Características dos materiais isolantes elétricos

Materiais isolantes elétricos são materiais com os quais os fios são isolados. Eles têm: alta resistência, força elétrica - a capacidade do material de resistir à quebra por meio de sua tensão elétrica e perdas elétricas, caracterizada pela tangente do ângulo de perda, resistência ao calor, caracterizada pela temperatura máxima permitida para um determinado dielétrico durante seu uso a longo prazo em equipamentos elétricos.

Materiais isolantes elétricos - Os dielétricos podem ser sólidos, líquidos e gasosos.

O objetivo dos materiais isolantes elétricos em eletricidade é criar entre as partes que possuem diferentes potenciais elétricos, um ambiente que impeça a passagem de corrente entre essas partes.

Distinguir as características elétricas, mecânicas, físico-químicas e térmicas dos dielétricos.

Características elétricas dos dielétricos

Resistência de massa - a resistência de um dielétrico quando uma corrente direta passa por ele. Para um dielétrico plano é igual a:

Rv = ρv (d/S), ohm

onde ρv - a resistência de volume específica do dielétrico, que é a resistência de um cubo com uma borda de 1 cm, quando uma corrente contínua passa por dois lados opostos do dielétrico, Ohm-cm, S é a área da seção transversal de ​​o dielétrico por onde passa a corrente (área dos eletrodos), cm2, e - espessura dielétrica (distância entre eletrodos), consulte

Resistência de superfície dielétrica

Resistência de superfície — a resistência de um dielétrico quando uma corrente passa por sua superfície. Essa resistência é:

Rs = ρs (l/S), Ohm

onde ps — resistência superficial específica de um dielétrico, que é a resistência de um quadrado (de qualquer tamanho) quando uma corrente direta passa de um lado para o oposto, Ohm, l- comprimento da superfície dielétrica (na direção do fluxo de corrente ), cm, C — a largura da superfície dielétrica (na direção perpendicular ao fluxo de corrente), consulte

A constante dielétrica.

Como você sabe, a capacidade de um capacitor - um dielétrico fechado entre duas placas de metal paralelas e opostas (eletrodos) é:

C = (ε S) / (4π l), cm,

onde ε — a constante dielétrica relativa do material, igual à razão entre a capacidade de um capacitor com um determinado dielétrico e a capacidade de um capacitor com as mesmas dimensões geométricas, mas cujo dielétrico é ar (ou melhor, vácuo); C — área do eletrodo do capacitor, cm2, l — espessura do dielétrico fechado entre os eletrodos, ver

Ângulo de perda dielétrica

A perda de energia em um dielétrico quando uma corrente alternada é aplicada a ele é:

Pa = U NS Ia, W

onde U é a tensão aplicada, Ia é a componente ativa da corrente que passa pelo dielétrico, A.

Como é conhecido: Ia = AzR / tgφ = AzRNS tgδ, A, Azr = U2πfC

onde Azp é o componente reativo da corrente que passa pelo dielétrico, A, C é a capacitância do capacitor, cm, f é a frequência da corrente, Hz, φ - o ângulo no qual o vetor de corrente que passa pelo dielétrico é à frente do vetor de tensão aplicado a este dielétrico, graus, δ — ângulo complementar a φ a 90 ° (ângulo de perda dielétrica, graus).

Desta forma, a quantidade de perda de energia é determinada:

Pa = U22πfCtgδ, W

De grande importância prática é a questão da dependência de tgδ da magnitude da tensão aplicada (curva de ionização).

Com isolamento homogêneo, sem delaminação e fissuração, tgδ é quase independente da magnitude da tensão aplicada; na presença de delaminação e fissuração, com o aumento da tensão aplicada, tgδ aumenta acentuadamente devido à ionização dos vazios contidos na isolação.

A medição periódica das perdas dielétricas (tgδ) e sua comparação com os resultados de medições anteriores caracterizam o estado da isolação, o grau e a intensidade de seu envelhecimento.

Rigidez dielétrica

Nas instalações elétricas, os dielétricos que formam o isolamento da bobina devem resistir à ação do campo elétrico. A intensidade (tensão) do tule aumenta à medida que a tensão que cria esse campo aumenta e, quando a intensidade do campo atinge um valor crítico, o dielétrico perde suas propriedades de isolamento elétrico, o chamado ruptura dielétrica.

A tensão na qual ocorre a quebra é chamada de tensão de ruptura, e a intensidade do campo correspondente é a rigidez dielétrica.

O valor numérico da rigidez dielétrica é igual à razão entre a tensão de ruptura e a espessura do dielétrico no ponto de ruptura:

Epr = UNHC / l, kV / mm,

onde Upr — tensão de ruptura, kV, l — espessura do isolamento no ponto de ruptura, mm.

