Überlegungen zur Auswahl des elektrischen Isolationsmaterials

Ein Leitfaden zur Spezifikation von Isolationsmaterialien

Eines der ersten Dinge, die ein Elektroingenieur lernt, ist, dass der Feind Nummer eins bei der Entwicklung und Herstellung jedes elektrischen/elektronischen Produkts die Hitze ist. Es ist die eine Eigenschaft, die dazu führen kann, dass sich Ihre Idee eines handgroßen Geräts in ein Tischgerät verwandelt. Wenn man mit einem Hersteller über Isolierung spricht, ist die erste Frage, die aufkommt, die Temperaturbeständigkeit. Das ist eine sehr wichtige Eigenschaft, aber es gibt noch ein paar andere, die ebenfalls berücksichtigt werden müssen. Neben der Temperaturbeständigkeit spielen auch die Spannung und die mechanische Festigkeit eine sehr wichtige Rolle bei der Auswahl der Isolierung.

In der Elektrogeräteindustrie gibt es verschiedene Temperaturklassen, die in Klassen eingeteilt sind (siehe Tabelle). Diese Klassen sind ein Standard, der von der National Electrical Manufacturers Association (NEMA) festgelegt wurde. Am untersten Ende steht die Isolationsklasse A. Diese Einstiegs-Isolationsklasse hat eine Nenntemperatur von 105 °C, einen durchschnittlichen Temperaturanstieg der Wicklung von 55 °C, einen Hot-Spot-Temperaturanstieg von 65 °C und eine maximale Wicklungstemperatur von 105 °C, die auf die Isolationsnennleistung von 105 °C zurückgeht. Die Temperaturklassen in aufsteigender Reihenfolge umfassen Klasse B bei 130 °C, Klasse F bei 155 °C, Klasse H bei 180 °C, Klasse N bei 200 °C und Klasse R bei 220 °C. Für jede dieser Klassifizierungen gibt es unterschiedliche Isolationsmaterialien, die am besten geeignet sind, um die gewünschte Isolationsklasse zu erfüllen.

VOLTAGE
Sobald Sie Ihre Temperaturklasse ausgewählt haben, können Sie zum nächsten wichtigen Merkmal übergehen: der Spannung. Hier fangen Sie an, die Isolationsoptionen wirklich zu trennen und beginnen, die für Ihre spezielle Anwendung verfügbaren Optionen zu priorisieren. Die meisten wissen, dass 125 Volt die Standardspannung für Wohngebäude ist, und die meisten wissen, dass 220 Volt die Spannung für viele Haushaltstrockner ist. Dies sind nur zwei der vielen verschiedenen Spannungen, die in der Elektrogeräteindustrie verwendet werden. Wenn Sie anfangen, wirklich zu recherchieren, wie viele verschiedene Spannungen es gibt, werden Sie sehr überrascht sein. Einige der Hauptspannungen, die in elektrischen Geräten verwendet werden, sind 12 V, 24 V, 125 V, 208 V, 220 V, 460 V, 575 V, 950 V, 2300 V, 4160 V, 7,5 kV und 13,8 kV. Wenn Sie also Ihre Spannungsanforderungen auswählen, wird die Auswahl an Isolierungen immer kleiner.

MECHANISCHE FESTIGKEIT
Nachdem Sie nun diese beiden primären Eigenschaften – Temperatur und Spannung – ausgewählt haben, können Sie sich der mechanischen Festigkeit zuwenden. Dies ist vor allem bei flexiblen Isolierungen und Klebebändern wichtig. Flexible Isolierungen werden z. B. in Elektromotoren verwendet, um den Metallkern des Stators vom Magnetdraht zu isolieren. Wenn der Strom im Magnetdraht die Stärke der flexiblen Isolierung übersteigt oder wenn die Isolierung zulässt, dass der Magnetdraht den Metallkern berührt, würde der Motor erden und ausfallen.

Die mechanische Festigkeit ist sehr wichtig für das Einsetzen des Produkts und die Beständigkeit gegen Abrieb. Alle Produkte haben auch unterschiedliche Techniken, die beim Schneiden oder Herstellen verwendet werden müssen, damit sie in das elektrische Gerät passen, das Sie bauen oder reparieren. Dies ist gut zu wissen, da einige Produkte Ihre Kosten aufgrund von überhöhten Herstellungskosten erhöhen werden.

Ein weiteres Produkt, das bei der Isolierung eines elektrischen Geräts verwendet wird, ist Harz oder Lack – dies ist nicht der Lack, der die Oberfläche der Möbel in Ihrem Haus schützt. Dieser Lack schützt jedoch auf ähnliche Weise. Diese Lacke und Harze sind speziell auf eine entsprechende Isolationsklasse abgestimmt und helfen, den Magnetdraht, die flexible Isolierung und das Bandisolationssystem zu schützen, zu verbinden und zu isolieren. Die Auswahl dieser primären Isolationskomponente ist sehr wichtig, da sie mit den anderen Isolationsmaterialien verbunden ist, die im Isolationssystem als kompatibel angesehen werden.

Außerdem wird das elektrische Gerät in der Regel die Klasseneinstufung der Isolierung in diesem System tragen. Logischerweise würde man erwarten, dass, wenn alle Produkte der Klasse H in einem elektrischen Gerät verwendet werden, das Gerät eine Klasseneinstufung von H haben sollte; dies ist jedoch nicht immer der Fall. In einigen Fällen gibt es Fälle, in denen die einzelnen, im Gesamtsystem verwendeten Isolationsprodukte die Klasseneinstufung verringern und manchmal auch erhöhen können, da sie sich in einem Dichtungsrohrtest zusammen verhalten können.

Jedes Gerät sollte in einem vollständigen UL- und/oder IEEE-System getestet werden, um wirklich zu bestätigen, dass das Gerät eine bestimmte Klassifizierung erfüllt; verschiedene UL-Systeme sind von Herstellern von Lacken und flexiblen Isolierungen erhältlich. Innerhalb dieser UL-Einstufung ist ein Streitpunkt in der Elektromotorenindustrie, ob der Zuleitungsdraht für die Anschlüsse im System zählt. Derzeit wird der Zuleitungsdraht nicht als Teil der Isolierung im Motor betrachtet. Da er nicht zur Isolierung des Motors gehört, kann der Zuleitungsdraht in eine niedrigere Temperaturklasse eingestuft werden als die Isolierung innerhalb des Motors und verringert nicht die Gesamttemperaturklasse. Wie bereits erwähnt, ist und bleibt dies ein Streitpunkt für viele Hersteller und Umrüster.

ANDERE ÜBERLEGUNGEN
Entscheidungen bezüglich Temperaturklasse, Spannung und mechanischer Festigkeit sind die Hauptmerkmale, die Ihnen bei der Auswahl der besten Isolierung für Ihren Aufbau helfen, aber es gibt noch weitere Entscheidungen, die spezifischer auf die Isolierungsanforderungen für Ihre Anwendung abgestimmt sind. Dazu gehören unter anderem dielektrische Eigenschaften, die Temperatur der Umgebungsluft, die Feuchtigkeitsaufnahme (Luftfeuchtigkeit), das physikalische Gewicht, die verfügbare Größe, die Koronabeständigkeit und vieles mehr.

Wenn Sie dieses Niveau erreicht haben, setzen Sie sich mit einem qualifizierten Fachmann des Isolierstoffverteilers in Verbindung und geben Sie ihm weitere Details zu Ihrer Anwendung. Diese Experten sind sehr gut im Erkennen und Auswählen der besten Produkte für Ihre Anwendungsanforderungen.