Materiales dielectricos y aislantes

Materiales Dieléctricos Y Aislantes Primera Parte Ingeniero Adolfo Cano Hencker Introducción
Los materiales cerámicos más utilizados en la fabricación de aisladores eléctricos son la porcelana y el vidrio. Otros materiales cerámicos, con aplicaciones específicas, clasificados como cerámica para electrotecnia incluyen: - Porcelana silícea, utilizada para aisladores de baja y alta tensión.Esteatita, para uso en aplicaciones a alta frecuencia. para aisladores refractarios y Adicionalmente a la constante dieléctrica (K´), otras tres propiedades son importantes para determinar las características aislantes de un material. Estas son: Resistividad eléctrica (volumétrica), ρ, el factor de disipación (tg δ) y la resistencia dieléctrica (RD). La resistividad eléctrica es simplemente una medida dela resistencia que un cubo unitario del material ofrece al flujo de corriente en un campo eléctrico dado con corriente directa, CD. En un campo eléctrico con corriente alterna, CA, la resistividad eléctrica y la constante dieléctrica están relacionadas por el factor de disipación, el cual mide la pérdida de energía por ciclo del material, la cual ocurre generalmente en forma de calor. Estarelación está dada por:

D = ε 0 Ea = ε 0 K ' E

(1)

Donde: Ea es el campo aplicado ε0 es la permitividad (constante dieléctrica del vacío = 12 8.85x10- F/m) El desplazamiento eléctrico describe la extensión a la cual el campo eléctrico ha sido alterado por la presencia del dieléctrico. La constante dieléctrica, por definición, es una medida de la habilidad del material para almacenar cargarelativa al vacío y es una propiedad característica del material.

- Mullita, utilizada termocuplas.

- Titanato de Bario y de magnesio, para condensadores con alta permitividad. - Cerámica de alta Alúmina, para aisladores de bajas pérdidas, substratos y partes metalizadas; y para aisladores de alta tensión y alta resistencia mecánica. - Nitruro de Silicio, utilizado en aisladores resistentes alchoque térmico. - Nitruro de Aluminio, utilizado en substratos aislantes. - Vidrio de Borosilicato, para aisladores de alta tensión. La función primaria del aislamiento en circuitos eléctricos es la separación física de los conductores entre sí y de estos con respecto a la línea de tierra, y la regulación o prevención del flujo de corriente entre ellos. Otras funciones son proveer el soportemecánico, disipación de calor y protección ambiental a los conductores. La principal ventaja de los aisladores cerámicos consiste en su capacidad para operar a altas temperaturas sin degradarse en sus propiedades químicas, mecánicas, o dieléctricas. Estos aisladores pertenecen a la clase de materiales conocidos como Dieléctricos lineales. En estos materiales, el desplazamiento eléctrico (D) aumenta enproporción directa al campo eléctrico en el dieléctrico (E), siendo la constante dieléctrica relativa (K´) la constante de proporcionalidad. Esta relación se da como:

σ =
Donde:

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ρ

= ωε 0 K ' t g δ

(2)

σ = Conductividad en (Ohmios.metro) –1 ϖ = 2πf (f = Frecuencia) K´tg δ = K´´ = Factor de pérdida La ecuación (2) muestra la dependencia de la frecuencia de la resistividad (ρ) parauna pérdida de resistencia en paralelo con la capacitancia. La resistencia dieléctrica es una medida del máximo gradiente de voltaje que se puede aplicar a través del dieléctrico sin degradación física de sus propiedades aislantes.

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Como una práctica general, los materiales cerámicos que satisfaganlos siguientes criterios de propiedades a 25° C, podrían clasificarse como buenos aisladores: Constante dieléctrica, K´ Resistividad eléctrica, ρ Factor de disipación, tg δ Resistencia dieléctrica, RD Factor de pérdidas dieléctricas, K´´ < 30 1012 Ohm . metro < 0.001 > 5 kV/mm < 0.03

óxidos alcalinotérreos ( Ca, Mg, Sr, Ba). Los óxidos alcalinos en particular tienen el efecto de debilitar...