Materiais Elétricos - Lapa - aula 07 2018.ppsx

Curso Superior de Tecnologia em Instalações Elétricas

Professor : ARMANDO LAPA JUNIOR

Professor : ARMANDO LAPA JUNIOR

FA

TE

C

S

P

2018

MATERIAIS ELÉTRICOS

Aula 07

2018

Aula 07

2018

São os materiais responsáveis pelas funções de proteção e

isolamento entre as partes energizadas e partes energizadas e os pontos de terra locais.

São os materiais responsáveis pelas funções de proteção e

isolamento entre as partes energizadas e partes energizadas e os pontos de terra locais.

8-Materiais Isolantes

8-Materiais Isolantes

Os sistemas isolantes são caracterizados por impedâncias (Z) muito elevadas , correntes

extremamente reduzidas e suportando diferenças de potencial (tensões) elevadas.

Os sistemas isolantes são caracterizados por impedâncias (Z) muito elevadas , correntes

extremamente reduzidas e suportando diferenças de potencial (tensões) elevadas.

Os materiais isolantes são empregados para:

• separar eletricamente partes energizadas de

suas estruturas de suporte,

• permitir o manuseio das partes energizadas

sem riscos,

• armazenamento de campo elétrico ( efeito

capacitivo )

Os materiais isolantes são empregados para:

• separar eletricamente partes energizadas de

suas estruturas de suporte,

• permitir o manuseio das partes energizadas

sem riscos,

• armazenamento de campo elétrico ( efeito

capacitivo )

• Os materiais isolantes “limitam os condutores” nos equipamentos elétricos formando o isolamento elétrico entre as partes nas quais existe uma diferença de potencial ( tensão).

• O propósito do isolamento elétrico pode ser ainda entendido como um “bloqueio” da corrente elétrica, confinando-a aos elementos condutores dos circuitos e sistemas.

• Os materiais isolantes “limitam os condutores” nos equipamentos elétricos formando o isolamento elétrico entre as partes nas quais existe uma diferença de potencial ( tensão).

• O propósito do isolamento elétrico pode ser ainda entendido como um “bloqueio” da corrente elétrica, confinando-a aos elementos condutores dos circuitos e sistemas.

Material Isolante Material Isolante

• O papel dos isolantes ou dielétricos em eletrotécnica é fundamental e tem dois aspectos:

1-Realizar o isolamento entre os condutores, entre

eles e a massa ou a terra, ou, ainda, entre eles e qualquer outra massa metálica existente na sua vizinhança.

• O papel dos isolantes ou dielétricos em eletrotécnica é fundamental e tem dois aspectos:

1-Realizar o isolamento entre os condutores, entre

eles e a massa ou a terra, ou, ainda, entre eles e qualquer outra massa metálica existente na sua vizinhança.

2-modificar, em proporções importantes, o valor

do campo elétrico existente em determinado

local

Distribuição do Campo elétrico ao longo dos isoladores , linha de transmissão em AT

Distribuição do Campo elétrico ao longo dos isoladores , linha de transmissão em AT

• Isto contrasta com os outros tipos de materiais, como os semicondutores e condutores nos quais a condução da corrente elétrica é bem mais fácil.

• Isto contrasta com os outros tipos de materiais, como os semicondutores e condutores nos quais a condução da corrente elétrica é bem mais fácil.

Um material elétrico isolante é um tipo de material no qual as cargas elétricas não podem fuir ou se

movimentar livremente

Um material elétrico isolante é um tipo de material no qual as cargas elétricas não podem fuir ou se

movimentar livremente

Os materiais isolantes se caracterizam por não

apresentar portadores de cargas elétricas livres para movimentação.

Os materiais isolantes se caracterizam por não

apresentar portadores de cargas elétricas livres para movimentação.

Desta forma, é muito difícil haver alguma condução de corrente sob a influência de um campo elétrico

externo.

