Třída izolace, nebo také třída ochrany elektrického předmětu, udává, jakým způsobem je u zařízení dosaženo bezpečnosti (ochrany proti úrazu elektrickým proudem). Je to důležitý parametr bezpečnosti přístroje. Podle míry ochrany se rozlišují třídy I, II a III. Třída 0 je v ČR zakázána.
Třídy izolace a jejich charakteristika
Třída izolace I.
- Zařízení s třídou izolace I má všude alespoň základní izolaci.
- Má ochrannou svorku pro připojení ochranného vodiče na neživou část.
- Pohyblivý přívod musí být trojžilový.
Třída izolace II.
- Zařízení s třídou izolace II má všude dvojitou nebo zesílenou izolaci.
- Celý povrch je z izolantu, nebo pro větší mechanickou pevnost může mít některé části kovové, ale vždy musí být oddělené od živých částí dvojitou nebo zesílenou izolací.
- Nemá zařízení k připojení ochranného vodiče, protože není potřebný.
- Pohyblivý přívod je dvoužilový.
Třída izolace III.
- Zařízení s třídou izolace III je určeno pro připojení ke zdroji bezpečného malého napětí, to znamená, že je konstruován pro napájení ze zdroje SELV.
- Zařízení musí být tedy navrženo tak, aby jej bylo možné připojit pouze ke jmenovitému napětí, které nepřesáhne 50V střídavých nebo 120V stejnosměrných.
- Pohyblivý přívod je dvoužilový a je opatřen nezáměnnou vidlicí.
Další stupně ochrany elektrických zařízení
Při elektroinstalacích přístrojů a vodičů se zohledňuje prostředí. Ochranu pomocí krytu specifikuje stupeň krytí IP. Pro mechanickou odolnost se používá stupeň dynamické pevnosti IK. V instalacích v blízkosti vody se definují tzv. zóny. Každý kvalitní výrobce elektromateriálu udává u výrobků stupeň krytí, třídu izolace a stupeň mechanické odolnosti.
Stupeň krytí IP (Ingress Protection)
Stupeň krytí IP je dvoučíselný kód udávající stupeň ochrany přístroje pomocí krytu, např. "IP 20". První číslice udává stupeň krytí před nebezpečným dotykem, vniknutím pevných těles včetně částeček prachu; druhá číslice udává stupeň ochrany proti kapalinám, zejména vodě. Dvě číslice udávající stupeň krytí mohou být doplněny upřesňujícím písmenem.
- IP 67: Určeno pro venkovní zápustná (nájezdová) svítidla.
- IP 68: Toto krytí mají např. některé elektroinstalace.
Interiérové instalace, zejména koupelna, používají tzv. koupelnové zóny pro určení stupně krytí IP v závislosti na vzdálenosti od zdrojů vody. Například Zóna 2 pro instalace v blízkosti vany nebo sprchy.
Mechanická odolnost IK
Mechanická odolnost, nebo též dynamická pevnost, je souhrn testů odolnosti předmětu proti mechanickému poškození nárazem. Stupně mechanické odolnosti jsou značeny zkratkou IK následované číslem. Čím vyšší číslo, tím vetší energii rázu vydrželo testované zařízení.
Čtěte také: Izolace s asfaltovým lakem: Jak na to?
CE je certifikát výrobků splňující nejen bezpečnostní nařízení Evropských zemí. Tuto značku by měl mít každý výrobek prodávaný a používaný na Evropském trhu.
Elektrické izolanty a jejich vlastnosti
Izolanty se využívají k izolování elektricky vodivých těles. Ideálním izolantem je pouze vakuum, popř. technický izolant za teploty v okolí absolutní nuly. Každý technický izolant je za normálních podmínek do určité míry vodivý. Izolanty neobsahují volně pohyblivé elektrony ani jiné částice, které by byly schopné vést elektrický proud. Skládají se z atomů nebo molekul, které obsahují elementární částice. U izolantů se uplatňuje nejčastěji iontová nebo Van der Waalsova vazba. Jejich zakázaný pás je větší než 3 eV a tuto energii nelze dodat prostým zvýšením teploty nebo ozářením světlem. Elektrická vodivost izolantu je samozřejmě nežádoucí, protože pak izolant ztrácí svou funkci.
Vliv vnějšího elektrického pole na izolanty
Velký vliv na elektrickou vodivost izolantu má vnější elektrické pole, do kterého je izolant vložen. V silném poli se izolant může stát vodivým a dojde k jeho průrazu. Obecně lze říci, že ve slabých elektrických polích se projevuje tzv. nevlastní (nesamostatná) vodivost, zatímco v silných elektrických polích pak již dochází k vodivosti samostatné, kdy vede samotný izolační materiál. Dojde v něm k ionizaci a uvolnění elektronů.
