Avería eléctrica - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

Dado que la avería eléctrica del aislamiento puede provocar la avería de un componente eléctrico o puede poner en peligro a las personas que manipulan el componente, debe evitarse. Por tanto, tenemos que conocer la carga crítica del material aislante para diseñar el aislamiento para un uso prolongado y continuo y con un alto grado de confianza. Las pruebas estándar utilizadas para generar estos importantes datos de propiedades del material para muestras en forma de placa o bloque son las pruebas ASTM D149 y DIN 53 481. Por las propiedades ya descritas, sabemos que la resistencia a la ruptura eléctrica o rigidez dieléctrica debe depender del tiempo, la temperatura, el estado del material, la tasa de aplicación de la carga y la frecuencia. Además, depende de la forma del electrodo y del grosor de la muestra, que presentan la rigidez dieléctrica de varios termoplásticos en función del espesor de la probeta. En la práctica, sin embargo, es muy importante que nunca se alcancen los límites superiores medidos en las muestras experimentales en el laboratorio. La regla general es utilizar valores de carga a largo plazo de sólo el 10% de los datos de laboratorio a corto plazo. Como ocurre con otras propiedades, los aditivos como los plastificantes pueden influir significativamente en la rigidez dieléctrica de las láminas de polímero. La evidencia experimental muestra que la rigidez dieléctrica disminuye tan pronto como se forman grietas en una muestra sometida a deformación y continúa disminuyendo al aumentar la deformación. El factor de disipación dieléctrica, tan δ, aumenta con la deformación. Por lo tanto, se puede determinar fácilmente el comienzo de la región viscoelástica (comienzo del agrietamiento) observando el punto de partida del cambio en tan δ. También se sabe que los polímeros amorfos actúan más favorablemente a la resistencia a la rotura eléctrica que los polímeros parcialmente cristalinos. Los polímeros semicristalinos son más susceptibles a la ruptura eléctrica como resultado de la ruptura a lo largo de los límites interesferulíticos. La descomposición a largo plazo de los polímeros semicristalinos está relacionada con la "formación de árboles" o se produce como una ruptura por calor, que quema un agujero en el aislamiento. En general, con el aumento de la temperatura y la frecuencia, la rigidez dieléctrica cae continuamente. Los materiales de aislamiento, en su mayoría LDPE, son especialmente puros y contienen estabilizadores de voltaje. Estos estabilizadores son hidrocarburos aromáticos cíclicos de bajo peso molecular. Presumiblemente, se difunden en pequeñas imperfecciones o fallas, llenan el espacio vacío y, por lo tanto, los protegen de las averías.  Las pruebas estándar que se utilizan para medir la rigidez dieléctrica de los polímeros son las pruebas IEC 60243 y ASTM D149. Otra prueba para medir la rigidez dieléctrica de los polímeros es la prueba de seguimiento eléctrico en la que se registra el voltaje necesario para provocar el seguimiento. Las pruebas estándar IEC 60112 y ASTM D3638, descritas en la Tabla 3.43, se utilizan para evaluar la resistencia al flujo del Índice de seguimiento comparativo (CTI). Dado que los polímeros son malos conductores, el desplazamiento de carga de los cuerpos de fricción, que se desarrolla con la fricción mecánica, no se puede igualar. Este desplazamiento de carga es el resultado de un exceso de electrones en una superficie y una falta de electrones en la otra. Los electrones se cargan positiva o negativamente hasta cientos de voltios. Liberan su carga superficial solo cuando tocan otro cuerpo conductor o un cuerpo que está cargado inversamente. A menudo, la descarga se produce sin contacto, ya que la carga se arquea a través del aire hacia el cuerpo cercano, conductor o con carga inversa.  Las corrientes de estas averías son bajas. Por ejemplo, no hay peligro cuando una persona sufre una descarga eléctrica provocada por una carga por fricción de alfombras sintéticas o vinilos. Sin embargo, existe peligro de explosión cuando las chispas encienden líquidos o gases inflamables. Como la resistencia al flujo de corriente del aire es generalmente de aproximadamente 10e9 Ωcm, las cargas y descargas disruptivas solo ocurren si el polímero tiene una resistencia al flujo de corriente de> 10e9 a 10e10 Ωcm. Otro efecto de las cargas electrostáticas es que atraen partículas de polvo en las superficies de los polímeros. Las cargas electrostáticas se pueden reducir o prevenir por los siguientes medios: Reducir la resistencia al flujo de corriente a valores de <10e9 Ωcm, por ejemplo, utilizando rellenos conductores como el grafito. Haga que las superficies sean conductoras utilizando rellenos higroscópicos que sean incompatibles con el polímero y la superficie. También se puede lograr mezclando materiales higroscópicos, como soluciones jabonosas fuertes. En ambos casos, el agua absorbida del aire actúa como capa conductora. Cabe señalar que este tratamiento pierde su efecto con el tiempo. Especialmente, el frotamiento de materiales higroscópicos debe repetirse a lo largo del tiempo. Reducir la resistencia del aire por ionización por descarga o radiación radiactiva.