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5/11/2018 MATERIALES AISLANTES - slidepdf.com

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MATERIALES AISLANTES

Los materiales aislantes o dieléctricos son de primordial importancia en las maquinas

eléctricas y de ellos dependen la duración y el buen funcionamiento de las mismas.

En estos últimos años se han hecho muchos progresos en materia de aislamiento, lo cual

ha permitido construir máquinas de dimensiones más reducidas y utilizar cada vez

tensiones más elevadas.

Los buenos aislantes empleados en las maquinas eléctricas deben reunir cualidades muy

variadas, pues además de estar sometidas a tensiones muy elevadas, tienen también que

soportar esfuerzos mecánicos considerables, especialmente cuando están ubicados en

las partes móviles. Por otro lado las pérdidas producen una gran cantidad de calor que

generalmente se elimina a través del aislante el cual está sometido a temperaturas que

puede llegar en ciertos casos a 100°C.

Sus propiedades térmicas serán por lo tanto de suma importancia para un buen

funcionamiento de la máquina.

A continuación estudiaremos las propiedades características de los aislantes que

podemos dividir en:

a) Propiedades eléctricas.

b) Propiedades térmicas.

c) Propiedades mecánicas.

d) Propiedades químicas.

1. PROPIEDADES ELECTRICAS

Las características eléctricas más importantes de un dieléctrico son:

a) La rigidez dieléctrica y la tensión de perforación.

b) La constante dieléctrica.

c) La resistividad.

d) Las pérdidas y el factor de pérdidas.

1.1. La rigidez dieléctrica y la tensión de perforación

Si se aplica una diferencia de potencial a un aislante, este está sometido a un

campo eléctrico cuya intensidad es directamente proporcional a la tensión aplicada.

Si la intensidad e campo supera un valor límite que depende de cada aislante,

entonces se produce en el interior del dieléctrico una deformación violenta de su

estructura que se traduce en una descarga eléctrica, perdiendo así

instantáneamente sus propiedades aislantes. Esta intensidad de campo máximo que

puede soportar el aislante se denomina “Rigidez dieléctrica” y la tensión que produce

la descarga se denomina “tensión de perforación”. Tratándose de láminas planas

ambas están ligadas por la expresión:



Siendo el espesor del material. La rigidez dieléctrica, al igual que la intensidad de

campo eléctrico se mide en Volt/m en el sistema M.K.S. o más usualmente en KV/cm.

Es influenciada notablemente por el espesor del material, la temperatura, la duración

y la frecuencia de la tensión aplicada. En general las láminas delgadas tienen una

rigidez mayor que las lamina gruesas como puede verse para el caso del aire seco.

Distancia entre

0.005 0.1 0.92 0.1 1 10

electrodos en cen-

timetros

Rigidez dieléctri-

0.2 7 6 3.2 2.3 1.9ca en KV/mm

En los aislantes solidos la rigidez dieléctrica disminuye al aumentar la temperatura,mientras que en los líquidos aumenta al aumentar la temperatura.

La duración de la tensión aplicada influye notablemente sobre la rigidez y en general

cuanto mayor es el tiempo durante el cual el dieléctrico está sometido a la tensión

tanto menos es su rigidez, como puede verse en la tabla siguiente,

Tiempo 1 seg 5 seg 10 seg 30 seg 1 min 1 h 2 h

Rigidez 159 128 118 106 100 79 77

Para esto las pruebas de tensión de las maquinas se hacen generalmente durante un

minuto y por esta misma razón se puede aplicar a las maquinas tensiones de choquetan elevadas, puesto que tienen una duración muy breve.

Por otro lado la pruebas efectuadas con tensión continua dan siempre una rigidez

superior a las que se efectúan con corriente alterna y en general esta inversamente

proporcional al frecuencia dela tensión aplicada.

A veces la descarga se produce en la superficie del aislante, caso muy frecuente en

los aisladores de porcelana de las líneas de transmisión y en ese caso se habla de una

“rigidez superficial”. Esta depende notablemente de las condiciones en que se

encuentra la superficie exterior del ambiente y del medio con el cual está en

contacto. El aire húmedo disminuye fuertemente la “rigidez superficial” mientras que

el aceite tiene un efecto favorable.

Estas descargas afectan al aislante y si se repite pueden a la larga dañarla e

inutilizarlo.

1.2. La constante dieléctrica

Cada aislante tiene una determinada constante dieléctrica determinada por

comparación con la del aire que se considera igual a la unidad. La constante

dieléctrica interviene en todos los cálculos de campo eléctrico y de ella dependen la



densidad de flujo que se presenta en un dieléctrico sometido a una diferencia de

potencial V.

La capacidad del condensador compuesto por el dieléctrico es también

directamente proporcional a la constante dieléctrica, puesto que:

a

siendo la superficie de las placas.

En los cálculos de distribución de campo a lo largo de aislantes compuesto por

diferentes capas, la constante dieléctrica influye notablemente obligando al aislante

cuya constante es menor a soportar una intensidad de campo más alta. Por lo

estudiado en teoría de campos, sabemos que las intensidades de campo se

distribuyen de la siguiente forma:

a

y en general para el caso de capas

Como consecuencia las diferencias de potencial ,,, etc. A las cuales están

sometidas las capas serán diferente puesto que:

a

c



Reemplazando en (2), (2ª) y (2b), obtendremos:

a

y en general para capas:

En las maquinas eléctricas existe siempre una

pequeña capa de aire entre el aislante y la

superficie de la parte aislada (en una ranura por

ejemplo figura 2).

El espesor de aire es muy pequeño

prácticamente invisible, pero en el se produce

una intensidad de campo muy alta.

Suponiendo que el aislante tenga una constante

dieléctrica , aplicando las ecuaciones (2a)

y (2b).

En el aislante:

mm

En el aire:

mm

La rigidez dieléctrica del aire es muy inferior a este valor y como consecuencia se

presentan una serie d descargas en el aire que producen calor y a la larga dañan al

aislante.En realidad, en estas condiciones, la capa de aire no contribuye a aislar la bobina y

toda la tensión es soportada por el aislante, cuya intensidad de campo asume el

valor de:

mm



Entre los valores que afectan el valor de la constante dieléctrica tenemos: la

temperatura, la frecuencia y la presión (aislantes gaseosos).

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