materiale elect rot eh nice, curs 2008, popescu lizeta

Upload: gogioman-myhay

Post on 20-Jul-2015

340 views

Category:

Documents


7 download

TRANSCRIPT

POPE8CU LZETA POPE8CU LZETA POPE8CU LZETA POPE8CU LZETA MATERALE ELECTROTEHNCE Editura "ALMA MATER" 8ibiu 2008 1INTRODUCERE Cursul de Materiale Electrotehnice se adreseaz att studenilor seciei de InginerieElectric,ctistudenilorcelorlaltespecializriiinginerilorcare doresc s utilizeze corect materialele folosite n industria electrotehnic.Prinformaaccesibildeprezentareiprinincludereantrebrilorde testare la sfritul fiecrui capitol, cursul este destinat mai ales studenilor de la nvmntul la distan. Lucrarea trateaz fenomenele i procesele ce au loc n materialele electro-tehnice supuse aciunii cmpului electromagnetic. Pe lng abordarea teoretic a problemelordeinteraciunedintrematerialeleutilizateindustrialisolicitrile electrice,nlucraresuntprezentatenumeroaseelementeaplicativeireferirila standardeleinterneieuropene,foarteutilenactivitateadeproiectarei exploatare a instalaiilor i echipamentelor electrice.Lucrareacupridecincipri:materialeelectroizolante,materiale semiconductoare,materialeconductoare,materialemagneticeifibreoptice. Importanamaimareacordatmaterialelorelectroizolantesedatoreazrolului decisivpecareacesteaoaunfiabilitateaiduratadefuncionareamainilor, aparatelor, echipamentelor i a instalaiilor electrice.Pentruauuraasimilareadectrestudeniacunotiinelordincursla sfritulfiecruicapitolseaflcteunsetdentrebricaresintetizeazcunotiineleminimalepecareunstudenttrebuiesledeinlasfritul capitolului.Autorulmulumetecolaboratoriloriateaptsugestiialecititorilor pentru mbuntirea coninutului cursului.Autorul23CUPRINS 1. MATERIALE ELECTROIZOLANTE........................................................................................ 5 1.1. Conducia electric........................................................................................................ 5 1.1.1. Expresia general a conductivitii electrice.................................................. 5 1.1.2. Modelul cuantic al conduciei electrice. .......................................................... 9 1.2. Proprietile electrice ale materialelor electroizolante. ................................................ 14 1.2.1 Conductivitatea materialelor electroizolante. ................................................. 18 1.2.1.1. Conductivitatea gazelor electroizolante. ......................................... 19 1.2.1.2. Conductivitatea lichidelor electroizolante. ..................................... 21 1.2.1.3. Conductivitatea materialelor electroizolante solide........................ 22 1.2.2. Polarizarea dielectricilor. ............................................................................... 24 1.2.2.1. Polarizarea electronica. ................................................................... 27 1.2.2.2. Polarizarea ionic............................................................................ 29 1.2.2.3. Poarizarea dipolic.......................................................................... 31 1.2.2.4. Polarizarea de relaxare.................................................................... 38 1.2.3. Pierderi de putere activ n dielectrici. .......................................................... 40 1.2.3.1. Schemele electrice echivalente ale dielectricilor. ........................... 46 1.2.3.2. Pierderi prin incluziuni de gaze. ..................................................... 55 1.2.3.3. mbtrnirea dielectricilor............................................................... 58 1.2.4. Strpungerea dielectricilor............................................................................. 581.2.4.1. Strpungerea gazelor....................................................................... 61 1.2.4.2. Strapungerea dielectricilor lichizi. .................................................. 66 1.2.4.3. Strpungerea dielectricilor solizi. ................................................... 69 1.3. Proprieti neelectrice ale dielectricilor........................................................................ 72 1.3.1. Proprietati mecanice. ..................................................................................... 72 1.3.2. Proprieti fizice. ........................................................................................... 731.3.3. Proprieti chimice......................................................................................... 76 1.3.4. Proprietati termice. ........................................................................................ 77 1.4. Clasificarea dielectricilor.............................................................................................. 791.4.1. Clasele de izolaie. ......................................................................................... 79 1.4.2. Materiale electroizolante organice................................................................. 81 1.4.2.1. Gaze electroizolante........................................................................ 81 1.4.2.2. Materiale electroizolante organice lichide...................................... 82 1.4.2.3. Materiale electroizolante organice solide. ...................................... 84 1.4.3. Materiale electroizolante anorganice. ............................................................ 88 1.4.4. Materiale electroizolante siliconice. .............................................................. 92 2. MATERIALE SEMICONDUCTOARE................................................................................... 101 2.1. Semiconductori intrinseci ........................................................................................... 102 2.2. Semiconductoriextrinseci ......................................................................................... 106 2.3. Jonciunea mos. .......................................................................................................... 113 2.4. Jonciunea n-p............................................................................................................. 118 43. MATERIALE CONDUCTOARE............................................................................................. 127 3.1. Conductivitatea metalelor........................................................................................... 127 3.1.1. Factori care influeneaz rezistivitatea. ....................................................... 130 3.1.2. Materiale supraconductoare......................................................................... 132 3.2. Proprieti termoelectrice ale conductoarelor............................................................. 141 3.3. Materiale de mare conductivitate ............................................................................... 146 3.3.2. Aluminiul..................................................................................................... 146 3.3.3. Alte materiale conductoare. ......................................................................... 149 3.4. Materiale conductoare de mare rezistivitate............................................................... 151 3.5. Materiale pentru contacte electrice............................................................................. 152 4. MATERIALE MAGNETICE ................................................................................................... 157 4.1. Magnetizarea corpurilor. ............................................................................................ 157 4.2. Clasificarea materialelor magnetice. .......................................................................... 160 4.3. Materiale feromagnetice. ............................................................................................ 163 4.3.1. Materiale feromagnetice moi. ...................................................................... 167 4.3.2. Tabla electrotehnic..................................................................................... 179 4.3.3. Materiale feromagnetice dure. ..................................................................... 182 4.4. Materiale ferimagnetice.............................................................................................. 183 5. FIBRE OPTICE......... .......................................................................................................... 189 5.1. Popagarea undelor electromagnetice. ......................................................................... 189 5.2. Moduri ale fibrelor optice........................................................................................... 193 5.3. Parametrii fibrei optice. .............................................................................................. 197 5.4. Tehnologia de fasbricaie a fibrelor optice. ................................................................ 200 5.5. Cabluri de fibre optice. ............................................................................................... 206 BIBLIOGRAFIE. ................................................................................................................... 219 51. MATERIALE ELECTROIZOLANTE Materialeleutilizatenelectrotehnicsuntgrupatencategorii,cu proprietispecifice,dupdiferitecriterii:naturachimic;stareade agregare; originea; stabilitatea termic, . a.negalmsurexist iposibilitateaclasificriidupvalorile constantelordematerial(conductivitateaelectric,rigiditatedielectric, permitivitate,factordepierderi).Criteriuldeclasificaredupvaloarea conductivitii electrice a dus la gruparea materialelor n categoriile:conductoare;neconductoaresauelectroizolante;semiconductoare. Larndullor solidele,conductoareisemiconductoare,se potconstituin categorii de materiale magnetice, dup susceptibilitatea magnetic. Clasifi-carea dup conductivitatea electric este cea mai utilizat.1.1. CONDUCIA ELECTRICProprietateacorpurilordeamanifestaexistenamaterieiprin transportuldesarcinielectrice,subaciuneaunuigradientdepotenial,se constituiecafenomendeconductibilitateelectric.Conductibilitatea electric,fiindproprietateaacorpurilor,onumimconducieelectricn momentulncaresemanifest.Msuraconductibilitiielectriceo constituieconductivitateaelectric ,care,ncondiiiledate,reprezinto constant de material.1.1.1. EXPRESIA GENERAL A CONDUCTIVITII ELECTRICE. ncondiiileunoripotezesimplificatoaresepoatedeterminarelaia delegturntredensitateacurentuluielectriciintensitateacmpului electric,careserealizeazprinintermediulconductivitiielectrice, folosindfieteoriaclasicaelectronului,fieteoriacuantic.nambele cazuri se face uz de modele fizice capabile s asigure redarea fenomenelor din materiale. Totui nu s-a ajuns nc la modele care s reprezinte n mod absolut realitatea proceselor fizice din corpurile materiale. Ca urmare sim-plificrile fcute afecteaz rigoarea redrii fenomenelor.6Cu teoria clasic a electronului, n cadrul creia electronii liberi sunt asemuiicuungazelectronic,(identiccugazulperfect),seobinrelaii simplificateuordeutilizatnaplicaii,darcarenuexplictoate fenomenelefizicedinmaterial.Teoriacuantic,deasemeneancondiiile unor simplificri grosiere, conduce la relaii a cror valabilitate este deplin confirmatdeexperiene,darcareconinungradmarededificultaten utilizarea lor