IZOLAČNÍ MATERIÁLY,
KONDENZÁTORY
Učební text – Elektrotechnologie
Zpracoval: Ing. Vladimír Křivka
Tišice, Praha 2010
0. SLOVO ÚVODEM
Objevíte-li cokoli, co Vám vhání adrenalin do žil, napište mi na adresu: [email protected]
Na tuto adresu směřujte i Vaše dotazy a ostatní připomínky.
Přeji hodně radosti z objevených zákonitostí přírody, pocitu moci, pochopíte-li hloubku úvah
Vašich předchůdců a pocitu bezmoci, který Vás bude pohánět kupředu v okamžicích váhání.
Těm studentům a pedagogům, kteří zjistí, že na této škole nemají co dělat, blahopřeji
k bystrému úsudku a přeji důstojný odchod.
1. IZOLAČNÍ MATERIÁLY
Izolanty – látky, které nevedou elektrický proud. Používají se k izolaci vodivých částí
elektrických obvodů. Často jsou vystaveny vlivům vnějšího prostředí například klimatickým
vlivům (déšť, sníh, sluneční záření, vítr), mechanickému namáhání (tahem, krutem, apod.) aj.
Izolanty jsou velmi důležité, protože velmi ovlivňují bezpečnost lidí, zvířat i věcí. Izolanty
také bývají materiálem pro konstrukci součástek a zařízení (např. kondenzátory)
1.1 Ideální a skutečný izolant
Ideální izolant – je látka, která má:
o nekonečný izolační odpor;
o nekonečnou průraznou elektrickou pevnost;
o nulový ztrátový úhel
Skutečný izolant – je látka která nemá, to co má ideální izolant.
1.2 Polarizace
Polarizace – charakterizuje každý izolant. Podle stavby izolantů (způsobu uspořádání
elektricky vázaných nábojů) rozdělujeme izolanty na polární a nepolární.
Nepolární (neutrální) molekuly se vyznačují souměrným rozložením kladných a
záporných nábojů. Těžiště obou druhů nábojů splývají. Příklad: vodík, kyslík, dusík, metan,
etylén, aj.
Polární (dipólové) molekuly se vyznačují nesouměrným rozložením kladných a záporných
nábojů. Takové molekuly vytvářejí í v nepřítomnosti elektrického pole elektrické dipóly.
Dipóly jsou v izolantu nepravidelně uspořádány, takže se jejich účinek navenek ruší. Příklad:
voda, amoniak, kyselina solná, aj.
Dielektrikum je izolant schopný polarizace. Dielektrikum je izolant, který má schopnost
polarizace (tedy být polarizován).Všechna dielektrika jsou izolanty, ale ne všechny izolanty
jsou dielektrikem.
Obr. 1.1 Nepolární a polární dielektrika
1.3 Vlastnosti izolantů
Vlastnosti izolantů rozeznáváme fyzikální, tepelné a elektrické.
1.3.1
Fyzikální vlastnosti
Kromě základních fyzikálních vlastností:
o
o
o
o
měrná hmotnost;
bod tání;
mechanické vlastnosti;
apod.
sledujeme navlhavost a nasáklivost. Voda a vlhkost zhoršují izolační schopnosti izolantů.
o Navlhavost – schopnost materiálu pohlcovat vlhkost z ovzduší.
o Nasáklivost – schopnost materiálu přijímat kapalinu, do níž je ponořen.
1.3.2
Tepelné vlastnosti
o Tepelná vodivost – schopnost materiálu převádět teplo z teplejšího místa na místo
chladnější. Je důležitá u zařízení s trvalým provozem. Teplo ve vodičích musí být
odvedeno do okolního prostoru.
o Teplotní odolnost – schopnost trvale vydržet určitou teplotu bez podstatného zhoršení
elektrických a mechanických vlastností. Teplotní namáhání má vliv na dobu života
izolantů.
o Teplotní součinitel – udává poměrnou změnu vlastnosti hmoty při ohřátí o 1˚ C.
1.3.3
Elektrické vlastnosti
o Měrný elektrický odpor a měrná elektrická vodivost
Velký měrný elektrický odpor – 106 až 108 Ω m.
l
S
⇒ρ=R
S
l
S
l
G =γ ⇒γ =G
l
S
1
1
G= ,R=
R
G
1
1
γ = ,ρ=
R=ρ
ρ
(1.1)
γ
o Izolační odpor – schopnost izolantu propouštět co nejmenší množství proudu, je-li
k izolantu připojeno napětí. Čím je izolační odpor větší, tím je izolant kvalitnější.
Výpočet izolačního odporu je stejný jako výpočet odporu z Ohmova zákona.
R=
U
I
(1.2)
o Permitivita – charakterizuje chování dielektrika v elektrickém poli. Značka veličiny: ε
(epsylon). Základní jednotka: farad na metr, zkratka: Fm-1 (F/m).
ε = ε 0ε r
(1.3)
ε – absolutní permitivita
ε0 – permitivita vakua ( 8,85 . 10 –12 F m –1 )
εr – poměrná permitivita – udáví kolikrát je větší kapacita oproti tomu pokud by bylo
dielektrikum vakuum, hodnoty poměrných permitivit pro různé materiály lze
naleznout v tabulkách
o Dielektrické ztráty – představují energii, která se v dielektriku, umístěném ve
střídavém poli, přemění na teplo. Ztráty jsou způsobeny vodivostí dielektrika a jeho
polarizací ve střídavém poli. Mírou dielektrických ztrát je ztrátový činitel tg δ (tangens
delta), kde δ je ztrátový úhel (úhel mezi bezeztrátovým a skutečným dielektrikem.
Obr. 1.2 Dielektrické ztráty
Odvození dielektrických ztrát:
Pd = UI cos ϕ
(1.4)
Pd = UI sin δ
Ij
sin δ
cos δ
Pd = U 2ωCtgδ
Pd =
o Elektrická pevnost – Zvyšujeme-li napětí přiložené na izolant, dojde při určité
velikosti k porušení izolační hmoty a nastane elektrický přeskok (kapalné nebo plynné
izolanty) nebo průraz (izolanty pevného skupenství). Dielektrikum tím ztratí na určitou
dobu nebo trvale své izolační schopnosti. Napětí při kterém dojde k přeskoku nebo
průrazu se nazývá napětí přeskoku nebo průrazné napětí. Podíl napětí přeskoku nebo
průrazu ku tloušťce izolantu se nazývá elektrická pevnost.
Ep =
U
l
1.4 Úkoly ke kap. 1
1. Co je to izolant?
2. Jaký je rozdíl mezi skutečným a ideálním izolantem?
3. Co je to dielektrikum?
4. jaké vlastnosti izolantů rozeznáváme?
5. Definujte co je navlhavost a nasáklivost a jaký má vliv na izolanty
6. Jaké znáte tepelné vlastnosti izolantů?
7. Co je izolační odpor a jak se určí?
8. Co je permitivita? Jak se značí? Jakou má jednotku?
9. Co jsou dielektrické ztráty? Jak se určí?
10. Jaký je rozdíl mezi přeskokem a průrazem.
11. Jak se určí elektrická pevnost?
12. Nalezněte v literatuře co je: - piezoelektrický jev, elektrostrikce
(1.5)
2. KLASIFIKACE IZOLANTŮ
Izolanty rozdělujeme podle skupenství na izolanty tuhého skupenství kapalného a plynného
skupenství. Dále je možné izolanty rozdělit podle vzniku na přírodní a syntetické.
2.1 Anorganické izolanty tuhého skupenství
Součást anorganického světa, světa minerálů – složeného převážně z makromolekulárních
sloučenin.
Makromolekulární látkou je nesporně SiO2, který tvoří velmi stálé trojrozměrné molekuly.
Zvlášť rozšířenou modifikací SiO2 je křemen – hlavní složka většiny hornin a písků. Také
hlinité látky se skládají pravděpodobně z makromolekulárních křemičitanů hlinitých
proměnlivé stavby. Za makromolekulární křemičitany (silikáty) složité struktury se považují
minerály slída a azbest.
Přednosti, výhody
o vysoká odolnost proti působení vyšších teplot (teplotní třída C, mezní teploty větší než
180 °C); nehořlavost
o velmi dobré elektrické vlastnosti
o výborná odolnost proti působení elektrických výbojů
o dosti dobré mechanické vlastnosti
o značná stabilita, tj. neměnnost charakteristických vlastností s časem
Negativní vlastnosti, nevýhody
o malá mechanická pevnost při rázovém namáhání
o lámavost, křehkost.
Anorganická dielektrika ve velké většině představují iontová spojení (vazba iontová –
určující; vazba kovalentní dipólová) a vyskytují se v monokrystalické, polykrystalické a
amorfní podobě.
2.1.1 Mramor
Pracovní teplota: 110 ˚C
Elektrická pevnost: 24 kV/cm
Použití: desky rozvaděčů, pojistky, kontaktní desky reostatů, aj.
2.1.2 Břidlice
Pracovní teplota: 250 ˚C
Elektrická pevnost: 2 kV/cm
Použití: pro nízké napětí a kmitočet
2.1.2 Azbest (osinek)
Pracovní teplota: do 900 ˚C – velká tepelná odolnost
Elektrická pevnost: 200 kV/cm
Struktura: vláknitá
Vlastnosti: nehořlavost, možnost spřádání, ohebný, nebezpečný pro lidský organismus,
kyselinoodolný
Měkká, pružná vlákna délky až 25 mm, ∅ 0,05 až 2 µm, vlhkost se absorbuje pouze na
povrchu vláken proto se impregnuje, zdraví nebezpečný (vdechování vláken), nahrazuje se
sklotextilem
Dlouhá vlákna – příze, provazce, tkaniny, azbestový papír, lepenka, použití: izolace držáků
točivých strojů, vylepování krytů vypínačů, apod.
Krátká vlákna – azbestocement – smíchání azbestu s cementem, pak se lisuje na desky,
trubky, použití: dělící stěny rozvoden, u vypínačů jako zhášecích komor apod.
V České republice nejsou žádné doly na těžbu azbestu, práce s azbestem jsou zakázány
s výjimkou prací výzkumných, likvidace nepotřebných zásob azbestu, odpadů, prací při jeho
zneškodňování.
