REVISÃO GERAL 2º EE prof Carlos Salviano

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Material de estudo
Materiais elétricos – 2º E.E. (Prof.: Carlos Salviano - UPE)
Feito por: Rodrigo Augusto Leão dos Santos
Materiais dielétricos
	“Dielétricos ou materiais isolantes se caracterizam por oferecerem uma considerável resistência à passagem de corrente elétrica, comparativamente ao valor intrínseco correspondente dos materiais condutores. ”
A vida útil dos equipamentos elétricos depende dos materiais dielétricos;
A ligação química que prevalece nos materiais isolantes é a covalente.
Resistividade/Condutividade: Propriedade intrínseca de cada material, em função da temperatura, em permitir maior ou menor transporte de cargas. OBS.: a frequência elétrica da rede NÃO interfere na resistividade.
Rigidez dielétrica (Ed): É o limite de tensão elétrica aplicada por unidade de espessura que o material isolante pode suportar sem romper-se. [Ed] = kV/cm
Perdas nos materiais dielétricos: as perdas podem ser causadas pela absorção de energia elétrica pelos efeitos friccionais entre os dipolos, resultantes da polarização direcional e pelas correntes de fuga que passam através do material.
Polarização dos dielétricos: O processo principal, característico para qualquer dielétrico, que se produz quando sobre ele atua uma tensão elétrica, é a polarização, ou seja, o deslocamento limitado de cargas ou a orientação das moléculas dipolares. Os fenômenos devidos a polarização de um dielétrico podem ser julgados através do valor da constante dielétrica e pelos ângulos de perdas dielétricas, se a polarização vem acompanhada de dissipação de energia que provoca o aquecimento do dielétrico. Neste aquecimento tomam parte as poucas cargas livres que existem no material, as quais determinam o aparecimento de uma corrente de fuga, que passa através do dielétrico e sua superfície.
Conceitos importantes
Resistência de Isolamento - O dielétrico impede a passagem da corrente elétrica enquanto o campo elétrico nele estabelecido não ultrapassar um determinado valor que depende da natureza do dielétrico e das suas condições físicas.
Resistência Superficial - No caso dos isolantes sólidos de muito grande resistividade, a resistência através da sua massa é também elevada, sendo muito pequena a corrente que os atravessa. Ora acontece que, pela acumulação de poeira e umidade na superfície das peças isoladoras, se forma um novo caminho para a passagem da corrente elétrica, o qual se diz ser superficial.
Rigidez Dielétrica - Para poder exprimir numericamente a capacidade de um determinado material isolante suportar tensões elevadas, define-se uma grandeza a que se dá o nome de rigidez dielétrica e que é definida como sendo o valor do campo elétrico para o qual se dá a ruptura do isolante.
Rigidez dielétrica superficial - No caso dos isolantes sólidos, pode acontecer que o arco disruptivo, em vez de atravessar a sua massa, salte pela sua superfície.
Perdas nos dielétricos - 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. Estas perdas não têm importância a não ser quando dão lugar a um aquecimento permitindo, por consequência, maior corrente e maiores perdas.
Ângulo e Fator de Perdas - Quando um dielétrico está sujeito a um campo elétrico alternado, a corrente que o atravessa deveria estar avançada de p/2 em relação à tensão, mas pelo fato de existir uma queda ôhmica através da massa do isolante, haverá uma componente da corrente que fica em fase com a tensão e o ângulo de diferença de fase será (p/2 - d), sendo d chamado ângulo de perdas. Este valor pode ir de poucos minutos, se o dielétrico for bom, até a alguns graus, se for de má qualidade.
Ruptura dos Dielétricos - Quando o campo elétrico a que um dado dielétrico está sujeito ultrapassa um determinado valor se dá a ruptura do dielétrico. A maneira como esta se produz e as suas consequências são, porém, diferentes conforme o tipo de dielétrico.
Efeito Corona - Se, entre dois condutores, existir uma grande diferença de potencial, junto às suas superfícies poderá surgir um campo elétrico de valor tal que o gás ou o ar, no meio do qual se encontram seja ionizado.
