Izolácia (elektrotechnika)

Izolácia sa v elektrotechnike používa na oddelenie živých častí medzi sebou, na zabránenie kontaktu (dotyku) so živou časťou, na ochranu elektrických zariadení pred vonkajšími vplyvmi a pod.

Izolujú sa vodiče (izolácia jadra vodiča), káble (izolácia viacerých vodičov naraz), vrstvy (transformátor), spoje (lak, oleje, zatavovacie bužírky, potiahnutie plastom), vonkajšie laná a drôty od stĺpov (izolátory), chladiče (od aktívnych častí súčiastok - sľuda), konektory (nevodivá časť zásuviek a zástrčiek), prechody (prechodky, zalievané rúrky), svorkovnice (inštalačné krabičky), konštrukčné prechody (plastové inštalačné hadice a rúrky, elektrikárske lišty, pancierové rúrky), a pod.

Izolácia slúži aj ako rozlišovací znak (farebnosť). Typ izolácie záleží od použitia (priorita je ochrana zdravia), pracovného napätia vodiča (bezpečné napätia, signálové napätia, vysoké napätia), pracovných teplôt (pre chladné prostredia, pre horúce prostredia), mechanického zaťaženia (prívodné šnúry, pevné pripojenie), chemického zaťaženia (oleje, prach, UV žiarenie, voda).

Sledované vlastnosti elektrotechnickej izolácie

Chemická odolnosť

Je odolnosť voči chemickým a poveternostným vplyvom. V priemyselných podmienkach sa čast používajú rôzne technické kvapaliny (oleje a mastivá, palivá, kyslé a zásadité roztoky) a plyny, ktoré môžu poškodiť izoláciu natoľko, že stratí svoje ochranné vlastnosti. Pre agresívne prostredia sa používajú skladané izolácie (vnútorná s dobrými dielektrickými vlastnosťami a vonkajšia vrstva z chemickou odolnosťou).

Mechanická odolnosť

Izolácie chránia kábel aj mechanicky. Preberajú na seba tlakové a ťahové sily, pričom vnútorné jadro nie je mechanicky namáhané. Takéto káble je možné napr. priamo ukladať do zeme. Pre extrémne namáhanie sa používa dodatková kovová izolácia - [[pancier }elektrotechnika)|pancierovanie]]. Vyrábajú sa aj izolácie odolné voči živočíchom (hlavne hlodavcom). Mechanickú odolnosť izolácie charakterizuje jej pevnosť v ťahu (pozri tab.)

Stálosť

Niektoré elektrické rozvody sa robia na dlhú dobu. Hlavne telefónne rozvody musia vydržať desiatky rokov pri zachovaní elektrických a mechanických vlastností. Stále sa používajú rozvody inštalované v polovici minulého storočia. Izolácia nesmie starnúť (degradovať dielektrické vlastnosti), krehnúť, vytvárať trhliny a pod.

Dielektrická pevnosť

Dielektrická pevnosť je základnou vlastnosťou izolácie. Dielektrické vlastnosti izolácie sú charakterizované dielektrickou konštantou (permitivita) a merným vnútorným odporom izolácie [Ohm x cm]. Požadovaná pevnosť je vzťahom medzi dielektrickou konštantou materiálu a jeho hrúbkou. Voľba materiálu závisí na napätí vo vodiči, tak aby nedošlo ku prierazu. (pozri tab.)

Nenasiakavosť

Je vlastnosť izolácie odolávať kvapalinám. Porézna izolácia nasáva (difunduje) kvapalinu, čo môže spôsobiť zmenu jej izolačných vlastností, alebo zníženie odolnosti pri záťaži chladom - zmrznutie. Nasiakavé sú izolácie z prírodných materiálov (bavlnené plátno, papier) alebo tkaniny (bavlna, sklo, aramid, uhlík ...). Pre zvýšenie ich odolnosti sa napúšťajú (olej, asfalt, lak ...). Takéto izolácie sa nesmú používať v miestach s výskytom kvapalín.

Bod mäknutia, odolnosť voči teplu

Vodič sa vplyvom vonkajších zdrojov tepla, ale aj prechodom elektrického prúdu nahrieva. Toto teplo sa prenáša aj na izoláciu, ktorá má bod tavenia (izolácia prechádza vplyvom tepla z pevného skupenstva do kvapalného - taví sa). Tesne pred týmto stavom dochádza v izolácii k mäknutiu - izolácia stráca mechanickú odolnosť a vplyvom tlaku sa deformuje. Pri ohybe kábla (vodiča), kedy drôt tlaćí na izoláciu vplyvom svojej pružnosti môže dôjsť k jej prerazeniu. Preto je pre každý materiál stanovený rozsah tepelného použitia (nie len vonkajšia teplota, ale aj vnútorná teplota vodiča). (pozri tab.)

Predĺženie, stiahnutie

Tepelnými vplyvmi, starnutím a pod. môźe dôjsť pri izolácii k jej stiahnutiu (zmršteniu), alebo natiahnutiu. Keďže izolované vodiče a káble sa vyrábajú vo veľkých dĺžkach aj malá objemová zmena sa sčítaním prejaví na konci kábla stiahnutím, alebo pretiahnutím izolácie a tým odhalením živých častí. Izolácia preto musí byť teplotne a časovo rozmerovo absolútne stála.

