Nevodivé materiály Izolanty jsou látky, které na rozdíl od kovů neobsahují volně pohyblivé elektrony a jiné volné nosiče náboje (např. ionty), a proto.

Prezentace na téma: "Nevodivé materiály Izolanty jsou látky, které na rozdíl od kovů neobsahují volně pohyblivé elektrony a jiné volné nosiče náboje (např. ionty), a proto."— Transkript prezentace:

1 Nevodivé materiály Izolanty jsou látky, které na rozdíl od kovů neobsahují volně pohyblivé elektrony a jiné volné nosiče náboje (např. ionty), a proto nevedou elektrický proud. Použití: k izolaci elektrických vodičů (kabelů), k oddělení vodivých částí spotřebičů, ke zvýšení kapacity kondenzátorů . Často se vystaveny mechanickému namáhání a jiným např. klimatickým vlivům. VELMI DŮLEŽITÉ, PROTOŽE OVLIVŇUJÍ BEZPEČNOST

2 Ideálním izolantem může být pouze absolutní vakuum.
Za normálních podmínek nejsou technické izolanty nikdy dokonalé. Obsahují vždy malé množství kladných nebo záporných iontů a elektronů, které nejsou vázány v molekule a mohou se působením vnějšího elektrického pole pohybovat.

3 Ideální izolant – látka absolutně nevodivá, neobsahuje žádné nosiče el
Ideální izolant – látka absolutně nevodivá, neobsahuje žádné nosiče el. náboje, v praxi se nevyskytuje, používá se pro zjednodušení výpočtů. Reálný izolant – materiál, kde se vyskytuje malý počet nosičů el. nábojů. Když vložíme takovou látku do el. pole, vede nepatrný el. proud. Elektroizolační materiály jsou látky, jejichž měrný elektrický odpor (rezistivita) je značně velký. Izolátor – výrobek z izolantu, např. ze skla, porcelánu, keramiky. Izolace – izolační soustava elektrotechnických zařízení vytvořená často z různých typů izolátorů (na různých místech jsou potřeba různé izolační vlastnosti).

4 Dielektrikum je izolant, který má schopnost být polarizován.
Tedy všechna dielektrika jsou izolanty, ale ne všechny izolanty jsou dielektrika. Základními stavebními jednotkami dielektrika jsou molekuly, atomy nebo ionty. Jejich vnitřní i vnější uspořádání může být dvojího druhu. Elektrické náboje v dielektriku jsou rozmístěny tak, že: buď nevytváří el.dipól - dielektrika nepolární (vodík, kyslík, dusík) - molekuly se pouze natočí , nebo vytváří elementární el. dipóly - dielektrika polární (voda, amoniak) - molekuly se deformují.

5 Vložíme-li nepolární dielektrikum do vnějšího el
Vložíme-li nepolární dielektrikum do vnějšího el. pole, změní se pohyb el. nabitých částic v molekulách, atomech či iontech tvořících jeho krystalovou mřížku tak, že se v něm vytvoří elementární el. dipóly. Říkáme, že je dielektrikum polarizováno. Míra polarizace dielektrika - permitivita.

6 Vlastnosti izolantů Elektrická pevnost: přestoupí-li elektrické napětí určitou kritickou hodnotu, ztrácí izolant v elektrickém poli izolační vlastnosti a nastane jeho průraz - prochází jím elektrický proud. Průrazná pevnost se udává v kV/mm nebo kV/cm. Dva druhy průrazu: • Elektrický (vliv elektrický)-silné pole Po dráze elektrického proudu se díky velké elektrické síle vytrhují elektrony z atomů nebo molekul. • Tepelný (vliv zvýšené teploty) - materiál se zahřívá

7 Tepelné vlastnosti Tepelné namáhání izolantu vede k zhoršení jeho elektrických a mechanických vlastností. Dochází k narušení struktury, tvaru izolantu a k rychlejšímu stárnutí, které se projevuje zejména u organických izolantů. Trvalá tepelná odolnost je vyjádřena maximálně přípustnou teplotou, při které může izolace pracovat přiměřeně dlouhou dobu. Podle této vlastnosti se izolanty rozdělují do teplotních tříd. Y - do 90 °C, A - do 105 °C , E - do 120 °C , B - do 130 °C , F - do 155 °C , H - do 180 °C, C - nad 180 °C