Dielétricos sólidos
	
	Fatores que influenciam na condutividade dos sólidos
Impurezas e imperfeições na estrutura do material
Condições térmicas
Natureza do campo elétrico aplicado (constante ou alternado)
Umidade
Estado da superfície do dielétrico
Espessura do isolante
Dielétricos sólidos importantes
Vidro temperado
Vantagens: facilidade de identificação de defeitos, baixo custo da matéria prima, impermeável, longa vida útil, resiste ao efeito corona, alta ruptura a compressão, apresenta alta condutividade quando fundidos.
Desvantagens: sujeito ao vandalismo, frágil, alta densidade, mais pesado que a porcelana e polímeros, alto ponto de fusão, baixa tensão a ruptura.
Aplicações: fabricação de lâmpadas, bulbos de válvulas, suporte para filamentos incandescentes, capacitores, suportes isolantes, vernizes vítreos
Porcelana
Vantagens: flexibilidade de comprimento, linhas de fuga extensas, lavagem, longevidade, confiabilidade
Desvantagens: defeitos ocultos (trincas internas), peso elevado, precisa ser esmaltada, produção artesanal (custo elevado)
Aplicações: isoladores de pino, buchas para transformadores de força, buchas para disjuntores de alta tenção, peças isolantes em chaves aéreas seccionadas, numerosas aplicações em equipamentos de baixa e média tensão.
Polímeros
Vantagens: “Resistente” ao vandalismo, altíssima velocidade de produção, processo de fabricação industrializado, baixo custo do produto final, baixa densidade;
Desvantagens: micro falhas imperceptíveis a olho nu, baixa vida útil, alto custo de matéria prima, alto custo de equipamentos para processamento, sofre com o aquecimento e radiação solar;
Aplicações: isolamento de condutores, revestimento de rotores de motores elétricos, caixas de baterias, aparelhos eletrodomésticos, tomadas, bases de disjuntores, mancais de motores, revestimento de capacitores.
Dielétricos líquidos
	Os dielétricos líquidos têm como principais funções isolar e refrigerar o sistema em que estão. 
	Tipos de óleos importantes
Óleo Mineral: o óleo mineral é constituído basicamente por hidrocarbonetos, sendo este derivado do petróleo. Por se tratar de produto de baixa biodegradabilidade, o óleo mineral continua sendo potencialmente perigoso para o meio ambiente em casos de derramamento.
Óleo Vegetal: são obtidos a partir de grãos ou sementes de plantas oleaginosas. Sua utilização em equipamentos elétricos que utilizam esse meio isolante, faz com que haja a transferência gradativa da umidade do papel dos enrolamentos para o óleo. O óleo vegetal novo possui viscosidade ligeiramente superior à do óleo mineral. Isso reduz em parte o poder de refrigeração do óleo vegetal.
Ascarel: feito com o objetivo de serem utilizados em transformadores e capacitores instalados em áreas onde os riscos de incêndio e explosão devem ser minimizados. Apresenta alto poder de refrigeração, mas é classificado como material poluente e cancerígeno. 
Óleos de silicone: mais utilizado como lubrificantes e máquinas que trabalham em muito altas ou baixas temperaturas. Apresentam elevada estabilidade química e uma ausência de envelhecimento. 
Aplicações
Dielétricos gasosos
	Dentre os materiais dielétricos, os gasosos são mais procurados quando necessitasse isolar elevadas tensões e correntes nos grandes sistemas de potência. Quando utilizados como isolantes, constituem um meio homogêneo, envolvendo por completo os condutores, independentes de suas formas geométricas.
	Gases importantes
Ar: Por conta de sua abundância, o ar torna-se o dielétrico gasoso mais importante no meio. 
Vantagens: extrema abundancia, envolve por completo o material condutor, suportar altas pressões, quando em vácuo ou rarefeito apresenta características dielétricas excelentes.
