VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROTECHNOLOGIE FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL AND ELECTRONIC TECHNOLOGY SLÍDOU MODIFIKOVANÉ ELEKTROIZOLAČNÍ LAKY MICA MODIFIED ELECTROINSULATING VARNISHES DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. PAVEL MRKOS Ing. ZDENKA ROZSÍVALOVÁ BRNO 00

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Útav elektrotechnologie Diplomová práce magiterký navazující tudijní obor Elektrotechnická výroba a management Student: Bc. Pavel Mrko ID: Ročník: Akademický rok: 009/00 NÁZEV TÉMATU: Slídou modifikované elektroizolační laky POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: Zpracujte přehled elektroizolačních laků používaných v elektrotechnice. Protudujte diagnotické metody a možnoti tetování vlatnotí elektroizolačních laků. Navrhněte vhodnou metodiku přípravy a zhotovte ady lakových vzorků různým podílem plniva v podobě mikromleté lídy. Experimentálně ledujte vliv plniva na změny elektrických vlatnotí elektroizolačního laku. Doažené výledky fyzikálně interpretujte a matematicky vyhodnoťte. Na experimentálně zjištěné průběhy aplikujte měné vztahy; dikutujte možný příno mikromleté lídy k doažení lepších elektroizolačních vlatnotí outavy ve rovnání matricí. DOPORUČENÁ LITERATURA: Podle pokynů vedoucího práce. Termín zadání: Termín odevzdání: Vedoucí práce: Ing. Zdenka Rozívalová prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc. Přededa oborové rady UPOZORNĚNÍ: Autor diplomové práce nemí při vytváření diplomové práce porušit autorká práva třetích oob, zejména nemí zaahovat nedovoleným způobem do cizích autorkých práv oobnotních a muí i být plně vědom náledku porušení utanovení a náledujících autorkého zákona č. /000 Sb., včetně možných tretně právních důledků vyplývajících z utanovení čáti druhé, hlavy VI. díl 4 Tretního zákoníku c.40/009 Sb.

3 Abtrakt: Předkládaná diplomová práce e zabývá vlivem obahu lídy na elektrické vlatnoti elektroizolačních laků, konkrétněji polyeterové prykyřice Dolphon XL 0. Zaměřuje e na diagnotické metody a tetování vlatnotí elektroizolačních laků. Zkoumá možný příno mikromleté lídy k doažení lepších elektroizolačních vlatnotí outavy ve rovnání matricí. Kompozitní materiál je tvořen polyeterovou prykyřicí Dolphon XL 0, která je modifikována různým hmotnotním procentem mikromleté lídy. Výledkem práce jou kmitočtové záviloti ložek komplexní permitivity kompozitního materiálu. Abtract: Thi mater thei deal with influence of mica content on the electrical propertie of electrical inulating varnihe, particularly in the polyeter rein Dolphon XL 0. It focue on diagnotic method and teting the propertie of electroinulating varnihe. Examine the potential benefit of micronied mica in order to achieve better electrical inulation propertie of the ytem compared to the matrix. The compoite material conit of polyeter rein Dolphon XL 0, which i modified different ma percentage of micronized mica. The reult of thi project are frequency dependencie of real and imaginary part of complex permitivity of varnih component. Klíčová lova: Polyeterová prykyřice Dolphon XL 0, relativní permitivita, měné vztahy, lída, tejnoměrné měření, třídavé měření, diagnotické tety Keyword: Polyeter rein Dolphon XL0, relative permittivity, mixed relation, mica, DC meaurement, AC meaurement, diagnotic tet

4 Bibliografická citace díla: MRKOS, P. Slídou modifikované elektroizolační laky. Brno: Vyoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Vedoucí diplomové práce Ing. Zdenka Rozívalová Prohlášení autora o původnoti díla: Prohlašuji, že jem tuto vyokoškolkou kvalifikační práci vypracoval amotatně pod vedením vedoucího diplomové práce, použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jou všechny citovány v práci a uvedeny v eznamu literatury. Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, že v ouviloti vytvořením této diplomové práce jem neporušil autorká práva třetích oob, zejména jem nezaáhl nedovoleným způobem do cizích autorkých práv oobnotních a jem i plně vědom náledků porušení utanovení a náledujících autorkého zákona č. /000 Sb., včetně možných tretněprávních důledků vyplývajících z utanovení 5 tretního zákona č. 40/96 Sb. V Brně dne Poděkování: Děkuji vedoucímu diplomové práce Ing. Zdence Rozívalové za metodické a cíleně orientované vedení při plnění úkolů realizovaných v návaznoti na diplomovou práci. Rovněž děkuji Ing. Martinu Frkovi, Ph.D. za pokytnutou pomoc a odborné rady a polečnoti FORTRAC.r.o. za pokytnutí polyeterové prykyřice Dolphon XL 0.

5 OBSAH ÚVOD... 0 TEORETICKÁ ČÁST.... DIELEKTRICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK..... Relativní permitivita..... Vnitřní rezitivita Povrchová rezitivita Ztrátové činitel DIELEKTRICKÁ POLARIZACE Dielektrická polarizace ve třídavém elektrickém poli Dielektrická polarizace ve tejnoměrném elektrickém poli Dielektrické ztráty Elektrická vodivot....3 ELEKTROIZOLAČNÍ LAKY V ELEKTROTECHNICE Rozdělení elektroizolačních laků Polyeterové prykyřice SLÍDA Slída pro použití v elektrotechnice Slídové výrobky Druhy lídy Vlatnoti lídy SLOŽENÉ MATERIÁLY Vlatnoti ložených materiálů Permitivita ložených outav DIAGNOSTICKÉ TESTY VLASTNOSTÍ ELEKTROIZOLAČNÍCH LAKŮ Twited coil tet Helical coil tet Wire bundle tet... 8 PRAKTICKÁ ČÁST ROZBOR POUŽITÉ POLYESTEROVÉ PRYSKYŘICE Polyeterová prykyřice Dolphon XL Doba vypalování ROZBOR POUŽITÉ SLÍDY ROZBOR POUŽITÝCH FOREM PRO VYTVRZENÍ PŘÍPRAVA VZORKŮ DO TEFLONOVÝCH FOREM PŘÍPRAVA VZORKŮ NA HLINÍKOVÉ PODLOŽKY PŘÍPRAVA VZORKŮ DO HLINÍKOVÝCH FOREM POUŽITÉ MĚŘICÍ METODY A PŘÍSTROJE Střídavá metoda Stejnoměrná metoda VÝPOČET SLOŽEK KOMPLEXNÍ PERMITIVITY Měření tloušťky vrtvy polyeterové prykyřice Měření hmotnoti lakových vzorků VÝSLEDKY A GRAFICKÉ ZPRACOVÁNÍ NAMĚŘENÝCH HODNOT Střídavá metoda Stejnoměrná metoda

6 .0 MATEMATICKÁ INTERPRETACE SMĚSNÝCH VZTAHŮ ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

7 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. Sériový náhradní obvod kondenzátoru dielektrikem [8]...3 Obr. Paralelní náhradní obvod kondenzátoru dielektrikem [8]...3 Obr. 3 Fázorový diagram elektrické indukce a komplexní permitivity [3]...5 Obr. 4 Průběh ložek komplexní permitivity v záviloti na kruhovém kmitočtu...7 Obr. 5 Coleho Coleho kruhový diagram klaického Debyeho průběhu [3]...8 Obr. 6 Stroj pro výrobu zkroucených cívek...8 Obr. 7 Příprava vazku vodičů ze maltovaného drátu metoda A...9 Obr. 8 Příprava vazku vodičů ze maltovaného drátu metoda B...9 Obr. 9 Vytvrzené vzorky na hliníkových podložkách...3 Obr. 0 Hliníková forma pro přípravu vzorku...33 Obr. Horkovzdušný terilizátor STERICELL 55 nucenou cirkulací vzduchu...34 Obr. Hliníkové formy předehřáté na teplotu 80 C...34 Obr. 3 Navážení polyeterové prykyřice Obr. 4 Přidání lídy Mica-M...35 Obr. 5 Míchání roztoku pomocí ultrazvukové míchačky...35 Obr. 6 Utálený roztok...36 Obr. 7 Roztok polyeterové prykyřice a mikromleté lídy Mica-M před vytvrzením...36 Obr. 8 Umítění forem v horkovzdušném terilizátoru STERICELL Obr. 9 Vytvrzené vzorky v horkovzdušném terilizátoru STERICELL Obr. 0 Vytvrzené vzorky...37 Obr. Zapojení tříelektrodového ytému HP 645B []...38 Obr. Tříelektrodový ytém HP 645B...39 Obr. 3 RLC metr Agilent E4980A []...39 Obr. 4 Elektrometr Keithley 657A...40 Obr. 5 Tříelektrodový ytém Keithley Obr. 6 Digitální mikrometr...4 Obr. 7 Digitální váha RADWAG AS 0/C/ [5]...43 Obr. 8 Kmitočtová závilot relativní permitivity pro vzorky bez příměi lídy (a), 4 % příměi lídy (b), 8 % příměi lídy (c)

