Gases Dieléctricos

Los materiales dieléctricos son básicamente aislantes eléctricos puros. Al aplicar un campo eléctrico razonable, los gases dieléctricos pueden ser polarizados. El vacío, los sólidos, los líquidos y los gases pueden ser materiales dieléctricos. Un gas dieléctrico también se llama gas aislante. Es un material dieléctrico en estado gaseoso que puede prevenir la descarga eléctrica. El aire seco, hexafluoruro de azufre (SF6) etc., son ejemplos de materiales dieléctricos gaseosos.
Los dieléctricos gaseosos no están prácticamente libres de partículas cargadas eléctricamente. Cuando se aplica un campo eléctrico periférico a un gas, se forman electrones libres. Estos electrones libres son acelerados desde el cátodo al ánodo por la presión eléctrica que ejerce una fuerza sobre ellos.

Cuando estos electrones alcanzan suficiente energía para golpear los electrones de los átomos o moléculas del gas y después, los electrones no están involucrados por las moléculas, entonces la concentración de electrones comenzará a acumularse exponencialmente. Como resultado, ocurre un fallo. Algunos gases como SF6 están fuertemente unidos (los electrones están fuertemente unidos a la molécula), algunos están débilmente unidos, por ejemplo, el oxígeno, y algunos no están unidos en absoluto, por ejemplo, N2. Ejemplos de gases dieléctricos son: amoníaco, aire, dióxido de carbono, hexafluoruro de azufre (SF6), monóxido de carbono, nitrógeno, hidrógeno, etc. El contenido de humedad en los gases dieléctricos puede alterar sus propiedades para ser buenos dieléctricos.

Fallo en Gases

En realidad, es una caída en la resistencia de los gases aislantes. Esto sucede cuando el voltaje aplicado aumenta más allá del voltaje de fallo (fuerza dieléctrica). Como resultado, el gas comenzará a conducir. Es decir, habrá un aumento de voltaje fuerte en un área pequeña del gas. Esta área de aumento de voltaje fuerte es la causa de la ionización parcial del gas cercano y comienza la conducción. Esto se hace intencionalmente en descargas de baja presión (en un precipitador electrostático o en luces fluorescentes).

La ley de Paschen aproximó el voltaje que causa el fallo eléctrico (V = f(pd)). En realidad, es una ecuación que explica el voltaje de fallo como función del producto de la presión y la longitud del espacio. En eso se obtiene una curva, llamada curva de Paschen. La curva de Paschen para el aire y el argón se representa en la figura 1.
Aquí, a medida que disminuye la presión, el voltaje de fallo también disminuye y luego aumenta gradualmente superando el valor original. A presión estándar, el voltaje de fallo disminuye con la longitud del espacio hasta cierto punto.

Cuando la longitud del espacio se reduce más allá de ese punto, entonces el voltaje de fallo comienza a aumentar y supera su valor original. En condiciones de alta presión e incremento de la longitud del espacio, el voltaje de fallo es más o menos proporcional al producto de los dos. Esto es aproximadamente proporcional debido a los efectos de los electrodos (las irregularidades microscópicas de los electrodos pueden causar fallo). El voltaje de fallo de los gases dieléctricos también es aproximadamente proporcional a la densidad.

Mecanismo de Fallo

El mecanismo de fallo dependerá directamente de la naturaleza de los gases dieléctricos y la polaridad del electrodo en el que comienza el fallo. Si el fallo comienza en el cátodo, entonces el suministro de electrones iniciales es por el electrodo mismo. Entonces, los electrones se acelerarán, se formarán numerosos electrones y resultará en un fallo. Si el fallo comienza en el ánodo, entonces el suministro de electrones iniciales es por el gas mismo. Por ejemplo, el aire y el gas SF6. Un pequeño punto agudo en un gas también puede ser la causa del fallo del espacio de gas. Esto sucede como resultado de procesos de fallo paso a paso. La formación de corona (es decir, descarga de corona) puede estar relacionada con esto. Es en realidad una liberación corta de energía (descarga) y resulta en canales de gas ligeramente ionizado. Cuando el campo es demasiado alto, uno de estos canales conducirá.

Propiedades de los Gases Dieléctricos

Las propiedades preferidas de un excelente material dieléctrico gaseoso son las siguientes:

• Máxima resistencia dieléctrica.

• Buen transferencia de calor.

• Incombustible.

• Indiferencia química contra el material de construcción utilizado.

• Inercia.

• No tóxico para el medio ambiente.

• Baja temperatura de condensación.

• Alta estabilidad térmica.

• Disponible a bajo costo.

Aplicaciones de los Gases Dieléctricos

Se utilizan en Transformadores, guías de onda de radar, Interruptores de Circuito, equipos de interruptores, Conmutación de Alta Tensión, refrigerantes. Generalmente se usan en aplicaciones de alta tensión.

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