Nejčastější výskyt azbestu:
o Střešní krytina Eternit a Beronit (barva šedá, černá, červená…)
o Vlnitá střešní krytina různé velikosti podle „vlny“ (barva šedá, černá, červená,
zelená…)
o Hřebenáče, tvarovky a střešní větrací prvky (různé doplňky ke střešním prvkům)
o Izolační azbestové šňůry
o Netkané textilie NETAS
o Izolační desky ID a IDK
o Květinové truhlíky a zahradní doplňky různé velikosti a tvaru
o Tlakové a kanalizační roury a tvarovky tzv. „kolena“ (obvykle šedá barva)
o Interiérové velkoplošné desky - Dupronit A,B,C, Ezalit A, B,C (přírodní světle šedá
barva)
o Exteriérové a podstřešní desky Dekalit, Lignát, Cembalit, Cempoplat, Unicel (světle
šedá barva)
o Sendvičové desky s polystyrenem
o Desky Pyral (požárně odolné sendvičové desky s vlnitou hliníkovou fólií v jádru)
o Desky Izomín, Akumín, Calothermex (tepelně izolační desky)
o Asfaltové desky ASBIT (obsahují mikromletý azbest)
o Asfaltové pásy - Aralebit, Bitagit, Cufolbit, Arabit-S, Plastbit (obsahují mikromletý
azbest)
o Nástřikové hmoty Pyrotherm (protipožární nástřiky na ocelové konstrukce)
o Brzdové obložení v automobilech
o Zástěny, podložky lokálních zdrojů tepla (např. podložky pod elektrické a plynové
vařiče, zástěny ke kamnům na pevná paliva)
2.1.3 Slída
Pracovní teplota: 500-800 ˚C – velká tepelná odolnost
Elektrická pevnost: 40-60 kV/cm
Lehce se štípá na lístečky. Surová se hodí na podložky do elektrických topných a regulačních
odporů. Hlavní význam má štípaná slída, lístky tloušťky 0,05 až 0,45 mm slouží k výrobě
vrstvených izolantů mikanitu, mikafolia a slídové pásky. Štípaná slída se používala k výrobě
elektronek pro udržování vzdáleností elektrod od sebe a uprostřed baňky dále k výrobě
kondenzátorů.
o Mikanit – vznikne slepením lístků slídy šelakem asfaltem nebo umělou pryskyřicí.
Používá se k prokládání lamel komutátorů u stejnosměrných točivých strojů,
neizolační trubky a podložky, pro ovíjení cívek.
o Mikafolium – fólie – podkladovým materiálem bývá papír nebo skelná tkanina, na ní
se pokládají dvě vrstvy štípané slídy a spojí pojivem (pryskyřice). Používá se pro
izolaci vinutí elektrických točivých strojů velkých výkonů s vysokým napětím (na
rovné části)
o Slídová páska – na podkladový materiál se dává pouze jedna vrstva slídy a na ní opět
papír nebo tkanina. Dodává se v šířkách 12 až 35 mm a slouží k ovíjení nerovných
částí cívek elektrických točivých strojů velkých výkonů.
o Mikalex – je tvrdá hmota vyrobená lisováním práškové slídy a nízkotavitelným sklem.
Odolává elektrickému oblouku, vysoké teplotě, mechanickému tlaku. Křehký a
nesnadno opracovatelný.
o Slídový papír – zpracovává se z levného slídového odpadu na souvislou tenkou fólii
obdobně jako celulózový papír. Nahrazuje štípanou slídu u mikanitu, mikrafolia a
slídové pásky. Obchodní název – remika.
Informace o elektroizolačních materiálech ze slídy lze získat například u firmy
http://www.silent-czech.cz/ , http://www.slida.cz/
2.1.4 Keramika
Vzniká vypálením ze směsí surovin. Má velkou mechanickou pevnost, křechost, teplotní a
chemickou odolnost. Pracovní teplota cca 250 ˚C, elektrická pevnost 2 kV/cm.
Suroviny: kaolin, jíl, živec, křemen, oxid hlinitý, oxid titaničitý.
Technologie: mletí za sucha, za mokra, plastické tváření, lisování, lití, termoplastické tváření
(lití za tepla pod tlakem). Po vysušení se vypaluje při teplotě 1200 až 1400°C. Smrštivost je
3 až 25%. Potom následuje glazování.
Hlavní technologická operace-tváření
a) Plastické tváření
– točení na hrnčířském kruhu (malovýroba, ne průmysl)
- zalisování do sádrových forem
- tažení (protlačování) – tažný lis – tyčinky, trubičky
b) Lisování
– do kovových forem ( vlhké – 15 až 20 %, suché – max 10 %, vody)
- v pryžových vacích kapalinou – (izostatické lisování)
c) Lití
– do forem (suché sádrové formy)
- fólie a destičky
d) Termoplastické tváření
– lití za tepla pod tlakem. Keramický prášek, parafin, včelí vosk.
Vstřikování do kovových forem – tvarově složitější výrobky.
e) Kalandrování a válcování
– tenká hutná keramická fólie. Kondenzátory a podložky
integrovaných obvodů. Sušení, vypalování 1200 – 1400 ˚C, zvláštní až 2000 ˚C.
Smrštění - 25 %.. Po výpalu se nanáší glazura – hladký stálý povrch zabraňující vnikání
vlhkosti. Možnost – broušení a pokovování- možnost pájení s kovovými díly.
Rozdělení keramik:
o Porcelán – kaolín, křemen, živec – rozemele se, promíchá se, vytvoří se tvar tvářením,
suší se, vypálí se, glazuje se, použití: venkovní izolátory, průchodky, pláště měřících
transformátorů atd.
o Steatit – základem kamenité hmoty je mastek, použití: izolátory, izolační tělíska např.
svorkovnice, kostry stykačů, zásuvek, vypínačů, kondenzátory malých kapacit,
elektrotepelné zařízení aj.
o Kamenina – podobné porcelánu jen se vyrábí z méně čistých surovin, větší
nasáklivost, vždy se glazuje, použití velké izolátory.
o Pórovitá keramika – vypálení jílu a šamotu s mastekem. Používá se na nosiče
odporových drátů, topná tělesa, zhášecí komůrky vypínačů, elektrické pece, apod.
Obchodní název porolit.
o Korundové hmoty – vzniká spečením Al2O3 a nazývá se slinutý korund. Má největší
mechanickou pevnost ze všech keramických izolátorů a má vysokou žáruvzdornost.
Používá se u zapalovacích svíček motorů, ochranné trubky termočlánků, nosníky a
povlaky žhavících vláken v elektronkách aj.
o Kondenzátorová keramika – je vyrobena na bázi hmot obsahujících oxid titaničitý
TiO2. Obchodní název – utilit, stabilit, permitit. Použití u kondenzátorů.
2.1.5 Sklo
Mezi amorfní anorganické materiály se často zařazují skla. Jsou to vlastně ztuhlé kapaliny.
Jejich uspořádání ve větší části prostoru je chaotické. V dutinách sklovité mřížky jsou
rozmístěny ionty přídavných látek (Na+, K+, aj.), které modifikují různé vlastnosti jako
teplotutání, pevnost, křehkost, barevnost a také elektrické vlastnosti. Skla jsou látky silně
polární s relativní permitivitou 3,7 (čistě křemenné sklo) až 16 (olovnatá skla) i více ve
speciálních případech. S teplotou permitivita roste, při nízkých frekvencích výrazněji než při
vyšších frekvencích. Elektrická vodivost je způsobena difuzí iontů převážně alkalických. Při
teplotě 20°C je rezistivita skla 1012 ÷ 1018 _m a s rostoucí teplotou klesá. Dielektrické ztráty
s teplotou exponenciálně vzrůstají. Při 20 °C a 1MHz mají běžná křemičitá skla
tg δ = (3 ÷ 10) 10-3. Nízkoztrátová skla, u nichž se snížení ztrát dosáhne snížením obsahu
alkalických iontů, mají tg δ = 0,001 (čisté křemenné sklo má tg δ = 2.10-4). Elektrická
pevnost skla je přibližně 200 ÷ 500 kV/mm i více. V praxi je však podstatně menší (40
kV/mm), neboť sklo má poměrně malou povrchovou rezistivitu, v důsledku které dochází
snáze k výbojům na povrchu. Použití skla je zejména v oblasti izolační a konstrukční
(žárovka, elektronky). Pro vysokonapěťovou elektrotechniku je vhodné borosilikátové sklo
(simax), pro výrobu skelných vláken se používá hlinitoborokřemičité sklo (eutal).
Sklo je amorfní látka, základní složkou je oxid křemičitý nebo bóritý, další látky jsou oxidy
alkalické a oxidy dvojmocného kovu.Tvaruje se při zvýšených teplotách foukáním, tažením,
lisováním, válcováním nebo litím.Lze vytáhnout i v tenké vlákno (optický kabel). El. vodivost
skla je iontová, způsobují ji ionty alkalických kovů Na a K. Pevnost v tahu je malá, v tlaku
10 ÷ 20x větší.Důležitá je tepelná roztažnost, která musí odpovídat zataveným kovům. El.
pevnost je 300 ÷ 500 MV/m.
Výroba skla
Zahrnuje přípravu sklářského kmene, tavení a čeření skloviny.
Sklářský kmen – směs sklářských surovin rozemletých na prášek.
V peci se roztaví a během tavení se sklovina čeří => Zbavuje se bublinek plynu. V závěru
tavení se sklovina ochlazuje.
Zpracování skla
1) foukáním – duté sklo
2) tažením – ploché sklo, lze vytáhnout i tenké vlákno
3) litím – velké tlusté výrobky , zrcadla
4) lisováním – tlustostěnné výrobky (sklenice)
5) válcováním– tlustostěnné výrobky – ploché sklo
Použití skla
1) Žárovky, výbojky, elektronky, obrazovky, izolátory, průchodky
2) Skleněná vlákna – tažením (obvykle boritokřemičitá skla) – tkaniny, světlovody
3) Svítidla – sklo musí splňovat různé světelné požadavky
4) Podložky pro tenké vrstvy – mikroelektronika
5) Chemický průmysl – pipety, baňky, aj.
6) Stolování, dekorace – sklenice, vázy, spod
7) Pivní sklo ☺
Pro elektrotechnické účely se využívá výhradně technických skel.
Vlastnosti a výroba skelných vláken pro světlovody, optické kabely budou probrány později.
2.2 Organické látky tuhého skupenství
Jsou to uhlíkové sloučeniny nízko nebo vysokomolekulární.
2.2.1
Asfalt
Název se vztahuje na užší skupinu bitumenů - amorfní živičné látky černé nebo
tmavohnědé barvy, za normálních teplot tuhé nebo polotuhé.
Složení: směsi uhlovodíků parafinických, naftenických i aromatických, v nichž je různým
způsobem vázán O, N a S. Při zahřátí postupně měknou a posléze přecházejí do kapalného
stavu.
Klasifikace podle původu:
o přírodní
o ropné
Obecné vlastnosti:
o výborné elektroizolační vlastnosti
o prakticky nehygroskopické, nepatrně propouštějí plyny
o vynikají chemickou stálostí, prakticky nestárnou
o laciné
o hustota je 1 010 - 1 090 kg m-3
Elektrické vlastnosti:
o slabě polární látky
o permitivita 2,5 - 3
o ztrátový činitel (5 - 10).10-3
o vnitřní rezistivita 1013 – 1014
m
Použití v elektrotechnice
o k přípravě kompaundů a laků
o zalévají se s ním akumulátory, suché baterie, kabelové hlavice, svorníky ve
svorkovnicích apod.
