PROPRIETATI NEELECTRICE ALE DIELECTRICILOR

PROPRIETATI NEELECTRICE ALE DIELECTRICILOR.

Din paragrafele precedente se poate deduce importanta proprietatilor electrice pentru utilizarea dielectricilor in electronica. Exista insa si unele proprietati neelec­tri­ce care in anumite conditii pot determina distrugerea neelectrica a izolatiei, urmata inevitabil de strapungere si respectiv de iesirea din functiune a instalatiilor, masinilor sau aparatelor electrice. Iata de ce se impune luarea in considerare a tuturor proprie­tatilor dielectricului la utilizarea sa in practica.

Proprietatile neelectrice caracterizeaza materialele din punct de vedere meca­nic; - fizic; - chimic si termic. In cadrul fiecarui grup de proprietati se definesc mai multe marimi care constituie masuri ale proprietatilor respective din grup. In domen­iul utilizarii dielectricilor nu toate aceste marimi prezinta importanta in egala masura si de aceea sunt studiate mai ales cele care influenteaza in mod frecvent comportarea materialului si care sunt specifice domeniului sau locului de aplicatie.

Dat fiind ca definirea si modul de determinare a celor mai multe marimi ne­elec­­trice se efectueaza in cadrul altor discipline, se va restrange aria acestor aspecte in cele ce urmeaza. Pentru marimile care in cazul dielectricilor se determina experi­men­tal in mod diferit decat la alte materiale, este utila cunoasterea metodei chiar si numai in principiu.

1. PROPRIETATI MECANICE.

Acestea cuprind: rezistenta la tractiune (s_r); - rezistenta la incovoiere (s_i - rezistenta le compresiune (s_c); - rezistenta la sarcini aplicate dinamic; rezilienta (s_rez); - alungirea specifica (Dl/l); - duritatea Brinell (H_B); - modulul de elasticitate (E); rezistenta la abraziune, etc. Pentru dielectricii solizi determinarea marimilor me­canice se efectueaza ca si in cazul metalelor, cu exceptiaduritatii lacurilor. Pentru de­terminarea duritatii lacului se aseaza pe suprafata peliculei lama unui pendul for­mat dintr‑un cadru de sarma ca in fig. 1.42.

Figura 1.42. Pendul pentru masurarea duritatii lacurilor.

Pendulul scos din echilibru este lasat sa oscileze pana cand elongatia scade la o anumita diviziune si se masoara timpul cat dureaza aceasta amortizare (t₀). Se repeta experienta cu un material a carui duritate (H₁) este cunoscuta si timpul masurat este t₁). Din raportul timpilor si al duritatilor rezulta duritatea necunoscuta a locului

H₀ = H₁   t₀ / t₁ (1.139)

Pe langa duritate (deci rezistenta la abraziune) cand lacul se utilizeaza ca email pentru conductoare trebuie sa aiba, elasticitate corepunzatoare, iar alungirea specifica si coeficientul de dilatatie liniara cat mai apropiate de ale metalului pentru a se evita desprinderea de pe conductor.

2. PROPRIETATI FIZICE.

Acestea se refera la: - densitate (masa specifica m_S); - porozitate; - higros­co­picitate si adsorbtie. In cazul dielectricilor porosi, densitatea se determina ca raportul intre masa si volumul total mai putin volumul porilor. Daca se noteaza masa corpului cu (m) in [kg], volumul total cu (V) in [m³], iar volumul porilor cu (V_p), rezulta den­sitatea materialului poros:

[kg/m³] (1.140)

Porozitatea, reprezinta raportul intre volumul porilor (V_p) si volumul total (V):

[%] (1.141)

si poate atinge pana la 50% la materiale cu porozitate mare cum sunt hartiile si tesa­turile. Se deosebesc, dupa forma, trei feluri de pori: - deschisi; - semiinchisi si in­chisi ca in fig. 1.43.

Figura 1.43. Tipuri de pori.

Primele doua forme de pori prezinta avantajul ca pot fi umplute ca lacuri elec­tro­izolante prin impregnarea dielectriclului (eventual dupa o prealabila vidare). Ca ur­mare calitatile dielectricului poros se pot imbunatati corespunzator la­cu­lui de im­preg­nare.

