Redigerer Elektrisk isolator (avsnitt)

== Karakteristiske egenskaper for isolasjonsmaterialer ==
En isolator er definert som ''«en enhet beregnet for elektrisk isolasjon og mekanisk innfesting av utstyr eller ledere som er gjenstand for elektriske potensialforskjeller»''.{{efn|IEV ref 471-01-10: insulator; device intended for electrical insulation and mechanical fixing of equipment or conductors which are subject to electric potential differences. http://www.electropedia.org}} Det vil i praksis si at en både omtaler selve materialet som en isolator, i tillegg til at det er en elektroteknisk enhet.

===Elektrisk ledning ===
Et elektrisk isolasjonsmateriale kjennetegnes ved tilnærmet fravær av ledningsevne. Elektrisk [[Elektronisk båndstruktur|båndteori]] (en gren av fysikken) sier at en ladning kan transporteres hvis det finnes energinivåer der elektroner kan [[Eksitasjon|eksiteres]]. Dette gjør at elektronene kan motta energi for derved å bevege seg gjennom en leder, for eksempel et [[metall]]. Hvis ingen slike tilstander er tilgjengelige, er materialet en isolator.

Det er vanlig å oppgi resistiviteten for isolasjonsmaterialer i enheten Ω·m. Typisk vil resistiviteten for vanlige isolasjonsmaterialer ligge i området 10<sup>10</sup> til 10<sup>15</sup> Ω·m.<ref>[[#L|Larsen: ''Elektromaterialer'' side 66.]]</ref>

De fleste isolatorer har et stor ''[[båndgap]]''. Dette fordi ''valensbåndet'' som inneholder de elektronene som har høyest energi er fullt, samtidig som det er et stort energigap som skiller dette båndet fra det neste båndet over det. Det er alltid en viss spenning, den såkalte ''gjennomslagsspenningen'' som gir elektroner nok energi til å bli eksitert inn i dette båndet. Om denne spenningen blir overskredet vil materialet opphører å være en isolator, og ladning begynner å passere gjennom det.

Materialer som mangler elektroner som kan lede strøm, er isolatorer hvis de også mangler andre mobile ladninger i tillegg. Hvis for eksempel en væske eller gass inneholder [[ion]]er, kan disse bringes til bevegelse som en elektrisk strøm, og materialet er da en leder. [[Elektrolytt]]er og [[Plasma (fysikk)|plasmaer]] inneholder ioner og fungerer som ledere uavhengig av om elektroner er involvert i en strømflyt.

=== Permittivitet ===
[[Fil:Diel.png|mini|I et dielektrisk medium (isolasjonsmateriale) oppstår orientering av ladningene (''dipolene'') som skaper polariseringseffekter. I et slikt medium vil et påtrykket elektrisk felt påvirke materialet slik at det har elektrisk fluks også etter at den ytre påvirkningen er fjernet.]]

[[Permittivitet]] er et mål på hvor mye et elektrisk felt påvirker og selv blir påvirket av et dielektrisk medium. Et dielektrisk medium kan gjerne være et isolasjonsmateriale. Permittiviteten av et medium beskriver hvor sterkt elektrisk felt, eller egentlig elektrisk fluks, som blir generert per ladningsenhet i mediet. Molekylene i en isolator påvirkes av et elektrisk felt, noe som fører til polarisering siden molekylene ikke er elektrisk nøytrale. Resultatet blir at det oppstår positiv ladning på den ene siden av materialet, og negativ på den andre. Permittiviteten til et materiale angis slik:

:<math>\varepsilon = \varepsilon_{\text{r}} \varepsilon_0 </math>

der ''ε''<sub>r</sub> er den relative permittiviteten til materialet, og ''ε''<sub>0</sub> = 8,854· 10<sup>−12</sup> F/m er permittiviteten i vakuum. For isolasjonsmaterialer vil alltid ''ε''<sub>r</sub> være større enn 1, noe som betyr at de overfører elektriske ladninger lettere enn tomt rom.<ref name=L67>[[#L|Larsen: ''Elektromaterialer'' side 67.]]</ref>

Det er spesielt i forbindelse med isolasjonen, eller ''dielektrikumet'' som en sier, i kondensatorer at permittiviteten er en viktig faktor. Jo større ''ε''<sub>r</sub>, desto større blir [[kapasitans]]en for kondensatoren.<ref name=L67/>

