Dielektrická pevnosť

Testovanie dielektrickej pevnosti oleja

Testovanie dielektrickej pevnosti oleja, detail iskrišťa

Dielektrická pevnosť, alebo elektrická pevnosť, (dielektrických) izolantov pri definovanej hrúbke, je najvyššia intenzita elektrického poľa, ktorá v ňom môže prevládať bez toho, aby došlo k prierazu napätia (elektrickému oblúku alebo iskre).

Každý izolant je dielektrikom, ale nie každé dielektrikum je izolantom.

Hodnota dielektrickej pevnosti závisí od rôznych faktorov, a preto nie je materiálnou konštantou. Elektrická pevnosť izolantov závisí od teploty, od homogenity elektrického poľa, od hrúbky izolantu, času pôsobenia a od tvaru napäťovej krivky.

Definícia a jednotky

K narušeniu dielektrickej pevnosti dochádza pri intenzite elektrického poľa E_d (V/m), v ktorom sa vytvára elektricky vodivá cesta. Vypočítava sa z experimentálne pozorovaného prierazného napätia U_d (V) pri hrúbke izolácie d (m). V prípade plynov sa uvádza miesto hrúbky vzdialenosť medzi elektródami.

$E_{d}={\frac {U_{d}}{d}}$

Dielektrická pevnosť sa často udáva v jednotkách kV/mm, (príp. v základných jednotkách SI: V/m).

Dielektrická pevnosť v praxi

Dielektrická pevnosť, ktorú je možné dosiahnuť v praxi, je výrazne ovplyvnená tvarom elektrického poľa. Najväčší vplyv má geometria vodičov a nehomogenity v izolačnom materiáli. Tým vzniká efekt, že tenké fólie majú oveľa vyššiu dielektrickú pevnosť ako hrubé bariéry. Znižujúci účinok na dielektrickú pevnosť pri striedavom napätí majú tiež uzavreté vzduchové priestory. Je to spôsobené takzvanými predvýbojmi (čiastkovými výbojmi) , pri ktorých dochádza k ionizácii vzduchu a k trvalému poškodeniu okolitého izolačného materiálu ultrafialovým žiarením.

Povrchové cesty

Izolačné materiály majú často na svojom povrchu ešte nižšiu dielektrickú pevnosť ako okolitý vzduch, čo môže viesť k plazivým alebo kĺzavým výbojom po povrchu izolantu. Kĺzavý výboj sa vyvíja v nehomogénnom elektrickom poli, na rozhraní pevná fáza-plyn. Dosahované plazivé vzdialenosti sú často 100-krát väčšie ako hrúbka materiálu potrebného na izoláciu.

Silné a slabé eletkrické pole

V slabom elektrickom poli dochádza k strate izolačnej pevnosti najmä z dôvodu nečistôt v izolante. Slabé elektrické pole pre plyny je obvykle pod 100 kV/m, pre plynné skupenstvo. Pre kvapalné a tuhé skupenstvo býva o jeden až dva rády vyššie, ako pre plynné skupenstvo.

Skúšanie a podmienky dielektrickej pevnosti

Metóda stanovenia dielektrickej pevnosti je definovaná v sérii noriem IEC 60243. Stanovuje skúšobné podmienky pre rôzne triedy materiálov a aplikácie (časť 1: striedavý prúd, časť 2: jednosmerný prúd, časť 3: impulzné napätie). Zvyčajne sa testuje séria podobných skúšobných vzoriek a následne sa určí medián nameraných hodnôt.

Namerané hodnoty platia len pre podmienky skúšania, keďže dielektrická pevnosť má aj iné parametre, ako je teplota, presné zloženie a čistota materiálov, typ elektrického prúdu, čas pôsobenia napätia (rýchlosť nárastu el. poľa), vlhkosti prostredie a vzoriek a tiež závisí na veľkosti a tvare a polarite použitých elektród.

Dielektrická pevnosť vzduchu

Dielektrickú pevnosť vzduchu U_d v jednotkách (kV) je možné v bežných podmienkach proximovať, pre jednosmerné napätie, v homogénnom elektrickom poli, pre vzdialenosť s v rozsahu 1 mm < s < 1m, pomocou nasledujúcej empirickej rovnice odvodenej z Paschenovho zákona:

$U_{d}{\approx }2422kV.{\frac {s}{1m}}{\frac {p}{1,013bar}}{\frac {293K}{T}}+60,8kV.{\sqrt {{\frac {s}{1m}}{\frac {p}{1,013bar}}{\frac {293K}{T}}}}$

Platí pre tlak vzduchu p uvedenom v baroch, teplote T v kelvinoch a vzdialenosťou elektród s v metroch.

Napríklad pri vzdialenosti elektród 1 cm vychádza prierazné napätie 30,3 kV pri normálnom tlaku a 20 °C, čo predstavuje dielektrickú pevnosť 3 kV/mm v homogénnom elektrickom poli.

Pri nehomogénnom elektrickom poli je dosahovaná dielektrická pevnosť vzduchu závislá na polarite zahrotenej elektródy.

Dielektrická pevnosť niektorých látok

Dielektrická pevnosť niektorých látok

Materiál	Hrúbka mm	Dielektrická pevnosť kV/mm	Skupenstvo
Suchý vzduch, normálny tlak	1	3	Plynné
Vzduch (dlhé vzdialenosti)	1	0,1	Plynné
Porcelán	1	20	Tuhé
Sklo	1	>8	Tuhé
Sľuda	1	<60	Tuhé
Diamant	1	2000	Tuhé
Destilovaná voda	1	65	Kvapalné
Transformátorový olej	1	5..30	Kvapalné
Polykarbonát (PC)	1	30	Tuhé
Polyester (vystužený sklenenými vláknami)	1	12..50	Tuhé
Polyetyléntereftalát (PET)	1	20	Tuhé
Polytetrafluóretylén (PTFE) (teflon)	1	18..105	Tuhé
Vysoké vákuum	1	20..40 (podľa tvaru eletródy)	--

Elektrická pevnosť extrémne čistých kvapalných izolantov (rádovo 10⁸ V.m-1) je päť až desaťkrát vyššia ako pre technicky čisté kvapalné izolanty.

Pozri aj

• Iskrište
• Izolácia (elektrotechnika)
• Korónový výboj

Zdroj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Durchschlagfestigkeit na nemeckej Wikipédii.