8 Obr. 9 Kmitočtová závilot ztrátového číla pro vzorky bez příměi lídy (a), 4 % příměi lídy (b), 8 % příměi lídy (c)...46 Obr. 30 Kmitočtová závilot ztrátového číla pro 0%, %, 4%, 6% a 8% vzorky...47 Obr. 3 Kmitočtová závilot relativní permitivity pro 0%, %, 4%, 6%, 8% vzorky...47 Obr. 3 Závilot = f ( )...47 Obr. 33 Čaová závilot nabíjecího proudu (a), čaová závilot vybíjecího proudu (b)...48 Obr. 34 Čaová závilot nabíjecího proudu (a), čaová závilot vybíjecího proudu (b), čaová závilot vnitřní rezitivity (c)...49 SEZNAM TABULEK Tab. Vlatnoti polyeterové prykyřice Dolphon XL Tab. Tloušťky vytvrzené polyeterové prykyřice bez příměi lídy...4 Tab. 3 Tloušťky vytvrzené polyeterové prykyřice % příměi lídy...4 Tab. 4 Tloušťky vytvrzené polyeterové prykyřice 4 % příměi lídy...4 Tab. 5 Tloušťky vytvrzené polyeterové prykyřice 6 % příměi lídy...4 Tab. 6 Tloušťky vytvrzené polyeterové prykyřice 8 % příměi lídy...4 Tab. 7 Tabulka hmotnotí jednotlivých vzorků...43 Tab. 8 Přehled vypočtených hodnot relativní permitivity vzorků % příměi lídy...5 Tab. 9 Přehled vypočtených hodnot relativní permitivity vzorků 4 % příměi lídy...5 Tab. 0 Přehled vypočtených hodnot relativní permitivity vzorků 6 % příměi lídy...53 Tab. Přehled vypočtených hodnot relativní permitivity vzorků 8 % příměi lídy...53 Tab. Přehled průměrných hodnot lakových vzorků různým podílem plniva

9 SEZNAM SYMBOLŮ C 0 (F) geometrická kapacita C x (F) naměřená kapacita c (m) šířka vzduchové mezery mezi tínicí a měřicí elektrodou tříelektrodového ytému d m (m) průměr měřicí elektrody E (V m - ) intenzita elektrického pole mezi elektrodami před vunutím dielektrika E (V m - ) intenzita elektrického pole mezi elektrodami po vunutí dielektrika f (Hz) kmitočet h (m) tloušťka vzorku m (kg) hmotnot tg δ ( - ) ztrátový činitel ρ (Ω m) rezitivita V (m 3 ) objem v ( - ) objemový podíl elektroizolačního laku v ( - ) objemový podíl lídy ( C) teplota γ (S m - ) konduktivita p (S) povrchová konduktivita v (S m - ) vnitřní konduktivita (rad) ztrátový úhel r ( - ) relativní permitivita (reálná ložka komplexní permitivity) ( - ) ztrátové čílo (imaginární ložka komplexní permitivity) 0 (F m - ) permitivita vakua (8, F m - ) 9

10 Úvod V oučané době e v elektrotechnickém průmylu používají tále více izolanty, tedy nevodivé materiály. Při výrobě těchto materiálů je kladen velký důraz na jejich vlatnoti. Mezi tyto vlatnoti patří zejména odolnot proti půobení klimatických činitelů a elektrická odolnot izolantu. Mezi hlavní požadavky na provoz elektrických zařízení e řadí vyoká polehlivot a bezpečnot. Všechny tyto vlatnoti záviejí na kvalitě a životnoti elektroizolačního ytému každého zařízení. Elektroizolační materiály jou vytavovány podmínkám, které mají vliv na přenot a kvalitu elektrických vlatnotí. Elektrické, mechanické a tepelné namáhání výrazně ovlivňují polehlivot a životnot elektroizolačních ytémů. Proto byly vyvinuty diagnotické metody pro ledování tavu elektroizolačních ytémů. Tím, že budeme měřit a ledovat životnot elektroizolačního ytému, vča zjitíme případný havarijní tav izolantu a zabráníme poškození výrobku. V oboru diagnotiky e v dnešní době nejvíce využívají nedetruktivní elektrické metody. Při využití těchto metod není měřený objekt žádným způobem ovlivněn ani poškozen. Tato diplomová práce e zaměřuje na zkoumání účinků vlivu obahu mleté lídy na elektrické vlatnoti impregnačních laků. Zkoumá technologii přípravy lakových vzorků různými hmotnotními podíly mikromleté lídy a vliv přidané lídy na vlatnoti lakových vzorků. Součátí diplomové práce je zpracování přehledu elektroizolačních laků které e používají v elektrotechnickém průmylu. Na základě provedeného rozboru diagnotických metod a možnoti tetování vlatnotí elektroizolačních laků byla navržena metodika přípravy lakových vzorků a podle navržené metodiky byla vyrobena ada lakových vzorků různým obahem plniva v podobě mikromleté lídy. Experimentálně byl ledován vliv plniva na změny elektrických vlatnotí elektroizolačního laku. Doažené výledky byly fyzikálně interpretovány a matematicky vyhodnoceny pomocí tabulkového proceoru Microoft Excel. Na experimentálně zjištěné průběhy byly aplikovány měné vztahy. Součátí diplomové práce je i dikue o možném přínou mikromleté lídy k doažení lepších elektroizolačních vlatnotí outavy ve rovnání matricí. 0

11 Teoretická čát. Dielektrické vlatnoti látek Za ideální dielektrikum je považována látka ložená z nábojů, které jou vázány elektrotatickými ilami a které neobahují volně pohyblivé elektrické náboje. Pokud na tuto látku půobí vnější elektrické pole, neprochází látkou žádný elektrický proud. V této látce nevznikají ztráty energie a elektrická vodivot látky je tudíž nulová. V ouviloti dielektrikem hovoříme také o polarizovatelnoti jeho nábojů. Po přiložení elektrického pole je materiál chopen akumulovat elektrickou energii. Ideální dielektrikum neobahuje volné noiče elektrických nábojů, proto by takové dielektrikum bylo chopné udržet elektrotatické pole po neomezeně dlouho dobu. V praxi takovéto látky neexitují. Všechna používaná dielektrika obahují relativně velmi malá množtví volných nábojů. Každé reálné dielektrikum je tedy v nepatrné míře vodivé. Měrná vodivot dielektrika je menší než 0-0 S cm. Každý izolant je zároveň dielektrikem, ale ne všechna dielektrika jou izolanty. O izolantu e hovoří v ouviloti e chopnotí látky vzájemně izolovat od ebe vodivé čáti různým potenciálem. [3] Dielektrikum je látka, která je chopná akumulovat elektrickou energii. Izolant je zae látka chopná elektrickou energii izolovat. Mezi základní fyzikální jevy v těchto látkách e řadí zejména dielektrická polarizace, elektrická vodivot, dielektrické ztráty a elektrický výboj. Základní elektrické veličiny těchto fyzikálních jevů jou: relativní permitivita ' (-) vnitřní rezitivita povrchová rezitivita V p (m) () ztrátový činitel elektrická pevnot tg (-) E p (V m - ). Dielektrika e kládají z atomů, molekul a iontů. Molekuly e z hledika způobu upořádání vázaných nábojů dělí na molekuly polární a nepolární (dipólové a neutrální). Molekuly polární mají neymetrickou tavbu a charakterizují e tálým elektrickým momentem i bez přítomnoti elektrického pole. Po přiložení elektrického pole e dipólové molekuly natáčejí ve měru tohoto elektrického pole. Molekuly nepolární mají zcela ymetrickou vazbu, vázané elektrické náboje jou rozloženy ouměrně a jejich těžiště plývají. Při vložení do elektrického pole dojde k porušení ymetrie - nepolární molekula vytvoří elektrický dipól a nabude indukovaný elektrický moment.

