RIGIDEZ DIELÉCTRICA

¿Qué pasa si un material aislante se ve sometido a mucha tensión o corriente eléctrica?

Se quema, se estropea, no le pasa nada, se convierte en conductor...

Otra forma de medir la calidad del aislamiento de un material es mediante su rigidez dieléctrica.



Índice de Contenidos:

- La Rigidez Dieléctrica
- Aislantes y Rigidez
- Unidades de la Rigidez Eléctrica
- ¿Cómo se mide la Rigidez Dieléctrica?
- Ensayo de Rigidez Dieléctrica
- Conductores y Rigidez Dieléctrica
- Comprobación de la Rigidez en la Instalaciones Eléctricas

La Rigidez Dieléctrica

La rigidez dieléctrica de un material es la máxima tensión que es capaz de soportar sin que el material se perfore.

Esa tensión se conoce como tensión de ruptura del material.



Los materiales aislantes no son aislantes perfectos, ya que pueden ser atravesados por una corriente si se eleva suficientemente la tensión sobre ellos, momento en el que pasan a ser conductores.

Luego veremos que esta corriente será tan elevada que provoca la perforación del aislante.

Nota: Esto pasa en todos los materiales excepto en el vacío, que es el aislante perfecto.

Se habla de rigidez dieléctrica normalmente en los materiales aislantes, recuerda que a los materiales aislantes también se les llama "dieléctricos"

Cuando el material llega a esa tensión limite, el material aislante deja de ser aislante y pasa a ser conductor.

El problema es que en un material que se denomine aislante esta tensión límite es tan grande que la intensidad que comenzará a circular por el material también será muy grande, y acaba perforando el material.

Por ejemplo, en una tormenta eléctrica, la fuerte tensión entre la nube y la tierra es capaz de perforar un buen aislante como es el aire.

Recordar que uno de los efectos del paso de la corriente eléctrica es producir calor.

Cuando un aislante es perforado por una gran corriente, la chispa que lo atraviesa suele provocar su destrucción, sobre todo si se trata de un material sólido, ya que las temperaturas que se desarrollan suelen ser altísimas.

Conocer la tensión que es capaz de perforar un aislante, o su rigidez dieléctrica, es muy importante, ya que es justo en esa tensión cuando pierde sus propiedades aislantes.

De esta forma, podremos elegir los materiales más adecuados en el momento de aislar una línea, o cualquier aparato eléctrico.

De esta forma conseguimos evitar averías, cortocircuitos y accidentes a las personas que manipulan instalaciones sometidas a tensiones peligrosas.

Aislantes y Rigidez

La definición de aislante eléctrico lógicamente está muy relacionada con la rigidez dieléctrica.

Aislante eléctrico o dieléctrico es aquel material que tiene una conductividad eléctrica tan baja que se puede despreciar la corriente que pasa por él.

Esta pequeñísima corriente que pasa a través de un aislante se denomina corriente de fuga.

Cuanto mayor sea la rigidez dieléctrica de un material, mejor aislante eléctrico será.

Unidades de la Rigidez Dieléctrica

La tensión necesaria para provocar la perforación del dieléctrico viene expresada en kilovoltios por milímetro de espesor del aislante.

Unidad:  KV/mm

Nota: podemos encontrar en cualquier otra unidad que sean múltiplos o submúltiplos de las anteriores, por ejemplo en KV/metro, o V/m, MV/m, etc.

Pero para dar este dato hay muchas variables.

No es lo mismo los KV/mm la tensión necesaria para perforarlo cuando esta en un ambiente seco o húmedo, o por ejemplo si el aislante está una temperatura de 100C o a 25ºC

Luego el dato de las Kv/mm no es constante, y depende de la humedad contenida en el aislante, de la temperatura, de la duración de la tensión aplicada y de otras muchas variables.

Veamos la rigidez dieléctrica de algunos de los principales materiales usados como aislantes en electricidad y a temperatura ambiente (en el aire):

Agua = 12,0 kV/mm
Papel = 16,0 kV/mm
Aceite mineral = 4,0 kV/mm
Cloruro de polivinilo = 50,0 kV/mm
Aire seco = 3,1 kV/mm
Polietileno = 16,0 kV/mm
Polietileno de baja densidad LDPE = 27kV / mm
Polipropileno PP = 22kV / mm
PVC de cloruro de polivinilo = 14 kV / mm

¿Cómo se Mide la Rigidez Dieléctrica?

Con un aparato que se llama espinterómetro.

Nota: en el siguiente apartado tienes un video donde se pueden ver los ensayos para medir la rigidez eléctrica.

Se coloca el material en estudio entre las armaduras de un condensador, y se aplica una tensión conocida entre ellas.