Vodivost plynných izolantů
Plyny obsahují neutrální atomy, molekuly a malé množství volných nosičů náboje, které vznikly ionizací. Ve slabém poli se projevuje malá nesamostatná vodivost, přibližně platí Ohmův zákon. V silném poli již dojde k samostatné vodivosti. Na elektrony působí velká síla, urychlí je, rychlé elektrony způsobí štěpení neutrálních částic na ionty, v důsledku toho dojde k prudkému zvýšení proudu a průrazu izolačního plynu. U plynů se ovšem jedná pouze o dočasnou ztrátu elektroizolační schopnosti.
Vodivost kapalných a pevných izolantů
Pro vnitřní vodivost pevných izolantů platí podobně jako u kapalin, že ve slabém poli se projevuje nevlastní vodivost od iontů příměsí, přibližně platí Ohmův zákon. V silném poli dochází již k vlastní elektronové vodivosti, což se projeví prudkým nárůstem proudu a průrazem.
Čtěte také: Cihly s tepelnou izolací
Vodivost povrchová je velmi nepříznivá, ohrožuje bezpečný provoz elektrických zařízení. Způsobují ji nečistoty, které se usazují na povrchu materiálu.
Elektrická polarizace dielektrika
Elektrická polarizace dielektrika je proces, při kterém dochází k narušení symetrie rozdělení elektrických nábojů v atomech dielektrika. Nastává po vložení dielektrika do elektrického pole. Polární dielektrika (např. voda) obsahují elektrické dipóly i bez působení vnějšího elektrického pole.
Typy polarizace:
- Pružná polarizace (deformační): Dojde k velmi rychlému vychýlení pružně vázaných nábojů (elektronů, iontů) na malé vzdálenosti. Deformační polarizace probíhá bez ztrát energie v dielektriku, prakticky nezávisí na teplotě ani na kmitočtu. Po odstranění dielektrika z elektrického pole se náboje okamžitě navrátí do původního stavu.
- Elektronová polarizace: Projevuje se u všech izolantů posunutím jader atomů a elektronů v atomovém obalu. Doba ustálení = 10-15 až 10-13 s. Nezávisí na teplotě.
- Iontová polarizace: Vyskytuje se především v izolantech s iontovou vazbou (např. sklo), navzájem se posouvají kladné a záporné ionty. Doba ustálení = 10-13 až 10-12 s. Nezávisí na frekvenci, na teplotě však závisí. S rostoucí teplotou roste polarizovatelnost.
- Relaxační polarizace: Vyskytuje se u izolantů, jejichž polární částice (např. dipólové molekuly nebo ionty) přecházejí při působení elektrického pole postupně z nepolarizovaného do polarizovaného stavu. Je teplotně závislá. Dochází při ní ke ztrátám energie v dielektriku.
- Dipólová relaxační polarizace: Probíhá u dielektrik, ve kterých již existují dipóly před polarizací, ale jsou neuspořádané. Při polarizaci se dipóly postupně natáčejí dle vnějšího elektrického pole.
- Iontová relaxační polarizace: Vyskytuje se u dielektrik s nepravidelně uspořádanými ionty, např. amorfní struktury: anorganická skla a keramika se skelnou fází. Dochází při ní k polarizaci iontů v mezerách struktury.
- Mezivrstvová polarizace: Tato polarizace probíhá u dielektrika s nehomogenní strukturou, ve kterém se vyskytují rozhraní, poruchy a přechody mezi materiály. Dochází zde k pohybu volných nábojů a hromadění nosičů náboje na rozhraní látek, čímž se tvoří prostorový náboj. Je pomalejší než ostatní druhy polarizace a je závislá na teplotě.
- Samovolná polarizace: Probíhá u látek s doménovou strukturou (feroelektrika). Dochází k ní bez přispění elektrického pole při tuhnutí taveniny feroelektrické látky. Je teplotně závislá.
Elektrostrikce a piezoelektřina
S polarizací bývá často spojená i určitá deformace dielektrika, kterou nazýváme elektrostrikce. Vyznačuje se změnou geometrických rozměrů dielektrika v důsledku polarizace. Piezoelektrika jsou dielektrika polarizovatelná vnějším mechanickým namáháním. Vzniká při mechanickém namáhání krystalu tlakem, tahem, ohybem, nebo krutem, což na jeho plochách vyvolá elektrický náboj a dochází k polarizaci dielektrika.
Důležité parametry izolantů
- Relativní permitivita (εr): Feroelektrika mají značně vysokou hodnotu relativní permitivity, εr = 103 - 106, což značí, že u nich velmi snadno dochází k elektrické polarizaci. Intenzita elektrického pole (elektrické namáhání) je větší v materiálu s nižší hodnotou relativní permitivity.
- Měrný elektrický odpor (ρ): Vyjadřuje odpor materiálu délky 1 metr a průřezu 1mm2.
