Permissividade de materiais elétricos

Permissividade de
materiais elétricos
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
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.
Polarização
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.
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].
εr 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
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.
𝐴
C=ϵ
𝑑
Alterando o dielétrico de um capacitor
de placas paralelas
Vídeo
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.
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.
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.
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.
Perdas no material isolante do condutor, ele se comporta
como um capacitor em paralelo com uma resistência
𝑉 𝑉
=
𝑍 𝑅
𝑉
+𝑗
𝑋𝑐
como Xc=
1
𝜔𝐶
Triângulo de Potências
Tg
𝑃
δ=
𝑄
=> P= Qtgδ ; Q=V2ωC
Potencia dissipada no isolamento
P=
𝑉2
𝑅
= V2𝜔C tg δ =>
∗ 2𝜋𝑓 [∈0 ∗∈𝑟 ∗
2
V
𝐴
ℎ
]tg δ
ℎ
ℎ
No capacitor
C=ε
𝐴
ℎ
εr=
𝜀
𝜀0
P=
𝑓 𝜀𝑟 𝑡𝑔𝛿 𝑉 2
1.8∗1012 ℎ2
por unidade de volume em cms3
perdas
f= Freqüência em Hertz
V=Tensão aplicada em Volts
h= espessura em cms
εr= Constante dielétrica
Perdas em um Transformador
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
Cálculo perda transformado
Feito em folha, passar para a apresentação
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.
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
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.
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.
PVC - Aplicações
Resistividade -1012 a 1016 cm
Constante dielétrica -5 a 6
Ângulo de perdas -9 x 10-2
Rigidez dielétrica -300 a 400 kV/cm
PE
polietileno (ou polieteno, de acordo com a denominação oficial da IUPAC) é quimicamente
o polímero mais simples. É representado pela cadeia: (CH2-CH2)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 CH2=CH2, e
chamado de eteno pela IUPAC), de que deriva seu nome.
PE - Aplicações
Resistividade - 1016 .cm
Constante dielétrica -2 a 4
Ângulo de perdas -2 a 5 x 10-4
Rigidez dielétrica -300 kV/cm
Borracha etileno-propileno (EPR)
• Excelente resistência ao envelhecimento térmico;
• Ótima flexibilidade
• Rigidez dielétrica é
• Boa resistência à água e aos agentes químicos em geral;
Experiência
Onde R é o resistor de 1k, C é o capacitância e Vg é a tensão fornecida pelo gerador,
Vde 220 rms a uma freqüência de 25KHz
C2
V2
1Vac
0Vdc
C
0
R7
100R
𝐼𝑐
=
2𝜋𝑓𝑉𝑐
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.
Tabela Experiento
Freqüência
15KHz
30KHz
delta
Vr(V)
Vc (V)
Ic(mA)
εr
Experiência 2