2.2.2
Vosky
Mají malou mechanickou pevnost, nízká tavící teplota, zanedbatelná nasáklivost. Slouží
k napouštění (impregnace) jiných tuhých, snadno navlhavých látek.
Základní klasifikace vosků:
1. vlastní vosky
2. minerální vosky
3. směsi tuhých uhlovodíků
4. syntetické vosky (chlorované naftalény)
5. mastné kyseliny
Rozdělení vosků:
1. vlastní
o živočišné – včelí vosk
o rostlinné – karnaubský vosk
2. minerální
o Parafín - vzniká ze zbytků po destilaci ropy, teplota tavení 50 ˚C,
charakteristické vlastnosti:bílá barva, bez chuti a zápachu, za normální teploty
je chemicky velmi stálý, při vyšších teplotách se však oxiduje (podstatně se
sníží vnitřní rezistivita) jako nasycený uhlovodík je nerozpustný ve vodě a v
lihu, rozpouští se jen v kapalných uhlovodících, hustota: 850 až 900 kg m-3,
elektrická pevnost 250 kV/cm, použití: ochrana slídových kondenzátorů,
impregnace lepenky, dřeva, ochrana vysokofrekvenčních cívek apod.
o Cerezín – vzniká rafinací ozokeritu, použití podobné jako u parafínu avšak má
vyšší bod tavení - až 80 °C, větší rezistivitu a proti oxidaci je stálejší, barva
světle žlutá.
o Ozokerit – vzniká přirozeným okysličováním nafty, nerafinovaný se používá
v kabelovém průmyslu.
o Umělý vosk – má vyšší tepelnou odolnost cca do 100 ˚C, nejpoužívanější je
Halovosk – chlorovaný naftelén, jeho páry jsou jedovaté, použití k výrobě nn
kondenzátorů, elektrická pevnost cca 80 kV/cm, dalším umělým voskem je
Olejvosk (Opalwax) – získá se hydrogenací ricinového oleje.
2.2.3
Přírodní pryskyřice (plastické hmoty přírodní)
Jsou to produkty živočichů nebo rostlin.
o Šelak – vyměšuje je hmyz na listech a větvích stromů (v Indii). Na trhu k dostání
v šupinkách rozpustných v lihu. Při 90˚C taje, při vyšší teplotě se vypéká a stane se
nerozpustným. Používal se jako pojivo při výrobě izolantů ze slídy.
o Kalafuna – získává se ze smol jehličnatých stromů. Rozpustná v líhu, benzínu,
benzenu, terpentýnu, acetonu a minerálních a rostlinných olejích. Elektrická pevnost
100 kV/cm. Použití v elektrotechnice:
v kabelářském průmyslu, kdy se kalafunou rozpuštěnou v minerálních olejích
napouští
papírová izolace kabelů
při přípravě zalévacích látek
při přípravě neaktivních - nekorozivních pájecích prostředků
o Kopál – nachází se v zemi nebo se získává ze smoly tropických stromů. Má jeden
z největších měrných odporů. 1013 – 1015
m.
o Jantar - fosilní pryskyřice s typickým světle žlutým až tmavohnědým zbarvením.
Není rozpustný v žádném rozpouštědle (tavený jantar je rozpustný v
terpentýnu, benzínu, sirouhlíku a olejích). Elektrické vlastnosti: patří mezi
izolanty s největší vnitřní rezistivitou 1015 – 1017
2.2.4
m.
Laky
Základem je látky, schopná vytvořit tenkou a pevnou vrstvičku tzv. film. Tento základ je
rozpuštěn v rozpouštědle, dále se přidávají ještě sušiva, která urychlují vysušování, někdy se
přidávají ještě zvláčňovadla nebo barviva.
Laky tvoří důležitý článek elektrické izolace nejrůznějších dílů a součástí elektrotechnických
zařízení. Jejich úkolem je vyplnění všech volných (prázdných) míst v izolaci
elektrotechnických zařízení při jejich impregnaci (tím se zvýší elektrická pevnost a zlepší
tepelná vodivost izolace) a vytvoření suchého lakového povlaku, tzv. filmu na povrchu.
Laky dělíme na olejové (základ lněný nebo dřevný olej a k nim se přidávají sloučeniny
kobaltu nebo manganu, která zrychlují vysychání, silnější vrstva se vytvoří několikanásobným
nanášením, použití – povrchová úprava vinutí, napouštění tkanin,…), asfaltové (pro vrchovou
úpravu), pryskyřičné (na bázi přírodních nebo syntetických pryskyřic, rychle stárnou potom
křehnou a praskají) syntetické (příprava z umělých termoplastických hmot, použití pro
impregnaci i povrchovou úpravu měděných drátů, impregnace cívek pro vf techniku), lihové
(alkoholické roztoky přírodních polymerů – šelak, kopál, mají termoplastický charakter –
s teplotou mění plasticitu, nelze použít pro impregnaci vinutí).
2.2.5
Kompaudy
Kompaundy se podstatně liší od laků tím, že neobsahují těkavá rozpouštědla. Kompaundy
se skládají z bitumenů, asfaltů, vosků, pryskyřic i olejů. Do tekutého stavu se převedou
pouhým zahřátím, kdy při určité teplotě mají takovou viskozitu, která dovolí, aby kompaund
dobře zatekl do izolace a vyplnil všechna prázdná místa. Při chladnutí pak roztavený
kompaund ztuhne. Proti vnikání vlhkosti je daleko odolnější než izolační lak. Použití jako
zalévací hmoty (izolanty, které vyplňují dutiny mezi součástkami ve strojích a přístrojích
nebo impregnační hmoty, které slouží k napouštění vinutí elektrických strojů a přístrojů pro
ochranu před vlhkostí)
2.2.6
Vláknité materiály
Organické vláknité izolanty v elektrotechnice:
- dobré elektrické a mechanické vlastnosti
- snadná zpracovatelnost
- možnost zpracování navíjením
- hygroskopičnost, způsobená velkou pórovitostí
- značnou pórovitostí a tím přítomností vzduchu mezi vlákny se snižuje jejich
elektrická pevnost
- nízká teplovzdornost (při teplotách vyšších než 110 °C se již porušují)
Základní klasifikace:
A) Přírodní vláknité materiály
- dřevo, bavlna, juta, len, konopí
B) Upravené vláknité materiály
- papír, karton, lepenka
- modifikované izolanty na bázi celulózy
tvrzený papír a textil
o Dřevo – nemá praktický význam. Používá se většinou na sloupy elektrických vedení,
skříně rozhlasových a televizních přijímačů.
o Bavlna, len, hedvábí, juta – oplétání nebo opřádání vodičů a kabelů
o Papír – lze vyrábět z různých rostlinných vláken, která musí vyhovovat požadavkům
pružnosti, pevnosti, stejnorodosti při dostatečné délce a jemnosti. Použití:
kondenzátorový papír, kabelový papír, prokládání vinutí. Navlhá, proto se impregnuje
o Lepenka - Lepenka pro elektrotechniku představuje houževnatý, pevný materiál,
slisovaný do rovnoměrné struktury. Podle způsobu výroby má povrch matný či lesklý.
Hlavní druhy pro elektrotechniku:
1. elektroizolační lepenka obyčejná
2. lesklá lepenka pro elektrotechniku
3. drážková lepenka
4. transformátorová lepenka
2.2.7
Vrstvené izolanty
Kromě již dříve zmíněných izolantů ze slídy (mikanit a mikafolium) se používají:
o Tvrzený papír – vyrábí se lisováním papíru napuštěného tvrditelnou pryskyřicí.
Obchodní názvy jsou kartit a perintax. Používají se na výrobu svorkovnic rozvodných
desek, kostry cívek, izolační podložky, destičky přepínačů, pomocné přípravky apod.
Nevýhodou je navlhavost
o Tvrzená tkanina – vyrábí s obdobně jako tvrzený papír, místo papíru se používá
bavlněná látky. Je odolnější vůči opotřebení, snadněji se obrábí. Vyrábějí se z ní
ozubená kola, kluzná ložiska. Obchodní název je textit. Navlhá a proto se musí
impregnovat.
o Fíbr – vzniká slisováním pórovitého papíru a roztoku chloridu zinečnatého ZnCl2. Je
lepkavý a plastický. Má dobré mechanické vlastnosti, ale je navlhavý. Používá se jako
konstrukční materiál.
o Plátované izolanty pro plošné spoje – základem je deska z izolačního materiálu
(skleněné tkaniny nebo tvrzeného papíru) plátovaného z jedné strany měděnou fólií.
2.2.8
Pryž
o Přírodní – výchozí surovinou je kaučukové mléko – latex. Z latexu se srážením
kyselinou mravenčí nebo octovou získá kaučuk. Vulkanizací pomocí síry (1-4 %) se
z termoplastického kaučuku stane tvrditelná pryž. Požadované vlastnosti získá pryž
přísadami (70 %) a to plnidly, barvivy, změkčovadly, urychlovači a vulkanizátorem.
Pryž se zpracovává buď na výtlačných strojích (bezešvá izolace) nebo na obkládacích
strojích (izolace má dva švy).
Měkká – je elastická a proto nejrozšířenější. Nevýhodou je malá
teplotní odolnost do 70 ˚C. Neodolává ozonu a minerálním olejům.
Proto se nepoužívá u VN kabelů ani u transformátorů. Měděné vodiče
se musí chránit před sírou z pryže ocínováním nebo papírovou páskou.
Používá se k izolaci šňůr, drátů, kabelů, zástrček, jako těsnění
průchodky, spojky apod. Výhodou je možnost regenerace.
Tvrdá – nazývá se též ebonit. Je černá, dobře obrobitelná. Používal se
k výrobě nádob olověných akumulátorů.
o Umělá – základními látkami jsou monomery získané z ropy, zemního plynu a uhlí.
Umělá pryž se získává z umělého kaučuku vulkanizací. Použítí je stejné jako
u pryže přírodní.
o Silikonová – je vytvořena z makromolekulárních látek tvořených křemíkem a
kyslíkem vulkanizací. Používají se k izolaci vodičů, kanelů, na výrobu
izolačních trubek apod. Silikonová lepící páska se používá k izolaci
cívek motorů určených do tropů
2.2.9
Plastické hmoty (umělé pryskyřice)
Plastické hmoty se někdy nazývají též umělé pryskyřice. Podstatou jsou organické sloučeniny
s velkou molekulovou hmotou.
