Rigidità Dielettrica

Un condensatore, oltre che dalla capacità è caratterizzato da una tensione di lavoro, cioè dalla massima tensione Vmax, applicabile tra le sue armature oltre la quale l’isolante perde le sue caratteristiche trasformandosi istantaneamente in conduttore.



La scarica detta «distruttiva» attraverso un dielettrico avviene quando, in qualche punto di esso, l’intensità del campo elettrico supera un valore critico, tipico per ciascun materiale isolante, detto rigidità dielettrica.

La rigidità dielettrica, indicata con K,, rappresenta dunque il massimo valore del campo cui può essere sottoposto un materiale isolante senza subire scariche. Essa ha le dimensioni di un campo elettrico, e si misura perciò in V/m; in pratica si utilizzano i multipli kV/cm e kV/mm.

Tabella 2.4 – Valori indicativi della costante dielettrica e della rigidità dielettrica di alcuni materiali isolanti
Materiale Costante DielettricaRelativa εr Rigidità Dielettrica K [kV/mm]
 Aria secca  1 3
 Carta secca  2,2 10
 Bakelite  3,2 140
 Carta impregnata in olio minerale  3 ÷ 5 40
 Clorulo di polivinile (PVC)  3 20 ÷ 50
 Gomma  2,5 15 ÷ 50
 Mica  5 ÷ 6 60 ÷ 200
 Olio minerale  2,2 30
 Polietilene  2,2 30 ÷ 170
 Poliestere  3,2 300
 Porcellana  6 ÷ 7 1,5 ÷ 15
 Teflon  2 200
 Titanati di bario  100 ÷ 6000 5 ÷ 15
 Vetro  4 ÷ 10 30 ÷ 150

Nella tabella 2.4 sono riportati i valori indicativi della rigidità dielettrica di alcuni materiali. Bisogna però ricordare che tali valori sono fortemente influenzati da varie condizioni, quali l’umidità, la temperatura, le disuniformità del materiale, le brusche variazioni nel tempo della tensione applicata, la durata della tensione, lo spessore, ecc.

Per calcolare la massima tensione applicabile alle armature, e quindi la tensione di lavoro, di un condensatore basta moltiplicare K, per lo spessore del dielettrico

Reciprocamente, nota la tensione Vmax applicabile al condensatore e la rigidità del materiale utilizzato, si ricava la minima distanza consentita fra le armature

Distanze inferiori a questa, che sarebbero desiderabili per aumentare la capacità diminuendo il volume del condensatore, non sono permesse.

II parametro rigidità dielettrica non è utilizzato solamente per dimensionare condensatori, ma è: di fondamentale importanza in tutti i problemi di isolamento fra conduttori che si presentano nella progettazione di linee elettriche, dei cavi, delle macchine, ecc. Nei casi suddetti ci si trova normalmente in presenza di campi non uniformi; il rischio di scarica si manifesta nei punti che presentano campo elettrico più intenso: la geometria dei conduttori e le loro distanze debbono perciò essere scelti in modo tale che, in tutti i punti, l’intensità del campo risulti inferiore alla rigidità degli isolanti adottati, con i necessari margini di sicurezza.

Esempio:

Tra le armature di un condensatore in aria di capacita C0=35,43 pF, superficie S = 100 cm2 e distanza d = 2,5 mm tra le piastre, viene interposta della bakelite (εr= 3,2; Kr = 140 kV/mm).

Determinare la capacita e la tensione di lavoro.

Volendo realizzare una tensione di lavoro VL = 1000 V, determinate il nuovo valore della distanza e conseguentemente il valore di capacita da realizzare.

La capacita risulta

La tensione di lavoro sarà

Volendo realizzare una tensione di lavoro VL =1000 V occorre una distanza

A cui corrisponde una capacità C2

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