Desta forma, é muito difícil haver alguma condução de corrente sob a influência de um campo elétrico

( Eg > 6 eV )

( Eg > 6 eV )

Em termos de Bandas de Energia , um material isolante, apresenta uma banda de valência totalmente preenchida , uma banda de condução totalmente vazia e um gap entre a banda de valência e a de condução

muito largo. (Banda Proíbida )

Em termos de Bandas de Energia , um material isolante, apresenta uma banda de valência totalmente preenchida , uma banda de condução totalmente vazia e um gap entre a banda de valência e a de condução

muito largo. (Banda Proíbida )

Como resultado os elétrons não podem adquirir energia facilmente de um campo elétrico e portanto participarem da condução elétrica.

Como resultado os elétrons não podem adquirir

energia facilmente de um campo elétrico e portanto participarem da condução elétrica.

Banda de Energia Proibida

Material Isolante

Banda de Condução (vazia )

Isto deixa uma região

vazia entre as duas bandas ( gap) conhecida como

Banda Proibida.

Isto deixa uma região

vazia entre as duas bandas ( gap) conhecida como

Banda Proibida.

Banda de Valencia

Isolantes Semicondutores Condutores Banda Proibida

Comparando-se os três grupos de materiais, pode-se observar :

Comparando-se os três grupos de materiais, pode-se observar : Banda Proibida Banda de Condução (vazia ) Banda de Condução (vazia ) Banda de Condução (parcialmente preenchida)

Banda de Valencia _{Banda de Valencia} Banda de Valencia (preenchida) _(preenchida)

Isolantes Condutores Banda Proibida

Comparando-se os grupos de materiais condutores e de materiais isolantes, pode-se observar :

Comparando-se os grupos de materiais condutores e de materiais isolantes, pode-se observar :

Banda de Condução (vazia )

Banda de Condução (parcialmente preenchida)

Banda de Valencia Banda de Valencia (preenchida) NÂO existem elétrons disponíveis para haver condução NÂO existem elétrons disponíveis para haver condução Existe grande disponibilidade de elétrons livres para haver condução Existe grande disponibilidade de elétrons livres para haver condução

• A propriedade principal que caracteriza um

material isolante é a sua elevada resistividade

(r)

material)

• Materiais isolantes apresentam resistividade

muito maior que semicondutores e

condutores, devendo exercer uma oposição

tão elevada quanto possível, à passagem de

corrente elétrica, não permitindo a condução.

• A propriedade principal que caracteriza um

material isolante é a sua elevada resistividade

(r)

material)

• Materiais isolantes apresentam resistividade

muito maior que semicondutores e

condutores, devendo exercer uma oposição

tão elevada quanto possível, à passagem de

corrente elétrica, não permitindo a condução.

Propriedade principal que caracteriza um material isolante

Material ( metais, ligas metálicas, semicondutores e isolantes ) Resistividade ρ (ohms x mm² / m ) @ 20 o C Alumínio (99,9% ) 0,0284 Alumínio temperado 0,0288 Alumínio (4) 0,0278 Bronze-Alumínio (Cu 90% - Al 10%) 0,1259 Cálcio 0,0340 Chumbo 0,2114 Cobalto 0,0600 Cobre eletrolítico (2) 0,0167 Constantan (Cu 60% - Ni 40%) 0,5000 Cromo 0,1270 Estanho 0,1195

Ferro puro comercial 0,0970

Ferro fundido 0,9200

Ferro-níquel 0,8126

Material ( metais, ligas metálicas, semicondutores e isolantes ) Resistividade ρ (ohms x mm² / m ) @ 20 o C Irídio 0,0470 Latão (Cu 60% - Zn 40%) 0,0818 Lítio 0,0940 Magnésio 0,0440 Manganês 1,6000 Mercúrio 0,9567 Níquel 0,0780 Níquel-Cromo (Cu 60% - Cr 12% - Fe 28%) 1,3700 Niquelina (Cu 62% - Ni 18% - Zn 20%) 0,3320 Niquelina (Cu 55% - Ni 25% - Zn 20%) 0,4527 Ouro (3) 0,0220 Platina 0,1184 Potássio 0,0700 Prata (1) 0,0158 Selênio 0,1200