Plastické hmoty rozeznáváme dvojího druhu a to termoplasty a reaktoplasty
2.2.9.1 Termoplasty
Termoplasty – jsou netvrditelné, ohřátím měknou, při ochlazení opět ztuhnou. Teplotní
proměnou se jejich vlastnosti nezmění. Vznikají polymerací, tj. neuvolňuje se během procesu
žádná chemická sloučenina.
2.2.9.1.1 Hmoty čistě syntetické
o Polyethylen - PE
Polyetylén je prakticky bez chuti a zápachu, fyziologicky je zcela nezávadný. Odolává vodě,
vodným roztokům a většině chemikálií. Propustnost pro vodu je velmi malá. V obvyklých
rozpouštědlech je nerozpustný. Vnějším vzhledem (i barvou) se podobá vosku, není-li jinak
barven. Pod –120 °C je polyetylén tvrdý a křehký. V širokém teplotním rozsahu je pevný, při
zvýšení teploty je ohebný, tvarová stálost je asi do 100 °C. Při 115 °C se taví, při teplotách
cca 280 °C dochází k tepelnému rozkladu. Jeho nevýhodou je, že je hořlavý, i když je znám
jeden nehořlavý druh pod označením Rulan. Stárne působením světla, tepelnou oxidací a
mechanickým namáháním. Elektrická pevnost (při 0,76 mm) Ep min. 500 kV/cm. Použití:
elektroizolační součásti, součásti a izolace kabelů, hlavně pro vf.
o Polypropylen - PP
Nejlehčí plast s hustotou 900 kg m-3, tj.výrobky plavou na vodě. Je bezbarvý, fyziologicky
nezávadný, bez zápachu. Má výborné mechanické vlastnosti. Oproti polyetylénu vykazuje
vyšší pevnost v tahu,větší tvrdost, vyšší tepelnou odolnost (bod měknutí je 165 °C). Odolnost
proti chemikáliím je větší než u polyetylénu. Použití: pláště kabelů, fólie apod.
o Polystyren – PS
Jde o čirý, poněkud tvrdý termoplast s hustotou 1 050 kg m-3. Bod měknutí je cca 65 °C.
Tvarování je možné při cca 140 °C. Je stálý vůči vodě, alkoholům, alkáliím, kyselinám a
minerálním olejům. Rozpouští se v aromatických uhlovodících (benzén, toluén, xylén).
Vykazuje prakticky nulovou nasákavost. Umožňuje velmi dokonalé tváření
vstřikováním.Výlisky jsou průhledné jako sklo a mají hladký povrch. izolace kabelů, tyče a
trubky pro elektrotechniku, kalíšky pro koaxiální kabely, dielektrikum pro kondenzátory
(Styroflex). Přidáním nadouvadla se vytvoří pěnový polystyrem, který má dobré tepelné a
elektroizolační vlastnosti.
o Polyvinylchlorid – PVC
Má amorfní strukturu a hustotu 1 380 kg m-3. Je nerozpustný ve vodě. Odolává účinkům
koncentrovaných i zředěných kyselin a alkálií i minerálních olejů. Rozpouští se však ve
směsích polárních a nepolárních rozpouštědel (např. aceton + benzén). Do teplot 40 °C je
tepelně stálý, při 85 °C začíná měknout a při 150 °C je natolik plastický, že se dá dobře tvářet.
Při vyšších teplotách dochází k tepelnému rozkladu, přičemž se uvolňuje chlorovodík. Jeho
tepelná stabilita se zvyšuje přídavkem stabilizátorů (nejčastěji stearát olovnatý). Je
nehořlavý,hoří pouze v přímém plameni. Nepříznivě naň působí sluneční záření; dochází ke
zhoršení mechanických vlastností. Elektrická pevnost 400 kV/cm při 50 Hz. Použití pro
izolaci kabelů a vodičů nahrazuje pryž, potrubí, akumulátory.
o Polymetylmetakrylát – PMMA – plexisklo - akrylon
Propouští 90 - 92 % světelného záření (více než křemičitá skla), je netříštivý, stálý, s
vysokým indexem lomu (1,49). Nárazová pevnost je 7x větší než u křemičitých skel.
Nevýhoda – mechanicky měkký. Lze velmi dobře zpracovávat. Tvarová stálost je do 70 °C.
Při 120 °C je tvárně plastický. Stálý k vodě, kyselinám, louhům, benzínu a minerálním
olejům. Je rozpustný v benzénu a chlorovaných uhlovodících. Je bez chuti a zápachu. Je
hořlavý, ale těžce zápalný. Je zajímavý tím, že při působení elektrického oblouku vyvíjí větší
množství plynů (CO,CO2,H2) a tím se stává způsobilým zhášet v omezeném prostoru
elektrický oblouk následkem tlaku vzniklých plynů. přístrojové desky, kontrolní průzory,
kryty strojů, součásti měřicích přístrojů, stupnice přístrojů, modely, použití při konstrukci vn
vypínačů.
o Polytetrafluoretylen – PTFE – teflon
Z hlediska chemické odolnosti patří mezi nejlepší chemicky odolné materiály vůbec. Odolává
všem, i vroucím kyselinám a louhům. Proto se hodí pro agresivní prostředí. Je napadán pouze
účinkem taveniny alkalických kovů s fluorem. Fyziologicky je při normálních teplotách
neškodný. Jeho praktické použití je dáno teplotním rozmezím -200 až +250 °C. Izolační
pevnost 500 kV/cm. Použití: průchozí a podpěrné izolátory, koaxiální spojky a přípojky,
kabelová izolace, patice elektronek. Je drahý.
o Polytrifluormonochloetylen – PCTFE – teflex
Svými fyzikálními vlastnostmi je podobný polytetrafluoretylénu, pouze jeho optimální
hodnoty jsou poněkud nižší. Teplotní odolnost: -200 až +190 °C. Chemicky odolný je
podobně jako polytetrafluoretylén, avšak působí na něj některá organická rozpouštědla
a aromatické uhlovodíky (benzén). V malých tloušťkách je průhledný, u tlustostěnných
dílců šedobílý. Výhodou je snazší zpracovatelnost. Izolační pevnost 800 kV/cm. Použití:
izolace vodičů, lamináty.
o Polyformaldehyd – POM – delrin
Je jedním z nejdůležitějších plastů budoucnosti pro svoje vynikající mechanické vlastnosti a
hlavně nízkou cenu výchozích surovin. Teplotní odolnost do 85 ˚C, krátkodobě na 120 ˚C. Po
zapálení hoří bledým namodralým plamenem.Má hustotu 1 420 kg m-3.Odolává téměř všem
chemikáliím, takže v tomto směru snese srovnání s polytetrafluoretylénem. Umožňuje volbu
různých technologií - vstřikování, vytlačování, tažení vláken, nanášení. Izolační pevnost
200 kV/cm. Použití: používá se tam,kde vedle dobrých elektroizolačních vlastností se
požadují velmi dobré mechanické vlastnosti. Důležitou vlastností polyformaldehydu je i
okolnost, že jeho elektrické parametry se jen málo mění i ve vlhkém prostředí a dokonce i při
úplném ponoření do vody.
o Polyamidy – PA – sylon, nylon, perlon
Na rozdíl od typických termoplastů při zvýšených teplotách neměknou,ale náhle se roztaví
na řídkou látku (150 až 250 °C podle molekulové hmotnosti); to umožňuje výrobu fólií a
vláken.V tenkých vrstvách jsou průsvitné, v tlustších - nažloutlé. Mají výborné mechanické
vlastnosti, závislé na obsahu krystalické fáze,a ta je opět závislá na způsobu chlazení
taveniny. V roztaveném stavu za přítomnosti kyslíku se hnědě zabarvují. Jsou špatně
hořlavé.Jsou stálé na světle a v olejích. Vůči kyselinám a louhům nejsou příliš stálé.
Nenapadají je hnilobné baktérie.Nevýhodou je menší navlhavost; proto je nutné před použitím
sušení ve vakuových suškách při 50 – 70 °C. Nasákavost zhoršuje elektrické vlastnosti.
Nejsou typickými elektroizolačními materiály. Využívá se spíše jejich mechanických
vlastností. Elektrická pevnost 100 až 200 kV/cm. Použití: ochranné pláště PVC kabelů,
elektroizolační polyamidové laky, ochranné kryty, vlákna.
o Polykarbonáty – PC
Tvarová stabilita je až do 140 °C, tj. ve srovnání s jinými termoplasty dost značná. Jsou
odolné proti kyselinám, louhy je zmýdelňují. Rozpouštějí se dobře v organických
rozpouštědlech. Jsou fyziologicky nezávadné, bez chuti a zápachu. Jsou průzračné, lze je
snadno barvit. Při zapálení po oddálení plamene samy zhášejí. Důležité je, že význačné
elektrické vlastnosti si zachovávají i při zvýšené teplotě a vlhkosti. Mají výborné mechanické
vlastnosti. Izolační pevnost 1000 kV/cm. výlisky pro elektrotechniku nejrůznějšího
charakteru.
2.2.9.1.2 Hmoty polysyntetické
Vznikají úpravou přírodních materiálů – celulózy.
o Viskóza
Je rozpustná ve vodě, zředěnými kyselinami se převede zpět na celulózu. Fólie jsou známé
pod názvem celofán.
o Nitrocelulóza
Je hořlavá, výbušná. Používá se k výrobě filmů, magnetofonových pásků, nitrolaků.
o Acetocelulóza - celon
Je nehořlavá. Používá se na nehořlavé filmy, umělé hedvábí, laky, lepidla, magnetofonové
pásky apod.
2.2.9.2 Reaktoplasty
Rektoplasty se teplem vytvrzují a přecházejí do netavitelného a nerozpustného stavu. Vysokou
teplotou se chemicky poruší a zuhelnatí. Vznikají polykondenzací, během procesu se uvolňuje
i vedlejší doprovodná sloučenina např. voda.
o Fenoplasty – PF – bakelit
Fenoplasty patřily k nejrozšířenějším syntetickým pryskyřicím. Jejich podíl na celkové
výrobě plastů však postupně klesal. Ke spotřebiteli se dostanou jako nevytvrzené v prášku
nebo roztoku, po zpracování se vytvrzováním získá tvrdý nerozpustný výrobek. Použití: různé
výlisky v elektrotechnice, automobil Trabant, apod.
o Animoplasty
Vznikají sloučením formaldehydu a aminosloučenin (močoviny, melaninu nebo anilínu).
Aminoplasty celkově jsou ve srovnání s fenoplasty odolnější vůči elektrickému oblouku
(použití v konstrukci vypínačů). Kromě toho při působení elektrického oblouku uvolňují
dusík a vodík,které zhášejí oblouk Výhodou je možnost libovolného zbarvení. Nevýhodou
oproti fenoplastům je menší odolnost proti vodě.Vrstvené papíry s aminoplasty – umakarty.
