Blog

MATERIAIS ISOLANTES Quando se trata de campos eletrostáticos, o meio no qual os mesmos existem deverá ter resistividade muito alta, ou seja, deverá opor-se tanto quanto possível, à passagem de corrente elétrica de condução, motivo pelo qual recebe o nome de dielétrico. O material que o constitui é designado por isolante. O papel dos dielétricos na eletrotecnica é muito importante e tem dois aspectos: a) Realizam o isolamento entre os condutores, entre estes e a massa ou a terra, ou, ainda, entre eles e qualquer outra massa metálica existente na sua vizinhança; b) Modificam, em pr elétrico existente em

As particularidades d dielétricos em vários valor do campo 1 or16 to view nut*ge dividir todos os Ao primeiro grupo podem pertencer os dieletricos que possuem somente a polarização eletrônica, por exemplo as substâncias sólidas não polares ou debilmente polares em estado cristalino ou amorfo (parafina, enxofre, poliestireno), assim como os líquidos e gases não polares ou debilmente polares (benzeno, hidrogênio e outros).

Ao segundo grupo pertencem os dielétricos que possuem ao mesmo tempo polarização eletrônica e dipolar. São estas as substâncias polares (dipolares) orgânicas, semilíquidas e sólidas algumas resinas, celulose, alguns hidrocarbonetos cloretados, etc). Ao terceiro grupo pertencem os dielétricos inorgânicos sólidos com polarização eletrônica, iônica e íon-eletrônica dipolar.

Este grupo pode ser dividido no subgrupo 1 com polarização eletrônica e iônica ao qual pertencem principalmente as substâncias empacotamento denso de íons (quartzo, mica, sal e óxido de aluminio) e o subgrupo 2 com polarização eletrônica, iônica de dipolar ao qual pertencem os materiais que contem fase vitrea (porcelana) e os dielétricos cristalinos com empacotamento não denso.

A um quarto grupo pertencem os componentes ferroelétricos, que se caracterizam por ter polarização espontânea (nos campos elétricos alternados, os materiais com polarização espontânea se caracterizam por uma considerável dissipação de energia), eletrônica e iônica combinadas. Seriam estes materiais o sal de Seignette e o de Rochelle, titanato de Bário e outros. Comportamento dos Dielétricos em Serviço Uma vez que uma certa porção de isolamento apresenta uma dada resistência, podemos falar em resistividade do material, se bem que esta seja influenciada por uma diversidade de fatores.

Por exemplo, a temperatura afeta sensivelmente o valor da resistividade e, de uma maneira geral, o aumento da temperatura provoca uma diminuição da resistividade dos materiais isolantes. Resistência de Isolamento – O dielétrico impede a passagem da corrente elétrica enquanto o campo elétrico nele estabelecido não ultrapassar um determinado valor que depende da natureza do dielétrico e das suas condições físicas.

Este impedimento porém, não é total pois, se uma determinada porção do isolante estiver submetida a uma tensão U, ela será atravessada por uma corrente l, sendo o quociente entre U el esignado por resistência de isolamento. Resistência Superficial – No caso dos isolantes sólidos de muito grande resistividade, a resistência através da sua massa é também elevada, sendo muito pequena a corrente que os atravessa. Ora acontece que ela sua massa é também elevada, sendo muito pequena a corrente que os atravessa.

Ora acontece que, pela acumulação de poeira e umidade na superfície das peças isoladoras, se forma um novo camlnho para a passagem da corrente elétrica, o qual se diz ser superficial. Rigidez dielétrica superficial – No caso dos isolantes sólidos, pode contecer que o arco disruptivo, em vez de atravessar a sua massa, salte pela sua superffcie. Ao quociente da tensão pela distância entre os condutores é dado o nome de rigidez dielétrica superficial.

