Alguns materiais utilizados em aparelhos elétricos e circuitos de alimentação possuem propriedades dielétricas, ou seja, possuem alta resistência à corrente. Essa capacidade permite que eles não passem corrente e, portanto, são usados para criar isolamento para peças que transportam corrente. Os materiais isolantes elétricos são projetados não apenas para separar as partes condutoras de corrente, mas também para criar proteção contra os efeitos perigosos da corrente elétrica. Por exemplo, os cabos de alimentação de aparelhos elétricos são cobertos com isolamento.
Materiais isolantes elétricos e suas aplicações
Os materiais isolantes elétricos são amplamente utilizados na indústria, na fabricação de rádios e instrumentos e no desenvolvimento de redes elétricas. O funcionamento normal de um aparelho elétrico ou a segurança de um circuito de alimentação depende muitodielétricos usados. Alguns parâmetros de um material destinado ao isolamento elétrico determinam sua qualidade e capacidade.
O uso de materiais isolantes está sujeito às normas de segurança. A integridade do isolamento é a chave para um trabalho seguro com corrente elétrica. É muito perigoso usar dispositivos com isolamento danificado. Mesmo uma leve corrente elétrica pode afetar o corpo humano.
Propriedades dos dielétricos
Os materiais isolantes elétricos devem ter certas propriedades para desempenhar suas funções. A principal diferença entre dielétricos e condutores é a resistividade de grande volume (109–1020 ohm cm). A condutividade elétrica dos condutores em comparação com os dielétricos é 15 vezes maior. Isso se deve ao fato de que os isolantes, por sua natureza, possuem várias vezes menos íons e elétrons livres, que fornecem a condutividade de corrente do material. Mas quando o material é aquecido, há mais deles, o que contribui para um aumento na condutividade elétrica.
Distinguir entre propriedades ativas e passivas de dielétricos. Para materiais isolantes, as propriedades passivas são mais importantes. A constante dielétrica do material deve ser a mais baixa possível. Isso permite que o isolador não introduza capacitâncias parasitas no circuito. Para o material usado como dielétrico de um capacitor, a constante dielétrica deve, ao contrário, ser a maior possível.
Opções de isolamento
Para os parâmetros principaisisolamento elétrico inclui resistência elétrica, resistividade elétrica, permissividade relativa, ângulo de perda dielétrica. Ao avaliar as propriedades isolantes elétricas do material, a dependência das características listadas nas magnitudes da corrente elétrica e tensão também é levada em consideração.
Os produtos e materiais isolantes elétricos possuem maior resistência elétrica em comparação com condutores e semicondutores. Também importante para o dielétrico é a estabilidade de valores específicos durante o aquecimento, aumento de tensão e outras mudanças.
Classificação de materiais dielétricos
Dependendo da potência da corrente que passa pelo condutor, são usados diferentes tipos de isolamento, que diferem em suas capacidades.
De acordo com quais parâmetros os materiais isolantes elétricos são divididos? A classificação dos dielétricos é baseada em seu estado de agregação (sólido, líquido e gasoso) e origem (orgânico: natural e sintético, inorgânico: natural e artificial). O tipo mais comum de dielétrico sólido, que pode ser visto nos fios de eletrodomésticos ou quaisquer outros aparelhos elétricos.
Os dielétricos sólidos e líquidos, por sua vez, são divididos em subgrupos. Os dielétricos sólidos incluem tecidos envernizados, laminados e vários tipos de mica. Ceras, óleos e gases liquefeitos são materiais isolantes elétricos líquidos. Dielétricos gasosos especiais são usados com muito menos frequência. Este tipo também incluio isolante elétrico natural é o ar. Seu uso se deve não apenas às características do ar, que o tornam um excelente dielétrico, mas também à sua economia. O uso de ar como isolante não requer custos adicionais de material.
Dielétricos Sólidos
Materiais isolantes elétricos sólidos são a classe mais ampla de dielétricos que são usados em vários campos. Eles têm propriedades químicas diferentes e a constante dielétrica varia de 1 a 50.000.
Os dielétricos sólidos são divididos em não polares, polares e ferroelétricos. Suas principais diferenças estão nos mecanismos de polarização. Esta classe de isolamento possui propriedades como resistência química, resistência ao rastreamento, resistência dendrítica. A resistência química é expressa na capacidade de suportar a influência de vários ambientes agressivos (ácidos, alcalinos, etc.). A resistência de rastreamento determina a capacidade de suportar os efeitos de um arco elétrico, e a resistência dendrítica determina a formação de dendritos.
Os dielétricos sólidos são usados em vários campos de energia. Por exemplo, materiais isolantes elétricos cerâmicos são mais comumente usados como isoladores de linhas e buchas em subestações. Papel, polímeros, fibra de vidro são usados como isolamento para aparelhos elétricos. Para máquinas e dispositivos, vernizes, papelão, compostos são os mais usados.
Para uso em várias condições de operação, o isolamento recebe algumas propriedades especiais combinando diferentesmateriais: resistência ao calor, resistência à umidade, resistência à radiação e resistência ao gelo. Os isoladores resistentes ao calor são capazes de suportar temperaturas de até 700 °C, incluindo vidros e materiais à base deles, organosilitos e alguns polímeros. O material resistente à umidade e tropical é fluoroplástico, que não é higroscópico e hidrofóbico.
