Algunos materiales utilizados en aparatos eléctricos y circuitos de alimentación tienen propiedades dieléctricas, es decir, tienen una alta resistencia a la corriente. Esta capacidad les permite no pasar corriente y, por lo tanto, se utilizan para crear aislamiento para las partes que transportan corriente. Los materiales aislantes eléctricos están diseñados no solo para separar las partes que conducen corriente, sino también para crear protección contra los efectos peligrosos de la corriente eléctrica. Por ejemplo, los cables de alimentación de los aparatos eléctricos están cubiertos con aislamiento.
Materiales aislantes eléctricos y sus aplicaciones
Los materiales aislantes eléctricos se utilizan ampliamente en la industria, la fabricación de radio e instrumentos y el desarrollo de redes eléctricas. El funcionamiento normal de un aparato eléctrico o la seguridad de un circuito de alimentación depende en gran medida dedieléctricos usados. Algunos parámetros de un material destinado al aislamiento eléctrico determinan su calidad y capacidades.
El uso de materiales aislantes está sujeto a normas de seguridad. La integridad del aislamiento es la clave para un trabajo seguro con corriente eléctrica. Es muy peligroso utilizar dispositivos con aislamiento dañado. Incluso una ligera corriente eléctrica puede tener un efecto en el cuerpo humano.
Propiedades de los dieléctricos
Los materiales aislantes eléctricos deben tener ciertas propiedades para poder realizar sus funciones. La principal diferencia entre los dieléctricos y los conductores es la resistividad de gran volumen (109–1020 ohm cm). La conductividad eléctrica de los conductores en comparación con los dieléctricos es 15 veces mayor. Esto se debe al hecho de que los aisladores, por su naturaleza, tienen varias veces menos iones y electrones libres, que proporcionan la conductividad actual del material. Pero cuando el material se calienta, hay más, lo que contribuye a un aumento de la conductividad eléctrica.
Distinguir entre propiedades activas y pasivas de los dieléctricos. Para los materiales aislantes, las propiedades pasivas son las más importantes. La constante dieléctrica del material debe ser lo más baja posible. Esto permite que el aislador no introduzca capacitancias parásitas en el circuito. Para el material que se utiliza como dieléctrico de un condensador, la constante dieléctrica debe, por el contrario, ser lo más grande posible.
Opciones de aislamiento
A los principales parámetrosEl aislamiento eléctrico incluye fuerza eléctrica, resistividad eléctrica, permitividad relativa, ángulo de pérdida dieléctrica. Al evaluar las propiedades de aislamiento eléctrico del material, también se tiene en cuenta la dependencia de las características enumeradas de las magnitudes de la corriente eléctrica y el voltaje.
Los productos y materiales aislantes eléctricos tienen una mayor resistencia eléctrica en comparación con los conductores y semiconductores. También es importante para el dieléctrico la estabilidad de valores específicos durante el calentamiento, aumento de voltaje y otros cambios.
Clasificación de materiales dieléctricos
Dependiendo de la potencia de la corriente que pasa por el conductor, se utilizan diferentes tipos de aislamiento, que difieren en sus capacidades.
¿Según qué parámetros se dividen los materiales aislantes eléctricos? La clasificación de los dieléctricos se basa en su estado de agregación (sólido, líquido y gaseoso) y origen (orgánico: natural y sintético, inorgánico: natural y artificial). El tipo más común de dieléctrico sólido, que se puede ver en los cables de los electrodomésticos o en cualquier otro aparato eléctrico.
Los dieléctricos sólidos y líquidos, a su vez, se dividen en subgrupos. Los dieléctricos sólidos incluyen telas barnizadas, laminados y varios tipos de mica. Las ceras, los aceites y los gases licuados son materiales aislantes eléctricos líquidos. Los dieléctricos gaseosos especiales se utilizan con mucha menos frecuencia. Este tipo también incluyeel aislante eléctrico natural es el aire. Su uso se debe no sólo a las características del aire, que lo convierten en un excelente dieléctrico, sino también a su economía. El uso de aire como aislante no requiere costes adicionales de material.
Dieléctricos sólidos
Los materiales aislantes eléctricos sólidos son la clase más amplia de dieléctricos que se utilizan en varios campos. Tienen diferentes propiedades químicas y la constante dieléctrica oscila entre 1 y 50.000.
Los dieléctricos sólidos se dividen en no polares, polares y ferroeléctricos. Sus principales diferencias están en los mecanismos de polarización. Esta clase de aislamiento tiene propiedades tales como resistencia química, resistencia al seguimiento, resistencia dendrítica. La resistencia química se expresa en la capacidad de soportar la influencia de diversos ambientes agresivos (ácido, álcali, etc.). La resistencia de rastreo determina la capacidad de soportar los efectos de un arco eléctrico, y la resistencia dendrítica determina la formación de dendritas.
Los dieléctricos sólidos se utilizan en varios campos de la energía. Por ejemplo, los materiales cerámicos para aislamiento eléctrico se usan más comúnmente como aisladores de líneas y bujes en subestaciones. Papel, polímeros, fibra de vidrio se utilizan como aislamiento para aparatos eléctricos. Para máquinas y dispositivos, los barnices, el cartón y los compuestos son los más utilizados.
Para su uso en diversas condiciones de funcionamiento, el aislamiento recibe algunas propiedades especiales mediante la combinación de diferentesmateriales: resistencia al calor, resistencia a la humedad, resistencia a la radiación y resistencia a las heladas. Los aislantes resistentes al calor son capaces de soportar temperaturas de hasta 700 °C, estos incluyen vidrios y materiales a base de ellos, organosilitas y algunos polímeros. El material resistente a la humedad y tropical es fluoroplástico, que no es higroscópico e hidrofóbico.