practic.Obinereaunorexpresiigeneraleaconductivitiielectrice,n ipotezelesimplificatoarealeteorieiclasice,esteutilpentruunele raionamente ce intervin n studiul proprietilor materialelor. Dac se consider un purttor liber, de sarcin q, ce se deplaseazcuvitezavntr-uncorpdevolumv,subaciuneaunuicmpelectricE , contribuia sa la densitatea de curent este: vvqj = (1.1) Considernd c n volumul dat exist i purttori de sarcin, avnd fiecare aceeai sarcin medie q i vitezai v , densitatea total de curent este: iivvqj=) ((1.2) undevitezaviaparticuleilibere,ncrcatecusarcinaqseconsidern raport cu corpul. Mrimile din relaiile (1.1) i (1.2) exprim densitatea de curent la nivelul macroscopic i deci ele trebuie s fie considerate ca valori medii ale mrimilor similare microscopice.Viteza cu care se deplaseaz purttorul de sarcin are o componentordonat io v ,imprimatdecmpulE prinforaE q iocomponentdezordonat id vdatorat agitaiei termice. Astfel, ntr-un solid de exemplu pelngciocnireapurttorilordesarcinntreei,maiaulocciocniriale acestora cu atomii din nodurile reelei cristaline. Datoritagitaieitermice,rezultcmicorareaordonata purttorilordesarcinestestnjenitcuattmaimultcucttemperatura corpului este mai ridicat (cnd i vibraia atomilor reelei este mai mare). nconsecincomponentavitezeipurttoruluidesarcin,dupdirecia cmpuluielectric,deicomponentaordonatestemaimic,respectivi densitatea de curent ()( ) id ioiv vvqj + =(1.3) datorit rezultantei nule a componentelor vitezei dezordonate, se reduce la forma:()ioivvqj= (1.4) 7 Efectuarea sumei se simplific dac se consider c fiecare purttor de sarcin are aceeai vitezmedie i c n volumul dat exist N purttori de sarcin: ()=iioomNvv (1.5) i respectiv: om v qvNj = (1.6) Timpulncarepurttoruldesarcinparcurgespaiulntredouciocniri succesive se numete timp de relaxare, i se definete n raport cu viteza medie total ( m v ) i cu valoarea medie a drumului liber parcurs (lm) adic: ( )dm ommmmrv vlvlt+= = (1.7) unde vom este viteza ordonat medie, iar vdm viteza dezordonat medie. Componentaordonatavitezeiesteneglijabilnraportcucomponenta dezordonat(deex.lametalevom 10-2 [m/s]ivdm 106 [m/s]),ncttrpoate fi aproximat: dmmrvlt (1.8) i are n cazul metalelorordinul de mrime de 1014 [s].DatfiindcvitezadezordonatdepindenumaidetemperaturaT,ci nuideintensitateE acmpuluielectric(nschimbvitezaordonatdepinde deE ), rezult c nici timpul de relaxare, sau durata de relaxare nu depinde de cmpul electric, cnd este ndeplinit condiia dm omv v (1.42) i respectiv exist un moment electric indus, temporar, diferit de zero: E P P Pi21 23 i = + = (1.43) care constituie vectorul elementar de polarizaie ionic. 30Figura 1.8 Polarizarea ionicVectoruldepolarizaieionicrezultant,pentruunvolumunitar,n care exist ni ioni, similar cu (1.30 i (1.32), este: E n Pi ii = (1.44) unde: i este polarizabilitatea ionic. Considernd valoarea local a cmpului electric (1.38) n (1.44) i egalnd cu (1.28), se obine: 1n 1/ ni i00 i iei = = (1.45) Din(1.45)rezultc ipolarizareaionicesteindependentde intensitateacmpuluielectric,detemperaturidefrecven.Polarizarea ionicpoateficonsideratelastic,decipentrupolarizarenuseconsumenergie.Timpulderelaxareestecevamaimaredectncazulpolarizrii electronice, fiind cuprins, de obicei, ntre (1011) i (1012) [s]. Duratele de relaxarediferitentrepolarizareaelectronic iceaionic,permite separareaacestoraprindeterminriexperimentalelafrecvenediferite. Corpurilecareprezintpolarizareionic,suntsupusesimultaniunei polarizri electronice. Dac ns se determin e (respectiv r) la frecvena pentrucareduratauneisemiperioadeestemaimicdectduratade relaxare la polarizarea ionic, rezult c aceasta din urm nu se mai poate realiza i respectiv se manifest numai polarizarea electronic. Prin urmare esteposibilcapecaleexperimentalssedeterminevaloareaglobala susceptivitii electrice (1.45) i s se separe polarizarea electronic de cea ionic.Considerndprezenaambelorspeciidepolarizare,din(1.35)i (1.28), avnd ne = ni = n, se obine: ( )E n P P Pi ei e + = + = (1.46) 31sau egalnd cu (1.28) rezult: ( )( )1n 1/ ni e00 i 0ei = + + = (1.47) Determinnd experimental susceptivitatea electric (1.47), la frecven nul,cndseobinepermitivitatearelativstatic(rs),iarapoilafrecvenoptic,lacarepolarizaiaionicnusemairealizeaz,decipermitivitatea (r)definetesusceptivitateacurelaia(1.37)iadmindcn = NAv(numrulluiAvogadro),segseteeiiprindiferenacelordourezultate. La frecvene optice, r se determin prin msurarea indicelui de refracieacruiptratesteegalaproximativcupermitivitatearelativ(n cazul gazelor i a lichidelor neutre i slab polare). Din (1.47) se deduce c pentru gaze (cum = 0), rezult: ( )1n0i 0ei = + = (1.48) iar dac polarizarea este predominant de natur ionic, susceptibilitatea se reduce la forma: 1n0i iei = = (1.49) LacorpurilecupolarizareionicPiestede23orimaimaredecte P ,n schimblacelecupolarizareelectronic,i P estepracticneglijabil.in cazulpolarizriiionice,latemperaturiceinflueneazstructuracorpului, aparmodificriale polarizaieiiarsusceptivitateaelectricnumairmne independent de temperatur. 1.2.2.3. POARIZAREA DIPOLICPolarizareadipolicestespecificcorpurilorcumolecule polare cum sunt lichidelepolare,unelegazesausolidelecareconindipoli.Easemai numete polarizare paraelectric sau de orientare. Corpurile polare prezintunmomentelectricpropriupermanent,lanivelulmoleculelorpolarein absenaunuicmpelectricexterior.Polarizareadipolicconstn orientarea dipolic sub aciunea unui cmp exterior E. ncorpurilecustructurpolar,subaciuneacmpuluielectricexteriorE, se realizeaz pe lng polarizarea dipolici o polarizare ionic, deoarece are loc o alungire a dipolilor. La nivelul atomilor se produce, bineneles, i o polarizare electronic.32Decipolarizaiatotalrezultdincompunereacelortreispeciide polarizare,chiardacpolarizareadipolicfiindmultmaimarenpracticse neglijeaz polarizrile ionic i dipolic. Rezult: o i e P P P P + + = (1.50) undeprinc P s-anotatvectorulpolarizaieideorientare(dipolic). Considerndconcentraiileirespectivpolarizabilitile,pentruuncmp exteriorE , (1.50) se poate scrie: ( ) oi i e eP E n n P + + = (1.51) Vectorulpolarizaieideorientareo P reprezintrezultantavectorilorde polarizaie permanent p Ppentru unitatea de volum la un cmp exteriorEdat.nabsenacmpuluielectricexterior(E = 0),dipoliiauorientare haoticirezultantalor( o P )fiindnul,corpulapareneutru,nepolarizat electric (fig. 1.9). Figura 1.9 Polarizarea dipolicLacmpurimiciorientareadipolilorestenumaiparial.Pemsurce cmpul aplicat devine mai intens orientarea dipolilor se amplific, nct la o anumit valoare a cmpului, se ajunge la saturaie, adic toi dipolii au aceeai orientare ca i cmpul electric aplicat (fig. 1.9). Datorit faptului cprinprocesuldepolarizaredeorientarearelocmicareanspaiua moleculelorpolare,rotireamomentelorelectricendireciacmpului aplicat, rezult c procesul se realizeaz cu un consum de energie pe seama cmpuluielectric.Pedealtparteconsumuldeenergieestecuattmai reduscuctdipoliisuntmaindeprtaintreei,decicuctinfluenalor reciproc este mai mic, cum este cazul gazelor (la presiunea mic) sau cel allichidelor(maialesslabpolare).ntr-unsolidnsundeforelede coeziunesuntmari,polarizareadeorientaresefacecuconsummarede energie i este n general mai mic dect la gaze sau lichide. 33Rezultcdacsedeterminexperimental(respectivprimul membru)isereprezintnfunciede(1/T)canfig.1.10),pentrudouvaloridiferitealetemperaturii,lainterseciadrepteicuaxaordonatelorse obineprimultermenalmembruluialdoilea.Dinpantadreptei(n0p2p/3k) se determin momentul electric permanent pp. Figura 1.10. Separarea polarizaiilor Pentruseparareapolarizabilitilor0iiseefectueazdoudeterminriexperimentalelaotemperatursuficientdemareifrecvennul, respectiv optic. Rezult: ( ) ( )ekTp n n 12po i e r 0+ + = (1.52) La temperaturi suficient de mare relaia (1.52) devine: ( ) ( )i e 0n 1 + = (1.53) De unde: ( )1n0i e+ + = (1.54) care este valabil pentru frecvene foarte joase (f 0) la care se manifestatt polarizarea electronic ct i cea ionic, iar permitivitatea relativ este egal cu valoarea sa static (r = rs) astfel c din (1.54) se obine: ( )n1re 0i e = + (1.55) 34Efectund o msurare la frecvene nalte (f ) pentru care durata semiperioadeicmpuluielectricexteriorestemaimicdecttimpulde relaxarealpolarizriiionice,polarizabilitateaacesteia(i)devine neglijabil,iarpermitivitatearelativcorespundefrecveneloroptice (r = r), adic: 1n0er+ = (1.56) de unde: ( )n10e = (1.57) iar innd seama de (1.56) rezult i o polarizabilitatea ionic: ( )n0 0i = (1.58) Cu relaiile anterioare se obin date asupra contribuiei fiecrei specii depolarizareirespectivasuprafactorilorceinflueneazpolarizarea dielectricilorpolarinansamblu.nconsecinseobindatelenecesare asupramrimilormicroscopiceprinintermediulcelormacroscopice.Deci esteutilsseurmreascinfluenacmpuluielectric,temperaturiii frecvenei asupra polarizrii dipolice a gazelor i lichidelor. Influena temperaturii, n cazul gazelor,rezult din (1.52) sub forma: TCT1ekP02p0= = (1.59) se obine: ETC nE n P0 00 00 = = (1.60) adic polarizaia dipolic scade hiperbolic cu temperatura. Dac n (1.60) se nlocuieteEcu valoare local (1.38), se obine: 1TC n1T / C nn 1/ nr0 000 0 00 000 0 00 e = = = (1.61) care n cazul gazelor ( = 0) devine: T C no0 00 e= (1.62) rezultnd deci variaia hiperbolic a susceptivitii electrice cu temperatura reprezentat n fig. 1.11. 35Figura 1.11. Variaia susceptivitii dipolice a gazelor cu temperatura n cazul lichidelor ns trebuie luat n considerare i vscozitatea.Dactemperaturalichiduluirmnemaimaredectovaloarecritic(T > Tc),estevalabilrelaia(1.61).Dacnstemperaturascade(T < Tc) subvaloareacritic,vscozitateacrete,iarorientareadipolilorlaaceeai intensitateacmpuluielectricestemairedus.Timpulderelaxareal polarizrii crete cu scderea temperaturii conform relaiei stabilite de ctre Debye:

kTb 4t3rc = (1.63) unde:besterazanucleului;vscozitatea.Decilalichidevariaia susceptivitiicutemperaturaprezintunmaximpentruT= Tccanfig. 1.12. Figura 1.12. Variaia susceptivitii dipolice a lichidelor cu temperatura Pentru exemplificare se prezint n fig. 1.13 rezultatele experimentalepentru uleiul sintetic sovol (foarte polar). 36Figura 1.13. Variaia permitivitii relative dipolice a uleiului sintetic sovol cu temperatura Influenafrecvenei,dacseconsiderdielectriculncmp alternativ,inndseamade(1.63),semanifestprintr-oscderea polarizriilaovaloarecriticafrecvenei.Frecvenacriticseobinen cazulncaretimpulderelaxareapolarizriidipolice(tr0)devineegalcu duratauneisemiperioadeatensiuniiaplicatedielectricului.Decipentru (T0 = 2 tc) unde T0 este durata unei perioade a tensiunii aplicate, se obine din f = 1/T0 = 2i (1.63), valoarea critic a frecvenei: = =30cb 8kTt 21f [Hz](1.64) caredepindedenaturamaterialuluiprinmrimea(b)idestareaacestuia prinvscozitatea().nfig.1.14s-areprezentatvariaiasusceptivitii dipolice la lichide i gaze. Figura 1.14. Variaia susceptivitii dipolice cu frecvena 37Cttimpf < f0,duratauneisemiperioadeatensiuniiaplicatefiind maimaredecttimpuluneisemiperioadeatensiuniiaplicatefiindmai mare dect timpul de relaxare, dipolii se orienteazi polarizarea dipolicsemenineridicat.Cndf > f0,ntimpuluneisemiperioadeavnd (T0 / 2< tr0)dipolinusemaiorienteaz irespectivpermitivitatease reducelavaloarea(r)pecarematerialuloprezintnumaidatoritpolarizrii electronice i eventual ionice.ndomeniulcritic,nvecinatfrecveneifc,polarizareadipoliceste numaiparial,adicdipoliioscileaznjuruluneipoziiideechilibru, corespunztoarefrecvenei.Amplitudineadeoscilaiescadecuctfrec-venacrete,anulndu-selaf > f0.ndomeniulfrecvenelormici, permitivitatea este egal cu valoarea sa static (re). Dependenapolarizriidipolicedeintensitateacmpuluide temperaturidefrecven,denotceanuesteelastic,decisefacecu consum de energie.Caurmarencmpurialternativeacetidielectricisenclzesc suplimentarfadecazulcmpuluiinvariabilntimp,deoarecepelngpierderile de energie datorate conduciei electrice, mai apar i cele datorate polarizrii dipolice. Dacseconsidercazuldielectricilorcareprezinttoateceletrei tipuridepolarizri,frcaceaelectronic iionicsfieneglijate, vectorul total de polarizare, considernd valoarea local (1.38) a cmpului electric, devine: ( )( )En n n 1n n nP0 0 i i e e00 0 i i e e + + + + = (1.65) inndseamade(1.59)iegalnd(1.65)cu(1.28)seobine susceptivitatea total: ( )( )1T / n n n 1T / n n n10 0 i i e e00 0 i i e e0e = + + + + = (1.66) Pentru gaze (cu = 0), susceptivitatea (1.66) se reduce la forma: ( ) T / n n n0 0 i i e e0e + + = (1.67) carepstreazvariaiahiperboliccutemperaturaatermenuluicorespun-ztor polarizaiei dipolice. 38ncazuldielectricilorsolizi,polarizareadipolicdepindenmod determinant de temperatur. La temperaturi foarte joase orientarea dipolilor fiindmpiedicatdeforelemaridecoeziunentremolecule,susceptivita-tea electric este de asemenea foarte mic. la temperaturi mai mari, agitaia termic reduce forele de coeziune i orientarea dipolilor este favorizat. Cu creterea temperaturii ns, au loc schimbri de stare ale corpului. Lalimitaacestortemperaturiaulocsalturialesusceptivitii,canfig. 1.13, pentru temperaturile critice T'0 i T"0. Figura 1.15. Variaia permitivitii relative cu strile de agregare Temperaturafoartejoaslacareagitaiatermicscadeattdemult nctmoleculelepolareipierdmobilitateasenumetetemperaturde transformare de faz de ordinul II (Tf) 1.2.2.4. POLARIZAREA DE RELAXARE.Lanceputul paragrafului privind polarizareaelectrics-amenionat caospeciedistinctipolarizareaderelaxare(interfacial).Defaptnu vine n considerare o nou specie de polarizare ci o consecin comun fie n cazul unui dielectric stratificat, fie n cazul unui amestec de dielectrici de naturi diferite. Prinurmarepolarizareaderelaxareesteechivalent,saufictiv,n raportcuspeciilepropriuzisedepolarizare,nsprin rezultatelestudiului teoreticsestabilesccondiiideimportancutotuldeosebitpentru practic. Polarizaia de relaxare se realizeaz ca o consecin a timpilor de relaxare diferii de la un dielectric la altul, cnd acetia sunt pui n contact. De aceea polarizarea se mai numete i interfacial.39Prinurmareundielectricstratificatdeexemplu,formatdindoisau mai muli dielectrici omogeni, de natur diferite, va prezenta pe lng cele trei specii posibile de polarizri nc una suplimentar, cea de relaxare. Figura 1.16. Variaia cu frecvena a permitivitii relative totale Dacseconsiderdielectriculunuicondensatorformatprin suprapunereaadoidielectriciomogenidiferiiavndpermitivitile absolute1i2,iarconductivitileelectrice1,respectiv2,condiiade apariie a polarizaiei de relaxare este 1 2 2 1 (1.68) Dinstudiulpolarizriidielectricilorrezultclapermitivitatea acestuia contribuie toate tipurile de polarizri posibile a se realiza la masa sa.Efectelepolarizrilorfiindaditive,rezultcsubaciuneaunuicmp alternativ, la anumite valori ale frecvenei unele specii de polarizare dispar. Aadeexempludacseconsiderundielectriclacaresepresupunecexisttoatetipuriledepolarizriisereprezintvariaiapermitivitiicu frecvenacanfig.1.16,seconstatcpestevaloareaopticafrecvenei nu mai rmne dect polarizarea electronic. n infrarou apare un maxim datorit rezonanei de oscilaie termic a moleculei,iarlafrecveneopticedatoritrezonaneideoscilaiea electronilor. 401.2.3. PIERDERI DE PUTERE ACTIV N DIELECTRICI.Cmpulelectricalternativdeterminonclziresuplimentara dielectriculuinraportcucmpulinvariabiln timpdatoritpierderilorde energieprinpolarizareelectric,pelngpierderileprinconducie electric.Acestedouaspectealecomportriidielectriculuincmpelectric alternativsepunnevidenprintr-omrimenumit permitivitate complex care se determin cu considerarea pe de o parte a pierderilor de energiecauzatedediferitelespeciidepolarizare,iarpedealtpartea pierderilor prin cureni de conducie (n cmp electric invariabil n timp au locpierderideenergienumaiprinefectulJoule-Lenzacurenilorde conducie). Pentrucaracterizareaattafenomenuluidepolarizarectia pierderilordeputereactivndielectricis-aintrodusomrimenumitpermitivitate complex ( ). Spre deosebire de permitivitatea relativ care constituieomsurafenomenuluidepolarizare,permitivitateacomplexmaiconineuntermen("numitcoeficientdepierderi)careconstituieo msur a pierderilor de energie activ att prin curenii de polarizare ct i princureniideconducie.Decipermitivitateacomplexcaracterizeazdielectric att sub aspectul polarizrii ct i sub cel al pierderilor de energie prin polarizare i prin conducie. inemcontdepierderileprinpolarizareelectricpentrufiecare speciedepolarizarecesecaracterizeazprintimpulderelaxarepropriu (tr), care la rndul su depinde de mrimile specifice particulei polarizabile (raz, sarcin, concentraie, polarizabilitate etc.) n cmp electric alternativ, ca urmare a timpului de relaxare diferit de zero,polarizareanuesteniciodatperfectelastic,ciestensoitdeun consum(orictdemic)deenergie.Polarizareadipolic,dupcums-a vzut,serealizeazcuunconsummaredeenergieichiarseobinuiete s i se spun polarizaie de absorie (de energie). Ca urmare, conform legii delegturncmpelastic(1.24)induciaelectric( D)estedefazatn urmacmpuluielectric( E )cuununghi()numitunghidepierderi. Acest defazaj se numete post efect electric sau vscozitate electric.41Figura 1.17. Post efect electric Admind defazajul , nseamn c dac unui dielectric i se aplic un cmpelectricalternativ t jme E E= ,polarizaiairespectivirespectiv induciaelectric,vorfidecalatenurm(fig.1.17)cuunghiul(),adicvorobinevaloarearespectivcorespunztoareluiE (deex.ceamaxim, sau cea minim) mai trziu (corespunztor unghiului ). Prinurmareinduciaelectricdefazatnurmacmpuluielectriccu unghiul(),vaaveaforma ( ) =t jme D D .Din(1.27)rezultcpermitivitatea relativ este: ( )( ) === sin j cosEDe Ee DEDm 0mt jm 0t jn0(1.69) care este de forma unei permitiviti complexe: = j (1.70) Identificndtermeniireali,respectivimaginaridin(1.69)i(1.70)rezultc: = = cos cosED0mm 0mr(1.71) = = sin sinED0mm 0mr(1.72) saurenunndlaindicele(r)franeglijac(1.71)i(1.72)suntvalori relative, se mai poate scrie: htg tg = = (1.73) numit factor de pierderi (de energie n dielectric), n care indicele (b) s-a introdus pentru a sugera c la dielectricii feroelectrici pierderile de energie sunt determinate de suprafaa ciclului de histerezis electric, iar aceasta este proporional cu factorul de pierderi (tg ). 42Prinurmaredielectriculncmpelectricalternativprezintpierderi datorateproceselordepolarizare,prinfaptulcpolarizaianuvariazn fazcucmpulelectricaplicat,decicomponenta( )caremsoaraceste pierderi nu este nul. Considerareapierderilorprinconducieelectricsefacepentru deduciapermitivitiicomplexe( ).nacestcazseconsiderdousituaiiextremealeunuicondensatoralimentatcuotensiunealternativ(U = U m sin t). Condensatorulidealserealizeazavndcadielectricntre armturivid,adiccondensatorulestefrpierderi,decicurentulprin circuit posed numai componena capacitiv: 00 C jU I I = = (1.74) undeC0 = 0.A/destecapacitateacondensatoruluiideal(dinfig.1.18) avndariaarmturii(a),distanantrearmturi(d),iar0 = 8,854 1012 [P/m] constanta dielectric a vidului. n diagrama fazorial curentul fiind pur capacitiv este decalat cu /2 naintea tensiunii, deci n modul, curentul capacitiv este Ic = UC0. Figura 1.18. Condensatoarele: (a) ideal i (b) cu pierderi Condensatorul cu pierderi (real) se obine introducnd ntre plcile aceluiaicondensatorundielectrictehnicoarecare,cruiaiseaplicaceeai tensiune alternativ U.43Spredeosebiredecazulideal,apardouelementenoi:pedeo parte capacitatea condensatorului crete la valoarea C = /d sau raportnd la C0 se obine C = C0/0 = C0 = 'C0(1.75) iarcomponentacapacitivacurentului,deodatcu/2nainteatensiunii, este: 0c C ' jU C jU I = = (1.76) pe de alt parte condensatorul absoarbe de la reea o putere activUIa cos UI P = = (1.77) undeestedefazajulntrecurentultotalI itensiuneaaplicat,U. Curentul prezint deci o component activ, n faz cu tensiunea: UGRUIa= = (1.78) unde s-a notat cu R = d/ rezistena chimic a dielectricului, respectiv cu G conductana acestuia. Curentul total din circuit este deci (fig. 1.18) U G U C ' j I I I0a 0 + = + = (1.79) sau =+ =0000CGj ' U C jC jG' U C j I (1.80) n care notnd: G/C0 = " rezult: ( ) = = U C j " j ' U C j I0 0(1.81) unde( )reprezintpermitivitateacomplex,avndcomponentareal(' = r) permitivitatea relativ (deci o msur a fenomenului de polarizare), iar componenta imaginar: . constC dAC R1CG"0 0 0 0= = === (1.82) adic o msur a conductivitii () a dielectricului. Prin urmare permitivitatea complex caracterizeaz dielectricului att sub aspectul polarizrii ct i al conduciei electrice. Reprezentnd (1.79) i permitivitatea complex, n diagrama fazorial (fig. 1.19), se constat c la frecvena constant, dac dintr-un motiv oarecare (nclzire,cmpelectric foarteintensetc.)conductivitatea()semrete,(")crete,iarlocul geometricalextremitiifazoruluipermitivitiicomplexedevinedreapta (1).44Figura 1.19. Diagrama fazorial a permitivitii complexe Corespunztorcretecomponentaactiv(Ia)acurentului(dreapta 2), deci i unghiul de pierderi (). Din diagrama fazorial rezult c: = == tg' '"tg0(1.83) adic factorul de pierderi reprezint n mod real o msur a pierderilor de energiendielectricdeoarece(')fiindconstant,tg creteproporional cu (") deci cu componenta activ a curentului. n consecin este corect sse apreciaz calitatea dielectricului dup valoarea componentei imaginare: = tg ' " (1.84) numit coeficientdepierderi.Aadeexempludacundielectricse caracterizeazprin1' = 10itg 1 = 0,02iaraltulprin2' = 2i tg 2 = 0,04, cel de al doilea este mai avantajos n exploatare deoareceare coeficient de pierderi (2'' = 0,08) mai mic dect primul (1'' = 0,20). Din relaia (1.81) se deduce expresia general a admitanei echivalente adielectricului real: 0 0C ' j C " y + = (1.85) caresugereazechivalareadielectriculuicuoschemelectriccu parametri concentrai. Attrctitg sedeterminexperimentalcupuniScheringde nalttensiunelafrecvende50 Hzsaucupunidejoastensiunela frecven nalt. Din(1.72)rezultcunghiuldepierdericorespunde pierderilor prin histerezis dielectric, deci prin polarizare electric, care au loc n dielectricii cu polarizare liniar (vezi relaia 1.25) ct i n dielectricii feroelectrici. n acetia din urm pierderile prin polarizare sunt echivalente cu aria ciclului de histerezis.45Pedealtpartedin(1.82)seconstatunghiuldepierderi corespunztorconducieielectrice()carenuestenulpentruniciun dielectric.Deciunghiuldepierderi()areocomponent(h)core-spunztoare histerezisului i o component () corespunztoare conduciei electrice.Unghiultotaldepierderi()caracterizeazpierderiletotalei respectiv factorul de pierderi se poate exprima: tg = tg h + tg (1.86) unde innd seama de (1.82) i (1.83): = 'tg0(1.87) Ladielectriciinepolaripierderileprinhisterezissuntneglijabile,n schimb la cei polari, sau cei neomogeni (ca i la feroelectrici) acestea sunt importante. Dacn(1.81)seconsider(")din(1.73)corespunzndpierderilor prin histerezis, se obine puterea aparent a conductorului real: 0202hC " U C ' jU S + = (1.88) sau h2 2htg C U C jU S + = (1.89) unde U2C = Qh(1.90) constituie puterea reactiv, iar componenta realU2C tg h = Ph(1.91) putereadatorathisterezisuluitransformatncldur.Sededuce(din 1.89) c: hhhQPtg = (1.92) Putereatotalabsorbitdelareea,cesetransformncldurrezultadugnd la Ph puterea activ corespunztoare efectului Joule-Lenz: 202 2jU'CUdAR / U P = = = (1.93) unde s-a nlocuit A/d = C/0 '. Rezult puterea activ total: 'CU tg C U P P P02h2j h + = + = (1.94) sau: 46 + ='C U tg C U P02h2(1.95) unde nlocuind (1.87) se obine puterea activ total: ( ) + = tg tg C U Ph2(1.96) sau considernd i (1.86): = tg C U P2(1.97) din care se deduce c la tensiune i frecven constant (tg ) reprezint o msur a pierderilor n dielectric. n continuare convenim s nelegem prin (tg ) factorul total de pierderi n dielectric. 