Material ( metais, ligas metálicas, semicondutores e isolantes ) Resistividade ρ (ohms x mm² / m ) @ 20 o C Sódio 0,0470 Tântalo 0,3361 Titânio 0,4000 Tungstênio 0,0710 Vanádio 0,2000 Zinco 0,7650 Carbono 3000 Germânio 6 x 10 4 Silício 64 x 10 7 Borracha 10 17 Ebonite 10 13 Enxofre 10 21 Iodo 1,3 x 10 21 Mica 10 13

Material ( metais, ligas metálicas, semicondutores e isolantes ) Resistividade ρ (ohms x mm² / m ) @ 20 o C Parafina 10 23 PET (polimeros ) 10 26 Porcelanas 10 15 Quartzo (fundido) 7,5 x 10 23 Vidros 10 26 _{a 10} 20 Mármore 10 10 Âmbar 10 20 Cerâmicas 10 15 _{a 10}20

• Não existe um material isolante perfeito , porque mesmo sendo isolante o material pode apresentar um número (muito pequeno) de cargas elétricas móveis (portadores de carga) que pode estabelecer uma corrente .

De um modo geral, os materiais isolantes apresentam baixíssima concentração de elétrons livres, em torno de 103 _{a 10}6 _{elétrons livres/ cm}3

Comparando :

Semicondutores puros possuem entre 1010 _{a 10}15

portadores livres/ cm3_.

Condutores : 1023 _{elétrons livres / cm}3_.

De um modo geral, os materiais isolantes apresentam baixíssima concentração de elétrons livres, em torno de 103 _{a 10}6 _{elétrons livres/ cm}3

Comparando :

Semicondutores puros possuem entre 1010 _{a 10}15

portadores livres/ cm3_.

Condutores : 1023 _{elétrons livres / cm}3_.

Estas baixas concentrações de elétrons livres, demonstram a elevada resistividade destes materiais.

• Qualquer material isolante pode se tornar condutivo quando uma tensão suficientemente elevada, for aplicada e puder arrancar elétrons dos respectivos átomos.

Isso é conhecido como “tensão de avalanche” ( breakdown voltage ) ou de ruptura do isolante

• Qualquer material isolante pode se tornar condutivo quando uma tensão suficientemente elevada, for aplicada e puder arrancar elétrons dos respectivos átomos.

Isso é conhecido como “tensão de avalanche”

• A subestação abrigada de Itaipu (ABB ), é isolada com gás Hexafluoreto de Enxofre (SF6), que permite uma grande redução da distância entre os "fios", pois o SF6 é mais isolante que o ar.

• A subestação abrigada de Itaipu (ABB ), é isolada com gás Hexafluoreto de Enxofre (SF6), que permite uma grande redução da distância entre os "fios", pois o SF6 é mais isolante que o ar.

• Os seguintes fatores exercem influencia significativa, reduzindo a resistividade, aumentando portanto a condutividade dos materiais isolantes :

• Os seguintes fatores exercem influencia significativa, reduzindo a resistividade, aumentando portanto a condutividade dos materiais isolantes :

a) As impurezas contidas no material e imperfeições estruturais.a) As impurezas contidas no material e imperfeições estruturais. b) As condições térmicas a que esta submetido o material.b) As condições térmicas a que esta submetido o material.

c) Intensidade do campo elétrico aplicadoc) Intensidade do campo elétrico aplicado

d) Umidaded) Umidade

• Quando uma tensão ou diferença de potencial, (ddp) é aplicada entre as superfícies condutoras de forma a produzir um campo elétrico no interior do conjunto, ocorre armazenamento de energia (na forma de campo elétrico) devido ao armazenamento de carga

elétrica. no conjunto .

• Quando uma tensão ou diferença de potencial, (ddp) é aplicada entre as superfícies condutoras de forma a produzir um campo elétrico no interior do conjunto,

ocorre armazenamento de energia (na forma de

campo elétrico) devido ao armazenamento de carga

elétrica. no conjunto .

