điện khác nhau, cho phép nhiều mạch hoạt động song song mà không ảnh hưởng lẫn nhau.
- Tuân thủ quy định an toàn: Có rất nhiều tiêu chuẩn và quy định an toàn điện mà các công trình xây dựng và thiết bị điện phải tuân thủ. Cách điện giúp đảm bảo rằng các hệ thống điện tuân thủ những yêu cầu này.
Có thể bạn quan tâm: Ứng dụng van bướm điều khiển bằng điện
Ứng dụng của vật liệu cách điện trong đời sống
Với những công dụng trên, vật liệu cách điện được ứng dụng nhiều trong đời sống để đảm bảo an toàn cho người, máy móc, hệ thống sử dụng điện:
- Sử dụng vật liệu cách điện để phủ bề mặt các đường truyền, cáp
- Các hệ thống điện tử, hệ thống năng lượng, nhà máy sản xuất,…
- Các thiết bị cầm tay, nắp đậy của thiết bị điện
- Bao bọc dây điện, các thiết bị sử dụng điện
- Sản xuất các vật dụng giúp cách điện tốt như giày cao su cách điện, găng tay cao su, băng dính, giấy,…
Xem thêm: Ứng dụng van bi điều khiển điện
Các 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 các loại vật cách điện thông dụng, được dùng trong nhiều ngành nghề, lĩnh vực với đặc tính cách điện tốt:
Nhựa
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
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.
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…
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…
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.
Gỗ
Vật liệu gỗ có đặc tính cách nhiệt, cách điện và ngăn ẩm rất tốt. Nên có thể hoạt động trong môi trường có điện áp cao, nhiệt độ cao. Dây là một trong những vật liệu cách điện có giá rẻ, dễ dang khai thác và xử lý.
Vật liệu cách điện khá đa dạng với nhiều tính chất, công dụng, phân loại khác nhau. Hy vọng những thông tin trên đây sẽ giúp bạn hiểu thế nào là vật liệu cách điện và công dụng của chúng. 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.
Tìm hiểu thêm bài viết vật liệu dẫn từ