1.2.3.1. SCHEMELE ELECTRICE ECHIVALENTE ALE DIELECTRICILOR. Din(1.79)rezultcdielectriculesteechivalentcuuncircuitcu parametriiconcentrai,avndocapacitateC = 'C0frpierderi( c I fiind decalatcu/2nainteatensiunii)devaloarecorespunztoarecomponenei capacitive a curentului, conectat n paralel cu o rezisten chimic R astfel aleascavaloareasasdeterminepierderideenergieegalecuceleceau loc n dielectric. Dac parametrii circuitului sunt corespunztori ca valoare iconexiunealorpotrivitaleas(serie,derivaiesaumixt)sepotobine scheme electrice echivalente dielectricului cu ajutorul crora s se determi-nepecaleteoreticcaracteristiciapropiatesauchiaridenticecucele experimentale. De asemenea se pot determina tendinele de modificare ale caracteristicilorcndaulocschimbrialeparametrilordielectriculuisub aciuneasolicitrilor(electrice,termiceetc.)dinexploatare.Pentruorice dielectricodatstabilitschemaelectricechivalent,sedeterminadmitereaacesteiaiprinegalareapriirealeiceleiimaginarecu termeniirespectividin(1.85)seobinrelaiidedependenalemrimilor ',"itg defrecvena.Prinacestemodalitiestemultnlesnitstudiul comportrii dielectricilor n cmp electric alternativ (sinusoidal). Reprezentareadielectricilorprinschemeelectriceechivalente, necesit determinarea att a parametrilor corespunztori ct i a modului de conexiuneaacestora.nacestsens,pentruuniidielectricisuntpotrivite schemele echivalente derivaia, pentru alii cele de tip serie, iar pentru alte categoriiserecurgelaschemecuconexiunemixt(deex.pentru dielectricii neomogeni). 47Schemaechivalentderivaiaesteceamaiutilizat.Dielectricul este echivalent cu un condensator fr pierderi de capacitate Cp conectat n paralelcuorezistenRpncaresedezvoltpierderideenergieegalecu celedindielectric,cndacestaseaflntr-uncmpelectricalternativde pulsaie = 2 W f.Schemaechivalent idiagramafazorialsunt prezentate n fig. 1.20. Puterea absorbit de la reea este P = UI cos (1.98) iar curentul total din circuit este: 0 e I I I + = (1.99) sau, cu notaiile din fig. 1.20, avem: U C jRUIpp + = (1.100) Figura 1.20. Schema echivalent derivaie Admitana echivalent a circuitului derivaie este: pppC jR1y + = (1.101) Egalnd(1.101)cutermeniirespectividinexpresia(1.85)aadmitanei dielectricului real (neideal), rezult: p0R1" C = (1.102) unde: p 0R C1"= (1.103) reprezintcoeficientuldepierdericorespunztorschemeiechivalente derivaie, respectiv 48p 0C j ' C j = (1.104) unde: 0pCC' = (1.105) reprezintpermisivitatearelativadielectricului.nlocuind(1.103)i (1.105) n (1.83) rezult factorul de pierderi (total): p p pp1C R1'"tg === (1.106) unde s-a notat cu p = RpCp constanta de timp a circuitului. Putereaactivabsorbitdedielectricdelareea,inndseamade (1.106) este: = = = = tg C URUUI cos UI Pp2p2p p (1.107) n care s-a introdus (Rp) din relaia (1.106). Din (1.107) rezult c la tensiune i frecven constant pierderile de energie n dielectric sunt determinate de factorul de pierderi tg p. Schema echivalentderivaiecorespundefoartebinepentrureprezentarea dielectricilor nepolari la care componenta pierderilor de energie activ prin conducie este mai mare dect cea corespunztoare histerezisului dielectric. Coeficientuldepierderi("),permitivitatea(')ifactoruldepierderi. tg (p)variazcufrecvenacan(fig.1.21)dupcumrezultdin(1.13), (1.105)i(1.106).nconsecindacprindeterminriexperimentalese obin pentru un dielectric caracteristici similare celor din (fig. 1.21) rezultc poate fi reprezentat prin schem electric echivalent derivaie. Figura 1.21. Variaia cu frecvena a parametrilor schemei echivalente paralel 49Cumrezultc(' = r)nudepindedefrecven(1.105)dielectricul se prezint ca fiind nepolar. Schemaelectricechivalentseriesefolosetencazulcnd pierderiledeputereactivdindielectricsuntproporionalecufactorulde pierderi.Seconsidercdielectriculesteechivalatcuuncircuitserie, avndocapacitateCSfrpierderi,conectatnseriecuorezistenohmicRoncaresedezvoltaceleaipierderideenergieactivcain dielectric.Schemaechivalentidiagramafazorialsuntreprezentatn fig. 1.22. Figura 1.22. Schema echivalent serie. LatensiuneasinusoidaldealimentareU = Um sin tcurentuln circuit este: ZUI = (1.108) deunde,cderiledetensiune(efective)UR = IRSiUC = I/CS.Din diagrama fazorial rezult factorul de pierderi: s SCRsC RUUtg = = (1.109) Puterea activ absorbit de dielectric de la reea este: S22 2SRZUcosZUcos UI P = = = (1.110) unde,conformfig.1.22,s-anlocuitcos = UR/U = RS/Z.inndseama de (1.109) i nlocuind n (1.110) pe (Z2) cu valoarea sa 2S222S22S2C1 tgC1R Z+ =+ = (1.111) se obine: 50 + =2S2Stg 1tg C UP (1.112) Din (1.112) se constat c i n cazul schemei echivalente serie, la tensiuneifrecvenconstant,pierderiledeenergieactivndielectricsunt determinatedefactoruldepierderitg S.Acestacorespundecazuluireal din exploatarea sistemelor de izolaie a mainilor i aparatelor electrice dat fiind c tensiunea i frecvena reelei sunt totdeauna constante. innd seama de (1.108) admitana echivalent a circuitului ( )2S2 2SS S SSSC R 1j C R CC1j R1Z1y ++ == = (1.113) sau 2S2 2SS2S2 2S2S2SC R 1CjC R 1C Ry + + + = (1.114) Egalnd termenii din (1.114) respectiv cu cei din (1.85) ai admitanei echivalente a dielectricului real se ob2S2 2S2S2S0C R 1C R" C + = (1.115) de unde: 2S2 2SS S rS S 2S2 2S0 SC R 1C RC RC R 1C / C" + = += (1.116) i respectiv: 2S2 2SS0C R 1Cj ' C j += (1.117) de unde: 2S2 2Sr2S2 2SC SC R 1 C R 1C / C' += += (1.118) Sau innd seama de (1.83), cu (1.116) i (1.118) se obine: S S SC R'"tg == (1.119) identic cu (1.116). Dac n relaiile (1.116), (1.118) i (1.119) se noteazcu S constanta n timp a circuitului S = RSCS se obine respectiv: 2S2S r1" + = (1.120) i 512S2r1' += (1.121) de unde: S S S SC R tg = = (1.122) Reprezentnd grafic pe ", ' i tg n funcie de frecvena tensiunii dealimentare, se obin caracteristicile din fig. 1.23. Figura 1.23. Variaia cu frecvena a parametrilor schemei echivalente serie Pentru"seconstatcla = 0i = rezult " = 0,deci coeficientul de pierderi trebuie s admit un maxim. Din (1.116) rezult c" este maxim dac numitorul (1 + 2S2) este minim, ceea ce se realizeazdacceidoitermenisuntegali(produsullorfiindconstantiegalcu1), adic pentru ( = 1/S). Pentru ( = 1/S) se deduce din (1.120) i (1.122) c " = '.Pedealtparte,cum'(1.122)estedependentdefrecven, pierderiledeenergieactivrevenindnmaimaremsurproceselorde polarizare,rezultcschemaechivalentseriesepreteazpentru caracterizareaistudiuldielectricilorcareprezintpelngpolarizarea electronic iionic iopolarizaredipolic,cumarfimaterialeleslab polare. ngeneralceledouschemeechivalentepotfiutilizatepentru caracterizareamajoritiidielectriciloromogenicucondiiacaunasfie echivalentceleilalte.Aceastcondiieimpunecalaaceeaifrecvensrezulteaceleaipierderideenergieactivcufiecaredintrescheme. Consecinelecedecurgdinaceastcondiie seconstatdacseneglijeazpierderile de energie activ Pp cu PS i respectiv factorii de pierderi tg p cu tg S. Astfel egalnd (1.107) cu (1.112) rezult: 52 + =2pStg 1CC(1.123) iar egalnd (1.106) cu (1.109) rezult: + =2S ptg11 R R (1.124) Prinurmarenumaipentruvalorimicialeunghiuluidepierderischemelesuntechivalentereferitorlapierderiicapacitii,deoarece avnd(tg 0)rezultPp = PSiCS = Cp,darechivalenanumaieste valabilipentrurezistene,deoarecedin(1.124)rezultcRp RS.De acesteconcluziiseineseamaladeterminriexperimentalecupunile Scheringcarepermiteconexiunidiferitepentrudielectricicu conductibilitate mai mare sau mai mic. Schemeechivalentemixte.Pentrustudiuldielectricilorneomogeni, sauadielectricilorpolariseutilizeazschemecuparametriRiCn conexiune mixt.Figura 1.24. Schema echivalent mixt a unui dielectric polar omogen. Figura 1.25 Variaia cu frecvena a parametrilor schemei echivalente mixte a unui dielectric polar omogen 53Pentrudielectricipolariomogeni,cumsuntdeexemplu,lichidele polare se utilizeaz o schem echivalent format dintr-un circuit RC serie, conectatnparalelcuuncondensator.Considerndnacestcaz,schema echivalent se prezint ca n fig. 1.24. Admitana echivalent a circuitului este: 2 1y y y + = (1.125) unde: 1 1C j y = (1.126) i ( )222222 2 2222C R 1j C B CC1R1y ++ == (1.127) sunt admitanele circuitelor componente. Constantadetimpesteaproximativegalcutimpulderelaxareal polaritiidipolice(109 106 s).Decilafrecvenemici(2 C22 200 [torr d] nu se mai obine coincidenntrecurbateoretic iceaexperimental,deoarecerelaia (1.138) este afectat de erori din cauza simplificrilor i ipotezelor care n afaraacestuidomeniuipierdvalabilitatea.Dacseconsiderseparat influenafactorilordin(1.138)asupratensiuniidestrpungereseobin concluzii importante pentru practic. Lund ca exemplu aerul se va urmri influena acestor factori asupra rigiditii dielectrice, subliniind de pe acum importana concluziilor dac se reamintete c n majoritatea dielectricilor sunt posibile incluziuni de gaze. Lapresiunenormal idistanntreelectrozivariat,rigiditatea dielectric a aerului se prezint ca n fig. 1.34.63Scderearigiditiicucretereadistaneiseexplicprinaceeacal distanemicintreelectrozi,dacdrumulmediudintredouciocniri ionizante (a) este mai mare dect distana (d) dintre electrozi. ncazuldistaneiconstantentreelectrozi,cuvariaiapresiunii, rigiditateaaeruluivariazcanfig.1.35.lapresiunimiciconcentraia moleculelorfiindmiciprobabilitateadeciocnireiionizareestemic, deci sunt necesare intensiti de cmp mai mari la strpungere. La presiuni mari,cum(a)estemaimic,deasemeneatrebuiecaintensitateacmpului electric s fie mare pentru a se produse ionizarea i respectiv strpungerea. Figura 1.33. Strpungerea gazelor validarea experimentalFigura 1.34. Rigiditatea dielectric a aerului la presiune normal. Un minim al rigiditii se obine la aer pentru presiunea apropiat de 1 atm.Creterearigiditiicupresiuneaconducenpracticlautilizarea gazelor electroizolante sub o anumit presiune n agregatele electrotehnice. 