ELEKTROTECHNOLOGIE IZOLANTY A DIELEKTRIKA VŠEOBECNÉ VLASTNOSTI.

Prezentace na téma: "ELEKTROTECHNOLOGIE IZOLANTY A DIELEKTRIKA VŠEOBECNÉ VLASTNOSTI."— Transkript prezentace:

1 ELEKTROTECHNOLOGIE IZOLANTY A DIELEKTRIKA VŠEOBECNÉ VLASTNOSTI

2 ELEKTRICKÁ VODIVOST I a D IDEÁLNÍ I a D = neobsahují žádné volné nosiče náboje (dokonalé nevodiče) REÁLNÉ I a D = obsahují velmi malé množství nosičů náboje, mají měřitelnou konduktivitu a rezistivitu - nosiče náboje v nich vznikají různě v závislosti na intenzitě elektrického pole a skupenství I a D OBECNĚ - ve slabých polích ionizace atomů nebo disociace nečistot - v silných polích (Ek) vytrhávání elektronů a nárazová ionizace, která může vést až ke ztrátě elektroizolačních schopností, která se nazývá ELEKTRICKÝ P R Ů R A Z ( V ELEKTROTECHNICE SYNONYMUM PRO PRŮŠVIH !!! )

3 PLYNNÉ I A D OBECNÁ CHARAKTERISTIKA - neutrální atomy nebo molekuly, při běžné teplotě ionizované vnějšími ionizátory, např. kosmickým nebo jiným zářením - ve vzduchu v 1m3 3-5*10 e6 párů částic s nábojem za sekundu - ve slabých polích nesamostatná vodivost I 1 2 3 EkE Ek U PLYNŮ ~ 10 e2 V/m tzv. kritická intenzita 1 – OBLAST SLABÉHO EL.POLE = nesamostatná vodivost, ionizované nosiče náboje vedou proud podle Ohmova zákona 2 – EL. POLE ROSTE = proud zůstává na hodnotě, dané počtem ionizovaných atomů 3 – PŘEKROČENA HODNOTA Ek = nárazová ionizace, průraz

4 KAPALNÉ I A D OBECNÁ CHARAKTERISTIKA - vodivost je zpravidla způsobena ionty nečistot a příměsí, vzniklé jejich disociací - u silně polárních I a D mohou disociovat vlastní molekuly - ve slabých polích platí Ohmův zákon I 1 2 Ek E Ek U KAPALIN ~ 10 e3 V/m 1 – OBLAST SLABÉHO EL. POLE = platí Ohmův zákon, proud je úměrný hodnotě el. pole 2 – OBLAST SILNÉHO EL. POLE = podobně jako v plynech nárazová ionizace – průraz po překročení Ek

5 PEVNÉ I a D NA ROZDÍL OD PLYNNÝCHA KAPALNÝCH I a D MOHOU PEVNÉ I A D VÉST PROUD DVĚMA ZPŮSOBY: = vnitřní vodivost – proud prochází materiálem = povrchová vodivost – proud prochází po povrchu materiálu VNITŘNÍ VODIVOST - ve slabých polích nevlastní vodivost (vyvolaná disociovanými příměsemi a nečistotami jako v kapalinách) - v silných polích elektronová vodivost (nárazová ionizace jako v plynech a kapalinách - závislost proudu na E podobná, jako u kapalin, ale Ek ~ 10 e4 V/m - s rostoucí teplotou roste počet disociovaných částic i vodivost

6 POVRCHOVÁ VODIVOST (svod po povrchu) = velmi nepříznivý jev – ohrožuje bezpečný provoz zařízení = příčina – nečistoty na povrchu materiálu a vlhkost (voda) - voda rozpouští nečistoty a tím ještě více roste vodivost ROZDĚLENÍ I a D PODLE POVRCHOVÉ VODIVOSTI - HYDROFOBNÍ = materiály nesmáčivé (parafín, polyetylén …) - HYDROFILNÍ = částečně smáčivé materiály ( sklo …) - PORÉZNÍ = materiály s póry, kde se snadno udrží vlhkost HYDROFILNÍ A PORÉZNÍ MATERIÁLY SE HYDROFOBIZUJÍ SOUVISLÁ VRSTVA VLHKOSTI NA POVRCHU I a D ZPŮSOBUJE POVRCHOVÝ SVOD TAK VELKÝ, ŽE SE VNITŘNÍ ODPOR I NEBO D VŮBEC NEUPLATNÍ !

