عایق الکتریکی چیست — ۷ عایق الکتریسیته متداول کدامند؟

حتماً می دانید قبلاً در درس علوم خوانده ایم که در حوزه جریانات الکتریک مواد به دو بخش تقسیم می شوند، مواد رسانا و عایق الکتریکی. با توجه به این موضوع اگر علاقه مند به برق باشید، حتماً می دانید که کدام مواد رسانای الکتریکی و کدام عایق هستند و اینکه چرا از این عایق ها استفاده می کنیم. همه و همه این ها در ادامه مطلب توضیح داده خواهد شد، ما در این مقاله سعی خواهیم کرد انواع عایق الکتریکی را بررسی کرده و به توضیح آن ها بپردازیم. با ما همراه باشید.

رسانا و نارسانا چیست؟

رسانا و نارسانا به تنهایی ممکن است برای برخی افراد مفهوم کلی بدهد و هنگام تعریف کردن مفهوم دچار مشکل شوند. رسانا و نارسانایی که در این پست مدنظر داریم الکتریکی است، پس بیایید ببینیم رسانا و نارسانای الکتریکی یعنی چه؟

به اجسامی که الکتریسیته بتواند از آن ها گذر کند رسانا یا هادی و به مفهوم عدم گذر کردن الکتریسیته از یک شیء یا اجسام نارسانایی می گویند. مفهوم عایق الکتریکی ارتباط مستقیم با نارسانا بودن دارد. به این اجسام عایق می گویند. می دانیم که در هر اتم الکترون، پروتون و نوترون وجود دارد. پروتون و نوترون ثابت هستند و هیچ حرکتی نمی کنند اما الکترون ثابت نیست و می تواند جا به جا شود. زمانی که الکترون ها حرکت می کنند جریان الکتریسیته را راه می اندازند و بدین ترتیب موجب هدایت الکتریکی می شوند.

عایق الکتریکی چیست؟

به موادی که رسانای الکتریکی نباشد، عایق الکتریکی گویند. جالب است بدانید یک ماده ای که به عنوان عایق شناخته می شود به صورت صد درصدی عایق نیست! مواد عایق نیز جریان الکتریکی را از خود عبور می دهند اما این مقدار به قدری کم است که احساس نمی شود. پس می توان گفت که عایق ها بار کمی از جریان را می توانند عبور دهند. عایق بودن یک ماده با رسانا بودن آن نسبت برعکس دارد. اگر یک ماده عایق باشد، پس میزان رسانا بودن آن کم است، و اگر رسانا باشد، پس خاصیت عایق بودن آن کم است. مهم ترین عامل تاثیر گذار در رسانا یا نارسانا بودن مواد، جنس آن ماده است. برخی از مواد به صورت خودجوش می توانند بار الکتریکی بیشتری را از خود عبور دهند، به همین دلیل رسانا هستند؛ مانند فلزات.

چرا باید از عایق الکتریکی استفاده کنیم؟

عایق های الکتریکی در جاهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. برای مثال در کابل های برق، روکشی عایق بر روی سیم های مسی قرار داده شده است که وظیفه آن محافظت از بخش رسانای کابل می باشد. در حوزه های دیگر نیز، از عایق های الکتریکی برای عایق بندی بخش های مختلف ساختمان، تجهیزات، تاسیسات الکتریکی، سیم کشی برق و کابل ها استفاده می شود. به طور کلی وظیفه یک عایق، ایزوله کردن هادی یا رسانا می باشد. اگر علاقه مند به یادگیری درمورد برق و مباحث مرتبط با آن حوزه هستید، پیشنهاد می کنیم حتماً آموزش های زیر را از فرادرس که در حوزه مهندسی برق می باشد، دنبال کنید.

• مجموعه آموزش‌ مهندسی قدرت — کلیک کنید

انواع عایق الکتریکی با توجه به شکل آن

زمانی که صحبت از عایق می شود، همه ما به یاد یک جسم جامد مانند پلاستیک یا چوب که نارسانا هستند می افتیم. واقعیت این است که علاوه بر جامد، عایق مایع و گاز نیز داریم. حال با توجه به این مشخصات برای هرکدام چند مثال می زنیم.