64Figura 1.35. Rigiditatea dielectric a aerului la distana dintre electrozi constant. De asemenea din izolaie n aer trebuie s se facinnd seama i de presiunea acestuia, dar i de temperatur. Timpulncareserealizeazefectivstrpungereagazului, rezultde ordinula105 [s]dupteoriaTownsendide107 109[s]dupdeterminriexperimentale.Timpuldedezvoltareastrpungeriiscadecu creterea intensitii cmpului electric ca n fig. 1.36. n consecin durata de aplicare a tensiunii influeneaz strpungerea. Figura 1.36. Durata de anclanare a strpungerii Aceastaseconstatexperimentaldacsestudiazvariaiacu frecvenaaraportuluintretensiuneadestrpungereUf(ladiferite frecvene)itensiuneadestrpungerencurentcontinuu(U0).Pentruaer se obine [Uf / U0 = f(f)] ca n fig. 1.37.65Pnlafrecvenede107 [Hz],ntreelectroniaparsarcinispaiale caredeterminmicareatensiuniidestrpungere.lafrecvenemarinsduratasemiperioadeidevinemaimicdecttimpulnecesardezvoltrii strpungeriiirespectivtensiuneadestrpungereesteproporionalmai mare. Spredeosebiredestrpungereaaeruluincmpelectricuniform,n practicsentlnescadeseadescrcrincmpelectricneuniformcaren unelecazurireprezintpierderisuplimentaredeenergie,iaraltele mpiedic efectuarea corect a unor determinri experimental. Figura 1.37. Variaia tensiunii de strpungere cu frecvena Aaesteefectulcorona,odescrcareautonomincompletcese manifest n jurul conductorilor rotunzi (linii de transport de energie) aflai latensiuninalte.Descrcareaesteluminiscent isituatnapropierea armturii metalice cu raz mic de curbur unde intensitatea cmpului este mai mare. Odescrcaresimilaraparelancercareaunuidielectricsolidcnd suprafaasanuestesuficientdemarenraportcuceaaelectrozilorde prob,canfig.1.38,iargrosimeaestesuficientpentruanuseproduse strpungerealaotensiunemaimicdectceacorespunztoare potenialului de ionizare a aerului. n consecin are loc ionizarea aerului la suprafaadielectricului,urmatdeodescrcareluminiscent,iarapoide una disruptiv, trecerea curentului avnd loc direct de la un electrod la altul prinaer.Dielectriculnus-astrpuns.Descrcareadisruptivsenumete conturare. 66Figura 1.38. Conturnarea materialelor electroizolante solide. Dacsimultanaravealocistrpungereadielectricului,aceastanu poatefiluatnconsiderarecaoncercarereproductibil.nasemenea situaiestrpungereadielectriculuiseobineintroducndansamblulde electroniiprobantr-unlichiddielectric(deex.uleidetransformator) care s nu modifice proprietile cuprului. ncazulcelormaimulidielectricineomogenisaustratificai,potfi ntlnitefenomenedestrpungerengaze,dacacetiaconinincluziuni gazoase. 1.2.4.2. STRAPUNGEREA DIELECTRICILOR LICHIZI. Pn n prezent nu exist o teorie unitar a strpungerii dielectricilor lichizi.Pebazacercetrilorexperimentales-auformulatteoriipentru explicarearezultatelor,nsacesteaauovalabilitaterestrnsnumaila anumiteaspectealefenomenului.Strpungerealichidelorseconstituie ntr-un proces multmai complex dectcelal gazelor sau solidelor. Dintre teoriileelaboratepentruexplicarestrpungeriilichidelor,suntmai apropiate de realitate urmtoarele: 1)Teoriaionizriisimilarceleidincazulgazelor,opereazcaun drum liber ionizant (a) mult mai mic datorit densitii mari a lichidului. n consecinpentruaseobineionizare,conformrelaieiestenecesaro intensitatedecmpelectricmultmaimaredectlagaze.Rigiditatea lichidelorestedezeci,sutesaumiide[kV/cm]ntimpceagazelornu depetectevazecide[kV/cm].Ionizareamoleculelorlichiduluiareo maimareextinderenmasaacestuiacndsuntprezenteimpuritile, scamele sau moleculele de ap.67Attmoleculeleionizatectiimpuritilesedispundupdirecia liniilor cmpului electricaplicat i formeaz ntre electronii metalici puni delegturcumareconductivitate.Urmareaestecretereatemperaturii dielectricului i n final strpungerea sa. 2)Teoriastrpungeriitermice,arelabazipotezaformriin lichidaunorincluziunigazoasenurmaconducieipolarizrilor.Aceste bulegazoasesedispundupdireciileliniilorcmpuluielectricntre electrozii metalici, fiind n plus afectate de ionizrile gazului din incluziuni careauloclaintensitidecmpmultmaimicidectionizarea moleculelorlichidului,nctpunileformateprezintconductivitate electricsuficientdemarepentruaseajungelastrpungere.Bulelede gazepotfiproveniteidinstratullimitdeaerabsorbitlasuprafaa electrozilormetalicinaintedeintroducerealornlichid,daridin descompunerea unor molecule sau aciunea cmpului electric. 3)Teoriastrpungeriipurelectricearelabazipotezacelectroniicareproducionizareaurmatdedescrcareaautonom i strpungerealichiduluisuntsmulidectrecmpulelectricdinelectrozii metalici ntre care se afl dielectricul. innd seama de faptul c energia de extracie a electronului difer de al un metal la altul s-a cutat n acest sens confirmareaexperimentalaacesteiteoriifrsseobinrezultate concludente. Deoarece teoriile strpungerii lichidelor sunt nc incomplete, studiul acestordielectriciiafactorilorceiinflueneaztrebuieefectuatpecale experimental.Dintrefactoriiceinflueneazrigiditateadielectrica lichidelorceimaiimportanisunt:impuritile;temperatura; neuniformitateacmpuluielectric;coninutuldeap.Defaptn exploatare,factoriimenionaisuntceiceaccelereazmbtrnirea dielectricului.Extinzndraionamenteleceexplicinfluenaunorfactori asuprarigiditiidincazuldielectricilorgazoincazullichidelorse deducecdistanantreelectroziipresiuneaauefectesimilaregazelor. Deasemeneasepoatepunenevideninfluenaconductivitiitermicea electronilor, diferind de la un metal la altul. n fig. 1.39. este ilustrat influena coninutului de ap asupra tensiunii de strpungere a uleiului de condensator. Se constat c un procent foarte mic deapreducelajumtaterigiditateadielectric.nexploatare,asemenea situaii pot cauza grave avarii i distrugeri de bunuri materiale. 68Figura 1.39. Influena coninutului de ap asupra tensiunii de strpungere. Coninutuldeapnuleiatragedupsineinfluenamaipronunata temperaturiiasupratensiuniidestrpungere,cumrezultdinfig.1.40. Uleiuldeshidratatnuesteafectatdecretereatemperaturiipnla9095 [C] aceasta fiind i limita maxim de nclzire admisibil a uleiului. Lancercareadestrpungereauleiuluimineralcutensiune alternativ se constat c peste anumite valori ale frecvenei (cteva sute de Hz)tensiuneadestrpungerescadedincauzacreteriinclziriiidecia efectului de strpungere termic.Figura 1.40. Influena coninutului de ap asupra variaiei cu temperatura a rigiditii dielectrice. ncepndnsdelavalorimicialefrecveneipnlaaceastlimitcritic,tensiuneadestrpungerecretecufrecvenadatoritmicorrii durateisemiperioadeitensiuniiaplicatenraportcutimpulnecesar dezvoltrii strpungerii. 69npracticaexploatriidielectricilorlichizitrebuiesfieluaten consideraretoateconcluziilecerezultdininfluenadiferiilorfactori asupra comportrii lor n cmp electric. Aceasta impune controlul periodic al strii dielectricilor lichizi. 1.2.4.3. STRPUNGEREA DIELECTRICILOR SOLIZI. n paragrafele anterioare s-a dedus c dielectricii solizi, la intensiti marialecmpuluielectric(peste104[v/m])prezintpelngconductibilitateaioniciunaelectronic,nctconductivitatea()este funcieideintensitateacmpuluielectricconformlegiiluiPoole.Peste valoride105 107 [v/m]serealizeazstrpungereadielectriculuifiepe calepurelectricfiepecaleelectric itermic.Prinstrpungerese produce distrugerea reelei atomice a solidului i formarea unui canal liber delaoarmturmetaliclaalta.Dacdielectriculesteconsideratntre douarmturimetalicecanfig.1.29(npractictotdeaunadielectricul separprimetaliceaflateladiferenedepotenialfoartemari),cndn masasaseconstituieci,delaoarmturlaalta,cuconductivitatemai mare dect cea normal se produc nclziri locale excesive i strpungerea devine iminent. n funcie de puterea sursei de alimentare strpungerea are loc sub form de scnteie sau arc electric. Esteconvenabil,pentrunelegereaprocesuluistrpungerii,cacele doufeluridestrpungerepurelectric itermicsfieconsideratei studiate separat. Strpungereapurelectricserealizeaz,lancercridescurtdurat cnd dielectricul nu-i modific temperatura sub aciunea cmpului electric exterior. Distrugereareeleiatomiceirealizareastrpungeriipoateavealoc numaisubaciuneaforelor,datoratecmpuluielectric,capabilesechilibreze i s desvreasc fora de coeziune dintre ionii reelei. Strpungerea termic apare i se suprapune peste cea pur electricdac dielectricul se nclzete sub aciunea cmpului electric (aa cum este totdeaunanexploatare).Caurmaretensiuneadestrpungeretermiceste maimicdectceapurelectric.Deaceeanaplicaiilepracticein proiectare trebuie s fie luat n considerare tensiunea de strpungere i nu cea pur electric. Pentrudeducereatensiuniidestrpungeretermics-auadoptat diferitecipebazaunoripotezemaimultsaumaipuinndreptite.Ca urmareaufostobinuterezultateparialconfirmatedeexperien,sau alteori chiar n contracie cu aceasta. 70Factoriicareinflueneazrigiditateadielectricilorsolizise determinexperimentaliseexplicpebazastudiilorteoreticesimilar cazurilorprecedente.Experimentals-aobservatclagrosimimici (poriunearectilinieacurbei),rigiditateanuvariazcugrosimea dielectricului(US/d = const.).Lagrosimimarinsrigiditateascadecu creterea grosimii (d) deoarece (US = const.). Frecvenanuducelascdereatensiuniidestrpungeretermicn raportcu( ),ciaacumrezultdinpracticreducereaestemaimicdectcretereafrecvenei.Pentrufrecvenelede50 Hzi106 Hz,raportul lor fiind (1/140), tensiunea de strpungere termic nu scade n acest raport cide(1020)deorimaipuin(dectindicraportul)conformdatelor experimentale. Dependenadetemperaturarigiditiidielectricerezultdin dependenatensiuniidestrpungeretermicdetemperaturifrecven, iar n curent alternativ totdeauna rigiditatea scade cu creterea temperaturii.n curent alternativ, cu creterea frecvenei se constat c trecerea de lastrpungereaelectriclaceatermicareloclatemperaturitotmai sczute,aacumsearatnfig.1.41pentrusticlacugrosimeade (0,04 mm).Aceastaestedatoritcreteriipierderilorndielectriccu frecvena,ceeacecontribuieladezvoltareastrpungeriitermicenmai mare msur dect a celei pur electrice. Figura 1.41. Influena frecvenei asupra temperaturii de trecere de la strpungerea electric la strpungerea termic. Pentruunelematerialesolideseconstatinfluenaaneuniformitii cmpului electric asupra rigiditii.71Pentrudielectriciiomogenirigiditateasereducedectevaorila cmp electric neuniform n raport cu strpungerea n cmp uniform. Rigiditatea dielectric ca o constant de material este indicat, pentru condiiidate,pentrufiecaredielectriccanexempleledintabelulurmtor sunt cuprinse rezultatele obinute n curent alternativ la frecven de 50 Hz i temperatura de 20 [C]. Seremarcdoucazurideosebite,laacelaimaterial,nurma efecturiiuneioperaiidembuntireacaracteristicilordielectricului. Astfel hrtia de cablu prin impregnare i mrete rigiditatea de la (70~100) la(1000~1500)[kV/cm],iaruleiultransformatorprinpurificare,i mrete rigiditatea de la (40~50) la (200~300) kV/cm.Materialeleporoase,cumestehrtia,deiprezintstrpungereprin ionizareaaeruluiprinpori,rigiditateasanstareneimpregnatestemai mare dect cea a aerului. Acesta se atribuie faptului c seciunea arcului la descrcare n timpul strpungerii necesit intensitatea de cmp cu att mai mare cu ct ea este mai mic.nmaterialeleporoaseseciuneacanaluluidearcesteuneorimult maimicdect1 [mm2]carecorespundedescrcriinaerncondiii normaleiprinurmarestrpungereaserealizeazlaotensiunemaimare, deci rigiditatea este mai mare dect n cazul aerului. Tabelul 1.1. Rigiditatea dielectric a unor materiale electroizolante. Materialul ES [kV/cm] Sticla subire10003000 Mica subire10001200 Hrtia de cablu neimpregnat70100 Hrtia impregnat10003000 Folii sintetice (polistiren)9001200 Ceramica100300 Rini fenolice cu umplutur100150 Marmur 4050 Ceramic termic1525 Ulei de trafo nepurificat4040 Ulei de trafo purificat200300 Ulei sintetic (ascareli)140200 Uleiuri siliconice150200 72Avantajulmaterialelorporoaselconstituiensposibilitatealorde impregnare cu rini sub form de lacuri, eliminndu-se astfel porozitile, ceeaceconfermaterialuluiorigiditatedielectricdectevaori(saude zeci de ori) mai mare 1.3. PROPRIETI NEELECTRICE ALE DIELECTRICILOR. Din paragrafele precedente se poate deduce importana proprietilor electricepentruutilizareadielectricilornelectronic.Existnsiunele proprietineelectricecarenanumitecondiiipotdeterminadistrugerea neelectricaizolaiei,urmatinevitabildestrpungereirespectivde ieireadinfunciuneainstalaiilor,mainilorsauaparatelorelectrice.Iatde ce se impune luarea n considerare a tuturor proprietilor dielectricului la utilizarea sa n practic. Proprietileneelectricecaracterizeazmaterialeledinpunctde vederemecanic;fizic;chimicitermic.ncadrulfiecruigrupde proprietisedefinescmaimultemrimicareconstituiemsuriale proprietilorrespectivedingrup.ndomeniulutilizriidielectricilornu toateacestemrimiprezintimportannegalmsurideaceeasunt studiatemaialescelecareinflueneaznmodfrecventcomportarea materialului i care sunt specifice domeniului sau locului de aplicaie. Datfiindcdefinireaimoduldedeterminareacelormaimulte mrimineelectriceseefectueazncadrulaltordiscipline,sevarestrnge ariaacestoraspectenceleceurmeaz.Pentrumrimilecarencazul dielectricilorsedeterminexperimentalnmoddiferitdectlaalte materiale, este util cunoaterea metodei chiar i numai n principiu. 