- Ztrátový činitel (tgδ): Udává se v tabulkách pro různá dielektrika a izolanty, obvyklé hodnoty jsou 10-1 - 10-5. Je bez jednotky. Ztráty v dielektriku mohou být vodivostní, polarizační a ionizační.
- Elektrická pevnost (Ep): Průraz izolantu znamená ztrátu elektroizolační schopnosti. V plynech se jedná o čistě elektrický průraz.
Technické izolanty nemívají často naprosto stejnorodou strukturu, ale obsahují nečistoty, dutinky apod., které snižují odolnost celého materiálu proti elektrickému namáhání. Tyto oblasti jsou pak možnými místy průrazu, proto se např. izolace často napouští impregnací.
Tepelné třídy elektroizolačních materiálů
Norma ČSN EN 60085 ed. 2 dělí elektrickou izolaci do tepelných tříd, které byly uznané mezinárodně. Tepelná třída pro elektroizolační materiál představuje doporučenou maximální teplotu ve stupních Celsia pro nepřetržité použití.
Čtěte také: Jaké jsou druhy a vlastnosti izolačních betonů?
| Tepelná třída | Doporučená maximální teplota (°C) | Příklady materiálů |
|---|---|---|
| A | 105 | Bavlna, hedvábí a papír (impregnované) |
| B | 130 | Slída, sklolaminát, azbest (s pojivem) |
| F | 155 | Slída, skleněná vlákna, azbest (s pojivem) |
| H | 180 | Silikonový elastomer, kombinace slídy, sklolaminátu (se silikonovými pryskyřicemi) |
| C | >180 | Slída, porcelán, sklo, křemen (s anorganickým pojivem nebo bez něj) |
Další tepelné a mechanické vlastnosti
- Měrné teplo izolantu: Má velký význam pro stanovení teploty izolace vinutí, které náhle dosáhne např. při zkratu. U elektrických strojů se izolační materiály zároveň využívají k odvádění tepla vzniklého ztrátami ve vinutí.
- Měknutí a tečení: Stanovuje se pouze u termoplastů a reaktoplastů.
- Tvrdost: Stanovuje se jen u termoplastů.
- Navlhavost: Schopnost přijímat vlhkost z okolního vzduchu.
- Nasákavost: Schopnost přijímat vodu. Je vždy větší než navlhavost. Je měřítkem pórovitosti látky a je u izolačních materiálů nežádoucí. Malou nasákavost má např. vosk.
- Mechanické vlastnosti: U izolačních materiálů se zjišťují podobné mechanické vlastnosti jako u jiných skupin materiálů, např. pevnost v tahu, tlaku, ohybu, rázová pevnost, tvrdost, tažnost, modul pružnosti v tahu. Ověřují se zkouškami při krátkodobém i rázovém namáhání.
Typy elektrických izolantů
Anorganické izolanty
Anorganické izolanty dle svého názvu mají původ v anorganických látkách. Hlavní anorganické izolanty jsou slída, keramika, azbest a sklo. Základem většiny anorganických izolantů jsou křemičitany (silikáty). Podstatou jejich struktury jsou skupiny Si-O s velmi pevnými chemickými vazbami. Každý atom křemíku váže čtyři atomy kyslíku, které jsou prostorově rozloženy v rozích čtyřstěnu.
- Slída: Má vrstvovou strukturu. Muskovit (slída draselná) je stříbřitě lesklý, průhledný, dobře se štípe na pružné lístky tloušťky 5 µm. Flogopit (slída hořečnatá) je světle hnědý, měkčí, ohebnější, hůře se štípe.
- Mikanity a remikanity: Svitkové izolanty, např. mikafolium - lístky slídy se lepí v jedné nebo více vrstvách pojivem na podklad (papír nebo skleněná tkanina). Používají se např. v oblasti elektrických strojů.
- Azbest: Je přírodní materiál s vláknitou strukturou. Má vysokou tepelnou odolnost, je nehořlavý. Azbest se vyskytuje v několika modifikacích, které se liší délkou vláken, např. Chryzotil (dlouhá měkká vlákna) a Krokydolit (krátká tvrdá vlákna).
- Keramika: Suroviny pro výrobu keramických elektroizolačních materiálů jsou kaolin, jíly, křemen, živec, mastek, oxid uhličitý, oxidy hliníku, titanu, zinku, voda, škrob, vodní sklo, lisovací oleje, cement, soda, pryskyřice. Následně se vypaluje v peci při vysokých teplotách a poté se nanese glazura. Vyrobené keramické materiály se vyznačují dobrými elektroizolačními vlastnostmi, časovou stálostí vlastností a odolností proti vysokým teplotám, proti náhlým změnám teploty, chemickým a povětrnostním vlivům a vlhkosti.