از جمله عایق هایی که جامد هستند و ما می شناسیم عبارتند از:

• چوب: چوب یک ماده نارسانا است که الکترون هایش فعالیت چندانی ندارند و در نتیجه الکتریسیته را از خود عبور نمی دهند. اما اگر چوب خیس شده باشد به دلیل اینکه آب دارای خاصیت رسانایی است، ممکن است به عنوان یک رسانای ضعیف شناخته شود. از طرفی اگر چوب سوخته باشد یا به عبارتی زغال چوب یک ماده رسانا است. به دلیل قیمت پایینی که دارد بیشترین استفاده را در بین عایق ها دارد.
• پلاستیک: همانطور که می دانیم پلاستیک به دلیل جنسی که دارد تقریباً بهترین عایق الکتریکی می باشد، در تولید کابل ها از پلاستیک برای عایق سازی استفاده می شود. همانطور که می دانید از سیم های مسی برای هدایت جریان الکتریسیته و برق استفاده می کنیم، حال تصور کنید که پلاستیک به چه اندازه عایق می باشد که می تواند جریان الکتریسیته را ایزوله کند.
• سرامیک: سرامیک نیز عایق الکتریکی است و بیشتر در مواردی که ولتاژ بالا باشد استفاده می شود.
• شیشه: شیشه نیز عایق است و می تواند از هدایت جریان الکتریسیته جلوگیری کند. از شیشه برای عایق بندی در سیستم های تلگراف استفاده می شود.
• لاستیک: لاستیک ها هم همانند پلاستیک ها عایق هستند اما امروزه استفاده چندانی از آن نمی شود و جای خود را به پلاستیک ها داده اند.

این مواد عایق بیش از هر چیزی مورد استفاده قرار می گیرند و می توانید از هرجایی آن ها را تهیه نمایید. ارزان ترین عایق موجود چوب و پلاستیک است. عایق های مایع عبارتند از:

• روغن ترانسفورماتور: عایق الکتریکی است ولی از طرفی رسانای حرارتی است. روغن ترانسفورماتور به قدری خوب است که تا به حال هیچ عایق جامدی نتوانسته به آن اندازه عایق بندی انجام دهد. از این روغن معمولاً در حوزه برق قدرت و ترانس ها استفاده می شود زیرا از قدرت بالایی برخوردار است. همچنین در برخی خازن ها نیز از این روغن به عنوان عایق الکتریکی استفاده می شود.

این روغن عایق الکتریکی است و در صنعت استفاده زیادی از آن می شود. به قدری که حتی در مواردی مقرون به صرفه تر از عایق های جامد می باشند. وجود یون های مثبت و منفی در عایق های مایع باعث می شود تا از جریان الکتریسیته جلوگیری شود. در ادامه بیایید بخوانیم که عایق های گاز کدامند:

• هوا: هوا از گازهایی مانند اکسیژن، نیتروژن، دی اکسید کربن و درصد کمی از گازهای دیگر تشکیل شده است که خاصیت عایقی نسبتا خوبی دارد. از هوا در صنعت برق زیاد استفاده می شود زیرا هم همیشه در دسترس است و هم رایگان می باشد. البته باید نسبت به شرایط جوی توجه کرد که استفاده از هوا به عنوان عایق پیشنهاد می شود یا خیر.
• هگزا فلوراید گوگرد: گاز SF6 نسبت به هوا عایق بهتری است و به سختی می توان آن را با آب حل کرد. این گاز نیز در ترانسفورماتور و برق ولتاژ بالا و خنک کننده ها استفاده می شود.

