Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi Bölüm IV: Malzemelerin Dielektrik Özelliği (Yalıtkanlar)
Bölüm IV: Malzemelerin Dielektrik Özelliği (Yalıtkanlar) Yalıtkanlık Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Gaz Yalıtkanlar Sıvı Yalıtkanlar
Enerji-Band Diyagramları
Yalıtkanlar Elektrik akımı iletmeyen malzemeler yalıtkanlar grubuna girerler. En dış yörüngedeki serbest elektron miktarı altıdan fazla olan maddelerin elektronları atom çekirdeğine sıkı sıkıya bağlıdır. Dolayısıyla elektriği iletmezler. Ancak her yalıtkan belirli şartlar altında belirli bir iletkenlik gösterirler. Yalıtkan malzemelerin yalıtkanlık dereceleri, ısı, yüksek değerli elektriksel basınç, rutubet etkisi veya yabancı cisimlerle etkileşim sebebiyle değebilir.
Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri Yalıtkan Delinmesi: Aslında elektrik akımını hiç geçirmeyen madde yoktur. Yalıtkan olarak bilinen maddeler "çok az" bir akım geçirirler. Yalıtkana uygulanan gerilim arttıkça geçirdiği akım da artmaya başlar. Belli bir gerilim seviyesinden sonra yalıtkan tamamen iletken olur. Buna yalıtkanın delinmesi denir. Elektrik ve elektronik çalışmalarında kullanılan el takımlarının sap izoleleri incelenecek olursa, burada yalıtkanın dayanabileceği son (maksimum) gerilim değeri yazılıdır. Örneğin penselerin sap izolesinde 10.000 Volt yazar. Bu, plastik yalıtkan 10.000 Volt'tan sonra iletken hale geçebilir anlamı taşır.
Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri 1. Sızıntı akımlarına karşı dayanım: Bir yalıtkanın dış yüzeyinde mevcut olan yabancı maddeler bu yüzden sızıntı akımı olarak adlandırılan bir akım akışına neden olurlar. Yalıtkanın sızıntı akımının oluşmasına karşı gösterdiği dirençliliğe sızıntı akımı dayanımı denir.
Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri 2. Dielektrik dayanım: Bir yalıtkan malzemeyi iletken hale sokmaksızın birim kalınlığı başına uygulanacak en büyük gerilim değeri dielektrik dayanımı olarak adlandırılır. kV/mm birimi kullanılır.
Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri Isıl kaçak: Yalıtkan malzeme içinde belirli miktarlarda yabancı madde var ise, bir sızıntı akımı başlar ve bu akım malzemeyi ısıtmaya başlar. Sonrada sızıntı akımının yolunu izleyen esas kaçak akım başlar. Kaçak akım ısınma neticesinde ortaya çıktığı için buna ısıl kaçak denir. Erozyon kaçağı: Bazen de yalıtkan malzemede üretimden kaynaklanan mikroskobik kaçaklar mevcut olabilir. Bu durumda da erozyon kaçağı adı verilen kaçak akımlar oluşur.
Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri 3. Elektriksel direnç değerleri: Gerilim altında bulunan bir malzemenin göstermiş olduğu direnç değeridir. Ölçülen izolasyon direncinden yararlanılarak, birim boyut başına hesaplanan değere, o yalıtkanın özgül direnci denir. Birimi Ω.cm’dir.
Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri 4. Dielektriksel kayıp faktörü: Dielektriksel kayıpların bir ölçeğidir. Bunlar yalıtkan malzemelerde ısı olarak açığa çıkarlar. Bu kayıplar, gerilimin büyüklüğüne, sıcaklığa ve frekansa bağlı olarak değişirler. Genellikle yüksek frekanslarda artan bir değer gösterirler. Bu nedenle yüksek frekanslarda çok özel yalıtkanlı (polietilen vb.) kablolar kullanılır.
Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri 5. Yalıtkanların ark dayanımları: Elektrik arkı etkisine maruz kalan bir yalıtkanın ne ölçüde akım geçireceği ve nasıl bir değişime uğrayacağı ancak test yapmakla anlaşılabilir.
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Berilyum Oksit: Seramik benzeri beyaz renkli katı bir malzemedir. Yüksek değerde sıcaklık iletkenliği gereken yerlerde elektriksel izolasyon malzemesi olarak kullanılır. Güç devrelerinde kullanılan yarıiletkenlerde elektriksel izolasyon için ısı emici pulcuk şeklinde imal edilmekte ve kullanılmaktadır. Zehirlidir toz halindeyken solunması ciddi akciğer rahatsızlıklarına neden olur. Elektriksel izolasyon için ısı emici pulcuklar
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri A.B.S. (Acrylonitrile Butadiene Styrene) Akrilonitril, bütadien, ve sıvı hidrokarbon bileşiminden oluşan plastik bir malzemedir. Dielektrik dayanımı 20MV/m’dir. Bir çok cihazın dış kaplamasında kullanılır.
