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Propriedades de Materiais Dielétricos e Isolantes: Características e Aplicação, Notas de aula de Engenharia Elétrica

Uma aula sobre materiais dielétricos e isolantes, discutindo suas propriedades químicas, mecânicas e elétricas, classificação, aplicação e exemplos específicos de vidro, porcelana, tensão de descarga, isoladores e diferentes tipos de materiais como resinas, vernizes, plásticos, elastômeros, mica e betumes.

Tipologia: Notas de aula

Antes de 2010

Compartilhado em 11/07/2010

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renato-giovanini-7 🇧🇷

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Aula VIII
Materiais dielétricos
O fato de um material apresentar propriedades dielétricas muito superiores, não é suficiente
para determinar o seu emprego se não tiver propriedades químicas e mecânicas adequadas.
Por exemplo, substâncias orgânicas são deterioráveis.
Podem ser feitos os seguintes comentários sobre materiais dielétricos ou isolantes:
- são milhares de isolantes elétricos comerciais;
- as propriedades desses materiais são requisitos para uso em diversos equipamentos;
- são classificados pelo seu estado de agregação;
- subdivididos em sólidos, líquidos e gasosos;
- quimicamente são orgânicos ou inorgânicos;
- a aplicação depende do caso. Um material pode ser superior em uma situação e inadequado
em outra;
- a porcelana é excelente para linhas aéreas pelas propriedades dielétricas, químicas e
mecânicas
- é inadequada para cabos por não ser flexisível;
- borrachas apresentam excelentes qualidades químicas, mecânicas e elétricas;
- não resistem a altas temperaturas
- sofrem corrosão por óleos e ozônio.
VIII.1 – Vidro
- propriedades variam com a composição e o tratamento térmico;
- resistência à compressão é muito maior que à tração;
- vidros são substâncias amorfas e não têm um ponto de fusão definido
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Aula VIII Materiais dielétricos

O fato de um material apresentar propriedades dielétricas muito superiores, não é suficiente para determinar o seu emprego se não tiver propriedades químicas e mecânicas adequadas. Por exemplo, substâncias orgânicas são deterioráveis.

Podem ser feitos os seguintes comentários sobre materiais dielétricos ou isolantes:

  • são milhares de isolantes elétricos comerciais;
  • as propriedades desses materiais são requisitos para uso em diversos equipamentos;
  • são classificados pelo seu estado de agregação;
  • subdivididos em sólidos, líquidos e gasosos;
  • quimicamente são orgânicos ou inorgânicos;
    • a aplicação depende do caso. Um material pode ser superior em uma situação e inadequado em outra;
    • a porcelana é excelente para linhas aéreas pelas propriedades dielétricas, químicas e mecânicas
  • é inadequada para cabos por não ser flexisível;
  • borrachas apresentam excelentes qualidades químicas, mecânicas e elétricas;
  • não resistem a altas temperaturas
  • sofrem corrosão por óleos e ozônio.

VIII.1 – Vidro

  • propriedades variam com a composição e o tratamento térmico;
  • resistência à compressão é muito maior que à tração;
  • vidros são substâncias amorfas e não têm um ponto de fusão definido
  • com aquecimento, a viscosidade decresce gradualmente;
  • vidros de sílica são resistentes a ácidos;
  • a solubilidade do vidro cresce com a temperatura.

VIII.2 – Resistividade do vidro Depende da composição do vidro.

VIII.3 – Porcelana

  • cerâmicas formam uma larga variedade materiais, com diferentes propriedades;
  • alta resistência mecânica, alta resistência térmica, perdas dielétricas pequenas;
  • argilas especiais de grande pureza e outros materiais como quartzo e feldspato;
    • aquecimento remove umidade e torna a estrutura mais compacta durante o processo de fabricação.

VIII.4 – Tensão de descarga

  • tensão que aparece entre os eletrodos através do isolador
  • tensão de descarga a seco sob condições normais;
  • tensão de descarga úmida sob condições de chuva;
  • tensão a seco é maior em módulo, se comparada a tensão sob chuva;
  • tensão de ruptura através do corpo do isolador;
  • tensão de ruptura para alguns isoladores está entre 110 e 130 kV;
  • isoladores resistem a temperaturas entre 1300 a 1350 ºC para de subestações;
  • até 1410 ºC para linhas de alta tensão.

