Vật liệu cách điện là gì? Tầm quan trọng của nó với đời sống

Vật liệu cách điện được biết đến là một loại vật liệu có tầm quan trọng, ảnh hưởng đến sự an toàn của con người. Vậy bạn có biết vật liệu cách điện là gì? Tầm quan trọng của loại vật liệu này và các loại vật liệu cách điện trên thị trường hiện nay. Hãy cùng tìm hiểu.

Vật liệu cách điện là gì?

Vật liệu cách điện là những loại vật liệu được dùng để ngăn chặn dòng điện, nhiệt hay âm thanh từ dây dẫn này sang dây dẫn khác. Vật liệu cách điện cần đáp ứng mức điện trở cao đối với dòng điện hay chống lại được dòng điện. Trong những vật liệu cách điện, các electron hóa trị liên kết chặt chẽ cùng với những nguyên tử của chúng.

Xét trong lĩnh vực điện, mục đích sử dụng vật liệu cách điện là tách những dây dẫn điện để không truyền dòng điện đi qua nó. Những loại vật liệu như PVC, thủy tinh, laminate, amiăng, nhựa, giấy, cao su,… đều là những vật liệu cách điện rất tốt.

Theo đó, vật liệu cách điện thường được sử dụng để làm lớp phủ bảo vệ dây điện, cáp điện. Vật liệu cách điện quan trọng nhất chính là không khí. Các loại vật liệu cách điện rắn, lỏng, khí cũng được sử dụng nhiều trong các hệ thống điện.

Tầm quan trọng của cách điện

Qua những thông tin về “Vật liệu cách điện là gì?” ở phần trên có thể thấy được tầm quan trọng của việc sử dụng các loại vật liệu cách điện trong đời sống. Theo đó, sốc điện gây ra bởi dòng chảy qua cơ thể có thể dẫn đến những tác động sinh lý hoành hành vì chấn thương gây tử vong tại những khoảnh khắc không tự nguyện đến chết do co thắt cơ bắp, rung tâm thất.

Nguồn điện áp một chiều lên đến 40V và điện áp xoay chiều 60V được xem là giới hạn an toàn với cơ thể con người, nhưng ngoài điều này còn có các mối nguy hiểm cần được xem xét và tìm cách ngăn chặn cách điện. Như đã đề cập ở trên, những vật liệu như PVC, sứ, gỗ khô, giấy,…. phản ứng với khả năng chống dòng điện cao nên được sử dụng để cách điện.

Gỗ khô chứa điện trở cao, nhưng nếu để ướt thì sức cản điện sẽ bị giảm xuống và còn có thể cho phép điện. Điều tương tự cũng được áp dụng cho da người. Khi da khô thì nó sẽ có điện trở cao, nhưng khi bị ướt thì sự đề kháng sẽ bị giảm.

Do đó, những người thợ điện luôn đề phòng cao khi có nước trong môi trường hay trên da và nên đặc biệt chú ý sử dụng các loại vật liệu cách điện cần thiết.

3 tính chất của vật liệu cách điện là gì?

Các tính chất của vật liệu cách điện là gì? Vật liệu cách điện gồm có 3 tính chất là cách điện rắn, cách điện lỏng và cách điện khí. Cụ thể về từng tính chất như sau:

Cách điện rắn

Tính chất chung của vật liệu cách điện rắn là hằng số điện môi rất cao, thưởng chỉ xảy ra hiện tượng phóng điện tại bề mặt các vật liệu rắn. Có 4 nhóm tính chất của vật liệu cách điện rắn, cụ thể:

• Các loại sơn và men cách điện.
• Các loại chất dẻo tổng hợp: nhựa, cao su,….
• Chất vô cơ: mica, sợi thủy tinh, xi măng.
• Chất hữu cơ thiên nhiên: vải, lụa, giấy.

Trong đó mica là chất cách điện tốt thường được sử dụng nhiều tại các nhà máy điện áp cao. Những vật liệu cách điện kém như vải, sợi, giấy,…. được sử dụng phổ biến hơn do có giá thành rẻ, độ bền cơ học tốt.