Desvantagens: possível combinação com outros elementos(podendo formar, por exemplo, H2 = inflamável), formação de ozônio (efeito corona), o ozônio provoca degradação do isolante, na presença de umidade provoca oxidação no condutor.
Aplicações: Em condições normais de pressão pode ser usado em chaves seccionadas, isolamento dos cabos nus das linhas de transmissão e barramentos aéreos de subestações. Em altas pressões é utilizado em disjuntores pneumáticos e a vácuo.
Fluoreto de enxofre - SF6
Vantagens: Não tóxico, não é inflamável e apresenta boa estabilidade química, não se liquefaz a temperaturas ordinárias, condutividade térmica elevada (resolve os problemas de dissipação de calor), aparelhos isolados com o SF6 são mais leves.
Desvantagens: O enxofre produz uma certa corrosividade, quando decomposto por calor ou pelo arco elétrico produz substâncias tóxicas (inodoras e incolores), por ser um gás incolor e inodoro pode matar por asfixia o operador.
Aplicações: Disjuntores de alta tenção, subestações blindadas, transformadores e isolamento de cabos de alta tenção.
Efeito corona
	O efeito corona é um mecanismo de descarga eletrostática que acontece devido a ionização de um material isolante, geralmente um gás, sujeito a um campo elétrico de intensidade acima de um nível crítico. Esse efeito ocorre na superfície do condutor.
	No efeito corona podemos observar as seguintes etapas:
Insaturação das moléculas da superfície do material;
Oxidação da superfície, formando carbonila e carboxila, radicais meta-dirigentes que se compatibilizam com as tintas;
Rearranjo molecular da superfície
O tratamento Corona consiste no uso de uma descarga de alta voltagem, cujo potencial excede o ponto de ruptura de isolação do ar, produzindo ozônio e óxidos de nitrogênio, os quais oxidam a superfície do filme plástico.
Podemos afirmar que, com o tratamento há uma melhora do material na adesão com materiais polares, e a modificação é estritamente superficial.
Materiais magnéticos
	Perdas por histerese magnética
	A histerese é um fenômeno característico das substâncias ferromagnéticas. Sabe-se que essas substâncias se imantam facilmente quando na presença de um campo magnético. Mas o que ocorre se as retirarmos da influência deste campo? É muito conhecido esse fato. Acontece que, ao fazer isso, a substância não é desmagnetizada completamente, tão menos de forma instantânea. A esse acontecimento denominamos histerese magnética.
	No gráfico que demonstra a histerese magnética, podemos ver como a magnetização de um material varia em função da intensidade do campo magnético aplicado nele.
	A medida que a intensidade do campo magnético aumenta, os momentos magnéticos tendem a seguir a orientação do campo externo. Se o campo for retirado o material não retorna imediatamente à condição inicial, na qual a magnetização é nula.
	Perdas por correntes parasitas
	Correntes parasitas (ou induzidas, ou de Foucault) surgem devido à presença de um fluxo magnético. A aparição dessas correntes provoca dissipação de calor em um circuito, e isso deve ser evitado.
	A seguir temos três medidas que são adotadas para aumentar o rendimento das máquinas:
Diminuição da espessura das chapas com a utilização de lâminas (R= p*L/A);
Adição de silício na matéria-prima, provocando aumento na resistência elétrica;
Isolamento das lâminas com camadas de dielétricos.
Materiais semicondutores
	Os semicondutores são, geralmente, cristalinos e de condutividade elétrica intermediária. 
	Aplicações: fabricação de diodos, transistores e outros diversos graus de complexidade tecnológica, microprocessadores e nano-circuitos. 
Materiais supercondutores
	Os supercondutores são os materiais que tem a propriedade de conduzir corrente elétrica sem qualquer resistência. Os supercondutores apresentam melhor comportamento em baixíssimas temperaturas. 
Vantagens: conduzem eletricidade sem perda de energia, não dissipa calor, grande habilidade de gerar poderosos campos magnéticos.
Aplicações: bobinas supercondutoras (armazenamento de energia), obtenção de imagens por ressonância magnética, aceleradores de partículas, trem MAGLEV (impulsão magnética).