Snáší teploty do 65 ˚C. Používají se tam, kde je potřeba pěkného vzhledu – skříˇkny,
knoflíky, dekorační ozdoby apod.
o Nenasycené polyestery – UP – polyesterové pryskyřice
Použití polyesterů:
-výroba laminátů
-licí pryskyřice
-lisovací hmoty
-bezrozpouštědlové laky
o Epoxidové pryskyřice – EP – epoxy
Vynikající přilnavost ke kovům, nahrazují svarové spoje. Lepit lze i sklo, porcelán. Slídu,
dřevo. Používají se k odlévání průchodek, kabelových armatur, pro zalévání měřících
transformátorů, kryty spínačů, apod.
2.2.9.3 Teplovzdorné plasty
Tuto skupinu tvoří plasty - polymery s trvalou tepelnou odolností vyšší než 150 °C. Často
bývají vyztuženy skleněnými, uhlíkovými nebo aramidovými vlákny. Přítomnost plniv přitom
dodává materiálům specifické vlastnosti. Grafit vytváří elektricky vodivé polymery, případně
zlepšuje kluzné vlastnosti jako sulfid molybdeničitý, bronzový prach, nebo prášek PTFE.
Mezi hlavní představitele této skupiny patří: polysulfony (PSU), polyétersulfony (PES),
polyfenylenoxid (PPO), polyfenylensulfid (PPS), polyimidy (PI), polyéterimidy (PEl),
polyamidimidy (PAI), polyéteréterketon (PEEK), polyaryléterketon (PAEK), polyftalamid
(PPA), polyaryláty (PAR), polyesterkarbonát, aramidy.
Materiály jsou využívány především pro mechanicky, tepelně a elektricky namáhané díly
(ozubená kola, vačky, ložiska, hnací hřídelky, díly čerpadel, pístní kroužky, elektronářadí,
letadlové díly, přesné díly elektronických a elektrotechnických přístrojů apod.).
o Polysulfony - PSU
Amorfní termoplast. Má velkou mechanickou pevnost od -100 do +150 °C, velkou tuhost,
houževnatost, stálé elektrické vlastnosti do 175 °C. Je odolný proti anorganickým kyselinám,
zásadám a roztokům solí. Vykazuje mírnou navlhavost, je nehořlavý a odolný proti záření
beta a gama. Hodí se na tělesa a kryty domácích elektrických spotřebičů, izolační součásti v
elektronice, součásti lékařských přístrojů (možnost sterilizace při 120 °C), součásti v
potravinářském, farmaceutickém a chemickém průmyslu. Čirý, průzračný, tvrdý, houževnatý
materiál Praktické použití v rozmezí -100 až +150 °C. Měkne při 175 °C. Vyniká tvarovou
stálostí. Nasákavost je 0,2 %. Je samozhášivý. Odolává kyselinám, zásadám, alifatickým
uhlovodíkům a alkoholům. Je napadán chlorem a aromatickými uhlovodíky. Zpracovává se
vytlačováním a lisováním při 300 - 400 °C. Fólie, trubky, vodiče, kabely.
o Polyétersulfony – PES
Amorfní termoplast. Mechanicky pevný od -100 do +200 °C, má velkou tuhost, dobrou
kluznost a otěruvzdornost, stálé elektrické vlastnosti od 20 do 150 °C. Použití: na mechanicky
a současně tepelně namáhané součásti v automobilech a letadlech, izolační součásti v
elektrotechnice, osvětlovací tělesa, sterilizovatelné lékařské přístroje.
o Polyfenylensulfid – PPS
Semikrystalický termoplast. Pevný, tuhý a tvarově stálý za tepla. Trvalá teplotní odolnost
200 °C. Velká chemická odolnost, velká odolnost proti záření a vlivům povětrnosti.
Nehořlavý. Použití: v elektronice a v elektrotechnice, pro součásti počítačů, lékařské přístroje,
tělesa a oběžná kola čerpadel, ložiska, součásti ventilů, kuchyňské nádobí.
o Polyimidy – PI
Vysoká teplotní odolnost, v inertní atmosféře stálé až do 500 °C, trvale snášejí teploty kolem
300 °C. Dobře odolávají běžným rozpouštědlům, tukům a olejům, a to až do vysokých teplot.
Obecně jsou velmi odolné k různým druhům záření.
Využití: v letectví a kosmonautice: konstrukční díly, v elektrotechnice a mikroelektronice:
pasivační a ochranné vrstvy integrovaných obvodů, mezivrstvová dielektrika, lepidla, izolační
vrstvy v nahrávacích hlavách, desky plošných spojů, solární baterie, spojovací prvky
světlovodů, materiály pro elektronovou litografii; laky, fólie, dielektrika kondenzátorů,
izolace vodičů kabelů.
o Polyéterimidy – PEI
Amorfní termoplast. Má velkou pevnost a tuhost. Trvalá stálost za tepla 200°C, použitelnost
trvale do 170°C. Konstantní dielektrické vlastnosti ve velkém rozsahu teplot a kmitočtů.
Velká odolnost proti záření a vlivům povětrnosti. Nehořlavý. Chemická odolnost proti
anorganickým kyselinám a zásadám, olejům a pohonným směsím, alkoholům. Použití: v
automobilovém, leteckém a raketovém průmyslu, na tělesa spínačů a izolátory, součásti
mikrovlnných vařičů, součásti reflektorů, zámky bezpečnostních pásů, součásti v
elektrotechnice.
o Polyamidimidy – PAI
Modifikovaný reaktoplast. Pevný v rozmezí -190 až +260 °C, velmi ,houževnatý, tvarově
stálý za tepla až 280 °C, má nízkou teplotní roztažnost, velkou odolnost proti gama a UV
záření a proti vlivům povětrnosti. Použití: pro mechanicky a vysokoteplotně namáhané
součásti, například dílce pro hydraulické a pneumatické motory, vývěvy, ložiska, kluzná
uložení, vačky elektrických spínačů, ochranné kryty proti elektrickému průrazu těles
cívek.
o Polyéteréterketon – PEEK
Semikrystalický termoplast. Vysoká pevnost v tahu, teplotní odolnost 200 °C; nehořlavý.
Dobrá kluznost a otěruvzdornost. Chemicky odolný proti pohonným hmotám, mazacím a
hydraulickým olejům, alkoholům a rozpouštědlům. Použití: na mechanicky značně namáhané
součásti při vysokých teplotách v tryskových motorech, izolační součásti v elektrotechnice a v
telekomunikacích.
o A další
2.2.9.4 Silikony – SI
Výroba je náročná, silikony jsou tudíž drahé. Vychází se ze silanů (např. monosilanu SiH4,
následně probíhá hydrolýza silanů na silanoly, poté se kondenzací silanolů získávají siloxany.
Vlastnosti silikonů jsou podmíněny jejich polysiloxanovou strukturou, tj.volbou a smícháním
výchozích silanů.
Silikonové látky mají vždy tyto vlastnosti:
- velmi dobrou elektrickou pevnost v širokém rozmezí kmitočtů,
- značné hydrofobizační účinky (hydrofobizací nazýváme takovou změnu fyzikálněchemických vlastností ošetřovaného materiálu, která na rozhraní pevné látky a plynného
prostředí podstatně zvyšuje tzv. smáčecí úhel pro vodu, jinými slovy odpuzují vodu),
- v rozmezí -90 až +300 °C se jejich vlastnosti téměř nemění,
- chemicky jsou netečné, nejedovaté,
- jsou stálé proti účinkům záření.
Použití:
- laky – vysoce teplotně odolné
- oleje, impregnace
- těsnění
- koupací čepice,..
- výroba pružných forem pro zalévání součástek
2.4 Izolanty kapalného skupenství
Izolační kapaliny snižují navlhání a zlepšují tak elektrické vlastnosti jiných materiálů (bavlny,
papíru,...), zhášejí elektrický oblouk, odvádějí teplo z vinutí transformátorů atd.
Kapalné izolanty používané v elektrotechnice se obvykle rozdělují do tří skupin:
1. minerální oleje,
2. syntetické kapaliny,
3. rostlinné oleje
Z prvé skupiny jsou v elektrotechnice používány pro transformátory a pro náplně spínacích
přístrojů a jako kabelové a kondenzátorové oleje. Jen hořlavost, zápalnost a i možnost
výbuchů vzniklých plynů, např. v olejových vypínačích, jsou hlavní příčinou odklonu
používání minerálních olejů v elektrických zařízeních a jejich nahrazování kapalnými izolanty
druhé skupiny, tzv.syntetickými izolačními kapalinami. Ke skupině syntetických kapalin
možno zahrnout i sloučeniny organokřemičité, tzv.silikony. Ze třetí skupiny rostlinných olejů
se někdy používá ricinový olej, lněný olej a dřevný olej.
Z hlediska použití se kapalné izolanty klasifikují na kapaliny pro:
- transformátory,
- spínače,
- kabely,
- kondenzátory,
- vývěvy,
- přípravu laků
- speciální použití.
o Rostlinné oleje
Ricinový – napouští se jím kondenzátorový papír, součástky se
používají ve vf obvodech
Pryskyřičný – dnes se již nepoužívá
o Minerální oleje
Jsou to uhlovodíky získané destilací z ropy.
Transformátorový – je lehčí než vodě (malá hustota), je navlhavý,
elektrickou pevnost snižují nečistoty. Stárnutí oleje je ovlivněno
obsahem kyslíku, výší teploty, tlaku a dále i přítomností katalyzátorů,
jako mědi, železa a olova. Další příčinou stárnutí je samotné elektrické
pole. Mechanizmus oxidace je komplikovaný. Průběh oxidace se
vysvětluje řetězovou teorií. Přístupy k zabránění (zpomalení) oxidace:
použití antioxidantů, zamezení přístupu vzduchu, použití dusíku,
zmenšení stykové plochy se vzduchem. Regenerace oleje je možná za
provozu (smíšení zahřátého oleje s adsorpčním prostředkem a následná
filtrace, nebo filtrace zahřátého oleje pomocí silikagelu) nebo při
odstávce zařízení z provozu (kyselinou a bělící hinkou). Silikagel dokonale promytý a vysušený gel kyseliny křemičité, velmi jemně
pórovitá látka o velké adsorpční schopnosti.
Kondenzátorový – neliší se příliš od transformátorového oleje. Je určen
pro vf kondenzátory.
Kabelový – má větší viskozitu. Při provozní teplotě je hustý, při
impregnování kabelového papíru je řidčí (130 ˚C)
Zhorší-li se izolační vlastnosti minerálních olejů, zlepšují se regenerací (stručně popsáno u
transformátorových olejů).
o Umělé izolační kapaliny
Jsou chemicky stálé, nehořlavé, neoxidují a pomalu stárnou. Nevýhodou je vyšší cena, páry
škodí lidskému zdraví.