7 POLARIZACE I a D JEV TECHNICKY VYUŽÍVANÝ V DIELEKTRIKÁCH - v izolantech jen průvodní jev = nastane narušením symetrie rozdělení elektrického náboje = vznikne elektrický dipól s tzv. dipólovým momentem DIPÓLOVÝ MOMENT - indukovaný = vzniká jen působením vnějšího el. pole - permanentní = vzniká nezávisle na el. poli – vlastnost D CELKOVÁ POLARIZACE JE VÝSLEDKEM SOUČASNÉ EXISTENCE NĚKOLIKA DRUHŮ POLARIZACE PODLE PŮSOBENÍ POLE NA ELEKTRICKÉ ČÁSTICE SE ROZLIŠUJE POLARIZACE: = elektronová ( v atomech dielektrika ) = iontová ( posun náboje iontů ) = dipólová (zvětšení posunu nábojů v permanentních dipólech)

8 PRUŽNÁ POLARIZACE = souvisí s existencí indukovaných dipólů ve střídavém poli = vzniká ihned s působením pole a stejně rychle s ním zaniká = uplatňuje se jako elektronová, iontová i dipólová = rychlost řádově 10 e-15 s u elektronové, 10 e-13 s u iontové - DŮSLEDEK – uplatňuje se v celém rozsahu tech. frekvencí Příklad elektronové polarizace E = 0 E RELAXAČNÍ POLARIZACE = vzniká nebo zaniká časově neproměnným polem = probíhá exponenciálně - vznik P r = P r 00 (1 – e exp –t/   zánik P r = P r 0 * e exp –t/  + - + -

9 ČASOVÝ PRŮBEH RELAXAČNÍ POLARIZACE P r 00 0,63 0,37 RELAXAČNÍ POLARIZACE PROBÍHÁ NEKONEČNĚ DLOUHO, PROTO SE ZA UKONČENÝ PROCES POVAŽUJE DOBA 5  SPECIÁLNÍ POLARIZACE = významná zejména tzv. SPONTÁNNÍ POLARIZACE = uplatňuje se v dielektrikách s polarizovanými doménami - mimo elektrické pole se chová jako neutrální - v elektrickém poli se velmi silně polarizuje - projevuje se u pyroelektrik a feroelektrik Pr 0 t t VZNIK ZÁNIK 

10 DALŠÍ VLASTNOSTI I a D DIELEKTRICKÉ ZTRÁTY = až na výjimky nežádoucí jev - část energie se v I a D přemění na teplo - ohřátí I a D zhoršuje jejich funkční vlastnosti, urychluje stárnutí VODIVOSTNÍ ZTRÁTY - průchodem proudu vzniká ve všech i a D Jouleovo teplo - nezávisí na frekvenci, prudce roste s rostoucí teplotou POLARIZAČNÍ ZTRÁTY - průvodní jev ztrátových polarizací (relaxační a speciální) - pouze ve střídavých polích, závisí na frekvenci a na teplotě IONIZAČNÍ ZTRÁTY - při ionizaci I a D, nejvíce v plynech VYJADŘUJÍ SE JAKO ZTRÁTOVÝ ČINITEL tg  (KONDENSÁTORY)

11 ELEKTRICKÁ PEVNOST = schopnost I a D uchovat si elektroizolační schopnost při působení elektrického pole = porušení této schopnosti – PRŮRAZ – nastane, překročí-li intenzita elektrického pole kritickou hodnotu Ek PRŮRAZ = náhlá ztráta elektroizolačních schopností po překročení Ek = jedna z nejzávažnějších poruch (katastrofická porucha) - důsledkem je minimálně vyřazení zařízení z provozu - v kapalinách a plynech přechodný jev - v pevných I a D zpravidla trvalá ztráta izolačních schopností 1. stádium – náhlé zvětšení vodivosti = proteče velký proud 2. stádium – místní přehřátí, elektrický oblouk, tepelná destrukce materiálu (popraskání, tavení, vodivý kanál)

12 ČISTĚ ELEKTRICKÝ PRŮRAZ = vlivem silného pole náhlé zvětšení vodivosti nárazovou ionizací - proběhne ve zlomku sekundy TEPELNÝ PRŮRAZ = následek trvalé tepelně elektrické nerovnováhy (přehřátí I a D) - podle tepelných poměrů minuty až desítky hodin ELEKTROCHEMICKÝ PRŮRAZ = následek elektrochemického stárnutí I a D (rok i déle) - v některých materiálech při působení neproměnného pole IONIZAČNÍ PRŮRAZ = následek elektrického stárnutí I a D vlivem částečných výbojů - výboje vznikají v dutinách materiálu – vytvoří se vodivý kanál