Denomina-se Dielétrico , o meio material isolante entre duas superfícies (placas) condutoras.

Denomina-se Dielétrico , o meio material isolante entre

• Assim, dielétrico é geralmente o termo para o material isolante em aplicações de efeitos capacitivos

( armazenamento de energia ).

• Porém, é corrente o uso do termo dielétrico, para se referir a qualquer material isolante.

• Assim, dielétrico é geralmente o termo para o material

isolante em aplicações de efeitos capacitivos ( armazenamento de energia ).

• Porém, é corrente o uso do termo dielétrico, para se referir a qualquer material isolante.

Placa condutora

• Os isolantes ou dielétricos utilizados em aplicações

eletrotécnicas podem apresentar-se sob os estados gasoso, liquido e sólido

• Os isolantes ou dielétricos utilizados em aplicações

eletrotécnicas podem apresentar-se sob os estados gasoso, liquido e sólido

Dielétricos Exemplos

Dielétricos Gasosos Ar, Hidrogênio, Nitrogênio,

Dióxido de Carbono (CO2), Gases Nobres, Gases eletronegativos (SF6)

Dielétricos Líquidos Óleos Minerais derivados de petróleo, Óleos e fluidos sintéticos, Fluidos de silicone.

Nota : Ascarel tem seu uso proibido

Dielétricos Sólidos Resinas (polímeros ), betumes, vernizes , ceras ( sólidos pastosos).

Materiais fibrosos ( papel, papelão, algodão, seda, linho, asbestos (amianto) Mica, borrachas sintéticas,

silicones,cerâmicas, porcelanas, vidros, fibra de vidro

• Polarização (Polarização dielétrica)

Um material isolante é constituído por

atomos.

Cada atomo é constituido por uma núvem de

cargas negativas (elétrons) que envolve um

conjunto rígido de cargas positivas no seu

centro (núcleo, com prótons (carga + ) e

neutrons (carga nula)).

• Polarização (Polarização dielétrica)

Um material isolante é constituído por

atomos.

Cada atomo é constituido por uma núvem de

cargas negativas (elétrons) que envolve um

conjunto rígido de cargas positivas no seu

centro (núcleo, com prótons (carga + ) e

neutrons (carga nula)).

núvem de cargas negativas (elétrons) núvem de cargas negativas (elétrons)

conjunto rígido de cargas positivas (núcleo, com prótons (carga + ) e neutrons (carga nula)).

conjunto rígido de cargas positivas (núcleo, com prótons (carga + ) e neutrons (carga nula)).

Aplicando um campo elétrico externo,atraves de duas placas condutoras, separadas por um material isolante ou

dielétrico.

Aplicando um campo elétrico externo,atraves de duas placas condutoras, separadas por um material isolante ou

dielétrico.

placa condutora (metálica)

placa condutora (metálica) Material

Na presença de um campo elétrico externo, a núvem de cargas negativas (núvem eletronica) é distorcida, e essa “separação” de cargas forma um dipolo elétrico

Na presença de um campo elétrico externo, a núvem de cargas negativas (núvem eletronica) é distorcida, e essa

“separação” de cargas forma um dipolo elétrico

+

• Um dipolo é caracterizado por seu momento

dipolar :uma quantidade vetorial mostrada na

figura ,denominada M.

• O comportamento isolante de um material

depende da relação entre o momento dipolar e a

intensidade do campo elétrico aplicado.

• Quando o campo elétrico é removido, o atomo

retorna ao seu estado original.

O tempo requerido para isso é conhecido como “

tempo de relaxação” e é um decaimento

exponencial .F(t) = K e

• Um dipolo é caracterizado por seu

momento

dipolar

:uma quantidade vetorial mostrada na

figura ,denominada M.

• O comportamento isolante de um material

depende da relação entre o momento dipolar e a

intensidade do campo elétrico aplicado.

• Quando o campo elétrico é removido, o atomo

retorna ao seu estado original.

