Aïllament elèctric
Un aïllant elèctric, també cridat "aïllant", és un material que les seues càrregues elèctriques internes no poden moure's causant una escassa magnitut de corrent baixe l'influència d'un camp elèctric, a diferència dels materials conductors i semiconductors, que conduïxen fàcilment una corrent elèctrica. La característica fonamental que distinguix als materials aïllants és la seua alta resistividad comparada en els semiconductors i conductors.
L'aïllament elèctric perfecte no existix; inclús el millor aïllament conté menuts portadors mòvils (portadors de càrrega), capaces de transportar corrent. Per la qual cosa, qualsevol tipo d'aïllament es torna conductor quan se li aplica una tensió lo suficientment alta com per a que dispare electrons dels àtoms que constituïxen el material. Este valor es coneix com tensió de ruptura d'un aïllament. Comunament s'atribuïx com a bon Aïllant el vidre, el paper i el teflón, els quals conten en una alta resistividad. Els materials aïllants tenen la funció d'evitar el contacte entre les diferents partixes conductores (aïllament de l'instalació) i protegir a les persones front a les tensions elèctriques (aïllament protector). Un eixemple d'estos materials són els polímero similars al caucho, i la majoria de plàstics que poden ser de naturalea termoestable o termoplàstica.
L'aïllament s'usa àmpliament en equips elèctrics per a separar conductors elèctrics i evitar que fluïxca corrent elèctrica entre ells. L'aïllament s'usa també per a cobrir els cables elèctrics. Existixen distints nivells d'aïllament per a cables elèctrics, en baixa tensió els dos més comuns són 450/750 V i 0.6/1 kV.[1] El terme aislador es referix específicament als soports aïllants usats per a fixar les llínees de transmissió o de distribució a postes i torres de transmissió. Els aisladores soporten el pes de les llínees i eviten que fluïxca corrent a través d'estes cap a l'estructura que les soporta.
Física de conducció en sòlit
[editar | editar còdic]D'acort en la teoria moderna de la matèria (comprovada per resultats experimentals), els àtoms de la matèria estan constituïts per un núcleu carregat positivament, al voltant del com giren a gran velocitat carregues elèctriques negatives. Estes càrregues negatives, els electrons, són indivisibles i idèntiques per a tota la matèria.
En els elements cridats conductors, alguns d'estos electrons poden passar lliurement d'un àtom a un atre quan s'aplica una diferència de potencial (o tensió elèctrica) entre els extrems del conductor.
A este moviment d'electrons és a lo que es diu corrent elèctrica. Alguns materials, principalment els metals, tenen un gran número d'electrons lliures que poden moure's a través del material. Estos materials tenen la facilitat de transmetre càrrega d'un objecte a un atre, estos són els abans mencionats conductors.
La majoria dels aïllants tenen una banda prohibida gran. Açò ocorre perque la banda de "valència" que conté els electrons de major energia està plena, i un gran buit energètic separa esta banda de la banda immediatament superior. Sempre hi ha un cert voltage (cridat tensió de ruptura) que proporciona als electrons l'energia suficient per a ser excitats en esta banda. Una volta que se supera este voltage, es produïx la ruptura elèctrica i el material deixa de ser un aïllant, passant la càrrega. Açò sol anar acompanyat de canvis físics o químics que degraden permanentment el material i les seues propietats aïllants.
Quan el camp elèctric aplicat a través d'una substància aïllant supera en qualsevol punt el camp llindar de ruptura de dita substància, l'aïllant es convertix sobtadament en conductor, provocant un gran aument de la corrent, un arc elèctric a través de la substància. La ruptura elèctrica es produïx quan el camp elèctric en el material és lo suficientment fort com per a accelerar els portadors de càrrega lliures (electrons i ions, que sempre estan presents en baixes concentracions) a una velocitat lo suficientment alta com per a arrancar els electrons dels àtoms quan choquen contra ells, ionizando els àtoms. Estos electrons i ions lliberats s'acceleren a la seua volta i colpegen atres àtoms, creant més portadors de càrrega, en una reacció en cadena. Ràpidament, l'aïllant s'ompli de portadors de càrrega mòvils i la seua resistència descendix a un nivell baix. En un sòlit, la tensió de ruptura és proporcional a l'energia de la banda prohibida. Quan es produïx un efecte corona, l'aire en una regió al voltant d'un conductor d'alta tensió pot trencar-se i ionizarse sense que es produïxca un aument catastròfic de la corrent. No obstant, si la regió de descomposició de l'aire s'estén fins a un atre conductor en un voltage diferent, es crea un camí conductor entre ells, i una gran corrent fluïx a través de l'aire, creant un arc elèctric. Inclús el buit pot sofrir una espècie de descomposició, pero en este cas la descomposició o arc en el buit implica càrregues expulsades de la superfície d'electrodos metàlics en lloc de ser produïdes pel propi buit.
Ademés, tots els aïllants es convertixen en conductors a temperatures molt altes, ya que l'energia tèrmica dels electrons de valència és suficient per a posar-los en la banda de conducció.[2][3]
En certs condensadores, els curtcircuits entre electrodos formats per la ruptura dielèctrica poden desaparéixer quan es reduïx el camp elèctric aplicat.[4][5][6]
Llei de Ohm
[editar | editar còdic]El voltage fa que l'electricitat fluïxca a lo llarc dels arams de coure, mentres que l'aïllament que cobrix dits arams eixercixen una resistència al pas de corrent, que és molt menor a lo llarc de l'aram.
