Materiales aislantes en equipos eléctricos.
Papel prensa / cartón prensado para uso eléctrico.
La razón de usar Materiales aislantes Es separar eléctricamente las partes conductoras.de equipos entre sí y de componentes conectados a tierra. Los componentes conectados a tierra pueden incluir la carcasa o estructura mecánica que es necesaria para permitir que el equipo se maneje y opere. Mientras que las partes "activas" del equipo desempeñan un papel útil en su funcionamiento, el aislamiento es en muchos aspectos un mal necesario.
Por ejemplo en una motor eléctrico El cobre del devanado y el núcleo de acero.que componen el circuito magnético son los componentes activos y ambos contribuyen a la potencia de salida del motor; El aislamiento que mantiene estos dos componentes separados no contribuye en nada, de hecho, ocupa un espacio valioso y el diseñador puede considerar que no es mucho más que una molestia.
Por estas razones, los materiales aislantes hanConviértase en un foco de diseño en muchos tipos de equipos eléctricos, con muchas empresas que emplean a especialistas en este campo y que realizan pruebas sofisticadas de vida de los sistemas de aislamiento. La importancia que se atribuye a este campo es que las principales conferencias internacionales sobre el tema se celebran periódicamente, por ejemplo, el IEEE en EE. UU., La EEI y la Asociación de Aislamiento Eléctrico (EIA) en el Reino Unido y la Asociación Europea de Aislamiento Eléctrico (EEIM) en Europa. Todos ellos publican los trabajos presentados. También se celebran conferencias en Canadá, India y Sudáfrica.
La forma más sencilla de definir un material aislante es establecer lo que no es. No es un buen conductor de electricidad y tiene una alta resistencia eléctrica que disminuye con el aumento de la temperatura, a diferencia de los conductores.
Las siguientes son las propiedades más importantes de los materiales aislantes:
- La resistividad volumétrica, que también se conoce como resistencia específica.
- Permitividad relativa (o constante dieléctrica),que se define como la relación de la densidad de flujo eléctrico producida en el material a la producida en vacío por la misma intensidad de campo eléctrico. La permitividad relativa puede expresarse como la relación entre la capacitancia de un capacitor hecho de ese material y la del mismo capacitor que usa el vacío como su dieléctrico.
- Pérdida dieléctrica (o disipación eléctrica).factor), que se define como la relación entre la pérdida de potencia en un material dieléctrico y la potencia total transmitida a través de él. Está dada por la tangente del ángulo de pérdida y se conoce comúnmente como tan delta.
La resistividad volumétrica, la permitividad relativa y los valores de tan delta para un rango de materiales aislantes se muestran en la Tabla 1.
Propiedades representativas de los materiales aislantes típicos.
| tabla 1 | Resistividad de volumen (Ωm) | Permitividad relativa | Tan delta (a 50 Hz) |
| Vacío | infinito | 1.0 | 0 |
| Aire | infinito | 1.0006 | 0 |
| Aceite aislante mineral | 1011–1013 | 2.0 - 2.5 | 0.0002 |
| Tablero de presión | 108 | 3.1 | 0.013 |
| Papel seco | 1010 | 1.9 - 2.9 | 0.005 |
| Papel aceitado | - | 2.8 - 4.0 | 0.005 |
| Porcelana | 1010–1012 | 5.0 - 7.0 | - |
| E-glass | 1016 | 6.1 - 6.7 | 0.002 - 0.005 |
| Resina de poliester | 1014–1016 | 2.8 - 4.1 | 0.008 - 0.041 |
| Resina epoxica | 1012–1015 | 3.5 - 4.5 | 0.01 |
| Mica | 1011–1015 | 4.5 - 7.0 | 0.0003 |
| Micapaper | 1013–1017 | 5.0 - 8.7 | 0.0003 |
| Película de PETP | 1018 | 3.3 | 0.0025 |
| Papel de aramida | 1016 | 2.5 - 3.5 | 0.005 - 0.020 |
| Laminado de vidrio epoxi | - | 4.5 - 4.7 | 0.008 |
| Laminado de vidrio de silicona | - | 4.5 - 6.0 | 0.003 |
| Poliestireno | 1015 | 2.6 | 0.0002 |
| Polietileno | 1015 | 2.3 | 0.0001 |
| Metacrilato de metilo | 1013 | 2.8 | 0.06 |
| Cloruro de polivinilo | 1011 | 5.0 - 7.0 | 0.1 |
| Cuarzo fundido | 1016 | 3.9 | - |
La característica más importante de unEl material aislante es su capacidad para soportar la tensión eléctrica sin descomponerse. Esta capacidad a veces se conoce como su resistencia dieléctrica y se suele cotizar en kilovoltios por milímetro (kV / mm).
