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materiais elétricos 7, Notas de aula de Engenharia Elétrica

resumo das aulas de materiais elétricos

Tipologia: Notas de aula

Antes de 2010

Compartilhado em 11/07/2010

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renato-giovanini-7 🇧🇷

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Aula VII
Ruptura de dielétricos
VII.1 – Ruptura de dielétricos gasosos
- o ar serve como isolante externo em vários equipamentos e situações;
- buchas de transformadores, linhas de transmissão, isoladores de vidro ou porcelana,
capacitores;
- a rigidez dielétrica do ar é menor do que aquela de outros gases;
- também é menor do que aquela de alguns dielétricos líquidos;
- com a presença de um campo elétrico, uma pequena quantidade de elétrons, ânions e
cátions são produzidos e passam a se movimentar na estrutura do gás, colidindo com
outros átomos e ionizando-os;
- ou seja, ionizando o gás;
- em alguns casos, elétrons acelerados apenas causam um estado de excitação em moléculas
do gás. A molécula em tal estado libera energia por meio de um fóton ou radiação. Outras
moléculas absorvem o fóton e chegam ao estado ionizado. Tal estado leva a uma descarga
elétrica devido à rápida propagação da radiação;
- a ruptura do dielétrico de gases e conseqüente descarga dependem da uniformidade do
campo elétrico aplicado;
- a rigidez dielétrica do ar em função da distância é:
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Aula VII Ruptura de dielétricos

VII.1 – Ruptura de dielétricos gasosos

  • o ar serve como isolante externo em vários equipamentos e situações;
  • buchas de transformadores, linhas de transmissão, isoladores de vidro ou porcelana, capacitores;
  • a rigidez dielétrica do ar é menor do que aquela de outros gases;
  • também é menor do que aquela de alguns dielétricos líquidos;
  • com a presença de um campo elétrico, uma pequena quantidade de elétrons, ânions e cátions são produzidos e passam a se movimentar na estrutura do gás, colidindo com outros átomos e ionizando-os;
  • ou seja, ionizando o gás;
  • em alguns casos, elétrons acelerados apenas causam um estado de excitação em moléculas do gás. A molécula em tal estado libera energia por meio de um fóton ou radiação. Outras moléculas absorvem o fóton e chegam ao estado ionizado. Tal estado leva a uma descarga elétrica devido à rápida propagação da radiação;
  • a ruptura do dielétrico de gases e conseqüente descarga dependem da uniformidade do campo elétrico aplicado;
  • a rigidez dielétrica do ar em função da distância é:
  • a descarga não se fortalece em um pequeno entreferro ou gap;
  • a rigidez dielétrica de um gás depende da pressão a qual o gás está submetido;
  • existem sistemas de isolação a SF 6 sob pressão;
  • com campos homogêneos, a rigidez dielétrica depende da freqüência;
  • superfícies esféricas espaçadas em uma distância superior ao raio da esfera também interferem na rigidez dielétrica;
  • o efeito corona é uma descarga parcial que ocorre em presença de umidade e valores altos de campo eletromagnético. Pode evoluir para a ruptura total do dielétrico gasoso;
  • em altas freqüências, a tensão de ruptura coincide com a tensão que desencadeia o efeito corona;
  • a ruptura dielétrica do ar em torno de um dielétrico sólido, por exemplo, isolador de porcelana ou vidro, é chamada de flashover ou descarga de superfície;

VII.2 – Ruptura em líquidos

  • a ionização ocorre por impacto ou colisão de elétrons ionizados com o corpo sólido do dielétrico.

VII.3.b – Dielétricos heterogêneos

  • os principais exemplos são relacionados aos dielétricos com impurezas gasosas;
  • a característica do campo influência pouco a rigidez dielétrica;
  • acima de uma temperatura crítica, a rigidez dielétrica é altamente influenciada pela temperatura, caracterizando uma ruptura térmica;
  • rigidez baixa Æ materiais porosos;
  • rigidez alta Æ materiais não porosos;
  • impurezas gasosas são pontos onde ocorrem descargas parciais no interior do dielétrico.

VIII.3.c – Ruptura térmica

  • causada pro aquecimento de um dielétrico em presença de um campo elétrico;
  • depende da freqüência, condições de resfriamento e temperatura ambiente;
  • acima de uma temperatura crítica, ocorre destruição térmica do material. Assim, em função disso, há uma tensão permissível ou um limite de tensão.

VII.3.d – Ruptura eletroquímica

  • altas temperaturas;
  • alta umidade do ar;
  • corrente contínua ou corrente alternada;
  • processo eletrolítico com decréscimo irreversível da resistência de isolação;
  • liberação progressiva de substâncias quimicamente ativas ou formação de compostos semicondutores;
  • uma progressiva alteração química do material sob efeito de calor e umidade.

VII.4 – Propriedades mecânicas e físico-químicas da isolação Para uma melhor aplicação de materiais dielétricos na isolação, devem ser conhecidas as seguintes propriedades:

  • resistência à umidade;
  • propriedades mecânicas;
  • propriedade térmicas;
  • resistência térmica;
  • resistência ao frio;
  • condução térmica;
  • propriedades químicas.

VII.4.a – Resistência à umidade

  • materiais isolantes absorvem umidade em maior ou menor grau (higroscópicos);
  • podem ser ainda permeáveis;
  • a água é um dielétrico polar de baixa resistividade;
  • a ação da umidade aumenta com a temperatura na faixa de 30 a 40 ºC e com umidade relativa do ar acima de 98 %;
  • afeta a resistência superficial da isolação;
  • em materiais porosos:

ser tornar quebradiços, perdendo elasticidade e flexibilidade.

  • condução térmica: além da influência da temperatura sobre o material isolante, uma outra característica importante do material é o seu comportamento quando submetido a choques térmicos.
  • expansão térmica:

VII.4.d – Propriedades químicas Os materiais isolantes não devem:

  • se degradar;
  • induzir corrosão em partes metálicas;
  • não reagir com água, gases, ácidos, álcalis e soluções salinas;
  • ter um grau de estabilidade alto em presença de radiação.