Thế nào là vật liệu cách điện?

Thế nào là vật liệu cách điện
Thế nào là vật liệu cách điện và chúng có thể áp dụng vào những lĩnh vực nào trong cuộc sống? Hiểu nôm na thì vật liệu cách điện là thứ giúp chúng ta ngăn chặn sự truyền nhiệt, dòng điện hoặc tiếng ồn. Tất cả các vật liệu cách điện đều có hệ số điện trở nhiệt âm và do đó điện trở suất giảm khi nhiệt độ tăng. Chức năng của chất cách điện là hết sức quan trọng, bởi vì không có nó thì không máy điện nào có thể hoạt động được, hầu hết các sự cố trong lĩnh vực kỹ thuật điện là do chất cách điện bị hỏng. Vì vậy hãy tìm hiểu thêm về dòng vật liệu này thông qua bài viết bên dưới.

Thế nào là vật liệu cách điện: khái niệm cơ bản

Trước khi tìm hiểu thế nào là vật liệu cách điện thì bạn cần biết rằng chất cách điện là vật liệu có các electron hóa trị từ tám trở lên. Khi các electron hóa trị là tám thì chứng tỏ là là nguyên tử đã nằm trong trạng thái ổn định, liên kết chặt chẽ và điện trở rất cao vì không có electron tự do. Bên cạnh đó, khoảng cách cấm giữa vùng dẫn và vùng hóa trị cũng trở nên lớn hơn.
Thế nào là vật liệu cách điện
Thế nào là vật liệu cách điện
Các nguyên tử như oxy, chỉ có sáu electron trong một electron hóa trị nhưng cũng có thể được phân loại là chất cách điện. Dựa theo yếu tố này thì ta thấy tính chất cách điện của oxy kém hơn so với Flo và Neon. Đối với các nguyên tử có tám electron và bảy electron ở quỹ đạo ngoài cùng thì chúng cách điện tốt hơn so với các nguyên tử có sáu electron hóa trị.
Tất cả các chất cách điện khi được sử dụng thì không chỉ phải hoạt động như chất cách điện trong dải điện áp rộng mà còn phải có khả năng chịu lực cơ học. Chúng phải không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, khí quyển, tác dụng hóa học và không bị biến dạng do lão hóa. Do đó, trước khi lựa chọn vật liệu cách nhiệt, điều tối quan trọng là phải biết các đặc tính khác nhau và tác dụng của chúng đối với cách nhiệt. Các tính chất khác nhau của vật liệu cách điện là tính chất điện, tính chất cơ học, nhiệt và hóa học.

Chức năng chính của vật liệu cách điện

Đúng như tên gọi, chúng được sử dụng để bịt kín và cách ly các vật tích điện với nhau. Thậm chí hiện nay còn có rất nhiều loại sản phẩm được tích hợp để có thể góp phần tản nhiệt, làm mát, hỗ trợ cơ khí,….cho dòng điện. Với đặc tính đồ bền nén cao cùng khả năng chịu nhiệt hàng đầu thì vật liệu cách điện được sử dụng cực kỳ rộng rãi trong hệ thống điện. Các chức năng chính mà chúng mang lại:
Chức năng chính của vật liệu cách điện
Chức năng chính của vật liệu cách điện
  • Cách ly điện của dây dẫn với các bộ phận xung quanh.
  • Tách riêng các dây dẫn có điện thế khác nhau.
  • Giúp tụ điện tích trữ năng lượng.
  • Cải thiện độ truyền tải tiềm năng trong môi trường điện cao áp.
  • Một số vật liệu cách nhiệt cũng đóng vai trò hỗ trợ cơ học, cố định, chống ẩm và nấm mốc.

Thuộc tính của vật liệu cách điện

Để có thể trở thành một chất vật liệu cách điện tốt thì những sản phẩm này phải có những tính chất như sau:
  • Độ bền cơ học: đây là thứ giúp vật liệu có thể chịu được sức căng và trọng lượng của dây dẫn
  • Độ bền điện môi cao: đảm bảo chịu được sự khắc nghiệt của môi trường xung quanh
  • Điện trở cao: vật liệu có tính chất này thì mới có thể ngăn dòng điện rò đi từ dây dẫn xuống đất
  • Không có tạp chất: vật liệu không được lẫn xốp và tạp chất vì lúc này chúng sẽ không phát huy được tối đa hiệu quả.
  • Tính chất điện và hóa học: vật liệu có hai tính chất này cần đảm bảo rằng chúng sẽ không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
Chất cách điện được sản xuất từ từ những chất liệu khác nhau như ​​kính cường lực hoặc sứ thường sẽ mang lại hiệu quả khác nhau. Nhưng dù nào loại vật liệu nào cũng sẽ đảm bảo được yếu tố cơ bản là cách điện.