Higroscopicitatea ca proprietate a corpurilor de a absorbi lichide si respectiv vaporii din atmosfera, este cauzata de existanta porozitatii. Materialele poroase ab­sorb lichidele, in cazul cel mai frecvent vaporii din mediul inconjurator si isi maresc corespunzator umiditatea. In general absorbtia poate fi masurata prin continutul de apa din material, care se exprima prin umiditatea relativa:

[%] (1.142)

unde: G₀ - este greutatea materialului uscat, iar G - este greutatea materialului umed.

Figura 1.44. Variatia in timp a umiditatii materialelor higroscopice si nehigroscopice.

Dielectrici higroscopici tind totdeauna spre o umiditate de echilibru atunci cand sunt introdusi intrun mediu care are umiditatea relativa j_r, ca in fig. 1.44. Mate­rialele a caror umiditate variaza in timp dupa curbele (1) si (1') nu sunt corepunza­toa­re pentru insolatii. Dielectricii de buna calitate nu absorb umezeala decat in foarte mi­ca masura sau deloc, corespunzator curbelor (2) si (2').

Dielectricii nehigroscopici (impene­tra­bili) se umezesc in atmosfera prin adsob­tie. Adsobtia consta in condensarea vaporilor la suprafata dielectricului sub forma de straturi moleculare de apa (sticla, mica, unele rasini sintetice). Atat adsorbtia cat si ab­sorbtia (patrunderea umezelii in masa corpului) se determina prin masurarea unghi­ului marginal (a) pe care il formeaza suprafata corpului cu suprafata unei picaturi de apa cu varful pe linia de contur a ariei de contact ca in fig. 1.45.

Figura 1.45. Marimea unghiului marginal la materiale adsorbante si absorbante.

Daca unghiul margi­nal a < 90° ca in fig. 1.45 a, materialul se uda fie prin ad­sor­btie (la sticla si mica a este practic nul). Daca a < 90°, ca in fig . 1.45 b, die­lec­tri­cul nu se uda (parafin, folii sintetice, siliconi). Adsorbtiile materialelor impermeabile este foarte pronuntata la umiditati relative ale atmosferei ce depasesc umiditatea nor­mala (j_{r n} = 65%) ca in fig. 1.46 si prezinta neajunsul ca reduc in foarte mare masura rezistivitatea de suprafata a dielectricului.

Figura 1.46. Adsorbtia materialelor impermeabile.

3. PROPRIETATI CHIMICE.

Dintre toate proprietatile chimice ale materialelor, in cazul dielectricilor pre­zin­ta interes deosebit rezistenta la actiunea acizilor si bazelor, solubilitatea, com­pa­ti­bi­litatea la contactul cu alte materiale, stabilitatea chimica, aciditatea in cazul lichi­de­lor, toxicitatea (emanatii toxice), oxidarea etc.

Actiunea agentilor nocivi din atmosfera se manifesta in prezenta oxigenului si a umezeleii care se depune la suprafata dielectricului sub forma de pelicule continand dizolvate diverse elemente din mediul ambiant. Peliculele acide sau bazice au efect coroziv asupra izolatiilor si deteriorarea este in general intensiva.

Solubilitatea prezinta interes pentru prepararea lacurilor electroizolante si de­pu­nerea lor pe izolatii. In general o substanta solida se dizolva usor intr‑una lichida care contine grupari similare de atomi sau molecule in structura sa (de ex. parafina-hidrocarbura saturata solida - se dizolva usor in benzen, ambele avand grupari de atomi CH(. Solidele termorigide au solubilitate redusa sau deloc. Aceasta deoarece solubilitate scade cand gradul de polimorizare sau policondensare creste.

In izolatiile masinilor si aparatelor electrice intervine de regula diferiti dielec­trici. Ca urmare se impune compatibilitatea lor, adica sa se formeze reactii chimice intre elementele component a doi dielectrici aflati in contact.

Stabilitatea chimica prezinta un interes major pentru toate felurile de dielec­trici, dar mai cu seama pentru cei ce sunt supusi la actiunea arcelor electrice, a radi­atiilor ultravilete, a radiatiilor solare, a actiunii microorganismelor, a socurilor de temperatura etc.