1.3.1. PROPRIETATI MECANICE. Acestea cuprind: rezistena la traciune (r); rezistena la ncovoiere (i);rezistenalecompresiune(c);rezistenalasarciniaplicate dinamic;reziliena(rez);alungireaspecific(l/l);duritateaBrinell (HB); modulul de elasticitate (E); rezistena la abraziune, etc.73Figura 1.42. Pendul pentru msurarea duritii lacurilor. Pentrudielectriciisolizideterminareamrimilormecanicese efectueazcaincazulmetalelor,cuexcepiaduritiilacurilor.Pentru determinareaduritiilaculuiseaeazpesuprafaapeliculeilamaunui pendul format dintr-un cadru de srm ca n fig. 1.42. Pendulul scos din echilibru este lsat s oscileze pn cnd elongaia scadelaoanumitdiviziuneisemsoartimpulctdureazaceastamortizare(t0).Serepetexperienacuunmaterialacruiduritate(H1) estecunoscut itimpulmsuratestet1).Dinraportultimpilorial duritilor rezult duritatea necunoscut a locului H0 = H1 t0 / t1(1.139) Pelngduritate(decirezistenlaabraziune)cndlaculse utilizeazcaemailpentruconductoaretrebuiesaib,elasticitate corespunztoare,iaralungireaspecificicoeficientuldedilataieliniarctmaiapropiatedealemetaluluipentruaseevitadesprindereadepe conductor. 1.3.2. PROPRIETI FIZICE. Acestea se refer la: densitate (masaspecific mS); porozitate; higroscopicitateiadsorbie.ncazuldielectricilorporoi,densitatease determincaraportulntremas ivolumultotalmaipuinvolumul porilor. Dac se noteaz masa corpului cu (m) n [kg], volumul total cu (V) n [m3], iar volumul porilor cu (Vp), rezult densitatea materialului poros: ppV Vm= [kg/m3](1.140) 74Figura 1.43. Tipuri de pori. Porozitatea,reprezintraportulntrevolumulporilor(Vp)i volumul total (V): 100VVp) p (= [%](1.141) ipoateatingepnla50%lamaterialecuporozitatemarecumsunt hrtiileiesturile.Sedeosebesc,dupform,treifeluridepori: deschii; seminchii i nchii ca n fig. 1.43. Primeledouformedeporiprezintavantajulcpotfiumpluteca lacurielectroizolanteprinimpregnareadielectricului(eventualdupo prealabilvidare).Caurmarecalitiledielectriculuiporossepot mbunti corespunztor lacului de impregnare. Higroscopicitatea caproprietateacorpurilordeaabsorbilichidei respectivvaporiidinatmosfer,estecauzatdeexistenaporozitii. Materialeleporoaseabsorblichidele,ncazulcelmaifrecventvaporii din mediulnconjurtoriimresccorespunztorumiditatea.ngeneral absorbiapoatefimsuratprinconinutuldeapdinmaterial,carese exprim prin umiditatea relativ: GG G0r= [%](1.142) unde:G0estegreutateamaterialuluiuscat,iarGestegreutatea materialului umed.75Figura 1.44. Variaia n timp a umiditii materialelor higroscopice i nehigroscopice. Dielectricihigroscopicitindtotdeaunaspreoumiditatedeechilibru atunci cnd sunt introdui ntr-un mediu care are umiditatea relativ r, ca n fig. 1.44. Materialele a cror umiditate variaz n timp dup curbele (1) i (1') nu sunt corespunztoare pentru insolaii. Dielectricii de bun calitate nuabsorbumezealadectnfoartemicmsursaudeloc,corespunztor curbelor (2) i (2'). Dielectriciinehigroscopici(impenetrabili)seumezescnatmosferprinadsorbie.Adsorbiaconstncondensareavaporilorlasuprafaa dielectriculuisubformdestraturimolecularedeap(sticl,mic,unele rinisintetice).Attadsorbiactiabsorbia(ptrundereaumezeliin masa corpului) se determin prin msurarea unghiului marginal () pe care lformeazsuprafaacorpuluicusuprafaauneipicturideapcuvrful pe linia de contur a ariei de contact ca n fig. 1.45. Figura 1.45. Mrimea unghiului marginal la materiale adsorbante i absorbante. 76Dac unghiul marginal < 90 ca n fig. 1.45 a, materialul se ud fie prin adsorbie (la sticl i mic este practic nul). Dac < 90, ca n fig . 1.45 b, dielectricul nu se ud (parafin, folii sintetice, siliconi). Adsorbiile materialelorimpermeabileestefoartepronunatlaumiditirelativeale atmosfereicedepescumiditateanormal(rn = 65%)canfig.1.46i prezintneajunsulcreducnfoartemaremsurrezistivitateade suprafa a dielectricului. Figura 1.46. Adsorbia materialelor impermeabile. 1.3.3. PROPRIETI CHIMICE. Dintretoateproprietilechimicealematerialelor,ncazul dielectricilorprezintinteresdeosebitrezistenalaaciuneaacizilori bazelor,solubilitatea,compatibilitatealacontactulcualtemateriale, stabilitateachimic,aciditateancazullichidelor,toxicitatea(emanaii toxice), oxidarea etc. Aciuneaagenilornocividinatmosfersemanifestnprezena oxigenuluiiaumezeliicaresedepunelasuprafaadielectriculuisub formdepeliculeconinnddizolvatediverseelementedinmediul ambiant.Peliculeleacidesaubaziceauefectcorozivasupraizolaiilori deteriorarea este n general intensiv. Solubilitateaprezintinterespentruprepararealacurilor electroizolante i depunerea lor pe izolaii. n general o substan solid se dizolvuorntr-unalichidcareconinegruprisimilaredeatomisau moleculenstructurasa(deex.parafinahidrocarbursaturatsolidse dizolvuornbenzen,ambeleavndgruprideatomiCH(.Solidele termorigideausolubilitateredussaudeloc.Aceastadeoarecesolubilitate scade cnd gradul de polimerizare sau policondensare crete. 77nizolaiilemainiloriaparatelorelectriceintervinedereguldiferiidielectrici.Caurmareseimpunecompatibilitatealor,adicsse formezereaciichimicentreelementelecomponenta doi dielectriciaflai n contact. Stabilitatea chimic prezint un interes major pentru toate felurile de dielectrici,darmaicuseampentruceicesuntsupuilaaciuneaarcelor electrice,aradiaiilorultraviolete,aradiaiilorsolare,aaciunii microorganismelor, a ocurilor de temperatur etc. Dielectricii lichizi cum sunt uleiurile utilizate n contact cu izolaiile nfurrilor electrice trebuie s nu aib aciditate deoarece aciunea acizilor se resimte asupra majoritii materialelor.Indiceledeaciditateauleiuluisedeterminprincantitateade hidroxid pe potasiu (n mg) ce este necesar pentru neutralizarea 1 [g] din substana acid (adic mg KOH/g). ngeneralcureferirelatoxicitatetrebuieavutnvederecmaterialelecareaustabilitatechimicredusicareemanvaporitoxici (cumsuntcelececoninclor)sefolosescnumaicumsuriledeprecauie cuvenite.Aadeexempluuleiurilecloruratenusefolosescn ntreruptoarecuuleisaudacseintroducncondensatoareacestease executnconstruciespecial.materialeletoxicesuntnsoitede recomandri de folosire pentru evitarea accidentelor. 1.3.4. PROPRIETATI TERMICE. Acesteproprietiinflueneaznunumaiasupraproprietilor electricecums-aartatnparagrafeleanterioareiasuprastructurii dielectricilor,deciasupratuturorproprietilorngeneral.Dielectricilorli se impun cerine contradictorii, deoarece trebuie s aib pe de o parte mare rezistivitatedevolum,darsprezinte,pedealtparte,conductivitate termic ctmaimare pentru a permitedisiparea pierderilor de energie din conductoare ca i pierderile proprii.Dinansamblulproprietilortermice,lautilizareadielectricilor prezintimportanmaiales:conductivitateatermic [kcal/m Cm], sau[W/cm C];clduramasicc[kcal/kg C]sau[Ws/g C]; transmisivitateatermic [kcal/m2 h C]sau[W/m2 C].Toatemrimile trebuiesfiecunoscutepentrudielectriculceurmeazafiutilizatn construciepentrudielectriculceurmeazafiutilizatnconstrucieunui produs electrotehnic i ele sunt indicate n standarde i prospecte. 78nclzireadielectricilorinflueneaztoateproprietileastfelc temperaturaafostadoptat icaomsuralimiteipnlacare proprietilesepstreazcorespunztoare.nacestsenssedefinete stabilitatea termic a materialelor electroizolante. Stabilitateatermic,constituietemperaturamaximlacarepoate funcionaundielectric,timpndelungat(ani;zecideani)frca proprietilesalessedeteriorezeimsurilelorsscadsubolimitinferioaradmisibil.Pentrudielectriciisolizisautermoplasticise utilizeazcamsurastabilitiitermicetemperaturalacarecorpuli modific forma, ceea ce corespunde unor schimbri de structuri implicmodificarea i a celorlalte proprieti. Pentrumaterialeletermoplastestabilitateatermicsedeterminprin metoda inelbil (pentru ceruri, bitumuri etc.). Lamaterialesolidestabilitateatermicsedeterminprinmetoda Martens. Mostra de material (lungime 120 mm, seciunea 10 20 mm2) se aeaz ntre dou bacuri (1) i (2) ca n fig. 1.47. Pe tija solidar cu bacul (2) se afl greutatea (G). La captul tijei indexul (i) se poate deplasa n faa scalei(S).Momentuldencovoiereprodusdegreutatea(G)sealege conformnormelor.Senclzeteincintacuovariaieprestabilita temperaturii pe unitatea de timp, pn cnd, proba (M) se deformeaz sub aciuneamomentuluincovoietorastfelcaindexul(i)secoboarecu(n) diviziuninfaascalei(S).Secitetetemperaturalacare(n)corespunde normeistabilitepentrumaterialuldat.Aceasttemperaturreprezintstabilitatea termic. Figura 1.47. Dispozitivul Martens de determinare a stabilitii termice. 79Deistabilitateatermicreprezintunmijlocdeaprecierealimitei pn la care dielectricul poate fi solicitat pot duce la scoaterea din funcie a izolaieinaintedeaseajungelatemperaturadestabilitatetermiccum sunt agenii nocivi din atmosfer, vibraiile mecanice, pierderea elasticitii etc. Stabilitateatermicalichidelorconstituietemperaturade inflamabilitate(aprindereavaporilor)sautemperaturadeaprindere(a lichidului propriu-zis). Pentru gaze stabilitatea termic constituie de asemenea temperatura de inflamabilitate. 1.4. CLASIFICAREA DIELECTRICILOR Oricare dintre proprietile dielectricilor poate servi drept criteriu de clasificareaacestora.S-auimpustotuicriteriilecucaractergeneralcum sunt: stabilitatea termic; natura chimic; starea de agregare; forma i caracteristica esenial a materialelor componente (criteriu enciclopedic) lacaresemaiadaugeventual,stareafinal itransformrilenecesare pentru obinerea produsului finit. 1.4.1. CLASELE DE IZOLAIE. Folosinddreptcriteriudeclasificarestabilitateatermic,materialele electroizolantesempartnclasedeizolaieiaucaracteristicacomuntemperaturamaximlacarepotfiutilizatetimpndelungat.Pentru determinareastabilitiitermice,pelngtemperatur,sepotutilizai mrimi electrice (constante de material) ca de exemplu scderea rigiditii dielectricecucretereatemperaturii(veziSTAS10242/175iSTAS 10514/170), mrimi fizice sau mrimi mecanice. Oclasdeizolaiecuprindematerialelecareauostabilitatetermiccomparabil, la o temperatur de serviciu dat. Claseledeizolaieictevaexemplereprezentativedemateriale cuprinse n fiecare clas, sunt indicate n tabelul de mai jos conform STAS 624760 (cu completarea 1 din 29.04.77) i Publicaia CEI nr. 85. 