design e ensaio de isolamento externo (1)

INTRODUÇÃO

Design e ensaio de isolamento externo. 08/11/20131

Umas das causas de grandes interrupções nas redes e de

desperdício de energia nas linhas de transmissão são as

correntes de fuga nos isoladores, que são intensificadas em

ambientes sob poluição industrial ou com atmosfera muito

salina.

Há a necessidade de diminuir estas perdas na transmissão da

energia elétrica visando desenvolver isoladores com melhor

desempenho sob tais condições ambientais e reduzir os

prejuízos às empresas distribuidoras de energia elétrica.

Classificação dos isolantes:


Classificam-se quanto a fabricação e tipo de material:

CERÂMICA: incluem os construídos a partir de porcelana e

vidro. Possuem recobrimento

de uma camada fina e contínua de esmalte cerâmico que, após a

queima, adquire o aspecto vítreo. Esta camada vítrea contribui

para a melhoria das propriedades mecânicas e elétricas.

POLÍMEROS: referidos como NCI’s,

Operação em ambiente contaminado


Um inconveniente desses isoladores é que as suas superfícies são

constituídas de óxidos metálicos que possuem alta energia, o

que têm como conseqüência a alta molhabilidade. Isto pode

ocasionar a formação de película de água que, se for contínua

por toda a altura do isolador, é capaz de conduzir corrente e

fechar um arco e em decorrência disto incapacitar a passagem

de energia elétrica pela rede. Este fenômeno é mais conhecido

como flashover.

Fontes de poluição que afetam o

isolamento do sistema:


O sal do mar;

Produtos industriais que contêm sais solúveis.

Excrementos de pássaros;

Areias do deserto;

Mecanismo Flashover de isoladores

poluídos.


Esse problema vem se agravando com o aumento da poluição

ambiental e a crescente concentração das indústrias no litoral,

pois a poluição e os sais com o decorrer do tempo vão se

depositando sobre a superfície do isolador até alcançar uma

concentração tal que, em um momento de chuva ou neblina,

podem tornar a película contínua condutora e causar descargas

disruptivas.


O fenômeno de flashover observado nos isoladores elétricos

representa a conseqüência de um processo indeterminado que

acontece em sucessivos estágios, de acordo com uma ordem

bem definida:

camada de acúmulo

formação banda seca

arco parcial

arco longo

eventual arco cobrindo todo o isolador seguido por

abrasamento

Erosão em isoladores


A erosão por arcos acontece sobre as partes mais

resistivas da superfície úmida e que aparecem

durante a condensação. Os arcos são mais

freqüentes nas regiões das cadeias dos isoladores

onde a densidade de corrente e o campo elétrico

são mais intensos.

Alguns arcos induzem a formação de ozônio, que

podem acelerar a erosão.

Corrosão


O pino de um isolador de suspensão é geralmente fabricado

em aço galvanizado.

Uma das preocupações é com a corrosão do

pino que se inicia na interface tripla, pino/cimento/ar e causa,

inicialmente, aumento do diâmetro do

Tais esforços mecânicos, devido ao "pino expandido", podem

danificar os dielétricos de porcelana, causar perfuração elétrica,

devido a rachaduras e possível falha mecânica pino, que perde

sua camada de zinco.

Contaminação causada pela fauna


Medição do Grau de Contaminação


A gravidade de contaminação da superfície de um isolador é

classificada a partir da Densidade Equivalente de Sal

Depositado (ESDD) na mesma.

As dimensões do isolador devem ser levadas em

consideração, uma vez que, o grau de contaminação é

relacionado com o comprimento e a área do isolador.

Determinação do ESDD


O processo para determinação do ESDD é realizado em etapas:

Passo 1 – A condutividade da água destilada com o pano de

limpeza submerso é aferida.

Passo 2 – Com o auxilio de um cotonete, é realizada a limpeza do

isolador, limpando-se a parte superior e após a inferior.

Passo 3 – O pano é enxaguado e a condutividade é novamente

medida, será notado um aumento da condutividade.