Dielectricii lichizi cum sunt uleiurile utilizate in contact cu izolatiile infasura­rilor electrice trebuie sa nu aiba aciditate deoarece actiunea acizilor se resimte asupra majoritatii materialelor. Indicele de aciditate a uleiului se determina prin cantitatea de hidroxid pe potasiu (in mg) ce este necesara pentru neutralizarea 1 [g] din substanta acida (adica mg KOH/g).

In general cu referire la toxicitate trebuie avut in vedere ca materialele care au stabilitate chimica redusa si care emana vapori toxici (cum sunt cele ce contin clor) se folosesc numai cu masurile de precautie cuvenite. Asa de exemplu uleiurile clorurate nu se folosesc in intrerupatoare cu ulei sau daca se introduc in condensatoare acestea se executa in constructie speciala. materialele toxice sunt insotite de recomandari de folosire pentru evitarea accidentelor.

4. PROPRIETATI TERMICE.

Aceste proprietati influenteaza nu numai asupra proprietatilor electrice cum s‑a aratat in paragrafele anterioare si asupra structurii dielectricilor, deci asupra tuturor proprietatilor in general. Dilectricilor li se impun cerinte contadictorii, deoarece tre­bu­ie sa aiba pe de o parte mare rezistivitate de volum, dar sa prezinte, pe de alta par­te, conductivitate termica cat mai mare pentru a permite disiparea pierderilor de ener­gie din conductoare ca si pierderile proprii. Din ansamblul proprietatilor termice, la utilizarea dielectricilor prezinta importanta mai ales: - conductivitatea termica l [kcal/m °C m], sau [W/cm °C]; - caldura masica c [kcal/kg °C] sau [Ws/g °C]; - transmisivitatea termica a [kcal/m² h °C] sau [W/m² °C]. Toate marimile trebuie sa fie cunoscute pentru dielectricul ce urmeaza a fi utilizat in constructie pentru dielec­tricul ce urmeaza a fi utilizat in constructie unui produs electrotehnic si ele sunt in­di­cate in standarde si prospecte.

Incalzirea dielectricilor influenteaza toate proprietatile astfel ci temperatura a fost adoptata si ca o masura a limitei pana la care proprietatile se pastreaza corespun­za­toare. In acest sens se defineste stabilitatea termica a materialelor electroizolante.

Stabilitatea termica, constituie temperatura maxima la care poate func­tio­na un dielectric, timp indelungat (ani; zeci de ani) fara ca proprietatile sale sa se deterio­re­ze si masurile lor sa scada sub o limita inferioara admisibila. Pentru dielectricii so­lizi sau termoplastici se utilizeaza ca masura a stabilitatii termice temperatura la care corpul isi modifica forma, ceea ce corespunde unor schimbari de structura si implica modificarea si a celorlalte proprietati.

Pentru materialele termoplaste stabilitatea termica se determina prin metoda inel-bila (pentru ceruri, bitumuri etc.).

La materiale solide stabilitatea termica se determina prin metoda Martens.

Figura 1.47. Dispozitivul Martens de determinare a stabilitatii termice.

Mostra de material (lungime 120 mm, sectiunea 10   20 mm²) se aseaza intre doua bacuri (1) si (2) ca in fig. 1.47. Pe tija solidara cu bacul (2) se afla greutatea (G). La capatul tijei indexul (i) se poate deplasa in fata scalei (S). Momentul de incovoiere produs de greutatea (G) se alege conform normelor. Se incalzeste incinta cu o variatie prestabilita a temperaturii pe unitatea de timp, pana cand, proba (M) se deformeaza sub actiunea momentului incovoietor astfel ca indexul (i) se coboare cu (n) diviziuni in fata scalei (S). Se citeste temperatura la care (n) corespunde normei stabilite pentru materialul dat. Aceasta temperatura reprezinta stabilitatea termica.

Desi stabilitatea termica reprezinta un mijloc de apreciere a limitei pana la care dielectricul poate fi solicitat pot duce la scoaterea din functie a izolatiei inainte de a se ajunge la temepratura de stabilitate termica cum sunt agentii nocivi dein atmosfera, vibratiile mecanice, pierderea elasticitatii etc.

Stabilitatea termica a lichidelor constituie temperatura de inflamabilitate (aprin­dere a vaporilor) sau temperatura de apindere (a lichidului prorpiu zis).

Pentru gaze stabilitatea termica constituie de asemenea temperatura de infla­ma­bilitate.