Villamos szigetelő
|
Ez a szócikk vagy szakasz lektorálásra, tartalmi javításokra szorul. |
Szigetelőnek (vagy dielektrikumnak) nevezzük azokat az anyagokat, melyek az elektromos áramot elhanyagolható mértékben vezetik. Az elektromos ellenállásuk jellemzően 1012 Ω felett van. A szigetelőkben a tiltott sáv szélessége nagy, nagyobb mint 3 eV (kb. 0,5 aJ), amelyet szobahőmérsékleten csak nagyon kevés elektron képes megszerezni. A szigetelő anyagokban ezért kevés szabad elektron van, az anyag vezetőképessége kicsi. Gyakorlatilag nem vezet, szigetel. Ideális szigetelőben egyetlen szabad töltéshordozó sincs. Az atomok hőmozgása miatt a gyakorlatban ilyen nem fordul elő, vagyis szigetelő anyagainkra inkább rossz vezető elnevezést kellene használni. A szigetelő anyagok a gázok, az olajok, a szilárd halmazállapotúak közül az üveg, műanyagok, kerámiák, csillám stb. A desztillált víz is inkább szigetelő, míg a különböző sókat tartalmazó víz már vezető.
A jelenségkör szorosan összefügg az anyagok elektromos és mágneses energiát tároló képességével. Ennek egyik mennyisége a χe elektromos szuszceptibilitás (vagy más néven dielektromos szuszceptibilitás), amely azt méri, hogy a szigetelő mennyire polarizálódik külső elektromos tér hatására. Ez a mennyiség összefüggésben áll azzal is, hogy milyen a fény terjedési sebessége a közegben. A jó dielektrikum poláros molekulái a külső elektromos tér rákapcsolásakor az erőtér irányába állnak be. Ez a dielektromos polarizáció jelensége, ami növeli a kondenzátor kapacitását.
Az elektrotechnikában a szigetelőket az áram szivárgásának megakadályozására és a vezetők megtámasztására használják.
Kondenzátorokban
[szerkesztés]A dielektrikumot a kondenzátorlemezek közé helyezik, ezzel a kondenzátornak megnő az elektromos kapacitása és az átütési feszültsége (a vákuumhoz képest).
Jellemzői
[szerkesztés]A dielektrikumokra jellemző mennyiségek a permittivitás, a veszteségi szög és az átütési feszültség. Az iparban alkalmazott dielektrikumok nagyon magas átütési feszültségű, nagy szakítószilárdságú, vegyileg stabil, kúszóárammal szemben ellenálló anyagok.
Permittivitás
[szerkesztés]A síkkondenzátor kapacitása egyenesen arányos a benne levő dielektrikum permittivitásával:
ahol C a kapacitás, εr a dielektrikum relatív permittivitása, a vákuum permittivitása, A a fegyverzetek felülete, és d a fegyverzetek közötti távolság.
Néhány anyag relatív permittivitása:
paraffin | 1,9 - 2,2 |
csillám | 4 - 8 |
üveg | 5 - 16 |
porcelán | 6 - 8 |
speciális kerámiák | ~ 100 |
bárium-titanát | ~ 1000 |
víz | 81 |
etil-alkohol | 24 |
petróleum | 2,1 |
levegő | 1,000 59 |
neoprén | 6,7 |
papír | 3,7 |
kvarc | 4,3 |
stroncium-titanát | 300 |
réz-oxid | 18 |
titán-dioxid | ~ 80 |
CaTiO3 | ~ 160 |
(SrBi)TiO3 | ~ 1000 |
benzol | ~ 2,3 |
nitrobenzol | 37 |
hidrogén | 1,000264 |
kén-dioxid | 1,0099 |
A levegő relatív permittivitását a legtöbb számításban egynek veszik, mivel maga a számítás sokkal pontatlanabb. A víz kiugróan magas permittivitása a vízmolekula erős polározottságának, és ebből következő nagy dipólusnyomatékának köszönhető.
Veszteségi szög
[szerkesztés]A dielektromos veszteségi tényezőnek is nevezett veszteségi szög a D dielektrikus eltolás és az E erőtér által bezárt szög. Kiszámítása:
ahol e*(w) a komplex permittivitás, és w a váltóáram frekvenciája.
Átütési feszültség
[szerkesztés]Az átütési feszültség az a feszültség, aminél a dielektrikum vezetővé válik. Az eközben végbement kémiai reakciók miatt a szilárd dielektrikumot ki kell dobni, mivel ez a folyamat visszafordíthatatlan. A folyékony és a gáz halmazállapotú dielektrikumokban az áramlás visszaállítja a szigetelőképességet, bár a kémiai reakciók termékei az anyagban maradnak. Ez a feszültség egyenesen arányos a dielektrikum vastagságával, ezért V/m-ben mérik. Gyakorlati okok miatt azonban inkább a MV/cm mértékegységet használják.
Táblázat a dielektrikumok átütési feszültségéről. Az adatok MV/cm-ben értendők.
paraffin | 10 |
csillám | 2,5 - 4,2 |
üveg | 4 - 14 |
porcelán | 1 - 4 |
speciális kerámiák | 0,45 |
bárium-titanát | > 0,025 |
víz | 3 |
etil-alkohol | |
petróleum | |
levegő | > 0,025 (nyomásfüggő) |
neoprén | 12 |
papír | 0,5 - 16 |
kvarc | 4 - 6 |
stroncium-titanát | |
réz-oxid | |
titán-dioxid | 1 - 2 |
CaTiO3 | ~ |
(SrBi)TiO3 | ~ |
benzol | 1,6 |
nitrobenzol | 37 |
hidrogén | |
kén-dioxid |
Lásd még
[szerkesztés]Források
[szerkesztés]- Permittivitás
- Kapazität, Dielektrika, Energiespeicherung
- Dielektrikum - Techniklexikon
- Dielektrika im elektrischen Feld
- Elektromaschinenbauer[halott link]
- Permettivität
Külső hivatkozások
[szerkesztés]- Átütés szigetelőanyagokban
- Magyar porcelán és üveg szigetelők (angolul)
- Elektromágnesség Archiválva 2011. június 3-i dátummal a Wayback Machine-ben
- Dielektromos gömb elektromos térben
- Ohne Dielektrikum - mit Dielektrikum