این عایق ها نیز گاز هستند. توجه کنید که وقتی گفته شده هوا، منظور هوای خشک است و هوایی که مرطوب باشد نه تنها عایق نیست، بلکه رسانا محسوب می شود. استفاده از سیم های لخت در هوای خشک برای تشکیل مدار مشکلی ندارد، اما مشکل آنجاست که سیم ها ممکن است به هم برخورد کنند یا فردی که از آن محل رد میشده، دستش را به سیم لخت بزند. این خطرات احتمالی باعث می شود تا استفاده از هوا را بیخیال شویم. از دیگر رساناهای مشابه هوا می توان به آمونیاک، دی اکسید کربن، نیتروژن و هیدروژن اشاره کرد.

عایق بندی سیم و کابل ها

گفتیم که کابل ها دارای یک پوشش نازک از عایق الکتریکی است که بر روی هادی کابل قرار می دهند. اما بیایید ببینیم با چه چیزهای دیگری می توان سیم را عایق کرد:

پلی اتیلن

مرسوم ترین پلاستیکی که می توانید از ان نام ببرید، پلی اتیلن می باشد. پلی اتیلن نوعی پلیمر می باشد که در صنعت ساخت کیسه های پلاستیکی، بطری های آب و نوشابه، روکش کابل ها و موارد دیگر استفاده می شود. برای ساخت پلی اتیلن ها از نفت خام استفاده می شود. از پلی اتیلن با چگالی سبک برای ساخت قطعات پلاستیکی استفاده می شود؛ از پلی اتیلن با چگالی متوسط برای ساخت لوله های آب معروف به لوله پلی اتیلن استفاده می شود و از پلی اتیلن با چگالی پایین برای ساخت انواع قطعات پلاستیکی، پوشش ها و روکش های کابل برق استفاده می شود.

• آموزش الکترومغناطیس مهندسی — کلیک کنید

پس نتیجه می گیریم که کاربردهای پلی اتیلن در چگالی های متفاوت نیز، متفاوت است. از دیگر کاربردهای این ماده می توان به ساخت انواع لوازم پزشکی و بهداشتی، عایق های رطوبت، عایق های ساختمانی و در بسته بندی مواد غذایی اشاره کرد.

پی وی سی

به احتمال زیاد نام پی وی سی را در تهیه در و پنجره های خانه شنیده اید. PVC نوعی عایق الکتریکی از جنس پلاستیک است که در دو حالت سخت و انعطاف پذیر می توانید آن را پیدا کنید. استفاده از پی وی سی سخت در تهیه پنجره ها معمول است. کاربردهای PVC در صنعت ساخت در و پنجره، ساخت لوله، کف و سقف و روکش های کابل است.

لوله های PVC در مقابل خوردگی، گرما و مواد شیمیایی بسیار مقاوم هستند. پی وی سی نیز از جنس پلاستیک است و از ترکیب آن با مواد دیگر می توان انواع قطعات پلاستیکی سخت و نرم تولید کرد. به دلیل قیمت مناسب PVC استفاده از آن در صنعت های مختلف بسیار مرسوم است.

PVC علاوه بر اینکه عایق الکتریکی است، مقاوم در برابر آب و رطوبت نیر می باشد. به علاوه برش صفحات PVC بسیار آسان است و می توان پروژه های مختلف را در بالاترین سرعت و کم ترین هزینه پیاده سازی کرد. با استفاده کردن از این ماده در محصولات مختلف، دیگر نیازی به رنگ آمیزی نخواهید داشت.

کاغذ روغنی

کاغذ به خودی خود یک عایق الکتریکی است (زیرا از جنس چوب است) حالا کاغذ روغنی (کاغذ آغشته به روغن) به عنوان یک عایق قابل اطمینان در بسیاری از صنایع مانند برق قدرت، روکش کابل ها و ترانسفورماتورها استفاده می شود. به دلیل قیمت ارزان کاغذ روغنی، این عایق سالیان سال در صنعت روکش کابل کاربرد داشته است اما به دلیل تغییر میزان عایق بودن این ماده در شرایط مختلف، دیگر به عنوان عایق الکتریسیته در کابل ها استفاده نشد.