12 .. Relativní permitivita Relativní permitivita je bezrozměrná fyzikální veličina přímo ouviející polarizací. Relativní permitivita je činitel úměrnoti mezi elektrickou indukcí a intenzitou elektrického pole, přičemž je závilá na kmitočtu půobícího elektrického pole a teplotě. Jak kmitočtová, tak i teplotní závilot relativní permitivity e liší podle druhu materiálu. Hodnota relativní permitivity e vzrůtajícím kmitočtem kleá, na rozdíl od záviloti na teplotě, kdy může dojít k nárůtu i pokleu. Relativní permitivita e tanoví z poměru dvou kapacit ze vztahu () kde C C x, () 0 C x je kapacita kondenzátoru vloženým dielektrikem, C 0 kapacita vakuového kondenzátoru tejných geometrických rozměrů, kterou lze počítat podle vztahu () C Sef, () h 0 0 kde 0 je permitivita vakua (8, F m - ), S ef efektivní plocha měřicí elektrody a h je vzdálenot elektrod, rep. tloušťka měřeného vzorku. [8].. Vnitřní rezitivita Vnitřní rezitivita vyjadřuje míru vodivoti daného materiálu. Je to také reciproká hodnota vnitřní konduktivity. Vnitřní rezitivita e vypočte ze vztahu (3) R v S ef v h, (3) kde R v je vnitřní elektrický odpor, vzorku. [8] S ef efektivní plocha měřicí elektrody a h tloušťka..3 Povrchová rezitivita Povrchová rezitivita vyjadřuje míru vodivoti daného materiálu. Je to také reciproká hodnota povrchové konduktivity. Povrchová rezitivita e vypočte ze vztahu (4) kde a p R p, (4) c R p je povrchový elektrický odpor, a obvod efektivní plochy měřicí elektrody a c je vzdálenot mezi měřicí a ochrannou elektrodou. [8]

13 ..4 Ztrátové činitel Ztrátový činitel tg je mírou dielektrických ztrát a přímo ouvií e ztrátovým úhlem, což je úhel doplňující fázový úhel, mezi napětím a proudem, do 90. Ztrátový činitel je tedy vyjádřením množtví ztrát, ke kterým dojde při polarizaci dielektrika, v důledku vodivoti a ionizace. Stejně jako relativní permitivita je ztrátový činitel bezrozměrná veličina, kmitočtově a teplotně závilá. Tyto záviloti e tanovují z náhradního ériového nebo paralelního zapojení. Obr. Sériový náhradní obvod kondenzátoru dielektrikem [8] Obr. Paralelní náhradní obvod kondenzátoru dielektrikem [8] kde U ériového zapojení (viz obr. ) e ztrátový činitel vypočte ze vztahu (5) C je kapacita ériového náhradního zapojení a tg C R, (5) 3 R odpor ériového náhradního zapojení. Pro případ paralelního náhradního zapojení (viz obr. ) platí vztah (6) kde zapojení. [8] C p je kapacita v paralelním náhradním zapojení a tg C R, (6) p p R p odpor v paralelním náhradním

14 Elektrická pevnot E p je chopnot materiálu odolávat půobení vnějšího elektrického pole do doby, než dojde k čitě elektrickému nebo tepelnému průrazu. Je ovlivněna mnoha faktory, jako např. kmitočtem, teplotou, dobou půobení elektrického pole, čitotou protředí, rychlotí nárůtu elektrického napětí atd. Elektrická pevnot je dána vztahem (7) kde U p je průrazné napětí a h tloušťka vzorku. [8]. Dielektrická polarizace U p Ep, (7) h Fyzikální jev, při němž e půobením vnějšího i vnitřního elektrického pole přemiťují elektricky vázané náboje dielektrika ze vých rovnovážných poloh do nových na malé omezené vzdálenoti, a obahuje-li látka dipólové molekuly, natáčejí e (orientují e) do měru pole. Výjimečně jou i volné náboje v dielektriku příčinou polarizace. Mírou polarizace jou vektor polarizace P a relativní permitivita ', která ouvií e chopnotí polarizace látky polarizovatelnotí. V dielektrických látkách e čato vykytuje oučaně několik druhů polarizací, přičemž labší z nich bývají překryty mechanimy ilnějšími. Zpravidla e rozlišují : - jevy rychlým průběhem, tzv. pružné (elatické) polarizace - jevy pomalým průběhem, tzv. relaxační polarizace... Dielektrická polarizace ve třídavém elektrickém poli Půobí-li na dielektrikum třídavé elektrické pole, jehož intenzita E t má čaový průběh, který je vyjádřen rovnicí (8) E( t) E co t, (8) kde E je amplituda intenzity vnějšího elektrického pole, t ča a projeví e dynamické vlatnoti dielektrika. Elektrická indukce D t f kruhový kmitočet, je při dotatečné době půobení elektrického pole rovněž periodickou funkcí čau e tejným kmitočtem. Náledkem dielektrické relaxace e indukce D t vždy zpožďuje za vektorem intenzity elektrického pole E t. Díky tomu fázor D t není ve fázi E t. Mezi veličinami E a D je v obecném případě ztrátový úhel. Elektrická indukce D a ztrátový úhel jou veličiny, které jou kmitočtově závilé. 4

15 Čaové opožďování veličiny D za E je dáno vztahem (9) D t D co t, (9) Veličiny D a E jou vzájemně úměrné a kontanta úměrnoti je komplexní permitivita. To je vyjádřeno vztahem (0) D E, (0) kde 0 je abolutní permitivita vakua. Permitivita dielektrika ložkami a ; fázorový diagram komplexní permitivity 0 je komplexní veličinou e je uveden na obr. 3. Obr. 3 Fázorový diagram elektrické indukce a komplexní permitivity [3] Při známém čaovém průběhu elektrické indukce vektoru polarizace Elektrická indukce P t. To je vyjádřeno rovnicí () D t P t Dt Et D t lze vyjádřit i čaový průběh 0, () má dvě ložky; ložka D je ve fázi půobícím elektrickým polem a ložka D e zpožďuje o úhel. Pro obě ložky platí: D Dco ˆ E 0 co 0 E, () D Din ˆ E 0 in 0 E, (3) Kontanta úměrnoti ve vztahu () předtavuje reálnou ložku komplexní permitivity, kontanta úměrnoti ve vztahu (3) vyjadřuje imaginární ložku téže veličiny. Obě ložky komplexní permitivity jou kmitočtově závilé veličiny. Z fázorového diagramu (viz obr. 3) plyne, že komplexní permitivitu lze vyjádřit ve tvaru (4) Z obr. 3 dále plynou vztahy (5) a (6) ( ) j, (4) ( ) co, (5) ( ) in, (6) 5

16 Úhel udává míru dielektrických ztrát a bývá nazýván ztrátovým úhlem; jeho tangenta je nazývána ztrátovým činitelem ( tg ). To je vyjádřeno vztahem (7) tg, (7) odkud imaginární čát komplexní permitivity, označována jako ztrátové čílo, je dána výrazem (8) tg. (8) Debye teoreticky odvodil pro komplexní permitivitu vztah (9) ( ), (9) j kde předtavuje relaxační dobu dielektrika, která je funkcí teploty, je tatická relativní permitivita a je optická relativní permitivita. U optické permitivity e uplatňuje pouze polarizace elektronová, protože čátice dielektrika již netačí ledovat velmi rychlé změny elektrického pole. Pomalé polarizace e zde již nemohou uplatnit. Rozložením rovnice (8) na reálnou a imaginární čát, vyplývají pro ložky a vztahy (0) a (), (0), () Doazení vztahů (9) a (0) do rovnice (7) zíkáme vztah () pro ztrátový činitel tg, () Vztahy (9), (0) a () bývají v literatuře označovány jako Debyeho rovnice. Vyneením grafických záviloti f a f, popaných rovnicemi (9) a (0), zíkáme průběhy kvalitativně hodné křivkami uvedenými na obr. 4. Zde rotoucím kmitočtem plynule kleá z nejvyšší hodnoty (tatické) na nejnižší hodnotu (optickou). 6