80Tabelul 1.2. Clasele de izolaie Denumirea claseide izolaie Materiale electroizolante Y (90C)Materiale textile pe baz de celuloz, fire poliamidice, hrtii celulozice,cartoaneneimpregnate.Polietilen,polistiren, PVC, cauciuc natural vulcanizat etc. A(105C) materiale textile pe baz de celuloz, fire poliamidice, hrtii celulozice,cartoane,impregnateculacuriuleioase, oleorinoaseioleobituminoase,precumilichide electroizolante.Foliipoliamidice,detriacetatdeceluloz, materialecombinate,folieprespan,leteroid.Cauciucpe baz de butadien cu acrilnitril i cauciuc pe baz de clorbu-tadien etc. E (120C) Emailuripolivinilacetolice,poliuretanicesauepoxidice pentruconductoare.Maseplasticefenolicecuumpluturorganic, stratificate pe baz de hrtie (de tip pertinax) i de estur(detiptextolit).Riniepoxidice,poliesterice, poliuretanice. B(130C) Materiale pe baz de mic sau hrtie de mic fr suport sau cu suport din hrtie sau estur organic, precum i pe bazdefiredesticl iazbestimpregnateculacuri oleobituminoase,bacheliticeepoxidice,poliuretanice, gliptalice.maseplasticecuumpluturanorganic. Stratificatepebazdefiredesticl iazbest.Emailuri teraftalice pentru conductoare. F (155C) Materiale pe baz de mic sau hrtie de mic fr suport sau cusuportanorganic,precumipebazdefiredesticli azbestimpregnatecurinialchidice,epoxidice, poliesterice, sau cu rini siliconice modificate etc. H (180C)Materialepebazdemicsausuport,saucusuport anorganic,saupebazdefiredesticlsauazbest impregnateculacurisiliconice.Maseplasticecuumpluturanorganic. Cauciucuri siliconice. C> (180C) Materialeanorganice(mica,sticla,ceramica,marmura, azbestul etc.). materiale pe baz de mic, samica, fr suport saucusuportdinfiredesticlimpregnatecucompui anorganicisaurinisiliconicecustabilitatetermicpeste 220 C. Politetrafuoretilena (Teflon), etc.81Clasificareamaterialelornclasedeizolaieestenprezent nesatisfctoaredeoarecesereferlagrupedematerialecepotintran constituiaunuisistemdeizolaie,darnuoferposibilitateaalegeriiunui material pentru condiiile impuse de un anumit scop sau loc de utilizare. Ca urmareestecutatunaltcriteriudeclasificareamaterialelor,propusde ctreComitetulElectrotehnicElveianiadoptatdeCEI(Comisia ElectrotehnicInternaional).Aceastclasificarecuprindenfiecare grupmaterialedeaceeaiform istarefinal,carenecesitpentru utilizare acelai mod de prelucrare. 1.4.2. MATERIALE ELECTROIZOLANTE ORGANICE. Clasificareamaterialelorelectroizolantedupnaturalorchimicare cacriteriudesubdiviziunestareadeagregareiesteunanimutilizatmai alesndomeniuldidacticalcunoateriidielectricului.Importanapracticacesteiclasificriconstnnecesitateagrupriidupnaturachimica materialelordestinateunuidomeniudatdetemperaturideutilizare,deci uneiclasedatedeizolaie.Astfelmaterialeleorganiceprezentaten primeleclasedeizolaienupotfiasociatematerialelordinclasele(H)i (C), sau invers. Materialeleelectroizolanteorganice,dupstareadeagregarese mpartn:A) gazoase;B)lichideiC)solideultimeledou,fiind subclasate n funcie de origine. 1.4.2.1. GAZE ELECTROIZOLANTE. Celmaiutilizatdintredielectriciigazoiesteaeruldeoarece constituieelementulizolantntreprileactiveicarcasntoate construciile electrotehnice uscate. Aerul prezint neajunsul c favorizeazoxidareaicoroziuneametalelordincomponenamainilor,aparatelori instalaiilorelectrice.Remediulserealizeazprinutilizareaazotuluica mediu dielectric, iar dac este impus acestuia i funcia de agent de rcire se utilizeaz hidrogenul.Dei hidrogenul are rigiditatea dielectric de aproximativ 15 ori mai micdectaerul,seutilizeazcadielectriciagentderciremaialesn mainile electrice de puteri mari, deoarece are densitatea de asemenea mai mic(deaproximativ15ori)dectaeruldecipierderileprinfiecaresunt corespunztor mai mici.82Pedealtparteclduramasic,conductivitateatermic i transmisivitatea(solidgaz)estemaimaredectaaerului.Hidrogenul prezintnsneajunsulcnamesteccuoxigenul,nanumitecondiii, devine exploziv. Gazeleelectronegative,constituieocategorieimportantde dielectricigazoindeosebipentruutilajeleantideflagrantedinindustria extractiv. Aceste gaze au mare afinitate pentru electroni datorit uurinei cu care clorul i fluorul din compoziia lor formeaz ioni negativi.nconsecinprezenalormpiedicformareaarculuielectricsaua scnteilorevitndastfelpericolulexplozieigazelordemin.Celemai utilizategazeelectronegativesunt:hexafluoruradesulf(SF6)i perfluorcarbonii. 1.4.2.2. MATERIALE ELECTROIZOLANTE ORGANICE LICHIDEDielectriciilichizisuntreprezentaimaialesdectreuleiurilede diferite naturi care n timpul exploatrii i pstreaz starea lichid. Dup natura lor uleiurile se clasific i se subclasific astfel: 1)Uleiurinaturale:1.1.vegetale(uleiul dericin) 1.2. minerale (uleiul de transformator, uleiul de condensator, uleiul de cablu). 2)Uleiurisintetice:2.1. cloruratedetipaskareli (pentaclordifeni, pentaclordifenil+triclorbenzen)avnddenumiricomercialeca:clophen, permitol,sovol,sovtoletc.Acesteuleiurisuntneinflamabile,neoxidabile, cu bun stabilitate chimic i electric. Altelichideelectroizolantecabenzolul,toluenullidiferiiesteri organicinuseutilizeazdeobiceicaatareimaialescasolvenipentru prepararealacurilorelectrotehnice.ntabelulurmtorsuntprezentate cteva lichide electroizolante. Laconductivitatea gazelor s-a scos n eviden c le sunt dielectrice cttimpliseaplicuncmpelectricmaimicdectceldeionizare.n criogeniesentlnescadeseacazurincaregazelelichefiatenuattsolul de egeni criogenic ct i cel de dielectric. Gazele n stare lichid (ca heliul, azotul, neonul, hidrogenul etc.) prezint proprieti dielectrice comparabile sau uneori chiar mai bune dect uleiurile electrotehnice.Proprietile dielectrice ale lichidelor criogene ca i ale dielectricilor ce sunt lichizi la temperatura ambiant, nu diminueaz sensibil n prezena impuritilor.Caurmaremeninereaacurateeidielectricilorlichiziesteo necesitate parial. 83Tabelul 1.3. Proprietile unor dielectrici lichizi. LichidulPolaritateala 20 C i 50 Hz r V [cm]tg ES [kV/cm] Ulei mineral neutru2,12,410121018 103104 350300 (pur) 4050 (impur) Ulei de ricin polar4,51012 120180 Askarelpolar4,5610101014 102103 140200 Ulei siliconic slab polar2,531014 104 150200 Uleiurile minerale sunt obinute prin distilarea fracionat a ieiului. Eleconstituieamestecurinhidrocarburiparafinice(CnH2n+2),naftenice (CnH2n)iaromatice(CnH2n6),caredeterminprinproporialor caracteristicile uleiului. Att rafinarea ct i recondiionarea unui ulei vechi comporttratareacuacidsulfuricpentrundeprtareaimpuritilor,apoi neutralizare cu hidroxid de sodiu, splare cu ap, decantare i centrifugare, urmatedeuscareifiltrareastfelcasfieeliminateoriceurmedeapi impuritinsuspensie.ntr-unuleidebuncalitatehidrocarburile parafinice nu trebuie s depeasc 30% i nici cele aromatice s nu atingaceastproporie,deoareceprimelemrescvscozitateairitmulde mbtrnire,iarcelelaltesedescompunsubaciuneaarculuisau descrcrilordegajndocantitatedecarbon(semiconductor).nschimb hidrocarburilenaftenicetrebuiesfiecelpuinnproporiede60%. Uleiurilemineraleseutilizeazntransformatoareicabluricadielectric avnd rigiditate mare i tg bun i n ntreruptoare ca izolant i mediu de stingere a arcului. n exploatare calitile uleiurilor se alterneaz sub aciunea cmpului electric,temperaturii,oxigenuluiicontactuluicualtecorpuri(metalei dielectrici solizi). Ca urmare proprietile uleiului variaz cu temperatura i frecvena, ceea ce a impus elaborarea unor norme de verificare periodic a uleiurilor din transformatoarele i agregatele de mare importan tehnici economic.Proprietileuleiurilorsedeterminpebazanormelordin standarde,cumsunt:STAS28679,STAS679978,STAS679873, STAS 890876, iar n afara acestora pe baza normelor interne ale fabricilor productoare. Uleiurilesinteticeseutilizeazmaialesnconstrucia condensatoarelordeoareceprezintpermitivitatemaimaredectcele mineraleceeacepermitereducereavolumului,laaceeaicapacitate,cu 3040.84Dincauzaconinutuluideclorcaresedegajsubaciuneaarcului electric i formeaz i acidul clorhidric n combinaie cu hidrogenul, aceste uleiuriprezintpericoluldetoxicitateidecoroziuneaconductoriloria dielectricilor.Deaceeaseevitfolosirealorntransformatoarei ntreruptoarefrmsurispecialedeprecauie.Unelematerialeorganice solidesuntsolubilenuleiurilecloruratesaufluorurate.Dinaceastcautse evit punerea n contact a difenililor cu fenolii sau masele plastice care coninfenoli.Uleiurilesinteticefluoruratenuprezintdezavantajele askarelilor i pot fi utilizate i pentru transformatoare ns i unele i altele sunt mai scumpe dect cele minerale. 1.4.2.3. MATERIALE ELECTROIZOLANTE ORGANICE SOLIDE.Dup natura, originea i structura lor dielectricii solizi se clasific n moduridiferite.Dacseianconsiderarenprimulrndfaptulcsubstaneleorganicesuntcombinaiimultiplealecarbonuluicaredatoritsistemuluitetraedricdecristalizareareposibilitateasrealizezeprin valenerotativecelemaidiverseconfiguraiidereelespaiale,iarnal doilea rnd c fiecrui atom de carbon (tetravalent) i se pot anexa radicali organici,rezultctdevastpoatefimulimeacombinaiilorcarbonului (combinaiiorganicesuntaproximativ600.000ntimpceanorganicenu suntdectaproximativ40.000).Materialeleorganicesolidesintetice posed un numr mare de atomi de carbon pe molecul i se pot forma prin diferiteprocesechimicepringrupareamonomerilornpolimeri(sau macromolecule)cumiideatomidecarbonpemolecul.Proceselede formareamacromoleculelor:polimerizarea; policondensareai poliadiia, imprim i anumite proprieti specifice materialului format. Din punct de vedere a structurii moleculare materialele solide se pot grupa n: 1) Micromoleculare (ceruri i substane ceroase) 2) Macromoleculare (rini) Proprietateaesenialpecarestructuraoconfercorpuluiconstn comportareaacestuialasolicitritermice.Corpurilemicromoleculareau structur cristalin, cu un numr mic de atomi de carbon pe moleculi ca urmare temperatura lor de topire este redus la 3060 C. Au avantajul cprezintpierderimicideenergie(tg 104) ipracticindependent de frecven. Cerurile (animal: de albine; vegetal: de carbon; mineral: ceara montan), se utilizeaz n prezent tot mai puin.85nschimbsubstaneleceroasenepolare(parafina;ceresinai vaselina)suntncfrecventutilizatedatoritpierderilorfoartemicide energiepecarelaprezintncmpalternativchiarilafrecvenefoarte nalte.Aceastadatoritfaptuluicpolarizareapredominatestecea electronic. Substaneleceroasepolareseobinprinhidrogenareauleiuluide ricinsauprinclorurareanaftalineiiprezintcaproprietateesenialpermitivitateafoartemareceeacelefacefoarteutilepentrurealizarea condensatoarelor de capacitate mare la volum mic. Materialele macromoleculare dup natura lor pot fi: 1) naturale ( animale: ellacul; vegetale: colofoniul i fosile copalul (chihlimbarul), 2)sintetice(depolimerizare:polistiren,polivinilcarbazol,polietilen, poliizobutilen, policlorur de vinil, politetrafluoretilen (sau teflon); de poliadiie:poliuretani;epoxidice;depolicondensare:poliamide, poliesteri, carbamidice, fenolice, melaminice etc.). Rinilenaturalesuntnprezentutilizatenumailapreparareaunor lacuriicomponduri,deoareceproprietilelorsuntsubnivelulcelorde natur sintetic. Polistirenul se preteaz n toate strile i formele sale ca dielectric n circuitedenaltfrecvendatoritpierderilorfoartemici(similar parafinei) n cmp alternativ.Dinpolistirensefabricbenziflexibile(stiroflex)pentruizolarea cablurilordenaltfrecvencaimaterialeporoase(stiporor)utilizate pentruizolaiielectrice,termiceifonice,saupentruambalarea instrumentelor de msur.Polietilenaareutilizrisimilaresubformdeplci,tuburi,folii, piese turnate, izolaii de cabluri i conductoare. De asemenea se utilizeazPCV n stare vscoas pentru lipiri i acoperiri cu pelicul izolant. PTFE (teflon)esteceamaibunrinsintetic,custabilitatetermicpeste 250 C,pstrndu-iproprietileindomeniultemperaturilorcriogene pnnapropierede0 [K].PTFEseutilizeazncondiiidesolicitri