Passo 4 –A solução é transferida para um balão volumétrico.

Passo 5 – A solução é diluída com o uso de 0,5 a 1 litro de água

destilada.

.

Determinação do ESDD


Passo 6 – A condutividade da solução diluída é medida em

duas temperaturas diferentes, a condutividade equivalente a

temperatura de 20° C é calculada por interpolação.

Passo 7 – ESDD em mg/cm3 é calculado a partir da

expressão:

.

Exemplo da aplicação do método


Tabela do grau de gravidade para

isoladores de cerâmica.


Tabela 9.1

Tabela do grau de gravidade para

isoladores de cerâmica.


A tabela 9.1 apresenta as características do grau de

contaminação, quais ambientes apresentam tal contaminação

e qual a distancia mínima de fuga qual deve ser utilizada no

isolador.

Embora a tabela 9.1 seja específica para isoladores de

cerâmica, na ausência de informações de características de

isoladores compostos ela pode ser utilizada como guia para

utilização de isoladores de materiais não-cerâmicos.

Testes de Contaminação

• Testes em Laboratórios

• Testes em Campo

Testes de Campo

Os Isoladores ao mesmo tempo que estão sobre a tensões de

funcionamento, estão expostos a poluições naturais.

Durante sua operação é monitorada a frequência de descargas

disruptivas os níveis destas descargas e duração

Testes de Campo

Posteriormente estes isoladores são removidos e testados em

laboratórios para determinar os níveis de descarga disruptiva.

Testes em campo oferecem uma oportunidade para

caracterizar o tipo de poluição depositada sobre o isolador.

Alguns poluentes típicos encontrados:

NaCl, CaSO4, MgCl2 e CaCO4.

Testes de Laboratórios

Existem dois procedimentos de testes laboratoriais de uso

comum.

Estes são:

Teste de Neblina Salina

Teste de Neblina Limpa


O isolador Limpo e seco é energizado até sua tensão de

operação mais elevada e é exposto a uma neblina com sal. O

maior índice de salinidade em Kg de NaCl/m³ que o isolador

pode resistir por cerca de três testes é usado para caracterizar

o desempenho do isolador.


Os padrões de salinidade variam em valores dependendo do

país.

A tabela 9.2 lista os valores da especificação italiana.

Testes de Neblina Salina

Teste de Neblina Limpa

Este tipo de ensaio reflete a contaminação de isoladores em

áreas industriais.

Na qual, o isolador é mergulhada em uma lama consistindo

de Kaolin, água e NaCl.

O Kaolin proporciona a matriz mecânica ligando o sal

condutor com o isolador. Logo após, o isolador é deixado

secar, e é então testada a contaminação do isolador.

Procedimentos de Testes de Limpeza

da Neblina

Os isoladores pré-contaminados são energizados sobre tensão

constante, e umedecidos por uma neblina limpa. A tensão de

ensaio é mantida até o FO ouWS ocorrer.

O tempo máximo é determinado pelo monitoramento da

corrente de fuga, cerca de 25-30 minutos depois de

umedecidos os isoladores.

Mitigação de Contaminação Flashover

Existe uma série de medidas utilizadas para minimizar ou

eliminar a contaminação flashover de isoladores cerâmicos.

Estas são:

Utilização de isoladores com formas otimizadas;

Limpeza periódica dos isoladores;

Revestimento de Graxa;

RTV Revestimento;

Mitigação de Contaminação Flashover

Esmalte Resistivo;

Substituição dos Isoladores de Cerâmica;

A Utilização de Isoladores com formas

Optimizadas

A forma e a distância de escoamento de isoladores podem ser

variadas, de forma a reunir o mínimo de poluição possível e

para aumentar a auto limpeza através do vento e da chuva na

qual estes ficam expostos.

Limpeza Periódica

No geral a limpeza periódica dos isoladores é feita através de

um sistema de água com alta pressão.

Exemplo de Limpeza de Isoladores.

Revestimento de graxa.

• Revestimento de superfícies isolantes com géis de petróleo

ou de hidrocarbonetos lubrificantes.