=== Dielektrisk tapsfaktor ===
Selv om isolasjonsmaterialer velges for å ha tilnærmet uendelig stor motstand, vil det være en liten strøm som går gjennom isolasjonen, dermed oppstår også oppvarming og energitap. Med vekselspenning oppstår vedvarende energitap fordi molekylene blir hurtig ompolarisert. Dette tapet er [[Proporsjonalitet|proporsjonalt]] med [[frekvens]]en, og forårsaker varmeutvikling. De elektriske tapene er spesifisert med tapsfaktoren [[tangens|tan]] δ. I et isolasjonmateriale er det gunstig at tapsfaktoren er så liten som mulig.<ref name=L67/>

=== Gjennomslag ===
{{Hoved|Elektrisk gjennomslag}}

[[Fil:Electric discharge around a glass plate.jpg|mini|Elektrisk gjennomslag på overflaten av en glassplate. Siden lysbuen i dette tilfellet kun går på utsiden av isolasjonsmaterialet, kalles dette for overslag.{{byline|Matthias Zepper}}]]

Når et isolasjonsmateriale utsettes for en høy nok spenning, kan elektrisk gjennomslag inntreffe. Isolatoren blir plutselig en leder, noe som forårsaker en stor økning i strømmen gjennom den [[Lysbue|elektriske lysbu]]en som oppstår. Elektrisk gjennomslag oppstår når det elektriske feltet i materialet blir sterk nok til å akselerere frie ladningsbærere, altså elektroner og ioner som alltid er til stede i lave konsentrasjoner, til en høy nok hastighet til å løsrive elektroner fra atomkjernene. Dermed ioniseres atomene. Frigjorte elektroner og ioner vil i sin tur akselerert og slå løs elektroner fra andre atomer, noe som skaper flere ladningsbærere i en [[kjedereaksjon]]. Isolatoren blir dermed hurtig fylt med mobile ladningsbærere, og dens motstand synker til et lavt nivå. I et fast stoff er gjennomslagsspenningen proporsjonal med energien til båndgapet.

Vanligvis er gjennomslag i et isolasjonsmateriale ledsaget av fysiske eller kjemiske forandringer som permanent forringer materialets isolerende egenskaper. Ofte kan materialet bli fullstendig ødelagt, for eksempel ved at det begynner å brenne eller fragmenterer.

Luften i et begrenset område rundt en høyspentleder kan brytes ned og ionisere uten at noen sterk økning av strømmen skjer, et fenomen kjent som ''[[koronautladning]]''. Hvis den regionen av luften der gjennomslaget strekker seg går helt over til en annen leder med annen spenning, skapes en ledende bane mellom dem. En stor strøm vil flyte gjennom luften, noe som skaper en lysbue. Selv i vakuum kan en form for gjennomslag inntreffe, men da involveres ladninger som kastes ut fra overflaten av metallelektrodene. Det er altså ikke omgivelsen, i form av vakuumet, som frembringer selve lysbuen.

I enkelte isolasjonsmaterialer kan ledning finne sted ved meget høy temperatur. Varmen har da gitt den energi som er tilstrekkelig for valenselektronene til å gå opp i ledningsbåndet.

=== Hygroskopiske egenskaper ===
[[Hygroskopisk]]e egenskaper er materialets evne til å oppta fuktighet. For et isolasjonsmateriale er fuktighet uønsket, ellers vil blant annet konduktansen og dermed lekkstrømmen øke. Materialer som tekstiler og papir vil derfor som regel impregneres for å unngå fuktopptak.<ref name=L68>[[#L|Larsen: ''Elektromaterialer'' side 68.]]</ref> I forbindelse med oljeisolerte transformatorer er det viktig å unngå vann i oljen. Derfor lages transformatorer enten helt tette eller at forbindelsen ut til luft skjer gjennom spesielle filtre med materialer som fjerner fuktighet.

=== Flammepunkt ===
[[Flammepunkt]] for et isolasjonsmateriale er den temperaturen som gjør at det avgir brennbare gasser.<ref name=L68/> Det er ønskelig at slike gasser ikke skal oppstå eller at denne temperaturen er så høy at dette under normal drift ikke skal være noe problem.