El aislamiento resistente a la radiación se utiliza en dispositivos con elementos atómicos. Incluye películas inorgánicas, algunos tipos de polímeros, fibra de vidrio y materiales a base de mica. Los resistentes a las heladas son aislamientos que no pierden sus propiedades a temperaturas de hasta -90 ° C. Se imponen requisitos especiales al aislamiento destinado a dispositivos que funcionan en el espacio o en condiciones de vacío. Para estos fines, se utilizan materiales estancos al vacío, que incluyen cerámicas especiales.
Dieléctricos líquidos
Los materiales aislantes eléctricos líquidos se utilizan a menudo en máquinas y aparatos eléctricos. El aceite juega el papel de aislamiento en un transformador. Los dieléctricos líquidos también incluyen gases licuados, vaselina insaturada y aceites de parafina, poliorganosiloxanos, agua destilada (purificada de sales e impurezas).
Las principales características de los dieléctricos líquidos son la constante dieléctrica, la rigidez eléctrica y la conductividad eléctrica. Además, los parámetros eléctricos de los dieléctricos dependen en gran medida del grado de su purificación. Las impurezas sólidas pueden aumentar la conductividad eléctrica de los líquidos debido al crecimiento de iones y electrones libres. Purificación de líquidos por destilación, intercambio iónico, etc. conduce a un aumento en la resistencia eléctrica del material, reduciendo así su conductividad eléctrica.
Los dieléctricos líquidos se dividen en tres grupos:
- aceites de petróleo;
- aceites vegetales;
- fluidos sintéticos.
Los aceites más utilizados son los aceites derivados del petróleo, como los aceites para transformadores, cables y condensadores. Los fluidos sintéticos (compuestos organosilícicos y organofluorados) también se utilizan en la ingeniería de aparatos. Por ejemplo, los compuestos de organosilicio son resistentes a las heladas e higroscópicos, por lo que se utilizan como aislante en pequeños transformadores, pero su costo es superior al precio de los aceites de petróleo.
Los aceites vegetales prácticamente no se utilizan como materiales aislantes en la tecnología de aislamiento eléctrico. Estos incluyen aceite de ricino, linaza, cáñamo y tung. Estos materiales son dieléctricos débilmente polares y se utilizan principalmente para impregnar condensadores de papel y como agente formador de película en barnices, pinturas y esm altes para aislamiento eléctrico.
Dieléctricos de gas
Los dieléctricos gaseosos más comunes son el aire, el nitrógeno, el hidrógeno y el gas SF6. Los gases aislantes eléctricos se dividen en naturales y artificiales. El aire natural se utiliza como aislamiento entre las partes conductoras de corriente de las líneas eléctricas y las máquinas eléctricas. Como aislante, el aire tiene desventajas que hacen imposible su uso en dispositivos sellados. Debido a la presencia de una alta concentración de oxígeno, el aire es un agente oxidante y, en campos no homogéneos, aparece una baja fuerza eléctrica del aire.
Los transformadores de potencia y los cables de alta tensión utilizan nitrógeno como aislamiento. El hidrógeno, además de ser un material eléctricamente aislante, también es de refrigeración forzada, por lo que se suele utilizar en máquinas eléctricas. En instalaciones selladas, el SF6 se usa con mayor frecuencia. El llenado con gas SF6 hace que el dispositivo sea a prueba de explosiones. Se utiliza en disyuntores de alto voltaje debido a sus propiedades de extinción de arco.
Dieléctricos orgánicos
Los materiales dieléctricos orgánicos se dividen en naturales y sintéticos. Actualmente, los dieléctricos orgánicos naturales se usan muy raramente, ya que la producción de dieléctricos sintéticos se está expandiendo cada vez más, lo que reduce su costo.
A los dieléctricos orgánicos naturales se incluyen la celulosa, el caucho, la parafina y los aceites vegetales (aceite de ricino). La mayoría de los dieléctricos orgánicos sintéticos son varios plásticos y elastómeros que se utilizan a menudo en electrodomésticos y otros equipos.
Dieléctricos inorgánicos
Los materiales dieléctricos inorgánicos se dividen en naturales y artificiales. El más común de los materiales naturales es la mica, que tiene resistencia química y térmica. La flogopita y la moscovita también se utilizan para el aislamiento eléctrico.
A los inorgánicos artificialeslos dieléctricos incluyen vidrio y materiales basados en él, así como porcelana y cerámica. Dependiendo de la aplicación, al dieléctrico artificial se le pueden dar propiedades especiales. Por ejemplo, las cerámicas de feldespato se utilizan para casquillos, que tienen una tangente de pérdida dieléctrica elevada.
Materiales fibrosos aislantes eléctricos
Los materiales fibrosos se utilizan a menudo para el aislamiento de aparatos y máquinas eléctricas. Estos incluyen materiales de origen vegetal (caucho, celulosa, tejidos), textiles sintéticos (nylon, capron), así como materiales de poliestireno, poliamida, etc.
Los materiales fibrosos orgánicos son muy higroscópicos, por lo que rara vez se utilizan sin una impregnación especial.
Recientemente, en lugar de materiales orgánicos, se ha utilizado aislamiento de fibra sintética, que tiene un mayor nivel de resistencia al calor. Estos incluyen fibra de vidrio y asbesto. La fibra de vidrio se impregna con varios barnices y resinas para aumentar sus propiedades hidrofóbicas. La fibra de asbesto tiene una resistencia mecánica baja, por lo que a menudo se le agrega fibra de algodón.