• Utilizado em áreas de elevada contaminação.

Revestimento de graxa.

Superfícies impermeáveis.

Extremamente eficaz e comprovada.

Manutenção periódica.

Revestimento RTV (Room temperature

vulcanizing).

É uma dispersão elastomérica de silicone monocomponente

pronta para uso que se provou adequada a isoladores de alta

tensão para a prevenção de descarga disruptiva e formação de

arco.


vulcanizing).

Reveste isoladores sólidos.


vulcanizing).

Podem ser aplicados em circuitos energizados.


vulcanizing).

Revestimento hidrofóbico.

Isoladores com esmalte resistivo.

São utilizados em ambientes de grande contaminação.

Eles utilizam esmaltes específicos, que são parcialmente

condutivos, de tal forma, que proporciona campos elétricos

uniformes, e aquecimento da superfície.

Isoladores cerâmicos.

Isoladores cerâmicos são materiais destinados a isolar

eletricamente e suportar mecanicamente os esforços gerados

em um corpo condutor.

Possuem elevadas resistências elétricas e mecânicas.


À temperaturas usuais, os materiais cerâmicos são duros e

frágeis e contrariamente aos metais, a sua fragilidade não

pode ser diminuída pôr tratamentos térmicos; apresentam

elevada resistência à corrosão, à erosão, à abrasão, sendo

entretanto frágeis nos aspectos de tração e compressão;

possuem alta resistividade e em geral são ótimos dielétricos.

As peças cerâmicas podem ser fabricadas pôr compactação a

frio, e pôr extrusão e compactação a quente, realizando-se

seu acabamento pôr usinagem ou esmerilhamento.


O formato dos isoladores resulta das exigências mecânicas

que vão ser solicitadas em serviço.

No caso das linhas de transmissão, as solicitações mecânicas

são satisfeitas com o acoplamento de várias unidades,

distribuindo as forças de tração impostas pelos condutores

pelas dielétricos.


Essas unidades são isoladores do tipo campânula e espigão

(em inglês cap and pin).

Estes equipamentos são constituídos por três peças

principais.

- Dielétrico

- Espigão

- Campânula


Dielétrico: neste caso trata-se de um material de porcelana

ou vidro, não condutor, que resiste a tensão AC ou DC

permanentemente aplicada, e dificulta a circulação de

correntes de fuga ao longo da sua superfície. Deve assegurar a

resistência à tensão de impulso sem que se registrem

perfurações no seu corpo. Além disso, assegura a

transferência de carga mecânica do espigão ao distribuí-la ao

longo do seu volume.


Espigão: peça metálica que permite a ligação com um outro

isolador da cadeia ou terminal metálico. A ligação entre o

espigão e o material dielétrico é assegurada pela introdução

de cimento na cavidade inferior da saia. A expansão do

cimento deve ser de tal forma correta que estabeleça uma

ligação forte entre ambos, sem criar pontos de grande

densidade de força que provoque a fratura do material

dielétrico.


Campânula: ferragem metálica que abraça a parte superior

do dielétrico, a qual é fixada através do uso de cimento ao

longo de toda a superfície. Tal como no espigão, a qualidade

da ligação deve ser elevada por forma a garantir resistência

mecânica à tensão nominal.

Isoladores Poliméricos

Conhecidos como isoladores não-cerâmicos - Non-Ceramic

Insulators – NCI

Foram introduzidos em 1949, eram feitos em epóxi e quando

utilizados ao tempo ou em ambientes contaminados, eram

susceptíveis a problemas associados degradação por radiação e

erosão.

Os NCIs eram produzidos por diversos fabricantes ao longo dos

anos 60 e 70.