8 Další elektrické vlastnosti izolantů:
Elektrická vodivost, měrný odpor, měrný povrchový izolační odpor, ztrátový úhel, ztrátový činitel

9 Mechanické vlastnosti izolantů se zjišťují při vyhodnocování mechanických zkoušek kovů.
pevnost v tahu, smyku, ohybu nebo tlaku, tvrdost , rázová houževnatost Další mechanické vlastnosti izolantů: viskozita, hustota, objemová hmotnost, tažnost, pevnost v kroucení, odolnost proti štěpení, odolnost proti žáru, proti elektrickému oblouku, bod vzplanutí, bod zápalu, bod měknutí, nasákavost

10 Rozdělení izolantů 1. Podle skupenství • Tuhé • Kapalné • Plynné 2. Podle původu • Anorganické • Organické 3. Podle vzniku • Přírodní • Zušlechtěné • Umělé (syntetické)

11 TUHÉ IZOLANTY Výhody: teplotní odolnost (třídy C), nehořlavost, odolnost vůči elektrickým výbojům a plazivým proudům, malá nasákavost, minimální stárnutí. Nevýhody: lámavost, malá mechanická pevnost • mramor- pracovní teplota 110°C, elektrická průraznost 24kV/cm Použití: desky rozvaděčů, pojistky, kontaktní desky reostatů do 500V • břidlice- pracovní teplota 250°C, elektrická průraznost 2 kV/cm a proto se hodí jen pro nízké napětí a kmitočet

12 • slída - stálost při vysokých teplotách, výborná elektrická pevnost,
Použití: izolace komutátorů, dielektrikum kondenzátorů MUSKOVIT = draselná slída, bezbarvá, světle růžová, odolává všem kyselinám ( ne HF -kys.fluorovodíková) , do 500°C FLOGOPIT = hořečnatá slída, hnědá, žlutá, velmi odolná proti kyselinám a žáru, do 900°C MIKANIT = štípaná slída REMIKA = slída ve tvaru fólie Azbest - nehořlavý, navlhavý, do 300°C , dnes omezeně

13 Keramické izolanty - elektrická průraznost 2 kV/cm a proto se hodí jen pro nízké napětí; jsou tvrdé, křehké 1. Porcelány - do 1100 °C, izolátory transformátorů 2. Steatity - lepší než porcelán, kostry cívek, elektronky 3. Keramické hmoty s vysokou dielektrickou konstantou 4. Keramické hmoty pro elektrická topidla 5. Korundované hmoty

14 Technické sklo je přechlazený tuhý roztok oxidu křemičitého (SiO2) a
různých kovů (Na, K, Ca, Mg, Pb) . Křemenné sklo - kostry cívek pro VF techniku, nádoby a obaly pro výbojky a usměrňovače Boritokřemičité sklo - VN elektrotechniku, optické kabely Olovnaté sklo - krčky TV obrazovek Alkalická skla - osvětlovací technika, elektronky, obrazovky, izolace Speciální skla - vakuové napařování, vodivá skla, skleněné pájky Skleněná vlákna - světlovody, vláknová optika Izolační skla

15 Syntetické organické izolanty
a)TERMOSETY - výroba lisováním, protlačováním, odléváním, laminováním, vstřikováním - fenoplasty - BAKELIT aminoplasty - UMAKART - epoxidy (epoxidové pryskyřice) - licí a zalévací účely - polyestery

16 b) TERMOPLASTY - polystyrén - dobrý vodič světla, malá teplotní vodivost, hořlavost, - polymetylakrylát a jeho kopolymery, - polyamidy, - polyuretany, - fluoroplasty, - polyvinylchlorid (PVC), - polyvinylalkohol nitrát celulózy, umělá rohovina, nové technické termoplasty - polyfenylenoxid, polyfenylensulfid, polyetersulfony, polyakryláty