Chlorované uhlovodíky – delor – používá se do kondenzátorů vyjímečně do
ransformátorů
Silikonové oleje – jsou makromolekulární látky vytvořené vazbou křemíku a
kyslíku. Jsou bezbarvé, nepáchnoucí a s různou tekutostí. Slouží k úpravě
povrchu skla, keramiky, papíru, umělých vláken aj. vystavených vlhkosti,
dešti, dále jako izolační a chladící prostředí transformátorů, jako impregnační
prostředek apod. (další informace v kapitole Silikony-SI)
Polybutény
Fluorované uhlovodíky
Organické estery
2.5 Izolanty plynného skupenství
Plyny, pokud nejsou v silném elektrickém poli, mají výborné elektrické vlastnosti. Mají velký
izolační odpor a malý ztrátový úhel δ i permitivitu ε, proto kondenzátory s plynnými
dielektriky mají malou kapacitu. Při přeskoku mají výhodu okamžité regenerace. Vlastnosti se
stárnutím zhoršují.
Základní klasifikace:
1. obecné plyny
2. inertní plyny
3. elektronegativní plyny
o 1. Obecné plyny
Vzduch – 75% dusíku, 23% kyslíku, zbytek vzácné plyny, kysličník uhličitý a
vodní páry. Používá se jako dielektrikum u kondenzátorů a izolace u
venkovních vedení, stlačený vzduch pro ovládání vypínačů, odpojovačů,
odpínačů a pro zhášení oblouku.
Vodík – Má 7x větší tepelnou vodivost než vzduch, hustota 14x menší než
vzduch. Používá se k chlazení točivých strojů velkých výkonů, vakuová
technika.
Dusík – Slouží k vytvoření ochranné atmosféry (chrání látky před oxidací),
jako dielektrikum ve vn kondenzátorech, pro plnění žárovek.
Kyslík – použití svařovací technika, povrchová oxidace pro speciální účely
(např. stříbrné plochy pro fotobuňky)
Oxid uhličitý CO2 – použití jako podobné jako u dusíku.
o 2. Interní (vzácné, netečné) plyny
Helium, neon, argon, krypton, xenon – Zřídka se uplatňují jako izolanty, slouží k vytvoření
světla doutnavek, světelných reklamních trubic (neony), plní se jími žárovky, výbojky atd.
o 3. Elektronegativní plyny
fluorid sírový SF6
- elektronegativní plyn s mimořádnou chemickou a tepelnou stabilitou
- atom síry obklopen šesti stejně vzdálenými atomy fluoru
- tepelný rozklad až při teplotách nad 500 °C
- elektrická pevnost je 2,5 až 3,5 x větší než u dusíku
- použití pro zapouzdřené vodiče, vypínače – zapouzdřené rozvodny ve městech, kde není na
rozvodnu mnoho místa, zabere 3x menší plochu
chlorované a fluorované uhlovodíky
−-difluordichlormetan CCl2F2 - Freon
2.6 Úkoly k procvičení kap. 2
1. Jak se rozdělují izolanty podle skupenství? Ke každému skupenství uveďte několik
příkladů.
2. Jak se rozdělují izolanty podle vzniku? Ke každé skupině uveďte několik příkladů.¨
3. Vyjmenujte několik příkladů anorganických izolantů tuhého skupenství?
4. Uveďte společné vlastnosti anorganických izolantů tuhého skupenství.
5. Azbest, Slída – vlastnosti, použití v elektrotechnice
6. Sklo, Keramika – vlastnosti, složení, výroba, rozdělení, použití v elektrotechnice
7. Asfalt, vosky – vlastnosti, rozdělení, použití v elektrotechnice
8. Přírodní pryskyřice – co to je?, Šelak, kalafuna, kopál, jantar – jak se získají,
vlastnosti, použití v elektrotechnice
9. Laky – co to je? Složení? Rozdělení? Využití v elektrotechnice
10. Jaký je rozdíl mezi laky a kompaudy?
11. Vláknité materiály – vlastnosti, rozdělení, využití v elektrotechnice
12. Vrstvené izolanty – rozdělení, výroba, vlastnosti, využití v elektrotechnice
13. Pryž – rozdělení a výroba, vlastnosti, využití v elektrotechnice
14. Co je latex?
15. Vysvětlete pojem termoplasty a reaktoplasty a ke každé skupině uveďte příklady
materiálů
16. Termoplasty – využití v elektrotechnice a uveďte příklady termoplastů
17. PE, PP, PVC – vlastnosti a využití v elektrotechnice
18. PMMA – plexisklo – vlastnosti a využití v elektrotechnice
19. PTFE – teflon – vlastnosti a využití v elektrotechnice
20. PA – sylon, nylon – vlastnosti a použití v elektrotechnice
21. Co jsou to reaktoplasty? Uveďte příklady. Co jsou to fenoplasty – bakelit – vlastnosti
a využití v elektrotechnice
22. Vysvětlete pojem teplovzdorné plasty a uveďte jejich vlastnosti a příklady materiálů,
využití v elektrotechnice
23. Silikony – vlastnosti, využití
24. Izolanty kapalného skupenství – vlastnosti a rozdělení a využití v elektrotechnice
25. Co je to silikagel a k čemu se používá
26. Izolanty plynného skupenství – vlastnosti a rozdělení, využití v elektrotechnice
27. Obecné plyny – vzduch, dusík, kyslík, CO2, vodík – vlastnosti a využití
28. Vzácné plyny – jaké znáte vzácné plyny a jejich využití v elektrotechnice
29. SF6 – co to je? Jaké má vlastnosti a kde se využívá
30. Využití stlačeného vzduchu v elektrotechnice, jaký je rozdíl mezi průrazem a
přeskokem?
3. KONDENZÁTORY
Kondenzátor je základní součástkou elektrických a elektronických
obvodů. Používá se jako vazební člen mezi obvody, v laděných
obvodech, k vyhlazení
usměrněného napětí,
v časovacích
obvodech, shromažďují energii pro blesky u fotoaparátů atd. Ideální
kondenzátor má jen kapacitu, posouvá fázi o 90 ˚ a nemění
elektrickou energii na teplo. Ideální kondenzátor však neexistuje.
Skutečný kondenzátor má parazitní vlastnosti (odpor, indukčnost),
způsobuje ztráty energie a může mít překvapivé závislosti na
teplotě, na intenzitě elektrického pole, vlhkosti atd. Jeho vlastnosti jsou dány souhrnem jevů,
které v kondenzátoru probíhají. Konkrétněji o využití kondenzátorů v praxi a jejich dělení a
výrobě i značení pojednávají další kapitoly.
Kondenzátor je elektrotechnická součástka používaná v elektrických obvodech k dočasnému
uchování elektrického náboje a tím i k uchování potenciální elektrické energie.
Z fyzikálního hlediska se kondenzátorem nazývá libovolné vodivé těleso, které je obklopeno
jiným vodivým tělesem, přičemž obě tělesa jsou vzájemně izolována.
3.1 Využití kondenzátorů (příklady)
Fotografický blesk - nahromaděná elektrická energie v kondenzátoru se v krátkém časovém
okamžiku vybije a způsobí silný světelný záblesk.
Stabilizační prvek v elektrických obvodech - paralelním zapojením do elektrického obvodu
lze dosáhnout vyhlazení napěťových špiček, a tím rovnoměrnějšího průběhu elektrického
proudu.
Odstranění stejnosměrné složky elektrického proudu - větví s kondenzátorem nemůže projít
stejnosměrný elektrický proud, ale střídavý proud ano.
Odrušovací kondenzátor je nedílnou součástí všech elektrospotřebičů. Používá se samostatně
nebo v kombinaci s tlumivkami. Omezuje rušení vzniklé spínáním nebo rozpojováním
elektrického obvodu pod napětím.
Ladící součástka v přijímači - změnou kapacity v oscilačním obvodu přijímače se vlastní
frekvence obvodu vyrovná vnější frekvenci a dojde k rezonanci, tj. k zesílení přijímaného
signálu.
Počítačová paměť - paměť složená z velkého množství miniaturních kondenzátorů je schopna
uchovat informaci ve formě 0 a 1 (0 = není náboj, 1 = je náboj).
Defibrilátor - přístroj používaný v lékařství k provádění elektrických šoků při zástavě srdce,
kdy velké množství náboje projde během krátké doby přes srdeční sval a může obnovit
srdeční činnost.
Časovače - většina generátorů střídavého signálu využívá kondenzátory jako součástky,
jejichž střídavé nabíjení a vybíjení určuje periodu kmitů.
Rozběhový kondenzátor a další aplikace
3.2 Vlastnosti kondenzátorů
Kondenzátory vyrobené různými technologiemi mají velmi rozdílné vlastnosti a hodí se jen
pro určité použití. Vlastnosti kondenzátorů, do značné míry nezávisle na jejich druzích, lze
popsat těmito parametry:
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
velikost kapacity
tolerance jmenovité kapacity kondenzátoru
teplotní závislost kapacity
napěťová závislost kapacity
izolační odpor (zbytkový proud) kondenzátoru
ztrátový činitel kondenzátoru
kmitočtová závislost kapacity (impedance kondenzátoru)
jmenovité provozní napětí kondenzátoru
maximální provozní proud kondenzátorem
maximální výkon kondenzátoru
stárnutí kondenzátorů (časová změna parametrů)
Kapacita kondenzátoru je vlastnost daného uspořádání, je to schopnost vodiče hromadit
určitou velikost náboje při určitém napětí. Kapacitu kondenzátoru je dána vztahem:
C = εr ε0 S/l
Jednotkou kapacity je farad, značí se F a je to kapacita takového uspořádání, na němž by se
při napětí jeden volt nahromadil náboj jeden coulomb. Platí:
C = Q/U
Rozsah hodnot vyráběných kondenzátorů se pohybuje asi od 1pF až do hodnot asi 0,1 F.
3.3 Rozdělení kondenzátorů a jejich popis
Kondenzátory pro využití v elektrotechnice a elektronice jsou vyráběny v mnoha druzích,
které vyhovují velmi rozdílným oblastem použití. Nejběžnější druhy kondenzátorů jsou
uvedeny v následujícím přehledu. Vyrábějí se i kondenzátory zvláštní například slídové,
vzduchové, vakuové, olejové nebo kondenzátory plněné stlačenými plyny.