La prueba se realiza en aire o aceite e implica colocar el material de prueba entre dos electrodos y aumentar el voltaje entre los electrodos hasta que un quemado eléctrico perfora la muestra o se produce su descomposición.

Por lo general, la muestra tiene un grosor de entre 0,8 y 3,2 mm.

Las muestras que tienen más de 2 mm de espesor generalmente se prueban en aceite para evitar que se desborden antes de romperse.

Cuanto mayor sea la potencia del equipo, mayor será la gama de espesores y materiales aislantes (gas, líquido o sólido) a ensayar.

La rigidez dieléctrica se calcula dividiendo el voltaje de ruptura por el espesor de la muestra.

La fórmula para el calculo de la rigidez dieléctrica es:

Rd = Vr / d

VR es la mayor diferencia de potencial o tensión soportada antes de ruptura y d el espesor de dieléctrico.

Este indicador es inversamente proporcional al espesor, por lo que materiales gruesos manifiestan menores valores de rigidez dieléctrica.

Para medir la rigidez eléctrica del aceite, por ejemplo la de los transformadores, se utiliza el chispómetro.

El chispómetrro es igual pero tiene una vasija con dos electrodos sumergidos en aceite, se va elevando la tensión a velocidad constante hasta que se produce la ruptura del aceite que sumerge los electrodos.

Los materiales aislantes industriales tienen una rigidez dieléctrica superior a 10 KV/cm, tomándose como muy buenos a partir de 100 KV/cm

Normalmente la rigidez dieléctrica de un aislante se mide mediante pruebas de ensayo sobre el material.

Ensayo Rigidez Eléctrica

Podemos ver ensayos de rigidez en aceites y en conductores eléctricos.

Conductores y Rigidez Dieléctrica

Cuando tenemos que elegir un conductor eléctrico para una instalación, aparte de la sección que resulte ser la más adecuada, es muy importante tener en cuenta la tensión de servicio de la instalación donde va a trabajar.

En el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) se indican las tensiones que deberán soportar los aislantes de los conductores eléctricos con un margen de seguridad.

Siguiendo estas recomendaciones se fabrican, por ejemplo, conductores de 500 V, 750 V y 1.000 V para baja tensión.

Los materiales aislantes que se utilizan para conseguir estas tensiones de aislamiento en conductores para instalaciones eléctricas de baja tensión pueden ser:

- Policloruro de vinilo (PVC).
- Polietileno reticulado (XLPE).
- Etileno propileno (EPR).

A medida que pasa el tiempo un material aislante va envejeciendo y el sistema de aislamiento eléctrico va perdiendo sus cualidades dieléctricas, lo cual se ve agravado si resulta sometido a temperaturas elevadas.

Es decir, los materiales aislantes y los sistemas de aislamiento eléctrico tienen una vida que, de forma orientativa, se puede establecer en 40 años en las máquinas grandes, 30 años en las medianas y 20 años en las pequeñas.

Comprobación de la Rigidez en Instalaciones

El REBT dice que hay varios aspectos de la instalación como son su seguridad, construcción, verificaciones, etc. que deben ser llevadas a cabo por el instalador autorizado

Precisamente en el artículo 18 se recoge que: “La instalación deberá verificarse por el instalador, con la supervisión del director de obra, en su caso, a fin de comprobar la correcta ejecución y funcionamiento seguro de la misma”

Una de los ensayos que se debe llevar a cabo en las instalaciones es el ensayo de Rigidez Dieléctrica.

Todo esto viene especificado en el REBT en la ITC-BT 19, en el punto 2.9

Respecto a la rigidez en las instalaciones dice lo siguiente:

"Por lo que respecta a la rigidez dieléctrica de una instalación, ha de ser tal, que desconectados los aparatos de utilización (receptores, resista durante 1 minuto una prueba de tensión de 2U + 1000 voltios a frecuencia industrial, siendo U la tensión máxima de servicio expresada en voltios y con un mínimo de 1.500 voltios.

Este ensayo se realizará para cada uno de los conductores incluido el neutro o compensador, con relación a tierra y entre conductores, salvo para aquellos materiales en los que se justifique que haya sido realizado dicho ensayo previamente por el fabricante.

Durante este ensayo los dispositivos de interrupción se pondrán en la posición de "cerrado" y los cortacircuitos instalados como en servicio normal.

Este ensayo no se realizará en instalaciones correspondientes a locales que presenten riesgo de incendio o explosión.

Las corrientes de fuga no serán superiores para el conjunto de la instalación o para cada uno de los circuitos en que ésta pueda dividirse a efectos de su protección, a la sensibilidad que presenten los interruptores diferenciales instalados como protección contra los contactos indirectos."

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