17 c) ELASTOMERY - velká pružnost, vulkanizace
přírodní kaučuk z kaučukovníku (latex), vulkanizací získáme pryž měkkou nebo tvrdou (ebonit) - syntetické kaučuky - termoplastické kaučuky na bázi kopolymeru styrén - butadien - styrén, - pryž jako technický materiál

18 Přírodní organické izolanty
- dřevo a celulóza - papír - kondenzátorový, tvrzený ; lepenka -transformátorová - přírodní vlákna - hedvábí, bavlna, juta, len - tkaniny přírodní pryskyřice - kalafuna -smola jehlič.stromů, jantar - zkamenělá pryskyřice, šelak -tropický hmyz - přírodní vosky - parafín, včelí vosk - asfalty, smoly

19 KAPALNÉ IZOLANTY dobře odvádějí přebytečné teplo vyplňují daný prostor
usnadňují zhášení případného výboje odlehčují zatížení pevných izolantů Rostlinné a minerální oleje a syntetické kapaliny. Oleje se někdy používají jako přísady např. do elektroizolačních laků.

20 Použití: - výkonové olejové transformátory, - olejové kabely, - průchodky VN a VVN, vypínače, kondenzátory Druhy olejů: - minerální oleje - transformátorový olej - kabelové oleje a impregnanty - kondenzátorové oleje

21 Minerální oleje Získávají se destilací z ropy. Chemické složení oleje určuje jeho vlastnosti. Nevýhoda - stárnutí, tj. změna vlastností s časem. Oleje také postupně pohlcují vodu nebo plyny- zhoršení jejich elektrických vlastností Transformátorové oleje používají se v transformátorech, které ochlazují

22 Kabelové oleje Použití: ve spínačích, kde musí co nejrychleji uhasit a přerušit obloukový výboj, ke kterému dochází při oddálení kontaktů Rostlinné oleje - lněný olej, ricinový olej Použití: elektroizolační laky, dnes nahrazovány syntetickými pryskyřicemi Silikonové oleje - minerální i syntetické - dielektrikum kondenzátorů, náplň transformátorů - silikonové tuky, silikonový kaučuk - olejové náplně do difuzních vývěv

23 Syntetické kapaliny - výborné izolační a dielektrické vlastnosti.
-nehořlavé, nevýbušné, mají vysokou stabilitu a prakticky nestárnou, ale drahé fluorované uhlovodíky chlorované difenyly Elektrolyty - pro galvanickém pokovování Laky - roztoky přírodních nebo syntetické pryskyřic, vysychavých rostl. olejů a asfaltů v organických rozpouštědlech

24 PLYNNÉ IZOLANTY - vzduch - vodík - dusík - kyslík - vzácné plyny - vakuum - elektronegativní plyny (fluorid sírový, freon) - páry kovů (rtuťové výbojky)

25 Vzduch - nejběžnější plynný izolant
Použití: izolace venkovních vedení dielektrikum kondenzátorů Dusík Použití: žárovky (spolu s neteč.plyny) stlačený k plnění vysokonapěťových kabelů a kondenzátorů Inertní atmosféra bránící oxidaci izolačních olejů v transformátorech chladící médium v kryogenní technice Kyslík Použití: ve svařovací technice

26 Vodík - plyn s nejlepší tepelnou vodivostí
Použití: chlazení velkých točivých strojů. plnění výbojek zhášecí prostředek v elektrických vypínačích náplň některých elektronek k výrobě polovodičů Inertní plyny He-Helium, Ne-Neon, Ar-Argon, Kr-Krypton, Xe -Xenon Použití: náplň zářivek (Ar,Ne) žárovek (Ar,Kr) a různých výbojek (Xe)

27 Elektronegativní plyny
Použití: plnění transformátorů a vypínačů pro vysoké napětí. Freon (CCl2F2) - izolant Fluorid sírový (SF6) - zhášecí zařízení vypínačů VN a VVN zapouzdření rozvodny izolační náplň silových kabelů a speciálních transf. Páry kovů Použití: náplň pro rtuťové usměrňovače a sodíkové výbojky