Esta depende, evidentemente, da forma do isolante e do estado da sua superfície. Perdas nos dielétricos – Nos dielétricos sujeitos a uma tensão continua verifica se uma perda por efeito Joule tal como nos condutores. A corrente de perdas, se bem que muito limitada, dá lugar a um certo aquecimento. Estas perdas não têm importância a não ser quando dão lugar a um aquecimento permitindo, por onseqüência, maior corrente e maiores perdas. ?ngulo e Fator de Perdas – Quando um dielétrico está sujeito a um campo elétrico alternado, a corrente que o atravessa deveria estar avançada de p/2 em relação à tensão, mas pelo fato de existir uma queda ôhmica através da massa do isolante, haverá uma componente da corrente que fica em fase com a tensão e o ângulo de diferença de fase será (p/2 – d), sendo d chamado ângulo de perdas. Este valor pode ir de poucos minutos, se o dielétrico for bom, até a alguns graus, se for de má qualidade. ? tgd, que pode tomar igual ao ângulo expresso em radianos (por e tratar de ângulos muito pequenos) é dado o nome de fator de perdas. A potência perdlda no dielétrico será dada por: P – U. l. cos(p/2 – d) = U. l. send » U. ld Ruptura potência perdida no dielétrico será dada por: P = U. l. cos(p/2 – d) = U. l. send » U. l. d Ruptura dos Dielétricos Quando o campo elétrico a que um dado dielétrico está sujeito ultrapassa um determinado valor se dá a ruptura do dielétrico. A maneira como esta se produz e as suas consequências são porém, diferentes conforme o tipo de dielétrico.

Efeito Corona – Se, entre dois condutores, existir uma grande iferença de potencial, junto às suas superfícies poderá surgir um campo elétrico de valor tal que o gás ou o ar, no meio do qual se encontram seja Ionizado. Se isto acontecer, o efeito obtido é equivalente ao aumento das dimensões dos condutores, visto o gás ou o ar ionizado se tornar condutor também. Conforme a aplicação, alguns isolantes apresentam, em certos casos, nítida superioridade sobre outros, sendo inteiramente inadequados em casos diferentes.

O exemplo da porcelana é típico: sendo material excelente para isolamento de linhas aéreas, pelas suas propriedades dielétricas, químicas e mecânicas, ? inteiramente inadequada aos cabos Isolados, pela falta de flexibilidade. A borracha apresenta excelentes qualidades químicas, mecânicas e elétricas, de modo que é geralmente utilizada nos fios e cabos, mas não é completamente a prova de água, não resiste a temperaturas elevadas, é atacável pelos óleos e pelo ozona.

Uma primeira classificação dos isolantes pode ser feita de acordo com o seu estado: I – Gases: Ar, anidrido carbônico, azoto, hidrogênio, gases raros, hexafluoreto de enxofre. II – Líquídos: A – Óleos minerais: óleos para transformadores, interruptores e cabos. B – Dielétricos líquidos à prova de fo o: Askarel. C – óleos vegetais: Tune, li Dielétricos líquidos à prova de fogo: Askarel. C – óleos vegetais: Tung, linhaça. D – Solventes: (empregados nos vernizes e compostos isolantes) Álcool, tolueno, benzeno, benzina, terebentina, petróleo, nafta, acetatos amílicos e butílicos, tetracloreto de carbono, acetona.

III – Sólidos aplicados em estado líquido ou pastoso: A – Resinas e plásticos naturais: resinas fósseis e vegetais, materiais asfálticos, goma laca. B – Ceras: cera de abelhas de minerais, parafina. C – Vernizes e lacas: preparados de resinas e óleos naturais, rodutos sintéticos, esmaltes para fios, vernizes solventes, lacas. D – Resinas sintéticas: (plásticos moldados e laminados) resinas fenólicas, caseína, borracha sintética, silicones. E – Compostos de celulose: (termoplásticos) acetato de celulose, nitrocelulose. F – Plásticos moldados a frio: cimento portland empregado com resinas ou asfaltos.

IV – Sólidos: A – Minerais: quartzo, pedra sabão, mica, mármore, ardósia, asbesto. B – Cerâmicos: porcelana, vidro, micalex. C – Materiais da classe da borracha: borracha natural, guta-percha, neoprene, buna. D – Materiais fibrosos (tratados e não tratados): algodão, seda, inha, papel, vidro, asbesto, madeira, celofane, rayon, nylon. A duração dos materiais utilizados para isolamento de máquinas e aparelhos elétricos depende de vários fatores, tais como a temperatura, os esforços elétricos e mecânicos, as vibrações, a exposição a produtos químicos, umidade e a sujeira de qualquer especle.