O isolamento resistente à radiação é utilizado em dispositivos com elementos atômicos. Inclui filmes inorgânicos, alguns tipos de polímeros, fibra de vidro e materiais à base de mica. Resistentes ao gelo são isolamentos que não perdem suas propriedades em temperaturas de até -90 ° C. Requisitos especiais são colocados no isolamento destinado a dispositivos que operam em condições de espaço ou vácuo. Para estes fins, são utilizados materiais à prova de vácuo, que incluem cerâmicas especiais.
Dielétricos líquidos
Materiais isolantes elétricos líquidos são frequentemente usados em máquinas e aparelhos elétricos. O óleo desempenha o papel de isolamento em um transformador. Os dielétricos líquidos também incluem gases liquefeitos, vaselina insaturada e óleos de parafina, poliorganossiloxanos, água destilada (purificada de sais e impurezas).
As principais características dos dielétricos líquidos são a constante dielétrica, a resistência elétrica e a condutividade elétrica. Além disso, os parâmetros elétricos dos dielétricos dependem em grande parte do grau de sua purificação. Impurezas sólidas podem aumentar a condutividade elétrica de líquidos devido ao crescimento de íons e elétrons livres. Purificação de líquidos por destilação, troca iônica, etc. leva a um aumento na resistência elétrica do material, reduzindo assim sua condutividade elétrica.
Os dielétricos líquidos são divididos em três grupos:
- óleos de petróleo;
- óleos vegetais;
- fluidos sintéticos.
Os óleos mais usados são óleos de petróleo, como óleos de transformadores, cabos e capacitores. Fluidos sintéticos (compostos de organossilício e organofluorado) também são usados na engenharia de aparelhos. Por exemplo, os compostos de organossilício são resistentes ao gelo e higroscópicos, por isso são usados como isolante em pequenos transformadores, mas seu custo é superior ao preço dos óleos de petróleo.
Os óleos vegetais praticamente não são usados como materiais isolantes na tecnologia de isolamento elétrico. Estes incluem mamona, linhaça, cânhamo e óleo de tungue. Esses materiais são dielétricos fracamente polares e são usados principalmente para impregnar capacitores de papel e como agente formador de filme em vernizes isolantes elétricos, tintas e esm altes.
Dielétricos a gás
Os dielétricos gasosos mais comuns são ar, nitrogênio, hidrogênio e gás SF6. Os gases isolantes elétricos são divididos em naturais e artificiais. O ar natural é usado como isolante entre as partes condutoras de corrente de linhas de energia e máquinas elétricas. Como isolante, o ar apresenta desvantagens que impossibilitam seu uso em dispositivos selados. Devido à presença de uma alta concentração de oxigênio, o ar é um agente oxidante e, em campos não homogêneos, aparece uma baixa força elétrica do ar.
Transformadores de potência e cabos de alta tensão usam nitrogênio como isolante. O hidrogênio, além de ser um material isolante elétrico, também é um resfriamento forçado, razão pela qual é frequentemente utilizado em máquinas elétricas. Em instalações seladas, o SF6 é o mais utilizado. O enchimento com gás SF6 torna o dispositivo à prova de explosão. É utilizado em disjuntores de alta tensão devido às suas propriedades de extinção de arco.
Dielétricos orgânicos
Os materiais dielétricos orgânicos são divididos em naturais e sintéticos. Atualmente, os dielétricos orgânicos naturais são usados muito raramente, pois a produção de sintéticos está se expandindo cada vez mais, reduzindo assim seu custo.
Para dielétricos orgânicos naturais incluem celulose, borracha, parafina e óleos vegetais (óleo de mamona). A maioria dos dielétricos orgânicos sintéticos são vários plásticos e elastômeros frequentemente usados em eletrodomésticos e outros equipamentos.
Dielétricos inorgânicos
Materiais dielétricos inorgânicos são divididos em naturais e artificiais. O mais comum dos materiais naturais é a mica, que possui resistência química e térmica. A flogopita e a moscovita também são usadas para isolamento elétrico.
Para inorgânicos artificiaisdielétricos incluem vidro e materiais baseados nele, bem como porcelana e cerâmica. Dependendo da aplicação, o dielétrico artificial pode receber propriedades especiais. Por exemplo, cerâmicas de feldspato são usadas para buchas, que possuem uma tangente de alta perda dielétrica.
Materiais isolantes elétricos fibrosos
Materiais fibrosos são frequentemente usados para isolamento em aparelhos e máquinas elétricas. Estes incluem materiais de origem vegetal (borracha, celulose, tecidos), têxteis sintéticos (nylon, capron), bem como materiais feitos de poliestireno, poliamida, etc.
Os materiais fibrosos orgânicos são altamente higroscópicos, portanto raramente são usados sem impregnação especial.
Recentemente, em vez de materiais orgânicos, tem sido usado isolamento de fibra sintética, que possui um nível mais alto de resistência ao calor. Estes incluem fibra de vidro e amianto. A fibra de vidro é impregnada com vários vernizes e resinas para aumentar suas propriedades hidrofóbicas. A fibra de amianto tem baixa resistência mecânica, então a fibra de algodão é frequentemente adicionada a ela.