- Porcelán: Vyrábí se z jílu, kaolinu, křemene a živce. Lze ho používat do teploty 1100°C. Je málo nasákavý, teplotně stálý. Vykazuje velké dielektrické ztráty, a proto je nevhodný pro vysoké frekvence. Používá se pro izolátory na venkovním elektrickém vedení, pro průchodky u transformátorů, jako nosník v tepelných spotřebičích.
- Steatit: Hlavní surovinou je mastek. Má dobrou mechanickou pevnost a elektrické vlastnosti i při vyšších teplotách než porcelán. Vzhledem k malým dielektrickým ztrátám při vyšších frekvencích je vhodný k použití v měřících přístrojích, relé, elektrotepelných zařízeních i pro vysoké frekvence. Používá se též pro keramická ochranná pouzdra pro uložení tavného drátu výkonové pojistky. Stealit se označuje jako maloztrátový steatit a má ještě lepší elektrické vlastnosti.
- Kamenina: Má chemické složení podobné jako porcelán, vyrábí se z méně čistých surovin. Má elektrické i mechanické vlastnosti horší než porcelán.
- Oxidická keramika: Má vysokou teplotní odolnost (až 2000°C) a je teplotně stálá.
- Sklo: Jako suroviny k výrobě skla se používají křemenný písek, soda a vápenec, případně oxidy, které ovlivňují vlastnosti výsledného skla. Sklo je amorfní látka, vyznačuje se iontovou vodivostí, je dobrý izolant při nižších teplotách, jeho elektrická vodivost se zvyšuje s teplotou exponenciálně. Má také vysokou tepelnou vodivost a velkou elektrickou pevnost.
- Křemenné sklo: Obsahuje čistý oxid křemičitý, je velmi kvalitní a drahé. Má velmi malou teplotní roztažnost. Používá se pro kostry cívek pro vysokofrekvenční techniku a výrobu kvalitních optických vláken.
- Boritokřemičitá skla: Obsahují oxid boritý. Lze je použít např. k výrobě skelných vláken, izolátorů na venkovní vedení, desek plošných spojů spojením skelných vláken s epoxidem.
Organické izolanty (Polymery)
Základem jsou makromolekulární látky - polymery, základní stavební jednotka polymerů se nazývá monomer. Podle počtu monomerů v polymeru se mění fyzikální vlastnosti materiálu. Polymerační stupeň je průměrný počet základních jednotek v makromolekule. Polymery mohou mít lineární, rozvětvené nebo prostorové uspořádání.
Reakce vzniku polymerů:
- Polymerace: Vysoká rychlost reakce, polymer vzniká ze stejných monomerů, nevzniká vedlejší produkt; příklady vzniklých polymerů jsou PVC, nebo polyetylen.
- Polyadice: Malá rychlost reakce, ze dvou různých monomerů, nevzniká vedlejší produkt; takto vznikají např. polyuretany nebo epoxidové pryskyřice.
- Polykondenzace: Reakce, při které vzniká polymer a vedlejší produkt (např. voda, chlorovodík). Fenoplasty vznikají polykondenzací fenolu s formaldehydem. Aminoplasty jsou bezbarvé syntetické pryskyřice, jsou rozpustné ve vodě a odolné proti elektrickému oblouku.
Pórobetonové tvárnice a jejich vlastnosti
U tvárnice naleznete různé vlastností, z nichž nejdůležitější jsou hustota a pevnost. Objemová hmotnost se vypočte poměrem kg/m3. Tato veličina určuje i další vlastnosti pórobetonu, a to především pevnost v tlaku, tepelnou akumulaci a akustický útlum. Čím vyšší třída objemové hmotnosti, tím vyšší pevnost, akustické vlastnosti a akumulace tepla. Pevnost pórobetonu se odvíjí od jeho objemové hmotnosti - čím je objemová hmotnost vyšší, tím vyšší je pevnost. Její hodnota se udává v MPa.
Třídy pórobetonových tvárnic
- Tvárnice s nejnižší hustotou (např. SUPERIZOLAČNÍ TERMALICA T2/300, IZOLAČNÍ TERMALICA T2,5/350 a TERMALICA T2,5/400): Vynikají výbornou izolací a lze je použít pro jednovrstvé vnější stěny bez nutnosti dodatečného zateplení. S nimi lze dosáhnout doporučené hodnoty koeficientu průniku tepla pro pasivní domy (U = 0,16 W/m2K).
- Tvárnice s vyšší objemovou hmotností (např. TERMALICA T3/500 a TERMALICA T4/600): Používají se pro dvouvrstvé vnější stěny či vnitřní příčky.
Pórobeton má skvělé tepelněizolační a akustické vlastnosti, je odolný vůči tlaku a zároveň se s ním snadno manipuluje.
tags: #třídy #izolační #pevnosti #vysvětlení