BME VIK - Villamos szigetelések és kisülések

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Tamus Zoltán Ádám,

4. A tantárgy előadója

Dr. Berta István, professor emeritus, Villamos Energetika Tanszék

Dr. Tamus Zoltán Ádám, egyetemi docens, Villamos Energetika Tanszék

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít -

6. Előtanulmányi rend

Kötelező:

NEM
(TárgyEredmény( "BMEVIVEMA14", "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIVEMA14", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

Ajánlott:
-

7. A tantárgy célkitűzése A villamosmérnöki tudományok egyik klasszikus ágának számít a villamos szigeteléstechnika. Azonban a XXI. század új lendületet adott a területnek, mivel a legtöbb alkalmazás egyre különlegesebb igénybevételeknek ellenálló szigetelések és a szigetelőanyagok alkalmazását igényli. Ezen kihívásokra válaszul megjelentek a különleges polimerek, azok kompozitjai valamint a nanokompozit polimerek, mivel kiderült, hogy a polimerek előnyös tulajdonságai nanoméretű anyagok megfelelő adagolásával tovább javíthatók. A kurzus során hallgatóságot megismertetjük a villamos szigetelőanyagokban és szigetelésekben lezajló villamos folyamatokkal. Áttekintjük a dielektromos polarizáció jelenségét különböző anyagokban, továbbá az elemi folyamatokat leíró modellek alapjait. Bemutatjuk a villamos kisülések és a villamos szilárdság letörésének folyamatát különböző halmazállapotú szigetelőanyagokban. Mind a kisülési, mind a dielektromos folyamatok esetén bemutatjuk a gyakorlati vonatkozásokat, a villamosmérnöki tudományok azon területeit ahol a szigeteléseket extrém villamos és környezeti igénybevételek érik.

8. A tantárgy részletes tematikája

Előadások:

A villamos szigeteléstechnika alapjai, a szigetelések alaptípusai és a villamos szilárdság letörése. Az átalakuló energetika szigeteléstechnikai problémái.

Szigetelőanyagok villamos erőtérben, rétegzett szigetelések, dielektromos refrakció és jelentősége a szigetelésekben, térvezérlés megoldásai. Kompozit szigetelőanyagok

Dielektromos polarizáció: a térjellemző mennyiségek és a töltések kapcsolata. A polarizáció makro és mikrojellemzői. A polarizálhatóság.

Elemi polarizációs folyamatok I.: Elektronpolarizáció és modelljei. A Clausius-Mossotti összefüggés. Az ioneltolódási polarizáció

Elemi polarizáció folyamatok II.: a hőmérsékleti orientációs polarizáció és a hőmérsékleti ionpolarizáció

A dielektromos válasz-függvény és tulajdonságai, idő és frekvencia tartományban.

A dielektromos válasz mérése idő és frekvenciatartományban, áram- és feszültségméréssel. A dielektromos válasz kapcsolata szigetelés állapotával

A villamos kisülések kialakulása gázokban (az ütközési, foto- és hőionozás kialakulása, törvényszerűségei), villamos ív. A töltéshordozókat termelő és fogyasztó fizikai folyamatok. 

Részleges kisülések: koronakisülések (elektronlavina, pamatos kisülés, csatorna kisülés), üregkisülések, kúszókisülések, villámszerű kisülések. Teljes kisülések: átütés és átívelés, szikrakisülés, villamos ív. 

Az elektrosztatikus kisülések (fojtott szikrakisülések, terjedő kisülések, lerakódott porréteg felületén fellépő kisülések). A kisülések okozta káros hatások (tüzek, robbanások, ESD). A kisülések ipari alkalmazása.

Átütési folyamatok kialakulása szigetelő folyadékokban. Nagy tisztaságú és technikai tisztaságú folyadékok átütése.

A villamos szilárdság letörése szilárd szigetelőanyagokban. Villamos átütés esetei: intrinsic átütés, elektromechanikai átütés, hő-villamos átütés, villamos öregedés

Az átütés statisztikus elmélete, a feszültségigénybevétel és az időtartam hatása a villamos szilárdságra

Gyakorlatok:

Villamos erőterek számítása, rétegzett elrendezések villamos erőtere, szigetelések méretezése

Nemesgázok dielektromos állandójának számítása különböző modelleken (elektroneltolódási polarizáció), a Clausius-Mossotti összefüggés alkalmazása

Ionkristályos anyagok dielektromos állandója, optikai tartományban és kis frekvencián. Az ioneltolódási polarizáció időállandójának meghatározása

Szigetelések villamos modelljének meghatározása, a dielektromos válaszfüggvény interpretációja mérések eredménye alapján

Gázok átütésének analitikus modellezése, a Paschen-görbe számítása nemesgázok esetén

Kisülések energiájának számítása, mérési eredmények interpretációja.

Elektrosztatikus feltöltődések kialakulása és feltöltődést korlátozó tényezők hatásának vizsgálata tipikus elrendezéseken

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti 3 előadás és kéthetente 2 gyakorlat

10. Követelmények

Szorgalmi időszakban: egy zárthelyi sikeres teljesítése

Vizsgaidőszakban:Írásbeli vizsga, szóbeli javítási lehetőséggel

11. Pótlási lehetőségek A zárthelyi első pótlására a szorgalmi időszakban, második pótlására különeljárási díj ellenében a pótlási héten biztosítunk alkalmat.

12. Konzultációs lehetőségek Konkrét konzultációs alkalmakat a hallgató által jelzett igény alapján és időpont egyeztetést követően biztosítunk.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Safa Kasap: Principles of Electronic Materials and Devices, 4th Edition, McGraw Hill, 2018

Gorur Govinda Raju: Dielectrics in Electric Fields, 2nd Edition, CRC Press, 2016

Kwan Chi Kao: Dielectric Phenomena in Solids, Elsevier, 2004

Horváth - Csernátony : Nagyfeszültségű Technika. Tankönyvkiadó, Budapest, 1986.

Németh - Horváth: Nagyfeszültségű szigeteléstechnika Tankönyvkiadó, Budapest, 1990.

Horváth - Berta - Pohl: Elektrosztatikus feltöltődések, Műszaki Kiadó, Budapest, 1984.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	56
Félévközi készülés órákra	14
Felkészülés zárthelyire	20
Házi feladat elkészítése	-
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	20
Vizsgafelkészülés	40
Összesen	150

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Berta István, professor, emerizus, VET

Dr. Tamus Zoltán Ádám, egyetemi docens, VET