O tempo requerido para isso é conhecido como “

tempo de relaxação” e é um decaimento

Sob a ação do campo elétrico externo E, cada átomo se torna um dipolo

Sob a ação do campo elétrico externo E, cada átomo se torna um

dipolo

Um dipolo elétrico submetido a um campo elétrico uniforme sofre a ação de um binário (sistema de duas forças de mesma direção e módulo com sentidos contrários), mostrado na figura 1 abaixo.

O binário produz uma rotação no dipolo até a posição de equilíbrio mostrada na figura 2 abaixo.

-• Polarização de um dielétrico

• Dielétrico qualquer, sob ação de um campo

elétrico uniforme caracterizado pelo vetor E.

Sobre os dipolos atuam os binários

representados na figura abaixo.

• Polarização de um dielétrico

• Dielétrico qualquer, sob ação de um campo

elétrico uniforme caracterizado pelo vetor E.

Sobre os dipolos atuam os binários

representados na figura abaixo.

+

+

-• Os dipolos “giram” até uma posição de equilíbrio. Quando esta configuração ocorre, todos os dipolos da face esquerda terminam com cargas negativas e os da face direita terminam com cargas positivas, contrariando o campo elétrico externo E, dentro do material.

• Os dipolos “giram” até uma posição de equilíbrio. Quando esta configuração ocorre, todos os dipolos da face esquerda terminam com cargas negativas e os da face direita terminam com cargas positivas, contrariando o campo elétrico externo E, dentro do material.

+

-+

-• Aparecem, desta maneira, cargas negativas na

face esquerda e positivas na face direita, o que

constitui a polarização do dielétrico.

• Aparecem, desta maneira, cargas negativas na

face esquerda e positivas na face direita, o que

constitui a polarização do dielétrico.

+

-• A polarização tem como consequência imediata a movimentação e orientação das cargas

(dipolos),portanto o armazenamento da energia no meio material.

• Isso é traduzido pela chamada “ capacitância “ C . C= q / V ( em Farad, F ; 1F= 1C/1V )

• A polarização tem como consequência imediata a movimentação e orientação das cargas

(dipolos),portanto o armazenamento da energia no meio material.

• Isso é traduzido pela chamada “ capacitância “ C . C= q / V ( em Farad, F ; 1F= 1C/1V )

• Um conjunto constituído por duas superfícies

condutoras separadas por um isolante ( dielétrico) e

com a função específica de armazenar energia na forma de campo elétrico (isto é, armazenar cargas elétricas), é chamado capacitor

• capacitância do conjunto: (C) grandeza que descreve esta capacidade, função da geometria (S,d) e do material (e)

• Um conjunto constituído por duas superfícies

condutoras separadas por um isolante ( dielétrico) e

com a função específica de armazenar energia na forma de campo elétrico (isto é, armazenar cargas elétricas), é chamado capacitor

• capacitância do conjunto: (C) grandeza que descreve esta capacidade, função da geometria (S,d) e do material (e)

• Permissividade Dielétrica

É a propriedade que descreve o maior ou menor grau de polarização de um dielétrico em presença de um campo elétrico externo, ou ainda, a propriedade de um dielétrico em reagir à ação do campo elétrico externo, em sua estrutura interna

e

Assim, quanto menor a ação (isto é, maior o enfraquecimento) do campo elétrico externo no

interior do dielétrico, maior a permissividade

dielétrica

e

de seus dipolos elétricos contrários ao campo externo.

• Permissividade Dielétrica

É a propriedade que descreve o maior ou menor grau de polarização de um dielétrico em presença de um campo elétrico externo, ou ainda, a propriedade de um dielétrico em reagir à ação do campo elétrico externo, em sua estrutura interna

e

Assim, quanto menor a ação (isto é, maior o

enfraquecimento) do campo elétrico externo no

interior do dielétrico, maior a permissividade

dielétrica

e

de seus dipolos elétricos contrários ao campo externo.