intense termice i de umiditate, pentru maini i aparate electrice izolate n claseleHiC.Sefabricsubformdeplci,bare,tuburi,carcaseifolii (0,051,6 mm).LanoinarseproducePTFElaCombinatulchimicdinVictoria. Dintrerinilesinteticedepolimerizareseutilizeazfrecventn electrotehnic i polimerii acidului acrilic, fie ca rini tari (pexiglas) fie ca rini de lipire (plexigum). Riniledepolicondensareidepoliadiiesuntutilizatelafel,fie nstaresolid,fienstarevscoascamaterialedelipiresaucabaza lacurilor.86Ctevadintreacesterinisuntsurprinsentabelulurmtor,ncare suntprezentateirinilesiliconicedeiacestea,caiuleiurilesiliconice constituie o categorie de trecere ntre materiale organice i cele anorganice. Tabelul1.4.cuprindenumaivalorimaxime,iarpentrutg valori minime. Tabelul 1.4. Proprietile unor rini. PoliamideCaracteristiciFe-nol-form-alde-hidiceCar-ba-midi-ce Mela-mino-formal-dehidi-ce Ny-lon Perlon U Sili-coni-ce Epo-xi-dice Poli-esteri nesa-turaiDensitatea [kg/dm3] 1,30 1,55 1,551,13 1,211,09 1,25 1,26Rezistena la traciune [daN/cm2] 600900 900950600800 700 Rezistena la ncovoiere [daN/cm2] 1200 1100 11001000 7001200 1200Rezistena la com-presiune [daN/cm2]2100 2100 26001000 9001300 1800Conductivitatea termic [W/m C]0,25 0,30 0,24 0,320,18 0,21 0,15Rezistivitatea de volum [cm] 1012 1013 1013 109 1013 1017 1017 1015 Rigiditatea dielectric[kV/mm] 1616162520703526 Permitivitatea r la 20 [C] i 50 [Hz]6,57,49,573,73,54,24,9 tg (20 C i 50 Hz) 0,06 0,03 0,450,02 0,01451047103 8104Stabilitatea termicMartens (C) 150100 160200150 175 Rinilefenoplaste(saubachelitice)seutilizeazpnla temperaturi de 150 C pentru piese electroizolante, ca baz a lacurilor sau ca liant la fabricarea stratificatelor (pertinax, textolit etc.). Policondensarea se poate opri i apoi continua dup necesiti.87Cucatalizatorbazicseobinentimpulreacieintre100i160 C, bachelitaA(Rezol)termoplast,aproapevscoas,bachelitaB(Rezitol) termoplast,nerigid;ibachelitaC(Rezit)termorigid,durpinsolubil. Combinaii ntre fenoplaste i carbomidice, sau melaminice pot fi realizate pentrumbuntireaunoradintreproprietisaupentrudiversificarea posibilitilor de utilizare. Rinile poliamide se disting ca baz a emailurilor cu mare aderenn special la conductorii de aluminiu sub denumirea de izoperlon, izorelon. Poliesteriisubformdefibre,hrtie,esturi,filmesaufoliitransparente (nylon, bostarphan) se utilizeaz n construcia transformatoarelor uscate i abobinelorpentruelectromagnei.Deasemeneaseutilizeazpentru materialecombinate(nuvolit,poliflex)saucasuportpentruprodusepe baz de mic (H2Msi).Rinileepoxidiceprezintcaocaracteristicesenialaderenfoarte bun la suprafaa corpurilor i se utilizeaz att ca baz a lacurilor de impregnare mai ales pentru izolanii n clasa F. Prezint de asemenea mare rezisten la aciunea arcului electric, mare rezistivitate de suprafa, foarte bune proprieti mecanice i lips de incluziuni gazoase. Rinile epoxidice seutilizeaznamesteccuuncatalizator(durifivator),franecesita solveni, ca rini de turnare, de presare, de impregnare sau de lipire, ca i pentrufabricareastratificatelorcuesturidesticl(sticlotextolit)saua materialelor combinate pe baz de mic i esturi de sticl. Rinilesinteticecumareaderencumsuntcelefenolicei epoxidiceseutilizeazpentrufabricareamaselorplasticestratificateca: pertinax (umplutur din hrtie de cablu preimpregnate, suprapuse i presate lacald);textolitul(cuumpluturdinesuturitextile);sticlotextolitul( cu umplutur din estur de sticl). Dingrupamaterialelorelectroizolanteorganicefacepartei celuloza, esterii i eterii celulozei, fibra vulcan i ali derivai ai celulozei. Produseledincelulozauceamaimareutilizarenelectrotehnicsub formde:hrtii(decondensator,telefonic,decablu,hrtiasuport pentruprodusedemic);cartoane(prespanuri);fibravulcan (leteroidul)esteceluloztratatcuclorurdezinc;filme(triacetatde celuloz);esturi(debumbac,in,mtasenatural,mtaseartificial); tuburilinoxinice(sterlingsauvarnish).Produseledehrtie,esturisau fibreseutilizeazdeobiceiimpregnatecalacuricleioase,rinoase, oleobituminoase, n general organice. 881.4.3.MATERIALE ELECTROIZOLANTE ANORGANICE. Materialeleelectroizolanteanorganice cuprindctevagaze,cteva roci naturale, cuarul, azbestul i mica. Ca materiale electroizolante gazoase, n izolaia electric se folosesc: aerul,azotul,bioxiduldecarbonihidrogenulprecumigazelenobile: heliu, neonul, argonul, kriptonul, xenonul. Aerulconinenproporiede78%(volum)azoti21%(volum) oxigen,precumicantitimicidealtegazeca:argon,bioxiddecarbon, neon. Gazelenobileseobinprindistilareafracionataaeruluilichidi suntneutredinpunctdevederechimic.Gazelenaturaleseutilizeazn izolarea unor cabluri, n condensatoarele cu gaz, n becurile electrice sau ca agent frigorific. ndomeniulrocilornaturale,numaimarmuraiistulauunele utilizri restrnse n electrotehnic. Marmura este o roca metamorf care se obine n blocuri mari i se poateprelucramecanicladimensiuniledorite.Afostutilizatpentru tablouriledecomand,darafostnlocuitnzilelenoastreaproape complet cu materiale electroizolante moderne. istulsefolosetenspecialcelargiloscareesteorocdenssub formdeplcicareconstnprincipalnbioxiddesiliciu.Eadecvat pentruplciledebazaledemaratoareloripentrualteaparate asemntoarecunclasedeexecuiegrea.Servetedeasemeneaca material de umplutur n compoziia unor mase de presare. Cuarul din punct de vedere chimic este un bioxid de siliciu (SiO2). Cuarulcristalizeazsubformtrigonaltrapezoidal.Cuarulesteunul dintrematerialelecelemairspnditepepmnt.nformaceamaipurexistncristaluldestnc.Maifrecvent,cuarulaparesubformamai puinpurdecuaritcapartecomponentanisipurilor.nstarenatural, cuarulseprelucreaznelectrotehnicmaialescanisipcuarosfolosit pentrustingereaarculuielectricnsiguranelefuzibile.Dinmaterialul cuarosseproducnformerotativedecentrifugaremaialescorpuricu simetrie de rotaie. Cuarul i sticla de cuar pot fi produse astzi i sintetic.Cristaluldestancdatoritpreuluimareaproapecnuse folosete, dac se face abstracie de utilizrile piezo-electrice ale cuarului. Fina de cuar se folosete ca material de umplutur n rinile de turnare. Dinsticladecuarseproduclameledeacoperirepentrucelulelesolarei baloanemicidesticllabecurilecuhalogeni.Dinmaterialulcuarosse obin izolatoare de susinere pentru instalaiile de desprfuire electrostatic, nclzitoare de imersie. 89Asbestul este celmai important pentru electrotehnic estecrisolitul (hidroxilicatdemagneziu),nstructurfibroascufirerelativlungi. FormulastructuriicristaluluiesteMg3[(OH)4/Si2O5];secristalizeazmonochinal. Exploatareaazbestuluisefacelasuprafasaunsubteran.Bucile deazbestcufibralungsescotdinrocadinamitat,securgrosier,se sorteaz dup lungimea fibrelorn diferite clase de calitate. Restul de roccuconinut deazbestseintroducenmorispeciale,deundesecolecteazaa numita fibr demoar, un fel de vat moale. Graduldevalorificarealazbestuluibrutemicnraportcumasade stanccareseprelucreaz,eldepeterareori5%,idinaceastcauz, parteacarepoatefiprelucratnfibredefilarensumeazdela5pnla 20%. Dinfibrelelungiprinoperaiadefilareseobinfirecarese prelucreaz i sub form de esturi, nururi i benzi. Fibrele scurte prin flotare n ap i adugarea unei cantiti reduse de liant se transform n hrtie respectiv mucava. Azbestul sub form de fibre de lungimi diferite i scame se utilizeazcamaterialdeconsolidareiumpluturndiferiteformuledemasede presare, respectiv piese presate. Firele de azbest se folosesc, de asemenea, la izolaia unor conductoare. Produseledeazbocimentconstaunproporiede80%dinfibrede azbestmcinatei20%dincimentPortland.Azbocimentulseobineprin amestecareafibrelordeazbestcucimentiap,dupcesepreseazsub formdeplcisaudirectcapiese.Dupntrirematerialulprezintrezisten mecanic ridicat. Azbocimentulsecaracterizeazprinrezistenalaarculelectrici rezistentermicridicat.Esterezistentlaflacrilaradiaiitermice mariipoatefiexpuslanregimdeduratlatemperaturidepnla 350C.Plcileipieseledeazbocimentsefolosescpentrucamerede stingere i plci suport solicitate termic. Fibrele de azbest se pot prelucra n fire,nururi,esturi,benzi,hrtieicarton.Azbestulnuesteunmaterial electroizolantbun,darestehigroscopiciarconinutuldeaparemare importan asupra proprietilor sale electrice. Azbestul e rezistent la arcul electric si descrcri luminiscente. Azbestul pur (cu un coninut de 95 99 %)suporttemperaturide400C.Azbestulpoatefifolositnumaila solicitri electrice modeste, ns acolo unde sunt temperaturi mari sau con-diii chimice dure el este indispensabil i astzi. Pentru instalaiile de naltfrecvent nu este utilizabil. 90Micaaparennaturndiferitetipuri,dintrecarepentruelectro-tehnic dou prezint mare importan: muscovitul sau mica potasic ; flogopitul sau mica magnezian. Micamuscovitafostmulttimpceamaiutilizatdatoritproprietilorelectriceexcelente.Micaflogopitafostmaimultfolositaplicatiileundestabilitatealatemperaturinalteaveaonsemntate deosebit. MuscovituleunsilicatdepotasiualuminiudeformaKAl2(OH)2/AlSi3O10iarflagopitulunhidrosilicatdepotasiu-magneziu aluminiu. Micaseextragedinmaimulteprialeglobului,nblocuri neregulate, prin exploatare la zi i uneori n subteran. Mica este nglobat, decelemaimulteorinfiloanedeferospaticuarcaresuntinclusen roca primitiv ( adeseagranit). Micamuscovit,denumitirubimicaestelargrspnditnlume dar sursele principale de exploatare sunt India, Brazilia i SUA. Micaflogopitdenumit iambermicaestedeasemenealarg rspndit dar principalele surse sunt: Madagascar, Canada, SUA i Rusia. n Romnia exist zcminte limitate de mic muscovit. Proprietile micei depind nmare msur de puritatea i structuraei cristalin.Micaperfectetransparentcasticladardecelemaimulteoriea este puin colorat. La muscovit predomin nuanele deschise: verzui, gl-bui,roiatecigri.Flogopitulestemainchislaculoareiprezintculori mai expresive ca: galben de chihlimbar, rou i brun. Culorile rou brun indicconinutuldefluor,celebrunepnlanegruconinutuldefier, magneziu i mangan. Micasepoateclivauornfoiesubiri,absolutuniforme,cao consecinarezisteneimicialegturiiVan-der-Waals.Acestefoiesunt flexibileielastice.Micaesterezistentlaconturnare.Ceeace caracterizeazdeasemeneamicaesterezistenamarelastrpungere electriciomarerezistivitatedevolum.Factoruldepierderidielectrice depindepuindetemperaturifrecven.Micaerezistentlaarculelec-triciladescrcriluminescente.Ofoitransparentdemicde25m grosime las s treac 90% din lumina vizibil. Micaareomarerezistenlatemperaturiridicatecaresuntlimitate detemperaturadecalcinare.Aceastaetemperaturalacaresedegradeazgrupele hidroxilice. Mica devine la aceast temperatur tulbure i i pierde rezistena. Aceast temperatur se situeaz la muscovit ntre 600 i 800 C, iarlaflogopitntre700i900 C.Micaestesensibildeasemeneala variaiile brute de temperatur. 91Micasinteticfluorflogopit(Si3,AlO10,F2Mg3)posedmultedin caracteristicilenaturale,inctevaprivineesteunmaterialsuperior pentruaplicaiileelectrice,nspreulfoarteridicatidificultilede fabricaie i restrng utilizrile. Din mic se realizeaz urmtoarele semifabricate: Plci rigide: micaasamblatsubpresiunecusaufrcldurexterioar,sub form de plci rigide cu urmtoarele subcategorii: micanitdecolectormaterialrigidpebazdemic,utilizatla separatoare izolante ntre lamele de colector. termomicanita cu rezisten la temperatura specificatmicanitadeformarepoatefiformatlacaldpentruscopuri generale micanita durMateriale flexibile: mica asamblat, suficient de flexibil pentru a putea fi aplicat prin bobinaresaunfurare,cusaufrnclziresempartenurmt