Isolantes gasosos 16 notadamente o SF6, hexafluoreto de enxofre. O ar, como isolante, é amplamente usado entre todos os condutores sem isolamento sólido ou líquido, como, por exemplo, nas redes elétricas de transmissão e eventualmente de distribuição, onde s condutores são fixados a certa altura através de cruzetas, ou de braços, os quais, fixos a postes ou torres, são equipados com isoladores (de porcelana, vidro ou resina com borracha).

Isolantes l[quidos Os isolantes líquidos atuam geralmente em duas áreas, ou seja a refrigeração e a isolação. Seu efeito refrigerante é o de retirar o calor gerado internamente ao elemento condutor, transferindo- o aos radiadores de calor, mantendo, assim, dentro de níveis admisslVeis o aquecimento do equipamento. No uso diário destacam-se os isolantes líquidos enunciados a seguir. Óleo mineral Os óleos minerais isolantes são processados através de uma rigorosa purificação.

Seu uso está concentrado nos transformadores, cabos, capacitores e chaves a óleo. Estes óleos devem ser altamente estáveis, ter baixa viscosidade (serem bastante líquidos), pois, além de sua função dielétrica de impregnação, devem também transmitir o calor. Este é um dos problemas típicos de transformadores, onde o óleo transfere para as paredes do tanque, o calor gerado nos enrolamentos. óleos mais densos não podem atender a essas condições.

No caso dos dispositivos de comando, o óleo deve fluir rapidamente entre s contatos entreabertos, para extinguir rapidamente o arco voltaico. O askarel No desenvolvimento de líquidos que possam ser substitutos do óleo mineral, encontramos o askarel ue se destaca sobretudo pelo fato de não ser infla tando porém uma série PAGF que se destaca sobretudo pelo fato de não ser inflamável, apresentando porém uma série de outros problemas e cuidados, que fazem com que hoje já se esteja a substituí-lo, provavelmente por um óleo à base de silicone.

O askarel também não pode ser usado em aplicações onde se apresentam arcos voltaicos expostos, pois, nessas condições de temperatura, averá rompimento da cadeia de HCI e desprendimento do cloro. Seu emprego, entretanto, já é mais recomendado em cabos e capacitores com isolamento em papel pois o askarel ao impregnar o papel confere-lhe uma característica mais homogênea e, consequentemente, uma distribuição de campo elétrico mais uniforme, do que se o impregnante fosse o óleo mineral.

Com isto, a capacitância dos capacitores pode ser elevada em até 40%. Os askaréis se distinguem ainda dos óleos minerais, no seu manuseio. Enquanto os óleos são neutros, pouco ou nada reagindo com os materiais elétricos convencionais, os askaréis, evido à presença do cloro, são quimicamente ativos, atacando o sistema respiratório e visual dos que o manuseiam, ataque que se estende a alguns produtos dos componentes. Óleos de silicone São recomendados como lubrificantes em máquinas que trabalham a temperaturas muito altas ou baixas.

Utilizando-se das características básicas do silício, os silicones permanecem neutros perante a grande maioria dos elementos, o que lhes confere uma elevada estabilidade qu[mica e conseqüente ausência de envelhecimento. Silicones líquidos encontram ainda extensa aplicação em numerosos processos e rodutos industriais tais como acréscimos de tintas e vernizes, lubrificantes e outros. São solúveis em benzol, toluol, éter e álcoois de grau superior, send vernizes, lubrificantes e outros.

São solúveis em benzol, toluol, éter e álcoois de grau superior, sendo insolúveis em óleos minerais e álcoois de grau inferior. O preço do óleo de silicone é, comparatlvamente muito alto em relação ao óleo mineral. Isolantes Pastosos e Ceras As pastas ou ceras utilizadas eletricamente se caracterizam por um baixo ponto de fusão, podendo ter estrutura cristalina, baixa esistência mecânica e baixa higroscopia. Parafina A baixa estabilidade térmica representa vantagem e desvantagem.

