Permissividade de materiais elétricos

Transcrição

1 Permissividade de materiais elétricos

2 CONDUTORES E ISOLANTES Os condutores de eletricidade são meios materiais que permitem facilmente a passagem de cargas elétricas. O que caracteriza um material como condutor é a camada de valência dos átomos que constituem o material. Os materiais isolantes fazem o papel contrário dos condutores, eles são materiais nos quais não há facilidade de movimentação de cargas elétricas

3 Conceito A permissividade elétrica de um dado meio é a propriedade física que relaciona a maneira como um campo elétrico interage com este meio, ou a maneira que o meio se polariza em função de um campo elétrico.

4 Polarização

5 Estudo da permissividade Esta propriedade elétrica é amplamente utilizada na modelagem de alguns estudos, principalmente no eletromagnetismo aplicado. A permissividade pode variar muito dependendo do tipo de material e da frequência.

6 Permissividades absoluta e relativa A permissividade de um material é usualmente dada com relação à do vácuo, denominando-se permissividade relativa, (também chamada constante dielétrica em alguns casos). A permissividade absoluta se calcula multiplicando a permissividade relativa pela do vácuo:, dada em [pf/m].

7 ε r é uma constante adimensional, diferente para cada material Material Vinil(plastico) Papel Vidro εr 2,0 4,0 4,0 6,0 2,0 6,0

8 C=ϵ A d Capacitância Nos reportando aos conceitos de física e a definição de potencial elétrico podemos obter a relação que descreve a capacitância de diversas formas de capacitores. Para capacitores construídos por placas paralelas obtemos a relação: Onde A é a área das placas em paralelo, d é a distância que separa estas placas e C é a capacitância total.

9 Alterando o dielétrico de um capacitor de placas paralelas Vídeo

10 Perdas Dielétricas Nos dielétricos sujeitos a uma tensão contínua 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.

11 DETERMINAÇÃO DO FATOR DE PERDAS Se o capacitor real for substituído por um capacitor ideal em paralelo com um resistor, ou por um capacitor ideal em série com um resistor. Na realidade um capacitor possui tanto a resistência paralelo como a série mas, dependendo da frequência da tensão aplicada, apenas uma delas predomina. Em baixas frequências, o circuito equivalente paralelo é o mais apropriado.

12 Para dielétricos usados em capacitores tem-se, também, as componentes Ia e Ic. Neste tipo de aplicação usa-se normalmente dielétricos de alta constante dielétrica e que tenham uma rigidez dielétrica satisfatória.

13 o valor de Ia está associado um ângulo δ, o ângulo definido como ângulo de perdas e representa o complemento para 90º do ângulo de defasagem φ, entre a corrente e a tensão em um capacitor. Os bons dielétricos possuem baixo valor de δ.

14 Perdas no material isolante do condutor, ele se comporta como um capacitor em paralelo com uma resistência V Z = V R + j V Xc como Xc= 1 ωc

15 Triângulo de Potências Tg δ= P Q => P= Qtgδ ; Q=V2 ωc

16 Potencia dissipada no isolamento P= V 2 R = V2 ωc tg δ => V 2 2πf [ 0 r A h ]tg δ h h No capacitor C = ε A h ε r = ε ε 0 P = f ε r tgδ V h 2 perdas por unidade de volume em cms 3 f= Freqüência em Hertz V=Tensão aplicada em Volts h= espessura em cms εr= Constante dielétrica

17 Perdas em um Transformador

18 Constante de perdas do óleo dielétrico em transformadores Todos os transformadores de potência acima de 20kVA e tensão acima de 6 kv são construídos de maneira a trabalhar imersos em óleos isolantes. O óleo é usado com o objetivo de atender duas finalidades: 1. - Garantir um prefeito isolamento entre os componentes do transformador; 2. - Dissipar para o exterior o calor proveniente do efeito Joule nos enrolamentos

19 Cálculo perda transformado Feito em folha, passar para a apresentação

20 constante de perdas do óleo dielétrico em transformadores Sobre as propriedades do dielétrico, o isolamento de um transformador é composto de espaçamentos preenchidos com óleo isolante.

21

22 POLÍMEROS SINTÉTICOS Existe um prodigioso numero de polímeros sintéticos, entretanto, sob o ponto de vista de aplicações no campo da engenharia elétrica, podem ser citados os seguintes polímeros

23 Para que serve a isolação? A função básica da isolação é confinar o campo elétrico gerado pela tensão aplicada ao condutor no seu interior. Com isso, é reduzido ou eliminado o risco de choques elétricos e curtos-circuitos.

24 PVC O policloreto de polivinila (também conhecido como cloreto de vinila ou policloreto de vinil; nome IUPAC policloroeteno) mais conhecido pelo acrónimo PVC (da sua designação em inglês Polyvinyl chloride) é um plástico não 100% originário do petróleo.

25 PVC - Aplicações Resistividade a 1016 cm Constante dielétrica -5 a 6 Ângulo de perdas -9 x 10-2 Rigidez dielétrica -300 a 400 kv/cm

26 PE polietileno (ou polieteno, de acordo com a denominação oficial da IUPAC) é quimicamente o polímero mais simples. É representado pela cadeia: (CH 2 -CH 2 ) n. Devido à sua alta produção mundial, é também o mais barato, sendo um dos tipos de plástico mais comuns. É quimicamente inerte. Obtém-se pela polimerização do etileno (de fórmula química CH 2 =CH 2, e chamado de eteno pela IUPAC), de que deriva seu nome.

27 PE - Aplicações Resistividade cm Constante dielétrica -2 a 4 Ângulo de perdas -2 a 5 x 10-4 Rigidez dielétrica -300 kv/cm

28 Borracha etileno-propileno (EPR) Excelente resistência ao envelhecimento térmico; Ótima flexibilidade Rigidez dielétrica é Boa resistência à água e aos agentes químicos em geral;

29 Experiência C2 V Onde R é o resistor de 1k, C é o capacitância e Vg é a tensão fornecida pelo gerador, de 220 rms a uma freqüência de 25KHz 1Vac 0Vdc V2 0 R7 100R C = I c 2πfV c V Meça a distancia d que separa as placas do capacitor, e através da medida das dimensões laterais, defina a área A das placas. Preencha o volume entre as placas do capacitor o produto que se deseja determinar a permissibilidade. Meça as tensão no capacitor e no resistor e com elas encontre a corrente que passa pelo capacitor e a permissibilidade do meio.

30 Tabela Experiento Freqüência Vr(V) Vc (V) Ic(mA) εr 15KHz 30KHz delta

31 Experiência 2