• O valor da permissividade dielétrica do ar ou vácuo (εo) é uma constante

universal, determinada como sendo:

εo= 8,854 x 10-12 F/m

• Permissividade relativa de um dado material (εr) :

é a relação entre a permissividade do material (ε) e a permissividade do ar ou do vácuo (εo)

εr = ε / εo

sendo

ε

constante dielétrica, K ( K = εr )

• O valor da permissividade dielétrica do ar ou vácuo (εo) é uma constante

universal, determinada como sendo:

εo= 8,854 x 10-12 F/m

• Permissividade relativa de um dado material (εr) :

é a relação entre a permissividade do material (ε) e a permissividade do ar ou do vácuo (εo)

εr = ε / εo

sendo

ε

Frequência (Hz) _{K ε} r = ε/ εo 102 _6,5 104 _4,7 106 _3,4 108 _2,8 1010 _2,6

A permissividade dielétrica

ε

função da temperatura e da frequência de utilização. Variação da constante dielétrica K, função da

frequência, para o material isolante PVC :

A permissividade dielétrica

ε

função da temperatura e da frequência de utilização.

Variação da constante dielétrica K, função da frequência, para o material isolante PVC :

Material a 20oC 50Hz 60Hz K εr = ε/ εo Vácuo 1 Ar 1.00058 PTFE/Teflon 2.1 Polyethyleno 2.25 Poliamidas 3.4 Polypropyleno 2.2–2.36 Polystyrene 2.4–2.7 Mylar (Poliéster) 3.1 Papel 3.85

Polímeros eletroativos PEA 2–12

Mica 3-6

Dióxido de silício ( sílica ) 3.9

Safira 8.9–11.1

Concreto 4.5

Material a 20oC 50Hz 60Hz K εr = ε/ εo Neoprene 6.7 Borrachas em geral 7 Diamante 5.5–10 Sal 3–15 Grafite 10–15 Silício 11.7 Amônia 17 _{(20 °C)} Metanol 30 Etileno glicol 37 Furfural 42.0 Glicerina 42.5 _{( 25 °C)} Água pura 80 ( 20°C)

Material a 20oC 50Hz 60Hz K εr = ε/ εo Formamida 84.0 (20 °C) Acido Fluorídrico 83.6 (0 °C) Acido Sulfúrico 84-100 ( 20 O_{C – 25}O_{C )} Peróxido de Hidrogênio 128 –60 _{(−30 – 25 °C)} Dióxido de Titânio 86–173 Titanato de Estrôncio 310

Titanato de Estrôncio -Bário 500

Titanato de Bário 1200–10000 _{(20–120 °C)}

Titanato de Zircônio - Chumbo 500–6000

Polímeros Conjugados 1.8–6 até 100000

• Rigidez dielétrica

• A rigidez dielétrica especifica a tensão máxima (Vmax) que pode ser aplicada entre dois eletrodos sem que ocorra o centelhamento, quando o material deixa de ser isolante.

A rigidez dielétrica mede a qualidade de um material como isolante.

• Rigidez dielétrica

• A rigidez dielétrica especifica a tensão máxima (Vmax) que pode ser aplicada entre dois eletrodos sem que ocorra o centelhamento, quando o material deixa de ser isolante.

A rigidez dielétrica mede a qualidade de um material como isolante.

• Para o ar (ar seco), por exemplo, o valor indicado resulta em que a cada 1 cm temos uma tensão de

30 000 volts. (3kV/mm) ( ar úmido 1.8kV/mm)

• Para o ar (ar seco), por exemplo, o valor indicado resulta em que a cada 1 cm temos uma tensão de

• Rigidez dielétrica (V máx) é o limite máximo da tensão elétrica por unidade de espessura (kV/mm) que um determinado material pode suportar sem romper, isto é, o valor máximo de diferença de potencial aplicada, acima do qual o dielétrico deixa bruscamente de funcionar como isolante, permitindo a passagem de corrente elétrica.

• A rigidez dielétrica se reduz (piora) com o aumento da frequência e com o aumento da temperatura de trabalho ( envelhecimento ).