Cách điện lỏng

Các loại vật liệu cách điện lỏng như: dầu biến thế, dầu mỏ, dầu cáp đặc, dầu silicon Chúng thường được ứng dụng phổ biến để làm vật liệu cách điện và làm mát. Bên cạnh đó, những chất cách điện thể lỏng là chất điện môi có những đặc trưng như: điện trở suất, độ thẩm điện môi, tổn hao điện môi và độ bền điện môi rất được quan tâm trong quá trình chế tạo các thiết bị cách điện.

Cách điện khí

Không khí được sử dụng để cách điện tại các đường dây tải điện trên không, các thiết bị điện làm việc trong không khí hay phối hợp cùng những chất cách điện rắn và lỏng khác. Ví dụ như:

• Hydro là khí nhẹ truyền dẫn nhiệt tốt nên thường được ứng dụng làm mát cho máy phát điện, máy bù đồng bộ có công suất lớn. Qua đó, giúp giảm tổn thất công suất vì ma sát của rôto với chất khí và quạt gió gây ra.
• Khí Nitơ chiếm 78% khí quyển Trái Đất, được sử dụng để sản xuất những linh kiện điện tử như điốt, tranzito, mạch tích hợp IC và thép không gỉ.
• Các loại khí trơ như argon, neon, hơi thủy ngân được dùng làm dụng cụ điện chân không và bóng đèn.

Các loại vật liệu cách điện phổ biến trên thị trường hiện nay

Để kể tên các vật liệu cách điện trên thị trường thì có rất nhiều loại. Trong đó, 11 vật liệu cách điện dưới đây chính là các vật liệu được sử dụng phổ biến nhất.

1 – Nhựa PVC

• Nhựa PVC là vật liệu cách điện có cực tính, khi clo hóa phân tử ethylene thì một nguyên tử clo đã thay thế cho một nguyên tử H. Nhờ đặc tính cơ, điện, hóa ổn định; khả năng cách điện, cách nhiệt tốt, không bắt lửa, dễ chế tạo và giá thành hợp lý mà nhựa PVC được sử dụng khá nhiều trong ngành dây cáp điện.
• Trong điều kiện môi trường điện áp cao, tần số 50Hz thì vật liệu có cực sẽ bị phân cực mạnh, tính điện môi sẽ bị giảm. Nên nhựa PVC chỉ được dùng cách điện cho các cáp hạ thế, bọc lớp phân cách, làm vỏ bảo vệ cho cáp điện.

2 – Nhựa PE

• Nhựa PE nhờ vào cấu trúc phân tử đối xứng nên có tính cách điện cao hơn nhựa PVC. Ngoài ra, cấu trúc của nhựa PE còn đơn giản nhất trong các chất tổng hợp. Tính chất của nhựa PE phụ thuộc phần lớn vào cấu trúc và độ sạch của thành phẩm.
• Bởi vì nhựa PE thường bị lão hóa nhanh dưới tác dụng của oxit hóa (tia cực tím). Do đó, trong quá trình chế tạo nhựa PE, ta thường trộn thêm một lượng chất chống oxy hóa giúp quá trình lão hóa diễn ra chậm lại, qua đó kéo dài tuổi thọ cho các sản phẩm dây và cáp điện.

3 – Nhựa XLPE

• Những phân tử ethylene PE được liên kết với nhau bằng lực vật lý khá yếu nên thường dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao.
• Nhưng bằng cách khâu mạch hoặc nối các polyethylene mạch thẳng vào mạng lưới polymer cao thì ta sẽ có polymer có cơ tính, hóa tính và có tính chịu nhiệt cao hơn là nhựa XLPE (Cross Linked PE). Nhựa XLPE có cấu tạo mạng không gian, thường được sử dụng như một vật liệu cách điện tốt.

4 – Thủy tinh

• Thủy tinh là chất rắn vô định hình đồng nhất, thường được pha trộn thêm một số tạp chất nhằm tạo ra vật liệu có tính chất theo ý muốn. Trong dạng thuần khiết và ở điều kiện thường, thủy tinh là chất trong suốt, có độ cứng cao, khó mài mòn và rất trơ hóa học, không hoạt động trên phương diện sinh học, có thể tạo thành bề mặt rất trơn nhẵn.
• Thủy tinh dễ vỡ và gãy tạo thành những mảnh nhọn và sắc do tác động của lực hay nhiệt độ một cách đột ngột. Nhưng tính chất này cũng có thể giảm nhẹ hay thay đổi nhờ một số chất bổ sung vào thành phần khi nấu thủy tinh hoặc xử lý nhiệt.