Tipos mais comuns

Tipo Pino Tipo Suspensão


Material de Revestimento

Os materiais mais comumente utilizados como revestimento dosisoladores não-cerâmicos são elastômeros, de hidrocarbono e desilicone

Hidrocarbono

Monômero de etileno-propileno (EPM)

Monômero de dieno etileno-propileno (EPDM)

Silicone

Mopolímero de etileno-propileno e silicone (ESP)

Os elastômeros de silicone servem tanto para alta temperatura etemperatura ambiente


Material de Revestimento

Ambas famílias de materiais utilizam alumínio tri hidrato (ATH)como um filtro que aumenta sua performance contra erosão

Capacidade de manter a sua hidrofobia, mesmo em ambientespoluídos, quando então a hidrofobia é transmitida à camada depoluentes depositados na superfície do isolador

Hidrofobia é a propriedade que permite a superfície domaterial repelir a água, evitando a formação de uma películade água, assim, ela reduz as correntes de fuga


Núcleo

A resistência mecânica dos NCIs provém através do núcleo de fibra devidro.

Processo de pultrusão, um processo de fabricação em contínuo deperfis constituídos por fibras e resinas termo endurecidas, que consisteem “puxar” as fibras embebidas na resina matriz através de uma fieira oumolde.

Alta resistência física e química

Flexibilidade

Dois tipos de resina são mais utilizados:

Epóxi - Possui maior performance

Poliéster - Alternativa de menor custo

Existem também isoladores poliméricos de núcleo oco (HCNCIs)


Terminal de Encaixe

O tipo de terminal deve suportar a carga mecânica doisolador sem escorregamento.

O sistema de fixação das ferragens deve garantir aintegridade do núcleo, não devendo provocar trincas,fissuras ou esmagamento.

Composição Ferro nodular Aço carbono forjado Aço inoxidável Liga de alumínio Bronze


Terminal de Encaixe

Os engates devem satisfazer as exigências da NormaTécnica ABNT NBR 7107, ou outro documentonormativo equivalente (por exemplo, IEC ou ANSI).

Engates mais comuns: Concha

Bola

Elo

Cupilha - travamento positivo contra a separação nãointencional da unidade do isolador


Detecção de Defeitos e Falhas

Uma das principais causas de falha dos isoladores poliméricos utilizados em redes de distribuição de energia elétrica é a existência de vazios (bolhas de ar ou trincas). Processo de injeção do polímero ou por trincas

ocasionadas pela fadiga devido aos estresses mecânicos e térmicos sofridos durante a operação ou, ainda, pela má colocação de massa de fixação no isolador.

Radiografia Digital industrial Torna possível visualizar os defeitos no interior dos

componentes de forma não-destrutiva.


Detecção de Defeitos e Falhas

Radiografia digital de um isolador com defeito


Especificações e Normas

Para fins de especificação são adotadas as definições da

Norma ABNT NBR 5456 e NBR 5472,

complementadas pelas definições a seguir. Entretanto,

é também permitida a adoção de definições

equivalentes de outras Normas Técnicas de aceitação

mundial, tais como publicações da IEC, ANSI, IEEE,

CSA e CEA


Vantagens

Vantagens dos isoladores poliméricos : São mais leves, assim reduzem o tempo gasto em sua instalação e

consequentemente seu custo.

São menos susceptíveis ao vandalismo, que pode causar a queda de

uma linha de transmissão cujos isoladores tenham sido alvejados por

projéteis de arma de fogo.

Reduz os custos com manutenção, pois não precisa ser lavado

periodicamente.

Não emitem tanta interferência eletromagnética quanto os isoladores

cerâmicos.


Desvantagens

Desvantagens dos isoladores poliméricos : Diferentemente dos isoladores de vidro temperados, que se

esfarelam quando quebrados, os isoladores poliméricos muitas vezes não apresentam, aparentemente, indícios de que houve uma falha interna. Assim, uma inspeção feita do solo pode não detectar problemas no isolador.

É difícil avaliar a expectativa de vida do isolador e seu comportamento em longo prazo é desconhecido .

Eles estão sujeitos a alterações químicas em seu revestimento devido às condições ambientais ou à formação de arcos voltaicos em sua superfície.

A expectativa de vida útil dos isoladores poliméricos é de 30 a 40 anos, enquanto nos isoladores cerâmicos a expectativa de vida útil é de 60 a 90 anos.

design e ensaio de isolamento externo (1)

Documents