=== Temperaturmotstand ===
Det er et eget internasjonalt klassifiseringssystem for vikletrådens motstandsdyktighet mot høy varme. Dette gjelder ledere som brukes i [[generator]]er, [[elektrisk motor|elektriske motorer]] og transformatorer, samt andre trådviklete elektriske komponenter. Klassene og tilhørende stoffer er delt inn i forskjellige temperaturintervaller etter motstandsdyktighet for høye temperaturer. Dette isolasjonssystemet er noen ganger referert til som ''isolasjonsklasse'' eller ''termisk klassifisering''. De ulike klassene er definert av NEMA,<ref>http://www.engineeringtoolbox.com/nema-insulation-classes-d_734.html</ref><ref>E. Alfredo Campo (ed.), ''Selection of polymeric materials: how to select design properties from different standards'' William Andrew, 2007 ISBN 0-8155-1551-0  page 170</ref> og [[International Electrotechnical Commission|IEC]]-standarder.<ref name=L68/>

{| class="wikitable"
|-
! IEC 60085 <br/>Termisk klasse <ref name="IEC60085">International Electrotechnical Commission Standard 60085 Electrical Insulation- Thermal Evaluation and Designation'', 3rd edition, 2004, page 11 table 1</ref>
! Maksimal tillatt temperatur <br/> («hot spot») 
! Relative termisk <br/>motstandsindeks (°C)<ref name="IEC60085" />
! Typiske materialer
|-
| 90 || 90&nbsp;°C || > 90–105 || Uimpregnert papir, silke, bomull, vulkanisert naturgummi, termoplast som mykner over 90&nbsp;°C<ref>M. A. Laughton, D. F. Warne (ed), ''Electrical engineer's reference book, 16th edition'' Newnes, 2003 ISBN 0-7506-4637-3, side 7-3</ref>
|-
| 105 || 105&nbsp;°C || > 105–120 || Organiske materialer som [[bomull]], [[silke]], elektroisolasjonspapir, noen syntetiske fibre <ref>Donald G. Fink and Wayne H. Beaty (ed), ''Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition'', Mc Graw Hill, 1978,  ISBN 0-07-020974-X, page 7-12</ref>
|-
| 120 || 120&nbsp;°C || > 120–130 || [[Polyuretan]], epoksyharpiks, polyetylentereftalat, og andre materialer som har vist brukbare levetider ved denne temperaturen
|-
| 130 || 130&nbsp;°C || > 130–155 || [[Uorganisk forbindelse|Uorganiske materialer]] som glimmer, [[Glassfiber|glassfibre]], asbest, bindemidler som tåler høy temperatur eller andre materialer med brukbar levetid ved denne temperaturen
|-
| 155 || 155&nbsp;°C || > 155–180 || Materialer i klasse 130 med bindemidler som er stabile ved høyere temperaturer, eller andre materialer med brukbar levetid ved denne temperaturen
|-
| 180 || 180&nbsp;°C || > 180–200 || Silikon-elastomerer, og klasse 130 uorganiske materialer og bindemidler som tåler høy temperatur eller andre materialer med brukbar levetid ved denne temperaturen
|-
| 200 || 200&nbsp;°C || > 200–220 || Som for klasse B, og med [[teflon]]
|-
| 220 || 220&nbsp;°C || > 220–250 || Som for IEC-klasse 200
|-
| || || || Polyimide emaljer (Pyre-ML) eller Polyimid filmer (Kapton og Alconex GOLD)
|-
| 250 || 250&nbsp;°C || > 250 || Som for IEC-klasse 200. Ytterligere IEC klasser utpekt numerisk med steg av 25&nbsp;°C
|}

=== Andre krav til isolasjonsmaterialer===
I tillegg til disse kravene kan det stilles en rekke andre krav til isolasjonsmaterialer, som for eksempel:
* At de ikke blir sprø med alderen.<ref  name=EI/>
* Motstand mot UV-stråling, spesielt viktig for komponenter som utsettes for sollys.<ref  name=EI/>
* Ikke bli stive med alderen; om materiale er i en maskin med bevegelige deler, kan dette bli et problem.<ref  name=EI/>
* Motstandsevne mot høye eller lave temperatur, altså ikke forandre egenskaper ved langvarig høy temperatur.<ref  name=EI/>
* Motstandsevne mot kjemiske stoffer, spesielt i forurenset miljø, eller påvirkning av salt fra sjøsprøyt.
* Ikke utvikle giftige gasser ved brann; for eksempel benyttes såkalte ''halogenfrie'' kabler der brannslukning med vann kan tenkes å forekomme.