5 – Tấm MICA

• Mica là tấm nhựa trong suốt gần giống như thủy tinh, có tỉ trọng chỉ bằng ½ so với thủy tinh và cho đến 98% ánh sáng xuyên qua nó (độ dày 3mm). Sản phẩm này có tính dẻo nên dễ dàng gia công lắp ghép, có khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn.
• Đặc biệt, mica được sử dụng như một vật liệu cách điện tốt khi không dẫn điện, dẫn nhiệt và không thấm nước.

6 – Gỗ

• Gỗ là vật chất tồn tại có cấu tạo gồm những thành phần cơ bản như hemixenluloza, lignin, xenluloza và một số chất khác. Gỗ được khai thác chủ yếu từ những loại cây thân gỗ, có tác dụng cách nhiệt, cách điện và ngăn ẩm khá tốt.

7 – Giấy

• Giấy chính là vật liệu được ứng dụng làm vật liệu cách điện trong một số trường hợp nhất định. Mặc dù giấy là vật liệu rẻ tiền nhưng chúng cũng có thể hoạt động tốt trong những tình huống không có điện áp hay nhiệt độ cao.

8 – Lưu huỳnh SF6

• Lưu huỳnh là vật liệu cách điện thể khí, được dùng làm môi trường cách điện cho các thiết bị điện. Theo đó, lưu hùng có đặc tính điện môi tốt, phù hợp dùng trong những thiết bị ngắt cho xếp hạng chuyển mạch thấp.
• Sử dụng lưu huỳnh có thể giảm những yêu cầu về không gian cho thiết bị cắt đóng, cách ly những bộ phận chuyển mạch không bị ô nhiễm, giảm kể việc bảo trì.

9 – Dầu biến thế

• Dầu biến thế là vật liệu cách điện thể lỏng, được ứng dụng làm chất cách điện nhờ những đặc tính điện môi và khả năng làm mát tuyệt vời. Dầu biến thế giúp dẫn nhiệt đi ra khỏi cuộn dây biến áp. Ngoài ra, một số tụ điện cũng dùng dầu biến thế để cách điện.
• Bên cạnh đó, dầu biến thế cũng đóng vai trò quan trọng đối với tuổi thọ máy biến áp; là một chất lỏng sử dụng phổ biến cho hệ thống các máy biến áp, được mệnh danh là vật liệu cách điện được sử dụng phổ biến nhất trên toàn thế giới.

10 – Đất sét

• Đất sét là nhóm khoáng vật có tính chất dẻo, giữ ẩm nếu gặp nước. Khi tạo hình, đem nung đến 1 nhiệt độ nhất định thì có thể làm ra các loại gốm, sứ là vật liệu cách điện vẫn được sử dụng cho đến hiện nay.
• Đất sét là một loại vật liệu cách điện dễ tìm, có thể tìm thấy ở những khu vực gần biển, vùng núi hay đồng bằng. Ví dụ, ở nước ta có thể tìm thấy đất sét tại nhiều tỉnh thành như Đà Lạt, Tây Nguyên, Bình Phước,….

11 – Cao su

• Cao su là vật chất polymer có độ bền cơ học cao, khả năng biến dạng đàn hồi lớn. Cao su được ứng dụng khá nhiều trong đời sống, được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, bệnh viện và nhà ở.
• Theo đó, cao su được sử dụng để tạo ra các sản phẩm cách điện, hoặc các vật dụng thường ngày như nệm, thảm cao su, vỏ bọc, lốp xe, găng tay y tế, găng tay cách điện,…

Các vật liệu cách điện có vai trò rất quan trọng, đảm bảo sự an toàn cho đời sống của con người. Với những chia sẻ của chúng tôi về “Vật liệu cách điện là gì? Top 11 loại vật liệu cách điện”, hy vọng đã giúp ích cho bạn lựa chọn được loại vật liệu phù hợp với nhu cầu sử dụng.