Přehled kondenzátorů:
o svitkové
s papírovým dielektrikem
s dielektrikem z plastových fólií
• obyčejné svitky
• bezindukční svitky
o s fóliovými elektrodami
o metalizované
o keramické
s lineárním průběhem teplotní závislosti kapacity
s nelineárním průběhem teplotní závislosti kapacity
z neoxidované keramiky
• jednoduché
• monolitické
o elektrolytické
hliníkové
tantalové
• s kapalným dielektrikem
• s tuhým dielektrikem
Další dělení kondenzátorů lze provést podle tvaru:
– deskové
– válcové
– kulové
– svitkové – svinutý dlouhý vodivý pás oddělený izolantem
Další dělení kondenzátorů lze provést podle použitého dielektrika:
– otočný vzduchový
–
–
–
–
–
papírový (papír často napuštěn voskem)
elektrolytický
keramický
slídový
plastový
Další dělení kondenzátorů lze provést podle konstrukčního provedení:
–
–
–
pevné – kapacita je stálá
proměnné – kapacitu lze měnit v určitém rozsahu (ladící, dolaďovací)
kondenzátory SMD – pro techniku povrchové montáže
3.3.1 Svitkové kondenzátory
Svitkové kondenzátory jsou konstruovány jako válcové nebo ploché svitky z pásů dielektrika,
které jsou proloženy elektrodami. Elektrody jsou vytvořeny kovovou folií nebo vrstvou kovu
nanesenou na povrch dielektrika. Vývody elektrod jsou u obyčejných svitků provedeny
praporky. U bezindukčních kondenzátorů jsou elektrody přesazeny na okraje svitku kde jsou
propojeny naneseným kovovým povlakem nebo přítlačnou armaturou.
Obr. 3.1 Svitkový kondenzátor
Papírové kondenzátory se vyrábějí s dielektrikem z natroncelulózového nebo hadrového
papíru tloušťky 6 až 20 µm. Vzhledem k tomu, že v papíru mohou být otvory, kde by
docházelo ke zkratům, musí se použít nejméně dvě vrstvy papíru, ve kterých nedojde
k překrytí defektních míst (děr). Elektrody jsou z hliníkové folie tloušťky 6 až 8 µm. Svitky se
navíjejí na automatických navíječkách. Nejdříve se k folii v určité vzdálenosti připojí
kontaktní praporky. Pak se svitek navijí a když dosáhne stanovených rozměrů, odstřihnou se
vnitřní vrstvy a vinutí se ukončí a přelepí. Tím je svitek natolik stabilní, aby se mohl vysušit,
impregnovat ve vakuu a zapouzdřit. Relativní permitivita takového kondenzátoru je 4 až 6.
Kondenzátory z metalizovaného papíru (metalizované kondenzátory) jsou zvláštní papírové
kondenzátory bez vlastní kovové folie. Elektrody jsou tvořeny napařením zinkové nebo
hliníkové vrstvy silné 0,05 až 1 µm na předem nalakovaný papír. Svitky se vinou tak, aby
elektrody vyčnívaly na jejich čelech, kde se kontaktují, nejčastěji šopováním zinku
(metalizace stříkáním, pokovování). Tím se vytvářejí čelní kontakty, které umožňují
dosáhnout malý sériový odpor i indukčnost svitku. Kondenzátory z metalizovaného papíru
mají regenerační schopnost. Při průrazu dielektrika se tenká kovová vrstva v okolí průrazu
vypaří a shoří, takže nemůže dojít ke zkratu. Vzhledem k této vlastní regeneraci lze jako
dielektrikum použít i jen jednu vrstvu papíru, takže jsou kondenzátory z metalizovaného
papíru poměrně malé. Hotové svitky se vysuší, impregnují a pouzdří stejně jako papírové
kondenzátory.
Kondenzátory s dielektrikem z plastů jsou vyráběny obdobně jako kondenzátory papírové
nebo z metalizovaného papíru. Rozdíl je pouze v tom, že dielektrikum je plastová folie 5 až
20µm z polystyrénu, teflonu (PTFE), polykarbonátu (PC), polyetyléntereftátu (PET),
polypropylénu (PP) apod. Kondenzátory s plastovými dielektriky se obvykle neimpregnují,
ale svitky se po navinutí zahřívají, takže se folie smrští a utěsní svitek natolik, že nenavlhá.
Tyto kondenzátory se vyznačují velkou elektrickou pevností, malým činitelem ztrát a velkým
izolačním odporem.
Slídové kondenzátory mají elektrody zhotoveny napařením nebo nastříkáním stříbrné vrstvy
na tenké destičky z jakostní slídy. Jednotlivé destičky jsou spojeny paralelně, aby se dosáhlo
dostatečné kapacity. Tyto kondenzátory mají malé ztráty, velkou časovou i teplotní stabilitu
kapacity. Používají se do vf obvodů.
3.3.2 Keramické kondenzátory
Obr. 3.2 Keramický kondenzátor
Keramické kondenzátory se vyrábějí v provedení trubkovém, hrníčkovém, diskovém, zejména
však plochém nebo monolitické. Dielektrikem je vypálená keramická hmota, která podle
složení může mít relativní permitivitu od jednotek (hmoty s definovaným lineárním průběhem
teplotní závislosti permitivity), až do několika desítek tisíc (feroelektrické hmoty).
Dielektrika se nejčastěji zhotovují jako tenké destičky tloušťky 0,1 až 0,2 mm nebo
tenkostěnné trubičky z homogenizované keramické hmoty válcováním, litím nebo tažením a
následným výpalem v oxidační atmosféře při teplotě 1300 až 1500 ºC.
Odlišný je výpal u neoxidové keramiky s bariérou z feroelektrického materiálu na povrchu
redukovaného feroelektrika.
feroelektrikum = látka schopná udržet si dipólový moment (vlastní elektrické pole ve svém
okolí) i bez vnějšího elektrického pole. Příkladem feroelektrik jsou látky s chemickým
vzorcem ABO3, kde A a B jsou dva různé kovy, například SrTiO3)
Redukce feroelektrika se provede výpalem v redukční atmosféře H2, čímž se záská
polovodivý materiál s malou rezistivitou. Jeho oxidací a dalším výpalem v oxidační atmosféře
se na jeho povrchu a na rozhraních krystalových zrn vytvoří tenká dielektrická vrstva (cca
1µm), která ja vlastním dielektrikem kondenzátoru.
Vodivé elektrody kondenzátorů se vytváří spékáním z emulzního stříbra tlustovrstvou
technologií. Kondenzátor bez vývodů může být použit jako vsazovací nebo pro povrchovou
montáž, jinak se na hotové elektrody pájí přívody a kondenzátory se chrání vrstvou laku nebo
fluidizace.
Pro velké vysokofrekvenční výkony nebo pro použití v obvodech, které působí zvláště
škodlivě indukčnost přívodů kondenzátoru, se vyrábějí keramické kondenzátory zvláštních
konstrukcí. Jako „bzindukční“se vyrábějí bezvývodové diskové nebo pravoúhlé kondenzátory
tvaru oboustranně pokovených rovinných keramických destiček, které jsou připojovány přímo
pájením k stříbrným elektrodám.
Průchodkové kondenzátory jsou bezindukční kondenzátory určené zejména ve vf filtrech,
určené k vestavění přímo do sten stínících krytů. Jejich konstrukce vychází z dielektrika tvaru
trubky , vnitřní elektroda má drátový vývod procházející trubkou, vnější elektroda je opatřena
armaturou k vodivému připojení a připevnění do otvoru nebo je u bezarmaturních typů
upravena pro přímé připájení.
Pro velké vf výkony řádů jednotek až desítek kVAr a napětí řádu kV se vyrábějí kalíškové,
trubkové, talířové keramické kondenzátory. Dielektrikum ve tvaru trubky nebo desky je
opatřeno zesílenými okraji, aby na krajích elektrod nenastávalo velké zvýšení intenzity pole.
Elektrody jsou opět stříbrné, opatřené masivními vývody. Kondenzátor má i upevňovací
armaturu.
Keramické kondenzátory se vyrábějí i monolitické jako svazky do bloku sestavených a
vzájemně propojených destiček. Tenké, předem vypálené, keramické folie se spolu
s materiálem elektrod navrství do bloku a v celku vypálí popřípadě spečou, čímž lze vytvořit
miniaturní kondenzátor s kapacitou až jednotek µF.
3.3.3 Elektrolytické kondenzátory
Obr. 3.3 Elektrolytický kondenzátor
Elektrolytické kondenzátory se liší od ostatních svým dielektrikem, které je tvořeno tenkou
oxidovou vrstvou na povrchu jedné elektrody (obr.3.3a vlevo). Malá tloušťka dielektrické
vrstvy umožňuje dosáhnout vysoké hodnoty kapacity při malém objemu kondenzátoru, jejich
velkou nevýhodou je jejich polarizace, takže mohou být provozovány pouze v obvodech, kde
bude vždy zajištěno kladné napětí na jejich anodě.
Konstrukce hliníkových elektrolytických kondenzátorů je obdobná konstrukci kondenzátorů
svitkových(obr. 3.3b vlevo), elektrody jsou tvořeny hliníkovými foliemi, které jsou odděleny
papírovými separátory. Separátory jsou napuštěny elektrolytem a svitek je uzavřen
v hermetickém pouzdru.
Svitky se vinou z předem připravené anodové hliníkové folie, která je pro zvětšení povrchu
kartáčována, leptána a na které je anodickou oxidací – formováním – vytvořena dielektrická
vrstva, dále katodové hliníkové folie a papírového separátoru. Navinuté svitky se impregnují
elektrolytem (kyselina boritá, adipová, ethylglikol) a doformovávají, aby se regenerovala
oxidová vrstva v místech, kde byla při navíjení svitku poškozena a na řezných hranách folií.
Dále se svitky vkládají do pouzder, připojují k vývodům a hermeticky uzavírají.
Tantalové elektrolytické kondenzátory mají anodu tvořenou válcovým roubíkem, který je
sintrován z tantalového prášku a která je formována v celém objemovém (porézním) povrchu.
Kondenzátory s tekutým elektrolytem (H2SO4) se montují do hermetických stříbrných
pouzder v uspořádání, které je na obr. 3.3a vpravo.
Při výrobě tantalových elektrolytických kondenzátorů s tuhým dielektrikem se naformované
anody impregnují dusičnanem manganitým, který se dále pyroloticky rozkládá na kysličník
manganičitý (burel), sloužící jako elektrolyt kondenzátoru. Katodová elektroda se vytváří na
povrchu impregnovaného roubíku povlakem koloidního grafitu a stříbra. V nejčastějším
kapkovém uspořádání (obr. 3.3 b vpravo) se ke kondenzátoru dále přivaří anodový a připájí
katodový vývod a kondenzátor se pouzdří máčením reaktoplastu.
3.3.4 Proměnné kondenzátory
Obr. 3.4 Proměnný kondenzátor
Rozdělení proměnných kondenzátorů:
1) ladící kondenzátory
2) dolaďovací kondenzátory
1) Ladící kondenzátory – konstruované pro časté, mnohokrát opakované změny kapacity.