Materiais de isolamento elétrico

Características físico-químicas de dielétricos

Além das elétricas, distinguem-se as seguintes características físico-químicas dos dielétricos.

Número de acidez — especifica a quantidade (mg) de hidróxido de potássio (KOH) necessária para neutralizar os ácidos livres contidos no dielétrico líquido e degradar suas propriedades de isolamento elétrico.

Viscosidade - determina o grau de fluidez do dielétrico líquido, que determina a capacidade de penetração dos vernizes ao impregnar os fios do enrolamento, bem como a convecção do óleo nos transformadores, etc.

Eles distinguem a viscosidade cinemática, medida por viscosímetros capilares (tubos de vidro em forma de U), e a chamada viscosidade condicional, determinada pela velocidade do escoamento do fluido a partir de um orifício calibrado em um funil especial. A unidade de viscosidade cinemática é Stokes (st).

Viscosidade condicional medida em graus Engler.

Resistência térmica - a capacidade de um material desempenhar suas funções quando exposto a uma temperatura operacional por um tempo comparável ao período estimado de operação normal de equipamentos elétricos.

Sob a influência do aquecimento, ocorre o envelhecimento térmico dos materiais de isolamento elétrico, fazendo com que o isolamento deixe de atender aos requisitos que lhe são impostos.

Classes de resistência ao calor de materiais isolantes elétricos (GOST 8865-70).A letra indica a classe de resistência ao calor e os números entre parênteses - temperatura, ° C

Y (90) Matérias fibrosas de celulose, algodão e seda natural, não impregnadas ou imersas em material isolante elétrico líquido A (105) Matérias fibrosas de celulose, algodão ou seda natural, viscose e seda sintética, impregnadas ou imersas em material isolante elétrico líquido D (120) Materiais sintéticos (películas, fibras, resinas, compostos) B (130) Mica, amianto e materiais de fibra de vidro usados ​​com aglutinantes orgânicos e impregnantes F (155) Mica, amianto e materiais de fibra de vidro combinados com aglutinantes sintéticos e impregnantes H (180) ) Materiais à base de mica, amianto e fibra de vidro em combinação com aglutinantes de silício silício e compostos de impregnação C (mais de 180) Mica, materiais cerâmicos, vidro, quartzo ou suas combinações sem aglutinantes ou com substâncias aglutinantes inorgânicas

Ponto de amolecimento no qual os dielétricos sólidos com estado amorfo no estado frio (resinas, betume) começam a amolecer. O ponto de amolecimento é determinado quando o isolamento aquecido é espremido para fora de um anel ou tubo usando uma esfera de aço ou mercúrio.

Ponto de gota no qual a primeira gota se separa e cai do béquer (com uma abertura de 3 mm de diâmetro na parte inferior) no qual o material de teste é aquecido.

Ponto de fulgor do vapor no qual uma mistura de vapor líquido isolante e ar é inflamado pela chama do queimador apresentada. Quanto menor o ponto de fulgor do líquido, maior sua volatilidade.

Resistência à umidade, resistência química, resistência ao gelo e resistência dielétrica tropical - estabilidade das características elétricas e físico-químicas dos materiais isolantes elétricos quando expostos à umidade, ácidos ou bases em baixas temperaturas na faixa de -45° a -60°C, conforme bem como o clima tropical, caracterizado por temperaturas do ar altas e bruscas durante o dia, alta umidade e poluição, presença de fungos, insetos e roedores.

Resistência aos dielétricos de arco e corona — resistência dos materiais isolantes elétricos aos efeitos do ozônio e nitrogênio liberados durante a descarga silenciosa — corona, bem como resistência à ação de faíscas elétricas e arco estável.

Propriedades termoplásticas e termoendurecíveis de dielétricos

Materiais isolantes elétricos termoplásticos são aqueles que inicialmente são sólidos quando frios, amolecem quando aquecidos e se dissolvem em solventes adequados. Após o resfriamento, esses materiais solidificam novamente. Com aquecimento repetido, sua capacidade de amolecer e dissolver em solventes permanece. Assim, o aquecimento desses materiais não causa nenhuma alteração em sua estrutura molecular.

Em contraste com eles, os chamados materiais termoendurecíveis após tratamento térmico em um modo apropriado, eles endurecem (cozem). Após aquecimento repetido, eles não amolecem e não se dissolvem em solventes, o que indica mudanças irreversíveis em sua estrutura molecular que ocorreram durante o aquecimento.

As características mecânicas dos materiais isolantes são: máxima resistência à tração, compressão, flexão estática e dinâmica, bem como rigidez.