Dielektrik a izolanty Veobecn charakteristika Dielektrik s ltky

Dielektriká a izolanty

Všeobecná charakteristika • • • Dielektriká sú látky, ktorých hlavnou technickou vlastnosťou je schopnosť polarizovať sa v elektrickom poli. Využívajú sa na hromadenie elektrickej energie v elektrických kondenzátoroch, príp. na iné účely. Ich hlavným parametrom je relatívna permitivita. Izolanty sú látky, ktorých hlavnou technickou vlastnosťou je schopnosť klásť maximálny odpor prechodu elektrického prúdu. Využívajú sa najmä na izolovanie elektricky vodivých telies. Ich hlavným parametrom je rezistivita. Najčastejšie sa používajú na izolovanie vodičov a káblov, v izolačných systémoch elektrických strojov a prístrojov, na výrobu izolátorov a rôznych súčiastok. Používajú sa aj na konštrukčné účely. Medzi dielektrikami a izolantmi je len veľmi malý významový rozdiel určený použitím.

Elektrická vodivosť dielektrík a izolantov • • • Ideálne dielektrikum a ideálny izolant sú látky, ktoré neobsahujú žiadne voľné elektróny. Sú dokonalé nevodiče. V skutočnosti všetky reálne dielektriká a izolanty obsahujú veľmi malý počet voľných nosičov elektrického náboja. V slabých elektrických poliach je príčinou vzniku voľných nosičov ionizácia nečistôt a prímesí. V silných elektrických poliach je toto pole schopné samostatne vytvárať voľné nosiče elektrického náboja. Pri prekročení kritickej intenzity elektrického poľa nastáva prudké zväčšenie koncentrácie voľných nosičov elektrického náboja. Vtedy sa stáva dielektrikum alebo izolant elektricky vodivými. Táto strata elektroizolačných vlastností sa nazýva prieraz.

Elektrická vodivosť tuhých dielektrík a izolantov • • Rozlišujeme tu vnútornú a povrchovú vodivosť. Vnútorná vodivosť: V slabých elektrických poliach ide o nevlastnú vodivosť spôsobenú prímesami a nečistotami. V silných elektrických poliach sa jedná o elektrónovú vodivosť. Povrchová vodivosť: Je to nežiaduci jav, ohrozujúci bezpečnosť a prevádzku elektrických zariadení. Spôsobujú ju rôzne nečistoty, ktoré sa usádzajú na povrchu počas prevádzky. Rozdelenie dielektrík a izolantov z hľadiska povrchového odporu: Hydrofóbne – sú látky vo vode nerozpustné – parafín, polyetylén, teflon. Hydrofilné – sú látky vo vode čiastočne rozpustné – elektroizolačné sklá. Pórovité – majú najmenší povrchový odpor - papier, bakelit

Polarizácia dielektrika • • • Je jav, ktorý vzniká pri vložení dielektrickej látky do vonkajšieho elektrického poľa. Elektrónová polarizácia – ak je dielektrická látka tvorená neutrálnymi atómami alebo molekulami, tak po vložení tejto látky do vonkajšieho elektrického poľa sa z týchto atómov alebo molekúl stávajú elektrické dipóly v dôsledku posunutia kladného jadra v smere poľa a záporných elektrónov proti smeru poľa. Orientačná polarizácia – ak atómy danej dielektrickej látky tvoria dipóly, tak tieto sa pod vplyvom vonkajšieho elektrického poľa snažia natočiť do smeru tohto poľa. Zmena elektrických vlastností tejto látky je potom vyvolaná natočením dipólov do tohto smeru.

Dielektrické straty • • • Po vložení do vonkajšieho elektrického poľa sa v dielektrikách a izolantoch určitá časť energie mení na teplo. Táto časť energie sa nazýva dielektrické straty. Druhy dielektrických strát: Vodivostné straty – sú spôsobené tým, že pri prechode elektrického prúdu vzniká teplo. Polarizačné straty – sú sprievodným javom polarizácií v striedavých elektrických poliach. Ionizačné straty – vznikajú pri ionizácii dielektrík a izolantov, najčastejšie sa vyskytujú v plynných dielektrikách a izolantoch v silných elektrických poliach.

Elektrická pevnosť dielektrík a izolantov • • • Je to schopnosť dielektrík a izolantov zachovávať si elektroizolačnú kvalitu. To znamená odolnosť voči prierazu. Druhy prierazu: Čisto elektrický prieraz: vzniká prudkým zvýšením elektrickej vodivosti v silných elektrických poliach. Odohráva sa za veľmi krátky čas. Príklad: blesk. Tepelný prieraz: je následkom trvalej tepelno elektrickej nerovnováhy medzi vzniknutým a odvedeným teplom. Materiál sa vtedy zohrieva a nastáva jeho deštrukcia. Elektrochemický prieraz: je následkom elektrochemického starnutia dielektrík a izolantov. Vyskytujú sa najmä v jednosmernom elektrickom poli. Ionizačný prieraz: je následkom elektrického starnutia dielektrík a izolantov, najmä ich znehodnotenia účinkom čiastkových výbojov. Pri výbojoch v dutinách vzniká ozón, ktorý rozrušuje materiál.

Charakteristické vlastnosti dielektrík a izolantov Konduktivita a rezistivita • Konduktivita je mernou charakteristikou elektrickej vodivosti, rezistivita je mernou charakteristikou merného odporu. Závisia od rôznych činiteľov. V slabých elektrických poliach sú závislé od teploty, v niektorých materiáloch aj od intenzity a času pôsobenia elektrického poľa. Relatívna permitivita • Je to veličina, ktorá udáva, koľkokrát je intenzita elektrického poľa v látke slabšia ako vo vákuu. Pre prax je výhodnejšie ju odvodzovať zo vzťahu: • • • Cx – kapacita kondenzátora s daným dielektrikom C 0 – kapacita toho istého kondenzátora, keď je medzi elektródami vložené vákuum. Veľkosť relatívnej permitivity súvisí so zložením a štruktúrou dielektrika.

Charakteristické vlastnosti dielektrík a izolantov Stratový činiteľ • Používa sa ako charakteristická veličina dielektrických strát, aj keď ich priamo nevyjadruje. Definovaný je len pre prípad harmonického striedavého poľa. Závisí od teploty, frekvencie a veľmi často aj od intenzity elektrického poľa (uvádzajú sa podmienky, na ktoré sa vzťahuje). Elektrická pevnosť • Je z hľadiska spoľahlivosti v prevádzke najdôležitejším parametrom dielektrík a izolantov. Určuje sa zo vzťahu: • • Ep – elektrická pevnosť, Up – prierazné napätie pri skúške elektrickej pevnosti, d - najkratšia vzdialenosť medzi skúšobnými elektródami. Základnou jednotkou je V. m-1. Závisí od rôznych činiteľov ako druh prierazu, skupenstvo látky, čistota látky, plošného obsahu elektród.

Ďalšie parametre dielektrík a izolantov • Fyzikálne parametre – hustota. • Mechanické parametre – točivé stroje, vysokonapäťové izolátory. • Tepelné parametre – funkcia izolantov ako chladiva - minerálny olej v transformátoroch. • Technologické parametre – vytvrdzovacia teplota reaktoplastov. • Odolnosť materiálov voči rôznym činiteľom – vplyvy prostredia, klíma, žiarenie, plazivé prúdy.