• Rigidez dielétrica (V máx) é o limite máximo da

tensão elétrica por unidade de espessura (kV/mm) que um determinado material pode suportar sem romper, isto é, o valor máximo de diferença de potencial aplicada, acima do qual o dielétrico deixa bruscamente de funcionar como isolante, permitindo a passagem de corrente elétrica.

• A rigidez dielétrica se reduz (piora) com o aumento da frequência e com o aumento da temperatura de trabalho ( envelhecimento ).

• Efeito Corona

• Quando as densidades de campo elétrico em

condutores energizados em alta tensão e imersos no ar, excedem um certo valor, surge uma região ao

redor destes condutores com o ar ligeiramente ionizado e com pequenas descargas elétricas do condutor para o ar, de cor violeta pálida.

• Efeito Corona

• Quando as densidades de campo elétrico em

condutores energizados em alta tensão e imersos no ar, excedem um certo valor, surge uma região ao

redor destes condutores com o ar ligeiramente ionizado e com pequenas descargas elétricas do condutor para o ar, de cor violeta pálida.

• Esta descarga, chamada Efeito Corona, é influenciada pelas condições do ar (umidade, temperatura,

pressão e poluição) e pelo tipo de tensão aplicada (AC ou DC), e provoca perdas na forma de emissões luminosas e de ruído audível, interferências de rádio

e TV, vibração do condutor e formação de ozônio(O3)

• Esta descarga, chamada Efeito Corona, é influenciada pelas condições do ar (umidade, temperatura,

pressão e poluição) e pelo tipo de tensão aplicada (AC ou DC), e provoca perdas na forma de emissões luminosas e de ruído audível, interferências de rádio

• As perdas resultantes da ocorrência de corona em linhas de transmissão obrigam, então, os projetistas a cuidados especiais no dimensionamento de chaves de alta tensão, espaçamento entre barramentos e cabos, e aumento dos raios de curvatura dos cabos na passagem pelas ferragens das torres de sustentação .

• As perdas resultantes da ocorrência de corona em linhas de transmissão obrigam, então, os projetistas a cuidados especiais no dimensionamento de chaves de alta tensão, espaçamento entre barramentos e cabos, e aumento dos raios de curvatura dos cabos na passagem pelas ferragens das torres de sustentação .

Anel corona ( corona ring )

Linhas de 1200kV ( corona ring )

Contornos equipotenciais ao longo de um isolador de 10 elementos.

b e d sem anel corona a e c com anel corona

Contornos equipotenciais ao longo de um isolador de 10 elementos.

b e d sem anel corona a e c com anel corona

Presença de um anel corona (corona ring Presença de um anel corona (corona ring ) )

com anel corona sem anel corona Isolador para 115 kV

• A função de um anel corona (corona ring) é

distribuir o gradiente do campo elétrico de um

modo mais uniforme reduzindo seus valores

máximos abaixo do limite de ocorrencia do

efeito corona, prevenindo desta forma, a

ocorrencia de descarga .

• A função de um anel corona (corona ring) é

distribuir o gradiente do campo elétrico de um

modo mais uniforme reduzindo seus valores

máximos abaixo do limite de ocorrencia do

efeito corona, prevenindo desta forma, a

ocorrencia de descarga .

• Exercício : Faça um pequeno resumo sobre

“ângulo de perdas” ( ou tg d ) de um

material isolante utilizado como dielétrico

em capacitores.

( aplicação em CA )

• Exercício

: Faça um pequeno resumo sobre

“ângulo de perdas” ( ou tg d ) de um

material isolante utilizado como dielétrico

em capacitores.

. Perdas no Dielétrico ( Isolante)

A energia que é perdida num dielétrico( isolante ) real se deve fundamentalmente a:

a) perdas por efeito joule, b) perdas por histerese c) por absorção dielétrica.