سیلیکون

در میان عایق های الکتریکی که برای ساخت روکش کابل ها استفاده می شود، سیلیکونی به دلیل کیفیت بالا مورد توجه مصرف کنندگان قرار گرفته است. از جمله مهم ترین ویژگی های عایق سیلیکونی مقاومت در برابر شرایط مختلف جوی و آب و هوا است که موجب دوام بالا در برابر مناطق با آب و هوای مرطوب بوده و از طرفی در برابر شرایط جوی خشک نیز می تواند به خوبی دوام بیاورد.

روکش های کابل سیلیکونی ضد آب هستند و نیاز کمتری برای تمیز کردن دارند، همچنین کمترین میزان هدایت جریان الکتریسیته را دارند، به عبارتی در برابر جریان الکتریکی از مقاومت بالایی برخوردار است؛ به همین دلیل یکی از بهترین گزینه ها برای ساخت روکش کابل و سیستم های انتقال جریان الکتریکی است.

نوار کپتون

این نوار در ساخت قطعات الکترونیکی و پوشش و ایمن سازی موقتی قطعات کاربرد دارد. مقاومت حرارتی این نوار بسیار بالاست به اندازه ای که تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد می تواند دما را تحمل کند. معمولاً زمانی که در یک قطعه الکترونیکی بخشی شکننده وجود داشته باشد، از نوار کپتون برای محافظت و عایق سازی آن استفاده می شود.

در بالا خواندیم که سیلیکون ماده ای عایق در مقابل جریانات الکتریسیته است. نوار کپتون نیز در یک سمت خود از چسب سیلیکونی بهره می برد و به همین دلیل موجب می شود تا مقاومت این نوار در مقابل حرارت و رطوبت و همچنین مواد شیمیایی افزایش یابد. از مزایای آن می توان به راحتی استفاده و جدا کردن آسان اشاره کرد.

در مناطق خطوط برق فشار قوی از کدام عایق استفاده می شود؟

به دلیل ولتاژ بالا در خطوط برق فشار قوی، امکان استفاده از عایق ها عملاً غیر ممکن است زیرا پوشش های عایق جامد از مقاومت پایین تری برخوردار هستند. بنابراین هیچ راهی برای عایق سازی سیم های برق فشار قوی وجود ندارد. پس چکار باید کنیم؟

در این موارد معمولاً فقط از هوا به عنوان عایق استفاده می شود و هیچ واسطه فیزیکی بین سیم های برق فشار قوی وجود ندارد. به همین دلیل است که معمولاً رفتن به مناطق خطوط برق فشار قوی خطرناک است و می تواند آسیب های جدی به همراه داشته باشد. با این وجود در برخی مناطق که کابل های برق فشار متوسط هستند (مانند برق شهری) از عایق های پلاستیکی استفاده می شود، زیرا خطر اتصال در چنین مواردی وجود دارد.

دقت داشته باشید که در مناطق برق فشار قوی، بایستی پیش از طراحی زمین برای استفاده از دکل ها بهتر است مقاومت الکتریکی زمین را اندازه گیری کنیم. ایمنی در برابر خطرات برث گرفتی بسیار مهم می باشد. پس اگر به دنبال آموزشی در این زمینه می گردید، پیشنهاد می کنیم به فرادرس مراجعه کرده و از آموزش های آن استفاده کنید. برای دریافت روی لینک زیر کلیک کنید.

• آموزش اندازه گیری مقاومت الکتریکی زمین برای طراحی سیستم زمین – مقدماتی

سخن آخر درمورد عایق های الکتریکی

در این مطلب درمورد اینکه عایق الکتریکی چیست و کجا استفاده می شود صحبت کردیم و دانستیم که انواع مختلفی از عایق ها وجود دارد. اگر دقت کرده باشید، می دانیم که عایق های الکتریکی به طور متوسط در همه جا و در همه صنایع استفاده می شود زیرا زندگی بدون برق تقریباً غیر ممکن است! از این که تا انتهای این مطلب با ما همراه بودید سپاس گذاریم.