Materiais Elétricos. Isolantes. Prof. Msc. Getúlio Teruo Tateoki

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Letícia Borja de Figueiredo
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2 Definições Dielétricos -Dielétricos ou materiais isolantes caracterizam-se por oferecerem considerável resistência à passagem da corrente, comparativamente aos materiais condutores. Polarização do Dielétrico -É uma propriedade fundamental de todos os isolantes e define o comportamento de suas partículas elementares quando sujeitas à ação de campos elétricos.

3 Polarização do Dielétrico -A polarização consiste no deslocamento reversível de centro de cargas positivas e negativas na direção do campo elétrico aplicado. -Sendo reversível, esta direção acompanha, ou tende a acompanhar, a própria orientação do campo elétrico. -A partir da grandeza constante dielétrica ξ (pronunciase Csi ou Xi ) qualquer pedaço de um isolador ou material isolante submetido à uma diferença de potencial pode ser estudado como um capacitor, podese prever o comportamento de um material quanto a sua polarização.

4 Polarização do Dielétrico -Analogamente, o fator de perdas dielétricas ou fator de perdas do dielétrico tg δ (tangente de delta), a corrente que flui por um material isolante estará defasada de um ângulo ϕ em relação à tensão e, se o dielétrico for puramente capacitivo, esse ângulo valerá 90. -Como tal condição não é encontrada na prática, pois sempre haverá resistência elétrica, δ é o ângulo resultante da diferença entre 90 e a defasagem real ϕ entre a tensão e corrente no dielétrico.

5 Polarização do Dielétrico 90 δ ϕ Corrente δ = 90 - ϕ

6 Polarização do Dielétrico -Pode-se concluir que quanto maior for o ϕ, menores serão as perdas. -Estas perdas está relacionado com a elevação da temperatura do material, resultante de um consumo de energia, quando o mesmo é polarizado. Histórico -Os primeiros cabos isolados de que se tem notícia datam de 1795, utilizados em uma linha telegráfica na Espanha e eram isolados em papel.

7 Histórico -Seguiram os condutores cobertos por guta percha (uma planta nativa da Índia), os cabos de papel impregnado em óleo, os cabos em borracha natural (início do século XX), em borracha sintética (EPR) e PVC (ambos logo após a segunda guerra mundial). -Embora possuíssem excelentes características isolantes, os cabos isolados em papel foram perdendo aplicações ao longo do tempo, principalmente devido à dificuldade de manuseio durante a sua instalação, sobretudo na realização de emendas e terminações.

8 Histórico -Isso propiciou a popularização dos cabos com isolações sólidas, tais como o PVC. Para que serve a isolação? -A função básica da isolação é confinar o campo elétrico gerado pela tensão aplicada a condutor no seu interior. -Com isso, é reduzido ou eliminado o risco de choques elétricos e curtos-circuitos.

9 Para que serve a isolação? -Pode-se comparar a camada isolante de um cabo com a parede de um tubo de água. -No caso do tubo, a parede impede que a água saia do seu interior e molhe a área ao seu redor. -Da mesma forma, a camada isolante mantém as linhas de campo elétrico (geradas pela tensão aplicada) presas sob ela, impedindo que as mesmas estejam presentes no ambiente ao redor do cabo.

10 Para que serve a isolação? -No caso do tubo, não pode haver nenhum dano à sua parede, tais como furos e trincas, sob pena de haver vazamento de água. -Da mesma forma, não podem haver furos, trincas, rachaduras ou qualquer outro dano à isolação, uma vez que isso poderia significar um vazamento de linhas de campo elétrico, com subsequente aumento na corrente de fuga do cabo, o que provocaria aumento no risco de choques e curtos-circuitos e até incêndios.

11 Principais características das isolações sólidas -De um modo geral, as isolações possuem uma boa resistência ao envelhecimento em serviço, uma reduzida sensibilidade à umidade e, desde que que necessário, podem apresentar um bom comportamento em relação ao fogo. -A seguir, as principais características específicas do composto isolante mais utilizados atualmente : o PVC

12 Principais características das isolações sólidas Cloreto de polivinila (PVC) É na realidade, uma mistura de cloreto de polivinila puro (resina sintética), plastificante, cargas e estabilizantes; Sua rigidez dielétrica é relativamente elevada, sendo possível utilizar cabos isolados em PVC até a tensão de 6kV; Sua resistência a agentes químicos em geral e a água é consideravelmente boa; Possui boa característica de não propagação de chama.

13 Principais características das isolações sólidas -Todos os materiais isolantes de uso industrial apresentam uma certa quantidade de cargas livres e portanto, deve-se levar em conta a circulação de correntes de uma certa intensidade através de seção transversal do isolante quando o dielétrico é submetido a uma determinada tensão. -A maior ou menor dificuldade que os materiais isolantes oferecem à passagem de corrente é a grandeza rigidez dielétrica (E d ) [kv/cm]

14 Principais características das isolações sólidas -Os dielétricos apresentam alguma condutividade que, geralmente, poderá ser desprezada quando o material é utilizados dentro dos limites a que se destina. -Em algumas utilizações, no entanto, é necessário conhecer o valor dessa condutividade que depende não apenas do deslocamento de elétrons como também de íons. -Portanto, um material que apresenta condutividade iônica, não pode ser submetido continuamente a uma corrente contínua, pois a sua característica de condutividade iônica o levará a decomposição eletrolítica.

15 Principais características das isolações sólidas -A corrente que circula através do material isolante é conhecida como corrente transversal. -Uma outra corrente, reversível, resultante do deslocamento retardado de cargas sob a ação de uma tensão aplicada, é chamada de corrente de polarização. -Esta última corrente pode ser particularmente intensa quando o processo de polarização é lento; seu valor vai decrescendo com a duração da tensão contínua aplicada e depende do tempo de acomodação das propriedades físicas e químicas do material.

16 Principais características das isolações sólidas -Este processo é idêntico aparecimento de cargas no dielétrico de um capacitor quando uma tensão é aplicada; -Terminado o processo de polarização, a corrente de polarização se torna nula, permanecendo apenas a corrente transversal. -Por tais fenômenos, as características dos materiais isolantes são estabelecidas pela condutividade transversal e pela grandeza de tensão contínua aplicada.

17 Principais características das isolações sólidas -Resumindo, a condutividade elétrica de um isolante depende de forma acentuada da estrutura do material, do seu estado físico, da umidade, da temperatura e da natureza da tensão aplicada. -Todos os dielétricos possuem um valor limite de solicitação elétrica, característico de cada material sob condições normalizadas pré-especificadas. -Quando esses valores são ultrapassados ocorrem modificações, geralmente irreversíveis, como: ruptura, deformação permanente, modificação estrutural e, frequentemente, perda das propriedades isolantes iniciais.

18 gasosos Ar atmosférico -O mais utilizado é sem dúvida é o ar, por exemplo, em linhas aéreas de transmissão e distribuição de energia elétrica. -De forma prática e simplificada a rigidez dielétrica do ar seco e limpo a 20 C é de 45kV/cm, decrescendo rapidamente para 3kV/cm, sob a ação da umidade, poluição e da elevação de temperatura, fatores estes normais em ambientes externos e que, portanto, devem ser considerados nos projetos.

19 gasosos SF 6 Materiais Elétricos -O outro gás muito utilizado atualmente como meio dielétrico de extinção do arcoelétrico em disjuntores é o Hexafluoreto de Enxofre (SF 6 ). -Sua Tensão de Ruptura é de 125kV a 2 atm para um afastamento de 10 mm.

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