En aplicar la llei de Ohm al aram, tindrem que a menor resistència de l'aram, es tindrà més corrent en el mateix voltage. És important tindre present que cap aïllament és perfecte (la seua resistència no és infinita), de modo que certa cantitat d'electricitat fluïx a lo llarc de l'aïllament a través de la terra. Esta corrent pot ser de millonèsimes d'amperis, pero es deu medir en un bon instrument de prova d'aïllament, com el megóhmetro, popularment conegut com «Megger».
En resum, un bon aïllament és el que no es deteriora en aumentar el voltage i per això, la corrent, obtenint-se una resistència alta, la qual es deu mantindre en el temps. Açò es visualisa en realisar medicions periòdiques i estudiant la tendència que provoca que un aïllament es deteriore.
Existixen diferents tipos de sobretensiones:
- Sobretensiones en règim permanent, o sobretensiones permanents o en les seues proximitats). Es caracterisen per un front escarpado de duració compresa entre microsegons i milisegons:
- Front llent: Front de 20 microsegons a 500 microsegons, coa de fins a 20 milisegons.
- Front ràpit: Front de 0,1 microsegons a 20 microsegons, coa de fins a 300 microsegons.
- Front molt ràpit: Front menor(que hi haja contacte elèctric) Els materials utilisats més freqüentment són els plàstics i les ceràmicas.
El comportament dels aïllants es deu a la barrera de potencial que s'establix entre les bandes de valència i conducció, que dificulta l'existència d'electrons lliures capaços de conduir l'electricitat a través del material (para més detalls vore semiconductor).
Un material aïllant de l'electricitat té una resistència teòricament infinita. Alguns materials, com l'aire o l'aigua són aïllants baixe certes condicions pero no per a unes atres. l'aire, per eixemple, és aïllant a temperatura ambiente, pero baix condicions de freqüència de la senyal i potència elèctrica relativament baixes, pot convertir-se en conductor.
Materials conductors: metalés, ferro, mercuri, or, argent, coure, platí, plom, etc.
Materials aïllants: plàstic, fusta, ceràmicas, goma, aigua destilada
Història
[editar | editar còdic]
Els primers sistemes elèctrics que varen utilisar aisladores varen ser les llínees telegràfiques; la fixació directa dels cables als postes de fusta donava molt mals resultats, especialment quan hi havia humitat.
Els primers aïllants de vidre que es varen utilisar en grans cantitats tenien un orifici sense roll. Estos trossos de vidre es colocaven sobre un passador de fusta cònic, que s'estenia verticalment cap a dalt des de la creuera del poste (comunament només dos aisladores a un poste i tal volta un damunt del propi poste). La contracció i dilatació natural dels cables nugats a estos "aisladores sense fil" feya que els aisladores es desprengueren de les seues clavilles, lo que requeria un reajustament manual.
Entre els primers en produir aisladores de ceràmica es troben les empreses del Regne Unit, en Stiff i Royal Doulton utilisant gres des de mediats de la década de 1840, Joseph Bourne (que posteriorment va passar a cridar-se Denby Pottery Company) produint-los des d'aproximadament 1860 i Bullers des de 1868. La palesa número 48.906 va ser concedida a Louis A. Cauvet el 25 de juliol de 1865 per un procés per a produir aisladores en un orifici roscado: els aisladores de tipo passador seguixen tenint orificis roscados.
L'invenció dels aisladores de suspensió va fer possible la transmissió d'energia d'alta tensió. A mida que les tensions de les llínees de transmissió alcançaven i superaven els 60.000 volts, els aisladores necessaris es feyen molt grans i pesats, i els fabricats per a un marge de seguritat de 88.000 volts eren el llímit pràctic per a la seua fabricació i instalació. Els aisladores de suspensió, en canvi, poden conectar-se en cadenes tan llargues com ho requerixca la tensió de la llínea.
S'ha fabricat una gran varietat de aisladores telefònics, telegràfics i elèctrics; algunes persones els coleccionen, tant pel seu interés històric com per la calitat estètica de molts dissenys i acabaments de aisladores. Existix una organisació de coleccionistes que és la US National Insulator Association (Associació Nacional de Aisladores d'Estats Units), que conta en més de 9000 membres.[7]
Vore també
[editar | editar còdic]Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «Tensió d'aïllament d'un conductor elèctric en baixa tensió». IngenieroEléctrico.NET.
- ↑ S. L. Kakani. Teoria i aplicacions de l'electrònica, New Age International, pp. 7. ISBN 978-81-224-1536-0.
- ↑ Waygood, Adrian. Introducció a la ciència elèctrica, Routledge, pp. 41. ISBN 978-1-135-07113-4.
- ↑ “La màxima rigidea dielèctrica de películes primes d'òxit de silici.” . IEEE Trans. Electron Devices 13 (2). doi:. Bibcode: 1966ITED...13..281K.
- ↑ “Descomposició elèctrica i conducció a través de películes de Mylar.” . J. Appl. Phys. 58 (9): 1017–1022. doi:. Bibcode: 1957JAP....28.1017I.
- ↑ “Recuperació de nanocondensadores d'alúmina despuix d'una averia d'alt voltage” . Scientific Reports 7 (1). doi:. PMID 28428625. Bibcode: 2017NatSR...7..932B.
- ↑ «Insulators : National Insulator Association Home Page (Aisladores : Pàgina principal de l'Associació Nacional de Aisladores)» (en anglés).
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Aislamiento eléctrico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.