Se um lado, esse valor demonstrar a desnecessidade de calorias elevadas para liqüefazer a parafina durante um processo de impregnação ou recobrimento, facilitando assim o seu emprego, essa mesma propriedade limita seu uso para os casos em que o n[vel de aquecimento do componente se mantém baixo. Esse último caso praticamente só ocorre na área das baixas perdas Joule às baixas correntes circulantes, situação encontrada particularmente nos componentes eletrónicos.

Assim, a importante caracteristica de repelência à água, muito procurada para componentes eletrotécnicos usados ao ar livre, não pode ser satisfatoriamente resolvida com a parafina. Pasta de silicone Com uma estrutura molecular semelhante à dos óleos de silicone, e guardando também basicamente as mesmas propriedades, as pastas de silicone são usadas mais com finalidades lubrificantes do que elétricas, quando frequentemente recebem o acréscimo de pó de grafita para melhorar suas características antifricção.

São usadas, eletricamente, para proteção de partes onde se deve eduzir a oxidação, tal como peças de contato, em articulações condutoras e outras, e também são usadas como pastas de recobri contato, em articulações condutoras e outras, e também são usadas como pastas de recobrimento de partes isolantes expostas que devem manter elevada resistividade superficial. Neste último caso, prevalece a caracteristica da pasta de silicone de ser repelente à água.

Resinas Define-se resina como uma família bastante grande, frequentemente ampliada, de matérias-primas que, apesar de origens e características diferentes possuem composição uímica ou propriedades ffsicas semelhantes. São misturas estruturalmente complexas, de elevado número molecular e elevado grau de polimenzação, perante baixas temperaturas, as resinas são massas vitrificadas, amorfas. A maioria das resinas se apresenta quebradiça à temperatura ambiente, dependendo da maior espessura da camada em que se encontram.

Em camadas finas se tornam flexíveis. Quando aquecidas, podem amolecer dentro de certos intervalos de temperatura, se tornam plásticas e podem chegar ao estado líquido. Geralmente as resinas não se caracterizam por um certo ponto de fusão. Vernizes Os vernizes são produtos resultantes de sinas com um solvente, este último eliminado na fase final do processo. Vernizes de impregnação: É o tipo geralmente encontrado em associação com papéis, tecidos, cerâmicas porosas e materiais semelhantes.

Sua função é preencher o espaço deixado internamente a um material, com um isolante de qualidade e caracteristicas adequadas, evitando a fixação de umidade, que seria prejudicial às características elétricas. Vernizes de recobrimento: Se destinam a formar sobre o material sólido de base, uma camada de elevada resistência mecânica, lisa, e à prova de midade e com aparência brilhante, Sua aplicação, ass mecânica, lisa, e à prova de umidade e com aparência brilhante. Sua aplicação, assim é especialmente necessária em corpos isolantes porosos e fibrosos, bem como na cobertura de matais (fios esmaltados).

No caso particular de seu uso com isolantes porosos e fibrosos a sua ação se faz sentir por uma elevação da resistência superficial de descarga e conseqüente tensão de descarga externa. Vernizes de colagem: Diversos isolantes quando purificados, perdem consistência devido à eliminação de materiais de colagem entre suas diversas porções. Em outros casos, o próprio isolamento, em geral sintético, não apresenta a necessária consistência ou coeficiente de atrito, para permitlr seu uso em eletricidade.

Como exemplo do primeiro caso, podemos citar a mica, que ao ser purificada, se desmancha grande número de pequenas lâminas, sem possibilidade de se formar um sólido de dimensões definidas e fixas. Outro caso, como exemplo da segunda hipótese, é o da fibra de vidro. As fibras em si são lisas, não se estabelecendo entre elas, mesmo formando um tecido, a necessária consistência para que o tecido de fibra de vidro possa ser usado tecnicamente a área elétrica.

Note-se que, em ambos os casos, não se trata da necessldade de um verniz que se impregne no sólido, pois os sólidos em si são bastante compactos; por outro lado, também não é o caso de um recobrimento. Portanto, nessas condições, o necessário é um verniz que cole entre si as diversas partes do isolamento: é o verniz de colagem. Isolantes Sólidos O papel É muito frequente até os das atuais o uso de papel para finalidades elétricas, sobretudo devido à grande flexibilidade, capacidade de obtenção em espessuras pequenas, preço ger