Tầm quan trọng của vật liệu cách điện

Để hiểu được điều này, bạn có thể nghĩ đến sự liên kết chặt chẽ của dòng điện bên trong bảng mạch. Đương nhiên bạn sẽ không muốn bảng mạch đó sẽ truyền sai khu vực vì điều này dẫn đến hỏng hóc cũng như hỏa hoạn. Vì vậy giải pháp ở đây chính là sử dụng những chất cách điện, chúng sẽ giúp giảm nguy cơ rủi ro về điện bằng cách giữ cho dòng điện chỉ được ở nơi mà nó cho phép. Kết hợp hai điều này lại, hiện nay các bảng mạch trên thị trường đều được tích hợp và sử dụng những vật liệu cách điện.
Tầm quan trọng của vật liệu cách điện
Tầm quan trọng của vật liệu cách điện
Bên cạnh đó, bản chất về điện cực kỳ nguy hiểm:
  • Dòng điện rất mạnh: dòng điện là nguyên nhân gây ra nhiều ca tử vong trên khắp thế giới mỗi năm. Vật liệu cách điện quan trọng là gì? Vâng để ngăn chặn những cái chết này cũng như bảo vệ nhà và doanh nghiệp khỏi bắt lửa. Nếu bị rò rỉ, nó sẽ chạy qua mặt đất và nếu có nước ở gần đó mà không gì có thể cản lại được. Lúc này, cơ thể người dù có cách đường dây điện vài bước thì vẫn bị giật, chúng còn dư năng lượng để giết mạng người. Vì vậy, hãy cảnh giác, tránh xa và đề phòng từ bước đầu tiên là áp dụng những chất cách điện.
  • Trong nhiều trường hợp, dòng điện có năng lượng mạnh đến mức chất cách điện không thể cản: Một số vật liệu được coi là vật liệu cách nhiệt rất tuyệt vời cho đến khi chúng bị ướt, độ ẩm tích tụ từ mồ hôi hoặc chênh lệch nhiệt độ thực sự có thể ảnh hưởng đến đặc tính cách điện của nó. Điều này đúng với bất kỳ chất cách điện nào. Ví dụ, gỗ là một chất cách điện rất tốt. Trên thực tế, giấy đã từng được sử dụng để bảo vệ dây điện trong nhà của chúng ta. Tuy nhiên, khi có vấn đề với mái nhà và rò rỉ sẽ bùng phát, điều này sẽ làm hỏng giấy và gây ra hỏa hoạn.
Chính vì vậy, không thể cản trở hòa toàn được sự nguy hiểm của dòng điện. Chúng ta chỉ có thể hạn chế trường hợp xấu bằng cách sử dụng những chất cách điện ngay từ đầu. Lúc này nếu có điện rò rỉ, chất cách điện sẽ ngăn không cho chúng đi đến những khu vực không được phép.

Vật liệu cách điện phân chia theo 3 tính chất

Thực tế có rất nhiều cách giúp bạn phân chia những vật liệu khác nhau, ví dụ như:
  • Theo thành phần hóa học sẽ được chia thành cách điện hữu cỡ, vô cơ.
  • Theo vật lý lại có thể chia theo hướng vật liệu cách điện tự nhiên và cách điện tổng hợp
  • Theo cấp chịu nhiệt thì chia làm 7 cấp
  • Theo trạng thái vật lý: phân dựa trên vật liệu cách điện khí (bao gồm không khí, carbon dioxide, lưu huỳnh hexaflorua,…), cách điện lỏng (bao gồm dầu khoáng, dầu tổng hợp, dầu thực vật,…) và cách liệu rắn (bao gồm mica, nhựa, keo, vecni cách điện,…)
Vật liệu cách điện chia theo 3 tính chất
Vật liệu cách điện chia theo 3 tính chất
Như bạn thấy, có rất nhiều cách để phân biệt các dạng chất liệu dẫn điện. Tuy nhiên để tối ưu và dễ hiểu nhất, bài viết sẽ hướng dẫn đến bạn cách phân chia dựa trên 3 trạng thái vật lý:

Vật liệu cách điện bằng khí

Vật liệu cách nhiệt bằng khí chính là một sản phẩm cơ bản nhưng đóng vai trò quan trọng. Các tính chất điện và vật lý của không khí rất ổn định nên chúng được sử dụng rộng rãi làm môi trường cách điện trong các công tắc điện. Nổi bật trong đó phải nhắc đến vật liệu cách điện lưu huỳnh hexaflorua. Lưu huỳnh hexaflorua là một loại khí trơ có thể cách nhiệt tốt và đặc tính dập tắt hồ quang. Nó chủ yếu được sử dụng làm phương tiện cách điện cho máy biến áp, tụ điện và các thiết bị điện kết hợp kèm theo.