VIII.6 – Flashover A descarga através do ar perto de uma superfície de um dielétrico sólido é chamada descarga de superfície ou “flashover”.

VIII.7 – Óleo isolante

  • óleo de transformador é o dielétrico líquido mais comum empregado na engenharia elétrica;
  • preenche os poros fibrosos e os entreferros entre os enrolamentos condutores e os espaços entre o tanque;
  • aumenta a resistência do dielétrico da isolação;
  • facilita a remoção do calor das perdas nos enrolamentos e no núcleo magnético;
  • coloração amarelo-preta e é formado de vários hidrocarbonetos e são inflamáveis;
  • óleos de capacitores servem para impregnação dos papéis de capacitores;
  • similares aos de transformador
  • requerem cuidado especial na limpeza com absorventes;
  • óleos para cabos servem como impregnantes dos papéis usados nestes cabos;
  • aumentam a resistência dielétrica do papel e também ajudam a remover o calor em conseqüência das perdas dielétricas.

VIII.8 – Líquidos sintéticos

  • superiores, em algumas propriedades, aos óleos de transformador;
  • clorohidrocarbonetos ou "askareis“;
  • altamente tóxicos, tanto na forma líquida como seus vapores
  • uso proibido em muitos países;
    • silicones líquidos têm baixa higroscopicidade, baixas perdas dielétricas e resistência térmica realçada
  • alto custo e aplicação é limitada;
    • fluorcarbonetos líquidos possuem uma baixa perda dielétrica, higroscopicidade desprezível
  • insolúveis na água;
  • usadas na impregnação de materiais fibrosos ou na preparação de materiais moldados;
    • resinas sintéticas: poliolefinas, poliestireno, álcool polivinílico, fluorcarbonetos, termoplásticas, fenolformaldeído, resinas de poliester, resinas epoxi, resinas de silicone;
  • resinas naturais: goma laca, breu (resina de pinheiro) e o âmbar.

VIII.10 – Vernizes

  • dissolução de resinas ou gomas em álcool ou óleo;
  • impregnantes, de recobrimento e adesivos;
  • esmaltes: vernizes pigmentados ou tintas esmaltadas;
  • vernizes adesivos são usados como cimento na junta de materiais isolantes com metais;
  • vernizes compostos não contêm solventes: vários óleos, resinas, betumes.

VIII.11 – Plásticos

  • capacidade de tomar formas de acordo com um molde quando sob pressão
  • isolantes e como materiais de construção;
    • aglutinante (polímero orgânico), capaz de ser deformado sob pressão e um enchimento que se adere ao aglutinante,
  • enchimento: pó, fibras e outros. Algodão, asbesto, fibra de vidro, mica, papel;
  • termoplásticos que podem ser dissolvidos após moldagem
  • termofixos que após a ação do calor durante a moldagem passam para um estado insolúvel;
  • plásticos laminados são materiais fibrosos produzidos em lâminas para enchimento.
  • baquelite é um formaldeído que reage com fenol formando uma resina termofixa.

VIII.12 – Elastômeros

  • borrachas naturais: não são a prova d'água, são quebradiças a baixas temperaturas e se tornam deformáveis acima de 500 ºC;
  • vulcanização melhora resistência térmica a frio, resistência mecânica e a solventes;
  • borrachas sintéticas são derivadas do petróleo e apresentam qualidades superiores;
  • quimicamente inertes e resistem a umidade.

VIII.13 – Mica

  • alta resistência dielétrica e térmica
  • resistente à umidade;
  • boa resistência mecânica e flexibilidade
  • isolações de alta tensão, máquinas elétricas;
  • grande turbogeradores, geradores hidráulicos,
  • dielétrico em certos capacitores;
  • mineral de composição química variável;
  • micalex é um plástico fortemente preenchido com mica, tendo aderente vidro pastoso
  • alto custo devido ao seu processo de fabricação.

VIII.14 – Betumes

  • materiais amorfos;
  • misturas complexas de hidrocarbonetos com alguma quantidade de oxigênio e enxofre.;
  • cor preta ou marrom escuro, quebradiços em baixas temperaturas;
  • solúveis em hidrocarbonetos;
  • especificamente em benzeno e tolueno;
  • instáveis em óleos;
  • insolúveis no álcool e na água
  • baixa higroscopicidade e praticamente impermeáveis na água.

VIII.15 – Asbestos

  • fibras minerais. Ocorrem na rocha na forma de veios
  • alta resistência térmica;