Dielektrická pevnost izolantů

Dielektrická pevnost

Dielektrická pevnost označuje hodnotu intenzity elektrického pole při které dochází u daného elektrického izolantu k průrazu (u pevných materiálů) nebo k přeskoku (u kapalin nebo plynů) a tento materiál se stává vodivý. Každý průraz má 2 stadia:

náhlé zvětšení elektrické vodivosti a průchod proudu izolantem,
následek průchodu proudu (oblouk, roztavení, ohoření apod.).

značení a jednotky

Symbol: $E_p$

Výpočet: $E_p = \frac{U_p}{l}$

$U_p$ – průrazné napětí
$l$ – tloušťka izolantu

Jednotky: Základní jednotkou je $V/m$, odvozené jednotky jsou $kV/mm$, $kV/cm$ a nebo třeba $MV/m$.

Elektrický průraz

Průrazná intenzita elektrického pole

Teoreticky je dielektrická pevnost materiálu jeho charakteristickou vlastností, která nezávisí na uspořádání elektrod ani na tom, z jakého materiálu jsou vyrobeny. Působením elektrického pole se při průrazu uvolňují vázané elektrony. Je-li přiložené pole dost vysoké, může urychlit elektrony natolik, že při jejich srážkách s neutrálními atomy nebo molekulami jsou uvolňovány další elektrony; tento jev se nazývá lavinový průraz. K průrazu dochází velmi rychle (typicky během nanosekund) a vzniká při něm elektricky vodivá dráha skrz materiál izolantu. Jedná-li se o pevnou látku, průraz natrvalo podstatně zhorší nebo dokonce zcela odstraní jeho izolační schopnosti.

Průrazné napětí

Napětí při němž dojde k průrazu v daném případě závisí na vzájemném uspořádání dielektrika (izolátoru) a elektrod na které je přiloženo elektrické pole; dále na časovém průběhu (rychlosti růstu) napětí na elektrodách. Protože dielektrikum vždy obsahuje mikroskopické defekty, jeho dielektrická pevnost je daleko nižší než teoretická hodnota v ideálním materiálu. Dielektrická pevnost tenkých vrstev bývá vyšší než v případě silnějších destiček téhož materiálu. Napětí se rozloží do sériové kombinace více virtuálních kondenzátorů. V aplikacích, kde se vyžaduje co nejvyšší dielektrická pevnost, např. pro vysokonapěťové kondenzátory nebo pulzní transformátory, se proto používají vícenásobné tenké vrstvy dielektrik, nebo vakuové provedení

Průrazné napětí vzpočítáme podle vzorce:

$V_max = E_max \cdot d$

Tabulka průrazné intenzity elektrického pole u různých materiálů

Materiál	$E_p [kV/mm]$
Vzduch	1 – 3
Rutilit $(TiO_2)$	10
Kondenzátorový olej	20
Permitit	20
Transformátorový olej	4 – 30
Kamenina	7 – 27
Porcelán	10 – 30
Steatit (Mastek)	20 – 45
Polyvinylchlorid	26 – 50
Kabelový papír	50 – 60
Mikanit (slídový izolant)	100
Polyetylen	90 – 120
Napouštěný papír	100 – 130
Polyester	180

Faktory ovlivňující dielektrickou sílu

Může se lišit podle tloušťky (viz. část “průrazné napětí”).
Může se lišit podle provozní teploty
Může se lišit podle frekvence
Pro plyny (např. dusík, hexafluorid síry) normálně klesá se zvýšenou vlhkostí, protože ionty ve vodě mohou poskytovat vodivé kanály
U plynů se zvyšuje s tlakem podle Paschenova zákona
U vzduchu se dielektrická pevnost mírně zvyšuje s rostoucí absolutní vlhkostí, ale snižuje se se zvýšením relativní vlhkosti