17 Obr. 4 Průběh ložek komplexní permitivity v záviloti na kruhovém kmitočtu Závilot pro případ jedné relaxační doby pro případ rozptylu relaxačních dob [3] f prochází maximem v mítě nejpříkřejšího pokleu funkce. Dielektrické ztráty mizí při limitních kmitočtech, tj. 0 a, kdy e kondenzátor technickým dielektrikem chová jako ideální kapacita. Oblat, v níž relativní permitivita kleá kmitočtem, e nazývá oblatí dielektrické diperze (nebo také oblatí diperze permitivity). Záviloti uvedené na obr. 4 je nazývána jako Debyeho průběh záviloti () na kmitočtu. Platí pro všechna dielektrika relaxačními polarizacemi. Maximum ztrátového číla m natane při kruhovém kmitočtu vyplývá při kontantní teplotě (3) d m. Z podmínky 0 d, (3) m Doazením rovnice (3) do rovnic (9), (0) a () zíkáme pro veličiny inf, m a vztahy: (4), (5) a (6) tg a inf m S S, (4), (5) 7

18 S tg a, (6) Ze vztahů (4), (5) a (6) je zřejmé, že veličiny, m a Coleho-Coleho kruhový diagram S tg a nezávií na hodnotě m. Vyloučením oučinu v analytickém tvaru (7) z Debyeho rovnic, viz [0], e dopěje k rovnici kružnice, (7) Kružnice vyjádřená vztahem (7) má poloměr ; 0. r a ouřadnice tředu Grafické zobrazení rovnice (7) je uvedeno na obr. 5, tedy Coleho-Coleho diagram. Pokud jou hodnoty a vyneeny v komplexní rovině, pak koncové body kruhový oblouk, který protíná reálnou ou v bodech a. [0] vytváří Obr. 5 Coleho Coleho kruhový diagram klaického Debyeho průběhu [3] 8

19 .. Dielektrická polarizace ve tejnoměrném elektrickém poli Obahuje-li látka dipólové molekuly, orientují e tyto molekuly ve měru elektrického pole. Schopnot polarizace látky, zvaná také jako polarizovatelnot, je základní fyzikální vlatnotí dielektrik. S touto vlatnotí ouvií hodnota relativní permitivity dielektrik a ztrátového činitele tg. S těmito veličinami korepondují dielektrické ztráty, tárnutí organických dielektrik a náledně jejich životnot. Proto velikot a tg je za různých podmínek základním kritériem při volbě materiálu k výrobě izolací pro konkrétní aplikace. Velikot indukovaného dipólového momentu je úměrná velikoti intenzity půobícího lokálního elektrického pole E l a je dána vztahem (8) i E l, (8) kde je polarizovatelnot. Lokální (vnitřní) elektrické pole je pole bezprotředně půobící na danou polarizovatelnou čátici. Intenzita tohoto pole je vždy větší než intenzita elektrického pole makrokopického. Dielektrická polarizace předtavuje vektorový oučet všech indukovaných dipólových momentů molekul. Platí rovnice (9) P i V kde n je koncentrace polarizovatelných čátic. i n E, Míra polarizace dielektrika e hodnotí podle změny kapacity kondenzátoru při záměně vakua nebo vzduchu mezi dekami kondenzátoru za analyzovaný materiál. Platí rovnice (30) kde je dielektrická uceptibilita. l (9) P 0 E, (30) Veličiny E, D a P jou obecně vektorové, v izotropním dielektriku však tačí pouze pojetí kalární. Nejběžnější jou dielektrika lineární, pro která je polarizace přímo úměrná intenzitě elektrického pole. Platí rovnice (3) E E D 0 E 0 E 0 0, (3) U nelineárních dielektrik závií i na intenzitě přiloženého elektrického pole, zpravidla je však funkcí teploty a kmitočtu elektrického pole, eventuálně i dalších činitelů. [9] 9

20 Klaifikace polarizačních mechanimů a) Polarizace rychlé nezávií na kmitočtu, mají krátkou dobu trvání, probíhají beze ztrát. ) Polarizace elektronová vykytuje e u všech dielektrik, probíhá beze ztrát, nezávií na teplotě. ) Polarizace iontová-pružná vykytuje e jen u iontových krytalů, probíhá beze ztrát, je závilá na teplotě. b) Polarizace pomalé polarizace přibývají velmi pomalu, záviejí na teplotě a na kmitočtu a jou vždy provázeny ztrátami. ) Polarizace dipólová vykytuje e u polárních látek. ) Polarizace iontová-relaxační vykytuje e v iontových látkách. c) Polarizace zvláštní ) Polarizace mezivrtvová (migrační). ) Polarizace amovolná (pontánní). 3) Polarizace trvalá (permanentní). 4) Polarizace rezonanční vykytuje e u všech dielektrik, projevuje e ve viditelném pektru kmitočtů. []..3 Dielektrické ztráty Technické dielektrikum vykazuje oproti ideálnímu nenulovou elektrickou vodivot, dále čato obahuje nečitoty, příměi, vlhkot. Přiložené elektrické pole pak podmiňuje vznik netacionárních pochodů uvnitř dielektrika, které vedou ke ztrátám energie. Ztráty v dielektriku předtavují celkovou energii, rozptýlenou v dielektriku v čaové jednotce při jeho vložení do elektrického pole. Ztráty e vykytují při půobení tejnoměrného i třídavého pole, jou provázeny ohřevem dielektrika a jou příčinou změny fázového úhlu mezi napětím a proudem. Z hledika fyzikální podtaty e ztráty v dielektriku rozdělují na vodivotní ztráty (u všech dielektrik, podmíněny vnitřní a povrchovou vodivotí), ztráty polarizační (kmitočtové a teplotní charakteritiky ztrát vycházejí z druhu polarizace v dielektriku) a ionizační ztráty (u plynů, tuhých a kapalných dielektrik, které plyny obahují). Velikoti dielektrických ztrát vyjadřují tyto veličiny: ztrátový úhel ( ) ztrátový činitel tg (-) ztrátové čílo " (-) měrné dielektrické ztráty p (W kg - ) [] 0

21 ..4 Elektrická vodivot Mechanimu elektrické vodivoti počívá v pohybu volných nebo labě vázaných nábojů v elektrickém poli. Elektrickou vodivot lze rozdělit podle druhu noičů nábojů na iontovou (ionty příměí, nečitot, ionty vlatní látky), elektronovou (v elektrických polích o velmi vyoké intenzitě) a elektroforetickou (noiči jou koloidní čátice v kapalných látkách). Dále lze elektrickou vodivot dielektrických látek rozdělit podle povahy na vnitřní a povrchovou, přičemž povrchovou vodivot lze pozorovat pouze u tuhých látek. Vnitřní konduktivita γ v (S m - ) je pro jeden druh noičů dána vztahem (3). V n q, (3) kde n je koncentrace noičů elektrického náboje, q je elektrický náboj noiče a μ je driftová pohyblivot. Vnitřní elektrická vodivot tuhých izolantů závií na jejich chemickém ložení, truktuře látek, defektech vnitřního upořádání a na druhu a obahu nečitot a příměí. Povrchová konduktivita γ p e udává jako podíl proudu tekoucího po povrchu dielektrika, připadajícího na jednotku délky elektrody I p a intenzity elektrického pole E. Vztah pro výpočet povrchové elektrické vodivoti je vyjádřen v rovnici (33) p I p E. (33) Pokud e bude jednat o protorový děj, lze vztah upravit na rovnici (34) I d I d p, (34) l U U l e kde I je celkový proud tekoucí po povrchu izolantu, U je napětí na elektrodách, d je jejich vzdálenot a l e je délka elektrod na povrchu izolantu. Ze vztahu vyplývá, že i povrchovou elektrickou vodivot lze hodnotit na základě povrchové konduktivity, jak je vyjádřeno v rovnici (35) kde e l R e p p d, (35) R p je povrchový elektrický odpor materiálu naměřený mezi paralelními elektrodami. Povrchová elektrická vodivot izolantu je dána pohybem volných noičů elektrického náboje na jeho povrchu. Volné noiče náboje vznikají především diociací molekul nečitot na povrchu izolantu, přičemž je diociace ilně podporována aborbovanou vlhkotí. [4]