Ladící kondenzátory jsou vytvořeny soustavou pevných statorových desek uložených
izolovaně do kovového pouzdra (vany). Mezi statorové desky se zasouvá soustava rotorových
desek, které jsou vodivě spojeny s vanou. Vzájemným překrýváním desek se zvětšuje
kapacita. Dielektrikem je nejčastěji vzduch, nebo se rotorové desky zasouvají mezi folie ze
specielních dielektrických materiálů, kterými jsou statorové proloženy. Použití takových
kondenzátorů je například ladění kapesního radiového přijímače.
2) Dolaďovací kondenzátory – určené jen k občasnému doladění obvodů
Mají nejčastěji trubkové provedení. Kondenzátor je tvořen skleněnou nebo keramickou
trubičkou, která zároveň tvoří dielektrikum. Elektrody tvoří vrstva stříbra nanesená na vnější
ploše trubičky a mosazný píst ovládaný ladícím šroubem. Rozsah změny kapacity těchto
kondenzátorů je podle typu v rozmezí 0,1 až 1pF nebo od 1 do 10 pF. Konstrukčně jsou
připraveny pro pájení nebo přišroubování do desek plošných spojů.
3.4 Značení kondenzátorů
Výrobní řady kondenzátorů ( hodnoty kondenzátorů jsou násobky těchto čísel ):
E6: 00, 150, 220, 330, 470, 680
E12: 00, 120, 150, 180, 220, 270, 330, 390, 470, 560, 680, 820
E24: 00, 110, 120, 130, 150, 160, 180, 200, 220, 240, 270, 300, 330, 360, 390, 430, 470, 510,
560, 620, 680, 750, 820, 910
Kondenzátory vyrábí řada výrobců, kteří používají různé značení.
1) Značení kondenzátorů dle DIN
M – kovová vrstva
K – plast
Třetí písmeno označuje dielektrikum:
S – polystyren
P – polypropylen
C – polykarbonát
T – polyester
U – celulózoacetát
Číselné označení kapacity. Symbol označující velikost kapacity se vytváří podobně jako u
rezistorů. Základní jednotkou je pikofarad, označení J.Tisíc pikofaradů – k, mikrofarad – M,
tisíc mikrofaradů – G. Písmena jsou umístěna na místě desetinné čárky. Např.: 4J7 = 4,7 pF,
33 = 33 pF, M1 = 0,1µF, 2G = 2000 µF.
Značení tolerance – značí se velkým písmenem a následuje za označením kapacity.
C <10 pF
C ±0,25 pF
D ± 0,5 pF
G±2%
J±5%
C > 10pF
K ± 10%
M ± 20%
N ± 30 %
S – 20 + 50 %
2) Barevný kód
Každý Výrobce používá trochu jiné označení. Barevné označení kondenzátorů lze najít na
internetu a odborné literatuře. Příklad barevného označení je na následujícím obrázku.
Obr. 3.5 Barevné označení kondenzátorů Tesla
Obr. 3.6 Textové označení kondenzátorů Tesla
3) Číselný kód
Viz výrobci kondenzátorů.
3.5 Výpočty kapacit (příklady)
Kapacita kondenzátoru
C = ε0 εr S/l
ε0 – permitivita vakua 8,8854.10-12 F/m
Paralelní spojení kondenzátorů
C = C1 + C2 + ……
Sériové spojení kondenzátorů
1/C = 1/C1 + 1/C2 + …
C = (C1C2)/( C1 + C2)
Kapacita kondenzátoru, jehož elektrody jsou složeny s n desek
C = (n-1) ε0 εr S/l
El. náboj
Q = C.U
Příklad 1
Určete výslednou kapacitu spojení kondenzátorů podle obrázku. Všechny kondenzátory mají
kapacitu 10 pF.
Příklad 2
Určete výslednou kapacitu spojení kondenzátorů podle obrázku. Všechny kondenzátory mají
kapacitu 10 pF.
Příklad 3
Vypočítejte kapacitu svitkového kondenzátoru z metalizovaného papíru s poměrnou
permitivitou 3. Tloušťka papíru je 0,025 mm, šířka folie je 4,7 cm a délka 10 m.
ε0 – permitivita vakua 8,8854.10-12 F/m
Příklad 4
Kondenzátor o kapacitě 172 pF má plochu elektrod 6 cm2. Určete tloušťku slídového
dielektrika, jehož poměrná permitivita je 6,5.
ε0 – permitivita vakua 8,8854.10-12 F/m
Příklad 5
Stanovte počet desek otočného kondenzátoru se vzduchovým dielektrikem. Plocha jedné
desky je 10 cm2, vzdálenost desek je 0,4 mm a kapacita 400 pF.
ε0 – permitivita vakua 8,8854.10-12 F/m
3.6 Úkoly k procvičení kap.3 až 3.5
1. 1 Co je kondenzátor a jaké je využití kondenzátorů v elektrotechnice?
2. Jaké jsou základní vlastnosti kondenzátorů?
3. Na čem závisí kapacita kondenzátoru?
4. Jaké druhy kondenzátorů znáte?
5. popište výrobu svitkových kondenzátorů
6. Jaká je hlavní výhoda kondenzátoru z metalizovaného papíru
7. Co ej feroelektrikum?, fluidizace?, armatura?
8. Keramické kondenzátory – rozdělení, výroba
9. Elektrolytické kondenzátory – rozdělení, konstrukce, výroba
10. Proměnné kondenzátory – rozdělení, využití
11. Popište způsoby značení kondenzátorů
12. Kondenzátor s označením 4J7 má jakou kapacitu?
13. Jak se vypočítá celková kapacita sériového a paralelního spojení kondenzátorů
14. Příklady k procvičení jsou v kap.3.5
3.7 Osazení kondenzátorů na desku plošného spoje (DPS)
Malé kondenzátory se montují na desky plošných spojů pomocí vývodů, u velkých
elektrolytických se používají upevňovací konstrukce. Při montáži kondenzátorů si musíme
dávat pozor na dobu pájení, teplo může kondenzátor poškodit. U elektrolytických a
tantalových kondenzátorů je nutné dodržet polaritu, mají kladný a záporný pól. Záporný pól je
vždy na kostře (obalu) kondenzátoru, kladný na vývodu z průchodky.
Keramický kondenzátor se běžně osazuje tak, aby neležel na desce spoje (při
naklonění kondenzátoru by se mohl zlomit). Vývody musí vyčnívat nejvýše
3mm z desky. Při ohřátí se na povrchu keramiky objeví impregnační hmota.
Tu nestíráme, po vychladnutí vsákne zpět. Při delším zahřívání se mohou
uvolnit vývody. Kondenzátor je křehký, nesnese hrubé zacházení.
Keramický kondenzátor ve vysokofrekvenčních obvodech se osazuje tak,
aby měl co nejkratší přívody. Běžně se zasune do desky na doraz. Při této
montáži se nemůže kondenzátor naklánět, může se snadno zlomit.
Keramický kondenzátor s vymezením vůle na osazení pomocí malé trubičky.
Při hromadné výrobě zajišťuje distanční trubička stálou výšku montáže.
Keramický kondenzátor s vymezením vůle pomocí krepů na vývodech.
Takto jsou pájecí plošky chráněny proti odtržení při tlaku na kondenzátor.
Svitkový kondenzátor s osovými (radiálními) vývody při běžné montáži.
Montuje se přímo na podložku, tak aby hodnota byla čitelná. Při delším
pájení a krátkých vývodech se může kondenzátor poškodit. Oválné
kondenzátory se většinou montují s delší osou kolmo na desku, uspoří se tím
místo. Vývody se ohýbají kolmo a až do místa ohybu musí běžet v ose
kondenzátoru. Ohyby nesmí být přímo u pouzdra.
Při montáži svitkového kondenzátoru na stojato nesmí kondenzátor
dosednout až na spoj. Při vychýlení kondenzátoru by mohlo dojít k vytržení
vývodů. Naopak axiální provedení (s vývody na jedné straně) se může osadit
těsně na desku, má totiž zesílené vývody. Svislý vývod je rovnoběžný s osou
pouzdra. radiálního provedení můžeme použít podložku podobně jako u
elektrolytického kondenzátoru.
Elektrolytický kondenzátor při běžné montáži se osazuje přímo na desku. Při
montáži musíme dávat pozor na polaritu kondenzátoru. Při nesprávném
zapojení teče kondenzátorem velký proud, který kondenzátor ohřívá. Pak se
může kondenzátor tlakem roztrhnout. Podobně při pájení nesmíme
kondenzátor přehřát. Kondenzátory jsou plněné kyselinami. Běžné
elektrolytické kyselinou boritou, tantalové pak koncentrovanou kyselinou
sírovou. Vývody kondenzátoru se nesmí ohýbat bezprostředně u pouzdra a u
zesíleného anodového vývodu. Minimální vzdálenost ohybu je 3 až 5mm.
Elektrolytický kondenzátor při svislé montáži se nesmí osazovat na doraz.
Při naklonění kondenzátoru by mohlo dojít k utržení vývodu. Kladný pól se
osazuje dolů, pak nehrozí při ohnutí svislého vývodu zkrat. Svislý vývod se
vede rovnoběžně s pouzdrem. Velké kondenzátory se tímto způsobem nesmí
montovat.
Při montáži v zařízeních vystaveným otřesům se při svislé montáži používají
speciální podložky, které uchytí a podepřou pouzdro kondenzátoru.
Kondenzátor s podložkou se osazuje na doraz ke spoji. Kondenzátory s
axiálními vývody, určené pro svislou montáž, se vždy osazují na doraz k
desce. Zabrání se tím pohybům kondenzátoru. Větší kondenzátory se
připevňují držáky, které je mechanicky upevní. Při osazování se nejdříve
kondenzátor upevní a pak zapájí. Při výměně se postupuje obráceně.
Tantalové kapkové kondenzátory se osazují do desek podobně jako
keramické. Nesmí dosedat přímo na desku. Jsou poměrně křehké a citlivé na
ohřev. Při montáži je nutné dodržet polaritu. Při nesprávné montáži se
kondenzátor prorazí. Některé kondenzátory mají od výrobce krepy na
vývodech. Tím je vymezena nejmenší délka přívodů.
Kondenzátorové trimry a ladící kondenzátory se osazují podobně jako odporové. Pokud
používáme kondenzátory s polyetylénovou izolací mezi vývody, musí být při jakémkoliv
pájení na vývodech kondenzátoru nastavené desky tak, aby ležely na sobě - kondenzátor je v
poloze s maximální kapacitou. Jenom v tomto případě je snížena možnost poškození izolace,
ale i tak může při dlouhodobém ohřevu dojít k jejímu porušení. U vzduchových kondenzátorů
je tento postup také vhodný, sníží se tím možnost deformace desek. Při pájení a čištění desky
nesmí zatéci tavidlo a čistící prostředek dovnitř kondenzátoru.
3.8 Úkoly k procvičení kap.3.7
1. Popište jak se osazují kondenzátory (různé druhy) na na desky plošných spojů (DPS)
Download

izolační materiály