Otro aspecto significativo de todos los aislantes.Los materiales que dominan la forma en que se clasifican son la temperatura máxima a la que se desempeñarán satisfactoriamente. En general, los materiales aislantes se deterioran con el tiempo más rápidamente a temperaturas más altas y el deterioro puede alcanzar un punto en el que el aislamiento deja de cumplir su función requerida. Esta característica se conoce como envejecimiento, y para cada material ha sido habitual asignar una temperatura máxima más allá de la cual no es aconsejable operar si se desea lograr una vida útil razonable. Las principales clasificaciones o clases de aislamiento como se definen en IEC 60085: 1984 y su equivalente en el Reino Unido BS 2757: 1986 (1994) se enumeran en la Tabla 2.
Cuando se usa una clase térmica para describir un artículodel equipo eléctrico, normalmente representa la temperatura máxima que se encuentra dentro de ese producto bajo carga nominal y otras condiciones. Sin embargo, no todo el aislamiento se encuentra necesariamente en el punto de máxima temperatura, y el aislamiento con una clasificación térmica más baja puede usarse en otras partes del equipo.
Tabla 2 - Clases térmicas de aislamiento.
| Clase termica | Temperatura de funcionamiento (° C) |
| Y | 90 |
| UNA | 105 |
| mi | 120 |
| segundo | 130 |
| F | 155 |
| H | 180 |
| 200 | 200 |
| 220 | 220 |
| 250 | 250 |
El envejecimiento del aislamiento depende no solo de laLas propiedades físicas y químicas del material y el estrés térmico al que está expuesto, pero también sobre la presencia y el grado de influencia de los esfuerzos mecánicos, eléctricos y ambientales. El procesamiento del material durante la fabricación y la forma en que se utiliza en el equipo completo también puede afectar significativamente el proceso de envejecimiento.
La definición de una vida útil también serávarían de acuerdo al tipo y uso del equipo; por ejemplo, las horas de funcionamiento de un electrodoméstico y un generador de una central eléctrica serán muy diferentes durante un período de 25 años. Por lo tanto, todos estos factores deben influir en la elección del material aislante para una aplicación particular. Por lo tanto, existe un movimiento general en el desarrollo de estándares y métodos de prueba para materiales aislantes hacia la consideración de combinaciones de materiales o sistemas aislantes, en lugar de centrarse en materiales individuales. No es raro considerar las pruebas de vida en las que se introduce más de una forma de estrés; Esto se conoce como prueba multifuncional o multifactorial.
El aislamiento primario se toma a menudo para significar elAislamiento principal, como en el revestimiento de PVC en un conductor vivo o cable. El aislamiento secundario se refiere a una segunda "línea de defensa" que garantiza que, incluso si el aislamiento primario está dañado, el componente vivo expuesto no causa que la cubierta metálica externa se vuelva viva. Las mangas se usan frecuentemente como aislamiento secundario.
Los materiales aislantes se pueden dividir en grupos básicos que son dieléctricos sólidos, dieléctricos líquidos, gases y vacío. Cada uno está cubierto por separado en las siguientes secciones.