22 .3 Elektroizolační laky v elektrotechnice Elektroizolační laky používáme především pro vyplnění všech volných mít v izolaci elektrotechnických zařízení při jejich impregnaci vytvořením uchého lakového povlaku nepatrnou hydrokopičnotí. Díky tomu má izolace vyšší elektrickou pevnot a zlepší e i její tepelná vodivot. Před použitím necháváme laky chnout, nebo je vypalujeme. Nejprve je třeba z laku odtranit rozpouštědla a ředidla. V dalším kroku právě chnutím a vypalováním mění filmotvorné ložky laku voji chemickou trukturu a oxidací přecházejí v pevnou makromolekulární látku. Vhodné hutoty laků e doahuje ředidly, což jou látky podobné rozpouštědlům. V menší míře jou v lacích obažena i zvláčňovadla neboli změkčovadla (platifikátory), urychlovače (ikativy), umožňující rychlejší zaychání laků, a někdy i pigmenty dodávající laku určitou barvu. Aby izolační lak plnil požadované podmínky, muí vykazovat dobré mechanické, chemické i elektrické vlatnoti. Po vytvrzení má lakový film mít dobrou tepelnou vodivot, vyokou rezitivitu, malé dielektrické ztráty, velkou elektrickou pevnot, dotatečnou odolnot proti oděru a proti rozpouštědlům. Vytvrzování laků e děje různými pochody. U některých laků e tvoří pevný film čitým odpařením rozpouštědel (laky lihové), u jiných dochází k vytvrzení oxidací, kdy přijímaným kylíkem natává protorové zeíťování lineárních makromolekul (laky olejové). U dalších laků dochází při zvýšené teplotě, popř. i zvýšeném tlaku, k zeíťování čitou polymerizací, popř. polykondenzací (např. laky fenolické). Polední kupinou jou laky, u kterých dochází k vytvrzení polyadicí i polymerizací prykyřice přidaným tvrdidlem, tzv. laky bezrozpouštědlové (nenaycené polyetery nebo epoxidové prykyřice). Při vytvrzování laků natává vypaření ředidla povrchových vrtev, v nichž e začíná vytvářet gel. Tím pak difunduje dále rozpouštědlo a dochází ke změně truktury lakového filmu. [6] Elektroizolační laky jou důležitou kategorií ochranných materiálů, které připívají k efektivnímu využívání elektrické energie v elektrických a elektronických zařízeních. Složení elektroizolačních laků e během jejich vývoje měnilo. Elektroizolační laky e potupně adaptovaly pro použití v nejnovějších elektronických zařízeních. Složení elektroizolačních laků e muelo podtatně změnit kvůli ochraně životního protředí. Národní aociace výrobců elektrotechnických zařízení (NEMA), vymezila elektroizolační laky takto: Jedná e o přírodní nebo yntetické prykyřice a modifikátory, které jou po odpaření rozpouštědla chemickou cetou přeměněny do formy pevného filmu. [6]

23 .3. Rozdělení elektroizolačních laků Elektroizolační laky lze rozdělit: ) podle chemické povahy filmotvorných ložek: a) lihové (na bázi přírodních prykyřic) b) olejové (na bázi vyychavých olejů) c) čité a modifikované yntetické laky (na bázi yntetických prykyřic a polymerů) ) podle použití: a) impregnační laky pro izolanty vláknitou trukturou b) impregnační laky pro vinutí c) ochranné laky pro deky plošných pojů d) laky na dráty e) lepicí laky a povrchové laky..3. Polyeterové prykyřice Jedná e o bezropouštědlové laky, jejichž filmotvornou ložkou jou yntetické prykyřice. Polyeterové prykyřice patří v rozdělení izolantů do kupiny reaktoplatů, kompozitů ložených materiálů, předtavujících měnou outavu, chopných vytvářet protorové truktury. [6].4 Slída Slídy předtavují kupinu hlinitokřemičitanů fyloilikátovou trukturou. Mají dokonalou štěpnot, vynikající elektroizolační i tepelně izolační vlatnoti, jou pružné a chemicky tálé. Vyznačují e značnou tabilitou, tzn. neměnnotí charakteritických vlatnotí čaem díky iontové vazbě. Slída je výborným izolantem, její ztrátový činitel e pohybuje v rozmezí Vnitřní rezitivita ρ v odpovídá hodnotě 0 - Ω m. Při dobývání lídy e dbá především na co nejmenší porušení krytalů. Slída očištěná zhruba od hlušin e nazývá urová, bloková či kuová. Po odtranění vadných krytalů e lída štípe. Štípaná lída e třídí podle velikoti plochy. Hodnotí e, jak podle velikoti litů, tak podle jakoti, tzn. podle obahu cizích těle a barevných kvrn. Velikot lítků je rozdělena do základních kupin podle plochy největšího obdélníku, který lze z plátků vyříznout (od 6,5 až do 645 cm ). Podle zpracování lze lídu rozdělit na urovou, štípanou, lídový prach a lídu upravenou, tzv. remiku. Krytalická truktura lídy umožňuje její výbornou štípatelnot a lze doáhnout tloušťky lídových plátků až 0,005 mm. Slídové plátky jou ohebné a pružné, tg 3

24 chemicky tálé a mechanicky pevné. Jelikož olej vniká mezi lídové plátky, nelze lídových výrobků používat v elektrotechnických výrobcích plněných olejem. [6].4. Slída pro použití v elektrotechnice MUSKOVIT, nazývaný též draelná lída, je kyelý křemičitan hlinitodraelný základního ložení KH Al 3 (Si0 4 ) 3. Je bezbarvý nebo jen mírně růžový, popř. hnědý i zelený podle oxidů, které jou v něm obaženy. Je ohebný, mechanicky pevný, použitelný do teploty 500 až 600 C. Při vyšších teplotách uniká krytalická voda a lída ztrácí průhlednot, křehne a rozrušuje e []. Pro dobré elektrické vlatnoti, vyokou prermitivitu (ε r = 6 až 7) a nízké ztrátové čílo, které e téměř nemění v širokém rozmezí teplot a kmitočtů, používá e mukovitu jako dielektrika v kondenzátorech. Pro vyokou elektrickou pevnot je pak důležitým izolačním materiálem v elektrických trojích. FLOGOPIT, tzv. hořečnatá lída, je kyelý křemičitan hlinitodraelnohořečnatý základního ložení KH (MgF) 3 MgAl (SiO 4 ) 3. Barvy je jantarové, zlatavé popř. zelené až šedivé, která e podle příměí opět mění. Flogopit má v porovnání mukovitem nižší elektrickou vodivot a větší tepelnou tálot při vyšších provozních teplotách. Může e ho použít až do 800 C. Teprve na 900 C e tepelně rozrušuje a křehne. Vyšší tepelná tabilita oproti mukovitu je způobena nahrazením hydroxylových kupin atomy fluóru. Je měkčí a ohebnější než mukovit. [6].4. Slídové výrobky Elektroizolační materiály na bázi lídy e dělí do dvou základních kupin, a to na mikanity a materiály z rekontruované lídy. V mikanitech je lída aplikována v základní formě lídových lítků. Remikanity jou aplikací lídy v rekontruované podobě ve formě tzv. lídového papíru. Pro uvedené materiály je podkladovým materiálem papír, dne už většinou kleněná tkanina. Oba komponenty jou k obě fixovány pojivem ve formě yntetické prykyřice. V moderní izolační technice e používají dvě formy ytémů - rein-rich (obahující prykyřici) - VPI (vakuově tlaková impregnace)..4.3 Druhy lídy - bloková (tabulková) - kalibrovaná pro vakuovou a kondenzátorovou techniku - štípaná - mletá - mikromletá. 4