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri A.B.S. A.B.S. kaplamalı mikser ve telefon
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Asetat Elektriksel yönden iyi bir izolasyon özelliğine sahip olduğundan elektriksel güvenlik ekipmanlarında, elekriksel yalıtkanlık istenilen yerlerde kullanılır. En çok sinema ve mikrofilmlerin imalatında kullanılır.
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Asetat Asetat uygulamaları
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Akrilik Yalıtkanlığın yanı sıra katılık ve şeffaflık özelliğinin birlikte bulunması gerektiği yerlerde akrilik kullanılır. Işıklandırılmış işaretler, otomobillerin arka lambaları, ışıklandırma üniteleri v.b.
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Akrilik Otomobil panel göstergesi ve stop lambası
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Seramik Seramik çoğunluğu metal ve ametal malzemelerin karışımından meydana gelen oksitlerdir. Yüksek sıcaklık iletkenliği yardımıyla iyi derecede elektriksel izolasyon özelliği sağladığı gibi elektronikte direnç, kapasitör v.b. yapımında kullanılmaktadır.
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Seramik: Seramik izolatörler ve soket
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Cam Silisyum, sodyum, potasyum karbonatları, kireç ve kurşun oksitleri gibi türlü maddelerin ergitilmelerinden elde edilir. Esas rengi saydam ve şekilsizdir. Sıcak olarak çeşitli şekillere girdirilebilir. Su, yağ ve asitlerden etkilenmez. Kırılgan olup ani ısı değişimlerinde çatlama eğilimi gösterir.
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Cam Kondansatörlerde dielektrik malzemesi, havai hat izolatörleri, akümülatör ve pil kapları yapımında kullanılır. Ayrıca elektrikli aydınlatma cihazlarında da kullanılır. Cam izolatörler
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Porselen Pişmiş beyaz renkte yalıtkan bir topraktır. Su geçirmez Dayanıklı, sert, ani ısı değişimlerinden (0-100C) ve asitlerden etkilenmezler. Isıyı çok az geçirir, kırılgandır.
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Porselen Porselen alçak ve yüksek gerilim havai hatlarında, telefon hatlarında, izolatör yapımında kullanılır. Ayrıca anahtar, şalter, sigorta, duy, priz gibi tesisat malzemeleri de yumuşak porselenden yapılır. Porselen izolatörler
Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Polivinilklorür – PVC Polyvinylcloride veya kısaca PVC belki en çok yaygın olan bir izolasyon malzemesidir. Saf halde iken cam gibi kırılgandır. İçine yağ kapsayan maddeler katılınca özellikleri değişir ve ısı ile plastikleşir. Elektrik akımı taşıyan kabloların büyük bir çoğunluğu PVC ile kaplanarak yalıtılır. Elektrikli ve elektronik cihaz gövdeleri genellikle PVC’den imal edilirler.
Diğer Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Delrin Teflon Kapton Kynar Lexan ve Merlon Melamin Mika Neopren Nomex Naylon Phenolics Polyester Poliüretan Silikon kauçuk Epoksi Fiberglas Silikon Fiberglas Plastik Ebonit
Gaz Yalıtkanlar Gazlar İyonize olmadıkça iletken duruma geçmezler. Bu işlem, iyonlaştırma gerilimi belirli bir değere gelince elektriksel bir boşalma ile kendi kendine meydana gelir. Çeşitli gazlara ait dielektrik sabitleri normal sıcaklıkta birbirine eşittir. Bunlara ait fark %3 'ü geçmez. Bu değerler, sıcaklık ve basınç değişmesiyle farklı olabilir. Gazların dielektrik dayanımları sıcaklığa, basınca, elektrot şekline, elektrotlar arası uzaklığa göre değişir. Basınç arttıkça dielektrik dayanım azalır.
Gaz Yalıtkanlar Hava Havanın içindeki toz, kömür, nem gibi maddeler iletkenliğini artırır yani yalıtkanlığını azaltır. Yüksek gerilimde enerji taşıyan hatlarda doğal bir yalıtkan olarak işlev görür. Kondansatör ve transformatör gibi araçlarda ise yalıtkan bir çekirdek görevi görür.
Sıvı Yalıtkanlar Şalter Yağı: Çalışması esnasında ark oluşturan şalter gibi cihazlarda oluşan ısıyı hızlı bir şekilde almak ve arkın kısa bir zamanda sönmesini sağlamak amacıyla kullanılır.
Sıvı Yalıtkanlar Transformatör Yağı: Tranformatör yağı, hem yalıtkanlık hem de soğutma amaçlı kullanılır. Genellikle madeni yağlar kullanılır. Tranformatör yağının bazı aşağıda verilmiştir : Katılaşma noktası Parlama ve yanma noktası Isı iletimi Akıcılık (viskozite) v.b. Ödev :Tranformatör yağının özellikleri nelerdir? Transformatör yağlarında akıcılık (viskozite) neden önemlidir?