Vật liệu cách điện dạng lỏng

Theo thể lỏng thì vật liệu cách nhiệt được chia thành 2 dạng chính:
  • Vật liệu cách nhiệt dầu khoáng. Dầu khoáng bao gồm dầu máy biến áp, dầu tụ điện, dầu cáp,…
  • Vật liệu cách điện dầu tổng hợp. Dầu tổng hợp là một loại dầu cách điện được tổng hợp về mặt hóa học, chủ yếu là polybutene, dầu silicon methyl, dầu silicon benzyl,…

Vật liệu cách điện dạng rắn

Dạng rắn rất được ưa chuộng trong ngành hàng này vì chúng mang lại những lợi ích về cả chất lượng lẫn chi phí. Trong đây lại còn được chia ra theo nhiều hình thức khác nhau như:
Vật liệu cách điện dạng rắn
Vật liệu cách điện dạng rắn
  • Giấy cách nhiệt: chủ yếu gồm hai loại là giấy sợi thực vật và giấy sợi tổng hợp. Giấy sợi thực vật có giấy cáp, giấy tụ điện, giấy cuộn,…, và giấy sợi tổng hợp có giấy sợi polyester, giấy sợi polyamide và giấy cách nhiệt tổng hợp có màng cách nhiệt.
  • Sơn cách điện: được chia thành vecni ngâm tẩm, vecni tấm thép silicon, vecni phủ và vecni men tùy theo mục đích sử dụng. Trong số đó, sơn tấm thép silic chủ yếu được dùng để phủ bề mặt của tấm thép silic. Chúng có thể làm giảm tổn thất dòng điện xoáy lõi và tăng cường khả năng chống gỉ và ăn mòn.
  • Sản phẩm mica: Các sản phẩm mica dùng để cách điện chủ yếu bao gồm băng mica và lá mica.
Với cách chia thành 3 dạng hình thức theo vật lý như vầy thì sau này bạn có thể dễ dàng tự phân biết từng loại để áp dụng vào công trình.

Các chất liệu phổ biến khi làm vật liệu cách điện

Trên thị trường hiện nay có những chất liệu được ưu tiên sử dụng cho việc cách điện, bao gồm:
  • Gỗ: Dẫn điện tốt trong môi trường có muối và độ ẩm. Được sử dụng thường xuyên trên các cấu trúc và bảng dẫn điện khác nhau.
  • Silicat: Chủ yếu hiện diện trong chất cách điện. Nó có thể ở dạng nhôm silicat (trên sứ cứng) hoặc magie silicat (trên steatit hoặc forsterit). Trong trường hợp đầu tiên, nó hỗ trợ tốt cho dây dẫn nhiệt.
  • Các dạng đất sét: Có thể là từ đất sét tự nhiên hoặc đất sét ổng hợp, được sử dụng làm cốt liệu trong vữa và bê tông. Chúng cải thiện khả năng cách điện và cách nhiệt trong những lĩnh vực xây dựng.
  • Gốm oxit: Sẽ phát huy tác dụng trong môi trường cách điện bugi hoặc sử dụng ở nơi có nhiệt độ cao.
  • Thủy tinh: Khả năng cách điện ở mức trung bình nhưng có ưu điểm là sẽ không hấp thu độ ẩm. Yếu tố khác khiến vật liệu này ít được chọn là do chúng dễ bị va đập và vỡ.
Các chất liệu phổ biến khi làm vật liệu cách điện
Các chất liệu phổ biến khi làm vật liệu cách điện
  • Cao su. Tính linh hoạt của cao su mang lại cho nó một chức năng rất tuyệt vời, vì nó có xu hướng chịu được một lượng biến dạng lớn mà không bị gãy và trở lại hình dạng ban đầu. Cao su xốp cũng là một vật liệu cách nhiệt, do đó hoạt động như một chất cách âm.
  • Gốm sứ: Gốm là một chất cách điện tốt với khả năng hấp thụ độ ẩm thấp và khả năng chống va đập cao. Nó thường được sử dụng trong ngành kỹ thuật điện.
  • Oxit nhôm: Chất liệu này hay được ưu tiên sử dụng cho các bộ phận cách điện chống cháy và cách điện bugi.
  • Nhựa: Có thể bao gồm những loại nhựa khác nhau như nhựa PVD, PE, XLPE. Đây là một trong những chất cách điện tốt vì sự liên kết chặt chẽ của các hạt cấu tạo nên nhựa làm cho các electron gần như không thể giải phóng được.
Vậy có cách nào để chọn được vật liệu cách điện tốt nhất không? Câu trả lời là không vì việc này sẽ phải phụ thuộc vào chất cách nhiệt tốt nhất hiện có trên thị trường. Mỗi loại được trình bày ở trên đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, vì vậy việc lựa chọn theo dạng khí, lỏng hay rắn cũng sẽ phụ thuộc chủ yếu vào mong đợi và yêu cầu của bạn, cũng như địa điểm ứng dụng chúng.

Lời kết

Bài viết trên đã giúp bạn biết thế nào là vật liệu cách điện, chúng được sử dụng giúp ngăn chặn sự truyền nhiệt, dòng điện hoặc tiếng ồn. Tất cả các vật liệu cách điện đều có hệ số điện trở nhiệt âm và do đó điện trở suất giảm khi nhiệt độ tăng. Và việc lựa chọn đúng loại vật liệu cách điện là rất quan trọng vì tuổi thọ của thiết bị phụ thuộc vào loại vật liệu được sử dụng.
Xem thêm bài viết: Feedback là gì?

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Liên hệ ngay

Liên hệ
"