25 .4.4 Vlatnoti lídy Elektrické: vyoká dielektrická pevnot, vyoký povrchový a vnitřní odpor, chopnot odolávat jikření a koroně. Mechanické: vyoká pevnot ve třihu a tlaku, pružnot, dokonalá štěpnot, tvarová tálot a netlačitelnot. Tepelné: je nenavlhavá, netavitelná, nezápalná nízkou tepelnou vodivotí, tepelný izolant vynikající tepelnou tabilitou, zachovává i vé vlatnoti do 800 C. Optické: v tenkých šupinkách je tranparentní, má vyoký lek, odpuzuje nečitoty a nadno e očiťuje. Chemické: tabilita a inertnot k vodě, olejům, ředidlům, kyelinám ( mimo HF) i jiným chemickým činidlům. [6].5 Složené materiály V oblati elektrotechniky e tále čatěji používají nové materiály, které jou tvořeny ze dvou či více měných materiálů různého chemického ložení, jejichž geometrické útvary jou pojeny v celém objemu materiálu. Tyto materiály jou označovány jako ložené, měné..5. Vlatnoti ložených materiálů Vlatnoti ložených materiálů jou prioritně závilé na vlatnotech použitých urovin, avšak výrazně závií na množtví ložek, geometrickém tvaru a orientaci čátic ložek, upořádání a rozložení v outavě. Složené materiály jou tříděny podle několika odlišných apektů, a to z hledika upořádání jednotlivých ložek v outavě, z hledika geometrického tvaru čátic, z hledika měrovoti vlatní outavy a mechanimu zpevnění outavy. Z hledika upořádání e ložené materiály dělí na matriční a tatitické ložené outavy. Je-li brán zřetel na geometrický tvar čátic tvořící loženou outavu, rozdělujeme ložené materiály podle náledujícího klíče: ) vrtevnaté ložené materiály ) ložené materiály vláknitými plnivy 3) ložené materiály plněné čáticemi. V otázce měrovoti měných outav je potřeba tuto měrovot zvýraznit, nebo naopak potlačit, a to podle okolnotí. To e řeší volbou outavy, materiálu a orientací čátic outavy. Proto jou ložené materiály děleny na materiály izotropními a anizotropními vlatnotmi. [] 5

26 6.5. Permitivita ložených outav Permitivitu ložené outavy lze vypočítat pomocí několika vztahů. Ideální je pracovat e tředními protorovými hodnotami elektrické indukce a intenzity elektrického pole. Vycházíli e z těchto tředních hodnot, lze pro ledovaný případ čátic kulového tvaru vyjádřit permitivitu outavy rovnicí (36) ef ef 3 v, (36) Rovnici (36) lze považovat za všeobecný měný vztah, který lze převét do tvaru (37) ef ef 3 v, (37) Výpočet permitivity doazením ef nebo ef do rovnice (37) je důledkem aproximativního přítupu výpočtu a neodpovídá v obecném případě kutečnoti. V Maxwellově přítupu je použita aproximace ef. Maxwellův měný vztah [] je znázorněn v rovnici (38) ' ' ' ' 3 ' ' ' S, (38) S je relativní permitivita ložené outavy, ' je relativní permitivita první ložky objemovým dílem, ' je relativní permitivita druhé ložky. Z aproximace ef vychází Bőttcherův měný vztah pro outavu kulovými čáticemi (39) ' ' ' ' 3 ' ' ' S S, (39) V praxi e nejčatěji využívá Lichteneckerova [] mocninného vztahu (40), který lze pro dvouložkovou outavu upravit na vztah (4). k i n i i k v (40) k k k v v (4)

27 Pro hodnotu k 0 pak tento vztah přepiujeme do Lichteneckerova logaritmického vztahu (4) log v log v log, (4) který dobře popiuje ložené outavy tatitického i matričního typu libovolnou hodnotou poměrného objemového dílu všech ložek outavy čáticemi libovolného či neurčitého tvaru při chaotickém upořádání ložek a je tvarově jednoduchý. Čím menší bude poměr permitivit obou ložek, tím přenější bude popi dvouložkové ložené outavy daný vztahem (4). Při odvozování vých vztahů uvažoval Lichtenecker dvě ložky o nejvyšším poměru 4. Vztah obahuje empirický parametr k, který je závilý na tvaru a orientaci čátic ložené outavy. Parametr k může obecně nabývat jakékoliv hodnoty v rozmezí ;. Pro krajní hodnoty k odpovídá rovnice (4) vztahům (43) a (44), v v (43) v v, (44) které popiují permitivitu outavy ložené ze dvou paralelně nebo ériově řazených vrtev..6 Diagnotické tety vlatnotí elektroizolačních laků V oučané době e používají tři druhy diagnotických tetů k určení vlatnotí elektroizolačních laků. Norma ČSN EN 6033 (34649) e zabývá třemi metodami zkoušek pro tanovení pevnoti pojení impregnačních hmot, jak na bázi rozpouštědlových laků, tak bezrozpouštědlových prykyřic k podložce typu lakovaný vodič: ohybovou zkouškou na zkroucených cívkách (twited coil tet) a na šroubovitých cívkách (helical coil tet), a tahovou zkouškou na vazcích vodičů (wire bundle tet). Na pevnot pojení mají vliv podmínky vytvrzení, zkušební teplota, tupeň tepelného zetárnutí a u některých impregnačních hmot typ lakové izolace vodiče. V normě je detailně popána příprava zkušebních vzorků včetně potřebných přípravků..6. Twited coil tet Jedná e o jednu ze tří metod, která e používá pro tanovení pevnoti pojení impregnačních hmot. Tento tet e vyznačuje ohybovou zkoušku na zkroucených cívkách. V tomto tetu e pomocí točivého troje navine cívka ze maltovaného drátu. Před vyjmutím cívky z točivého troje zatočte nejméně třikrát oba konce cívky v opačném měru vinutí. Zabráníte tím uvolnění vinutí. Pro vinutí cívky platí tyto rozměry: průměr vinutí (57 mm ± mm), šířka otvoru (6 mm ± mm), počet závitů (00), průměr drátu (0,35 mm). Cívka e kroutí podél vé vodorovné oy do oválného tvaru na peciálním troji (viz obr. 6). 7

28 Obr. 6 Stroj pro výrobu zkroucených cívek Zkroucená cívka má průměr 7 mm, délku 85 mm a nyní je připravena jako ubtrát pro impregnaci lakem. Cívku ponořte ve vilé poloze do impregnačního laku po dobu 5 minut ± minuta. Náledně cívku vyjměte kontantní rychlotí - mm. Podle doporučení výrobce nechte cívku oušit po dobu 5 minut. Pro tetování e používá teplotní komora. Před zahájením tetování by zkušební vzorek měl být v teplotní komoře po určitou dobou, aby e vyrovnaly teploty. Pevnot vazby je vyjádřena třední hodnotou z pěti měření v newtonech..6. Helical coil tet Jedná e o jednu ze tří metod, která e používá pro tanovení pevnoti pojení impregnačních hmot. Tento tet e vyznačuje ohybovou zkouškou na šroubovitých cívkách. Síla potřebná k prolomení tohoto vinutí je mírou pevnoti vazby. Nejprve e připraví šroubovité cívky ze maltovaného drátu. Pro vinutí cívky platí tyto rozměry: průměr drátu mm, průměr trnu 6,3 mm ± 0, mm, délka cívky 75 mm ± mm, íla půobící na vinutí 0 N ± N. Cívku ponořte ve vilé poloze do impregnačního laku po dobu 60 vteřin ± 0 vteřin. Náledně cívku vyjměte kontantní rychlotí - mm. Podle doporučení výrobce nechte cívku ušit po dobu 5 minut. Před zahájením tetování by zkušební vzorek měl být v teplotní komoře po určitou dobou, aby e vyrovnaly teploty. Pevnot vazby je vyjádřena třední hodnotou z pěti měření v newtonech..6.3 Wire bundle tet Jedná e o jednu ze tří metod, která e používá pro tanovení pevnoti pojení impregnačních hmot. Tento tet e vyznačuje tahovou zkouškou na vazcích vodičů v cívkách. Síla potřebná k vytažení tředního drátu od vinutí je mírou pevnoti vazby. Připravte vazek vodičů ze maltovaného drátu podle obr. 7 nebo podle obr. 8. 8

29 Obr. 7 Příprava vazku vodičů ze maltovaného drátu metoda A Metoda A Obr. 8 Příprava vazku vodičů ze maltovaného drátu metoda B Upořádejte šet délek drátu o průměru 5 mm ± 0,5 mm do vazku drátů kolem tředního drátu, který má délku 0 mm (viz obr. 7). Ujitěte e, že konce vinutí jou v jedné rovině koncem vazku. Metoda B Upořádejte šet délek drátu o délce 05 mm do vazku drátů o délce 0 mm, aby e dráty o průměru 5 mm ± 0,5 mm bezpečně překrývaly v bezpečné vzdálenoti měděným vinutím o průměru 0,35 mm. (viz obr. 8). Vložte drát o délce 50 mm do tředního otvoru na konci vazku. Konec vazku e šeti dráty muí být uchycen do čeliti troje pro tetování tahem polu konci měděných drátů. Cívku ponořte ve vilé poloze do impregnačního laku po dobu 5 minut. Náledně cívku vyjměte kontantní rychlotí - mm. Podle doporučení výrobce nechte cívku oušit po dobu 5 minut. Během těchto operací muí být zkušební vzorek ve vilé poloze. Některé impregnační laky vyokou vikozitou nebo tixotropní produkty mohou vyžadovat alternativní metody zpracování. Vzorek muí být čelitech troje umítěn tak, aby maximální íly bylo doaženo přibližně za minutu. Před zahájením tetování by zkušební vzorek měl být v teplotní komoře po určitou dobou, aby e vyrovnaly teploty. Pevnot vazby je vyjádřena třední hodnotou z pěti měření v newtonech. [7] 9