Perdas por Efeito Joule ( mais importante ! )

• Como em todos os meios materiais por onde circula a

corrente elétrica a perda por efeito joule (calor)é dada, em termos de energia, por:

W_J = R.i2_{.t, ( W = P.t )}

ou a potência de perda,P_J, dissipada no meio material sob forma de calor:

P_J = R.i2_,

onde R é a resistência de isolação do material dielétrico. . Perdas no Dielétrico ( Isolante)

A energia que é perdida num dielétrico( isolante ) real se deve fundamentalmente a:

a) perdas por efeito joule, b) perdas por histerese c) por absorção dielétrica.

Perdas por Efeito Joule ( mais importante ! )

• Como em todos os meios materiais por onde circula a

corrente elétrica a perda por efeito joule (calor)é dada, em termos de energia, por:

W_J = R.i2_{.t, ( W = P.t )}

ou a potência de perda,P_J, dissipada no meio material sob forma de calor:

P_J = R.i2_,

Perdas por Histerese

Essa histerese resulta de um atraso na orientação das moléculas polares do dielétrico

Perdas por Histerese

Essa histerese resulta de um atraso na orientação das moléculas polares do dielétrico

.

Perdas por Absorção Dielétrica

É a absorção de carga por um dielétrico quando submetido a um campo elétrico.

Esta carga não se escoa instantaneamente quando um capacitor com este dielétrico é curtocircuitado. O escoamento desta carga só acontece com um certo tempo de decaimento, que pode atingir alguns minutos

• Fator de Perdas do dielétrico : também conhecido como ângulo de perdas (tgd)ou fator de dissipação, indica a energia perdida ou dissipada na estrutura interna do material isolante (dielétrico).

• Para analisar esta característica devemos associar o isolante (dielétrico) à ação capacitiva,

(armazenamento de energia ).

• Para um capacitor perfeito (sem perdas ), em

regime CA, a corrente está adiantada de 90o em

relação a tensão aplicada.

• Fator de Perdas do dielétrico : também conhecido

como ângulo de perdas (tgd)ou fator de dissipação, indica a energia perdida ou dissipada na estrutura interna do material isolante (dielétrico).

• Para analisar esta característica devemos associar o isolante (dielétrico) à ação capacitiva,

(armazenamento de energia ).

• Para um capacitor perfeito (sem perdas ), em

regime CA, a corrente está adiantada de 90o em

Ic

90º - d Ic real

Vc

d

Capacitor Ideal Capacitor real

( sem perdas)

Ic

Vc 90o

Sendo o dielétrico real,

portanto apresentando perdas, esse ângulo é menor que 90°: (90º _{- d )}

• O ângulo de perdas d, ou o valor de sua

tangente tgd que com ele se confunde ( tgd=d) )

caracteriza essa qualidade do dielétrico :

• quanto menor o seu valor, menores as perdas,

melhor o isolamento, melhor o dielétrico.

Representação Esquemática de um Isolante

• Um isolante real, situado entre os pontos a e b de um circuito elétrico, pode ser representado pelo esquema equivalente da figura abaixo.

• C representa a capacitância; a resistência R_serie,corresponde a perda dielétrica Joule (R_serie i2_{);a corrente de carga i}

carga

atravessa C e R_serie ; R_{pararel ,} corresponde a corrente de fuga i_fuga .

• Em um dielétrico perfeito, R_serie seria nula e R_pararel infinita. Representação Esquemática de um Isolante

• Um isolante real, situado entre os pontos a e b de um circuito elétrico, pode ser representado pelo esquema equivalente da figura abaixo.

• C representa a capacitância; a resistência R_serie,corresponde a perda dielétrica Joule (R_serie i2_{);a corrente de carga i}

carga

atravessa C e R_serie ; R_{pararel ,} corresponde a corrente de fuga i_fuga .

• Em um dielétrico perfeito, R_serie seria nula e R_pararel infinita.

C

i

fuga

i

Curso Superior de Tecnologia em Instalações Elétricas

Professor : ARMANDO LAPA JUNIOR

Professor : ARMANDO LAPA JUNIOR

FA

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C

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P

2016