Odolnosť voči chladu

Izolácia musí odolávať chladu. Zvlášť plasty pri ochladení krehnú a pri mechanickom namáhaní sa môžu poškodiť. Najväčší problém sú pohyblivé prívody na vonkajšie použitie. Štandardné PVC izolácie sa smú používať do -30C, pre nižšie teploty sa používa PTFE (teflón), PFA ktoré znesú záporné teploty až do -190C. Pre nenasiakavé izolácie za nízkych teplôt sa používajú aj bavlna a papier, ktoré sú teplotne nezávislé.

Horľavosť, samozhášanlivosť

Izolácia určená do prostredia, kde je riziko požiaru, nesmie sama požiar spôsobiť, ani keď dôjde k prehriatiu vodiča (nehorľavá, obiažne zápalná, samozhášavá). Zároveň nesmie Dosahuje sa to vhodnou kombináciou materiálu.

Merná hmotnosť

U kábla (vodiča) je dôležitá aj hmotnosť. Lepšie dielektrické vlastnosti znamenajú menšiu hrúbku a menšiu hmotnosť izolácie. Hmotnosť izolácie je dôležitá pre premosťovacie vedenia (vodiče vedené medzi dvoma pevnými bodmi vzduchom).

Farebná stálosť

Je dôležitá pre farebne odlíšené vodiče. Farby nesmú vyblednúť a tým stratiť informačný význam.

Materiál izolácií

Tabuľka niektorých používaných materiálov ⁽¹⁾

Materiál	Skratka	Skratka VDE	Pracovná teplota [°C]	Dielektrická konštanta 10^-3	Merný vnútorný odpor [Ω x cm]	Pevnosť v ťahu N/mm²	Ťažnosť pri pretrhnutí [%]	Nasiakavosť pri 20°C [%]	Odolnosť voči počasiu	Odolnosť voči pohonným látkam	Odolnosť voči olejom	Horľavosť
Materiál odolný proti bioolejom	Lapp P4/11	-	–40 +120	2,4	10¹⁵	10–20	450–550	1–2	veľmi dobrá	dobrá	proti bioolejom dobrá	zápalný
Polyvinylchlorid	PVC	Y	–30 +70	4,0	10¹²–10¹⁵	10–25	150–300	0,4	mierna	mierna	dobrá	samozhášavý
Tepelne odolný polyvinylchlorid	PVC	Y	–20 +90	3,5	10¹²–10¹⁵	10–25	150–300	0,4	mierna	mierna	dobrá	samozhášavý
Vysokotlaký polyetylén	LDPE	2Y	–50 +70	2,3	10¹⁷	20–30	500	0,1	dobrá	nízka	mierna	zápalný
Nízkotlaký polyetylén	HDPE	2Y	–50 +100	2,3	10¹⁷	30	800	0,1	mierna	nízka	mierna	zápalný
Polyuretán	PUR	11Y	–40 +90/100	4,0–6,0	10¹²	30–45	300–600	1,5	veľmi dobrá	dobrá	dobrá	samozhášavý s inhibítorom
Polyamid	PA	4Y	–40 +80	3,5–7,0	10¹⁴	50–180	200–300	1–2	dobrá	mierna	dobrá	zápalný
Polybutylén - tetraftalát	PBTP	—	–60 +110	3,0–4,0	10¹⁶	50–100	50–300	0,5	dobrá	dobrá	dobrá	zápalný
Polytetrafluóretylén	PTFE	5Y	–190 +260	2,1	10¹⁸	14–40	240–400	0,01	veľmi dobrá	veľmi dobrá	veľmi dobrá	nezápalný
Tetrafluoretylén - Hexafluorpropylén kopolymér	FEP	6Y	-100 +200	2,1	10¹⁸	20–25	250–350	0,01	veľmi dobrá	veľmi dobrá	veľmi dobrá	nezápalný
Etylén -tetrafluoretylén	ETFE	7Y	–100 +150	2,6	10¹⁶	40–50	100–300	0,01	veľmi dobrá	veľmi dobrá	veľmi dobrá	nezápalný
Perfluoralkoxypolymér	PFA	—	–190 +260	2,1	10¹⁵	30	300	0,01	veľmi dobrá	veľmi dobrá	dobrá	nezápalný
Chloroprén kaučukový	CR	5G	–40 +100	6,0–8,0	10¹³	25	450	1	veľmi dobrá	nízka	dobrá	samozhášavý s inhibítorom
Silikón kaučukový	SI	2G	–60 +180	2,8–3,2	10¹⁵	5–10	200–350	1,0	veľmi dobrá	nízka	mierna	ťažko zápalný
Etylenvinylacetát	EVA	4G	–30 +125	5–7	10¹³	5	200	0,01	dobrá	nízka	nízka	zápalný
Etylénpropylénový kaučuk	EPM/EPDM	3G	–30 +120	3,2	10¹⁴	5–25	200–450	0,02	dobrá	nízka	nízka	zápalný
Termoplastický polyolefín elastomér	TPE-O	—	–40 +120	2,7–3,6	5 x 10¹⁴	≥ 6	≥ 400	1,5	veľmi dobrá	mierna	mierna	zápalný
Termoplastický polyester elastomér	TPE-E	12Y	–70 +125	3,7–5,1	10 12	3–25	280–650	0,3–0,6	veľmi dobrá	dobrá	veľmi dobrá	zápalný
Kopolymér styrénu a trojbloku	TPE-S	—	–75 +105/140	2,2–2,6	10¹⁶	9–25	500–700	1–2	mierna	dobrá	nízka	zápalný

(1) zdroje LAPP Group, výrobný program

Pozri aj

Dielektrická pevnosť