30 Praktická čát. Rozbor použité polyeterové prykyřice.. Polyeterová prykyřice Dolphon XL 0 Při vytváření zkušebních vzorků byla použita polyeterová prykyřice Dolphon XL 0 třídy H. Jedná e o jednoložkovou polyeterovou prykyřici, která je vhodná pro impregnaci tatorů, rotorů, trakčních vinutí, tranformátorů a cívek. Dolphon XL 0 neobahuje formaldehyd, tyren, vinyltoluen, ani tri-methyl-benzen. Má velice nízký váhový úbytek během použití a vynikající máčecí vlatnoti. Charakteritický je také vojí dobrou lepivotí a relativně rychlým vytvrzovacím cyklem... Doba vypalování Polyeterová prykyřice Dolphon XL 0 e vypaluje: -,5 hodiny při teplotě 50 C - hodiny při teplotě 60 C -,5 hodiny při teplotě 70 C. Ča muí být měřen od momentu, kdy jednotka doáhne vypalovací teplotu. Tab. Vlatnoti polyeterové prykyřice Dolphon XL 0 Hutota při 5 C 050 ± 50 kg m -3 Doba želatinace Vikozita při 3 C Váhový úbytek % reakčního činidla 98D % reakčního činidla 98D g prykyřice, od 00 C do 40 C, za 0 min při 00 C 8 min při 00 C 6 9 min <,3 % Dielektrická pevnot ASTM D-5, 3 C > 8 - kv mm. Rozbor použité lídy V experimentu byla použita mikromletá lída Mica-M. Jedná e o nerotnou urovinu vyrobenou mletím nebo lídových odpadů. Velikot čátic je zde menší než 5 μm. Tento typ lídy neobahuje vodivé čátice. [5] 30

31 .3 Rozbor použitých forem pro vytvrzení Polyeterová prykyřice byla nanášena do forem z teflonu (polyetylénteraftalátu). Teflon má dlouhodobou tepelnou tabilitu a jde tedy o termoplat. Na tyto formy, předem očištěné technickým lihem, byla naneena čitá prykyřice a prykyřice příměí lídy o různé koncentraci a náledně byly vzorky vytvrzovány v předehřáté peci. Dále byla polyeterová prykyřice naneena do forem z lukoprenu. Oba typy forem e ukázaly jako nevyhovující pro vytvrzování vzorků polyeterové prykyřice. V dalších pokuech byly zvoleny k nanášení a vytvrzování polyeterové prykyřice hliníkové podložky o průměru d = 70 mm a průměrné tloušťce h =,487 mm. Takto vytvořené vzorky e ukázaly jako vhodnější pro další požití. Po úpěšném vytvrzení polyeterové prykyřice na hliníkových podložkách bylo rozhodnuto vyrobit pro další pokuy formy z hliníku. Forma má vnější průměr d = 80 mm, její tloušťka je h = 5 mm. Vnitřní průměr je d = 70 mm a tloušťka je h = mm. V takto vyrobené formě e podařilo vytvrdit nejpřenější lakové vzorky, které jou použitelné k dalším čátem experimentů..4 Příprava vzorků do teflonových forem Teflonové formy byly vyčištěny a odmaštěny technickým lihem. Poté byly formy umítěny do pece a nahřány na teplotu 80 C po dobu 30 minut. Pak byly formy z pece přemítěny na pracovní tůl a injekční tříkačkou do nich byl naneen předem vypočítaný objem polyeterové prykyřice. První forma byla naplněna čitou prykyřici bez příměí, otatní formy prykyřicí %, 5 %, 0 % mikromleté lídy. Prykyřice je třeba důkladně promíchat kleněnou tyčinkou, čímž e níží vikozita a prykyřice e lépe rozlévá do formy. Po naplnění forem e na povrchu vzorku objevují bublinky, které muí být odtraněny preparační jehlou. Takto ošetřené vzorky byly vloženy do horkovzdušného terilizátoru STERICELL 55 nucenou cirkulací vzduchu, kde byly vytvrzovány při teplotě 60 C po dobu 0 minut. Vytvrzené vzorky čité prykyřice obahovaly několik bublin. Tyto vzduchové mezery, vzniklé mezi vytvrzeným vzorkem a elektrodovým ytémem, předtavují ériově připojenou kapacitu vzduchového kondenzátoru ke kondenzátoru tvořeného vytvrzeným vzorkem. Náledkem je menší kapacita a tedy nížení hodnot relativní permitivity. Vytvrzené vzorky příměemi lídy e prohnuly, mírně mrštily a některé i prakly. Po opakovaných pokuech tále docházelo k prohnutí a prakání vzorků. 3

32 .5 Příprava vzorků na hliníkové podložky Hliníkové podložky byly nejprve očištěny a odmaštěny technickým lihem, aby e jejich povrch zbavil veškerých nečitot, které by mohly ovlivnit vytvrzení vzorku. Předem byl vypočítán objem budoucího vzorku, hmotnot polyeterové prykyřice a lídy pro tři vzorky prykyřicí bez příměí, pro tři vzorky e 4 % mikromleté lídy, tři vzorky e 6 % mikromleté lídy a tři vzorky 8 % mikromleté lídy. Prykyřice e lídou byla důkladně promíchána v platových kelímcích kleněnou tyčinkou, čímž e nížila vikozita a tak e prykyřice lépe nanášela na podložky. Prykyřice e lídou v kelímcích začala pracovat (docházelo k uvolňování bublin), proto byly takto připravené vzorky ponechány v kelímcích utavit po dobu 75 minut. Po této době e v prykyřici přetaly tvořit bubliny a prykyřice e lídou e úplně pojily a bylo možno přitoupit k naneení prykyřice na podložky. Očitěné podložky byly nejprve umítěny do pece a nahřány na teplotu 80 C po dobu 30 minut. Pak byly přemítěny na pracovní tůl a injekční tříkačkou naneen předem vypočítaný objem polyeterové prykyřice. Nebylo třeba použít preparační jehlu, protože e nevytvořily žádné bubliny. Takto ošetřené vzorky byly vloženy do horkovzdušného terilizátoru STERICELL 55 nucenou cirkulací vzduchu, kde byly vytvrzovány při teplotě 60 C po dobu 0 minut. Vzorky po vytvrzení vypadaly dobře a neobahovaly žádné bubliny a prakliny (viz obr. 9). Obr. 9 Vytvrzené vzorky na hliníkových podložkách 3

33 .6 Příprava vzorků do hliníkových forem ) Nejprve byly za pomoci jemného mirkového papíru obroušeny nerovnoti vnitřních čátí hliníkových forem (viz obr. 0) a poté byl jejich povrch vyleštěn brunou patou. Tímto bylo doaženo hladkého povrchu ve všech formách. Povrch těchto forem byl náledně vyčištěn technickým lihem, čímž e povrch zbavil veškeré matnoty a nečitot, které by mohly ovlivnit kvalitu vytvrzeného vzorku. Obr. 0 Hliníková forma pro přípravu vzorku ) Před každým vytvrzováním je velice důležité vyvážit vodováhou vnitřní rošt horkovzdušného terilizátoru STERICELL 55, na který e budou formy pokládat! I ebemenší nerovnot může mít za náledek rozlití prykyřice Dolphon XL 0 pře okraj formy, a tím špatné vytvrzení vzorku. V tomto případě může dojít i k praknutí vzorku. Po vyvážení vnitřního roštu byly očitěné formy vloženy do horkovzdušného terilizátoru STERICELL 55 nucenou cirkulací vzduchu (viz obr. ) a nahřány na teplotu 80 C po dobu 30 minut (viz obr. ). 33

34 Obr. Horkovzdušný terilizátor STERICELL 55 nucenou cirkulací vzduchu Obr. Hliníkové formy předehřáté na teplotu 80 C 3) Na digitální váhu byl položen platový kelímek. Potom byla digitální váha vynulována a náledně pomocí injekční tříkačky vložen do platového kelímku objem prykyřice potřebný pro výrobu vzorků (prykyřice bylo vždy vloženo o několik ml více, aby e vytvořila rezerva (viz obr. 3)). Hmotnot prykyřice byla zapána a náledně bylo vypočteno množtví mikromleté lídy Mica-M nutné pro zíkání % roztoku (viz obr. 4). 34

35 Obr. 3 Navážení polyeterové prykyřice Obr. 4 Přidání lídy Mica-M 4) Polyeterová prykyřice Dolphon XL 0 byla e lídou Mica-M důkladně promíchána pomocí ultrazvukové míchačky po dobu 0 minut, čímž e nížila vikozita a prykyřice e tak lépe rozlévala do předem předehřátých forem (viz obr. 5). Obr. 5 Míchání roztoku pomocí ultrazvukové míchačky 35

36 5) Po rozmíchání prykyřice Dolphon XL 0 a mikromleté lídy Mica-M byl ponechán roztok po dobu 0 minut v klidu pro utálení. Během této doby vyprchaly drobné vzduchové bubliny (viz obr. 6). Obr. 6 Utálený roztok 6) Po uplynutí 30 minut byly předehřáté formy přemítěny z horkovzdušného terilizátoru STERICELL 55 nucenou cirkulací vzduchu na pracovní tůl a injekční tříkačkou byl do forem vložen utálený a předem vypočítaný objem roztoku polyeterové prykyřice Dolphon XL 0 a mikromleté lídy Mica-M. Při nanášení roztoku je také velice důležitě mít pracovní plochu v rovině. Krouživými pohyby měrem od tředu k okraji formy lze rovnoměrně vyplnit celou formu měí. V prykyřici e v tomto případě nevytvořily prakticky žádné vzduchové bubliny (viz obr. 7). Takto ošetřené vzorky byly vloženy do horkovzdušného terilizátoru STERICELL 55 nucenou cirkulací vzduchu (viz obr. 8). Tyto vzorky byly v ouladu doporučením výrobce vytvrzovány při teplotě 60 C po dobu 0 minut (viz obr. 9). Takto vytvrzené vzorky neobahovaly žádné vzduchové bubliny a prakliny a byly tedy vhodné k amotnému měření vlatnotí (viz obr. 0). Obr. 7 Roztok polyeterové prykyřice a mikromleté lídy Mica-M před vytvrzením 36

37 Obr. 8 Umítění forem v horkovzdušném terilizátoru STERICELL 55 Obr. 9 Vytvrzené vzorky v horkovzdušném terilizátoru STERICELL 55 Obr. 0 Vytvrzené vzorky 7) Podle bodů ) až 6) byly vyrobeny vzorky polyeterové prykyřice Dolphon XL 0, 4, 6 a 8 hmotnotními procenty mikromleté lídy Mica-M. Čité vzorky polyeterové prykyřice Dolphon XL 0 byly vyrobeny podle bodů ), ), 3) a 6), amozřejmě jen za použití čité polyeterové prykyřice Dolphon XL 0. 37

38 .7 Použité měřicí metody a přítroje.7. Střídavá metoda Při měření byl použit tříelektrodový ytém HP 645B (viz obr. ). Vytvrzený vzorek e vune mezi měřicí a napěťovou elektrodu a náledně e v ytému upne (viz obr. ). Tento elektrodový ytém je dále připojen na RLC metr Agilent E4980A (viz obr. 3). RLC metrem e měří kapacita a ztrátový činitel vzorku při kmitočtech od 00 Hz do MHz, protože nižší kmitočty jou zatíženy velkou chybou. Proud protékající rezitorem R je vyvažován operačním zeilovačem a to tak, že pokud není v bodě L 0 V, je protékající proud analyzován a zpětnou vazbou korigován tak, aby i byly proudy v bodě L rovny a tím mot opět vyvážen. Impedance je vypočtena z naměřených proudů, napětí a fázových pouvů na vzorku a rezitoru R. Pomocí ocilátoru může být měněn kmitočet v rozahu 0 Hz až MHz. Měřicí zařízení e vyznačuje šeti mítným rozlišením pro každý měřicí rozah a jeho základní přenot je 0,05 %. Naměřená data byla zpracována v tabulkovém proceoru Microoft Excel. V programu Microoft Excel byly vytvořeny grafy záviloti ztrátového číla a relativní permitivity na kmitočtu, vypočítané z naměřených hodnot kapacit a ztrátového činitele. [3] Obr. Zapojení tříelektrodového ytému HP 645B [] 38

39 Obr. Tříelektrodový ytém HP 645B Obr. 3 RLC metr Agilent E4980A [] 39

40 .7. Stejnoměrná metoda Pro měření vlatnotí materiálu v čaové oblati byl použit elektrometr Keithley 657A (viz obr. 4), který louží pro měření vyokých odporů izolačních materiálů. Tetovací napětí může být voleno z rozahu 0, V tejnoměrných. Měřenými parametry jou v našem případě vnitřní odpor a proud. Rozah měřeného odporu je 0 3 -,6 0 6 Ω. Základní přenot je 0,6 %. Pomocí dodávaného oftwaru jou pak výledky zpracovávány v tabulkovém proceoru Microoft Excel. Elektrometr pojíme tříelektrodovým ytémem Keithley 8009 (viz obr. 5). Tento ytém je opatřen krytem zamezujícím možnoti přijít do tyku nebezpečným vyokým napětím. [4] Obr. 4 Elektrometr Keithley 657A Obr. 5 Tříelektrodový ytém Keithley

41 .8 Výpočet ložek komplexní permitivity Při měření e hodnoty kapacity a ztrátového činitele zaznamenávají pomocí pecifického oftwaru do programu MS Excel. Z těchto hodnot e počítají ložky komplexní permitivity. Geometrická kapacita e vypočítá podle vzorce (45) C 0 d m c 0, (45) 4h kde d m je průměr měřicí elektrody (38 mm), c je vzdálenot mezi měřicí a tínicí elektrodou (0, mm), h je tloušťka vzorku. Podílem změřené kapacity ε' - podle vztahu (46) C x a geometrické kapacity C 0 e zíká relativní permitivitu C C Ztrátové čílo e vypočítá podle vztahu (47) x, (46) 0 tg. (47) Příklad výpočtu pro vzorek č. bez příměi lídy: 0,038 0,000 C 0 8, ,84 F (48) 4 0,0003 3,338 3,39 (49) 9,84 3,39 0,09 0,064 (50) 4

42 .8. Měření tloušťky vrtvy polyeterové prykyřice Pro měření byly použity vzorky polyeterové prykyřice vytvrzené v hliníkových formách. U každého vzorku byla proměřena tloušťka na jedenácti různých mítech. Pro další výpočet byl používán aritmetický průměr z opakovaných měření. K měření tloušťky byl použit digitální mikrometr (viz obr. 6). Tab. Tloušťky vytvrzené polyeterové prykyřice bez příměi lídy Čílo vzorku 3 h (mm),03,05,08 Tab. 3 Tloušťky vytvrzené polyeterové prykyřice % příměi lídy Čílo vzorku 3 h (mm),000 0,998 0,996 Tab. 4 Tloušťky vytvrzené polyeterové prykyřice 4 % příměi lídy Čílo vzorku 3 h (mm) 0,994 0,993 0,99 Tab. 5 Tloušťky vytvrzené polyeterové prykyřice 6 % příměi lídy Čílo vzorku 3 h (mm) 0,985 0,989 0,98 Tab. 6 Tloušťky vytvrzené polyeterové prykyřice 8 % příměi lídy Čílo vzorku 3 h (mm) 0,998 0,997,000 Obr. 6 Digitální mikrometr 4

43 .8. Měření hmotnoti lakových vzorků Pro měření byly použity vzorky polyeterové prykyřice vytvrzené v hliníkových formách. Pro zjištění hmotnoti lakových vzorků byla použita elektronická laboratorní váha RADWAG AS 0/C/ rozlišovací chopnotí 0, mg (viz obr. 7). Tab. 7 Tabulka hmotnotí jednotlivých vzorků vzorek č. plnění (%) hmotnot (g) 4,89 0 4,69 3 4,639 4,75 4, ,07 4,7 4 4, ,89 4, , ,55 5, ,53 3 5,067 Obr. 7 Digitální váha RADWAG AS 0/C/ [5] 43