UNITAU

UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

TRABALHO BIMESTRAL DE MATERIAIS ELÉTRICOS

3º Ano Engenharia Elétrica Eletrônica – Turma U

“ ISOLADORES “

Prof.: Antônio José do Couto Pitta

Grupo: Adriano Ketzer Pereira Marcus Vinicius Abreu Bernardo Michel Dalla Mariga Araujo

ÍNDICE 1- Introdução 2- Desenvolvimento 2.1- Isoladores Cerâmicos 2.1.1- Isoladores de Pino 2.1.2- Isoladores de Suspensão 2.1.3- Isoladores de Pedestal 2.1.4- Buchas para Transformadores 2.2- Isoladores de Vidro 2.2.1- Fabricação dos Dielétricos 2.2.2- Controle de Rotina 2.2.3- Característica do Isolador montado 2.3- Isoladores Tipo Bastão 2.4- Revestimento para Isoladores de Alta Tensão 3- Bibliografia

1 – INTRODUÇÃO Isolantes e Dielétricos Conceituação: Isolante

É o material de baixa condutividade, no qual o fluxo de corrente que o atravessa, resultante da diferença de potencial aplicada ou a ser isolada, é desprezível. A condutividade dos Isolantes abrange a ordem de 10-20 a 10-9 mho-cm-1. Incluem nesta categoria materiais como as cerâmicas, plásticos, vidros, líquidos orgânicos, borrachas, madeiras especiais, etc. Dielétrico perfeito

É o material Isolante ou isolador, entre duas superfícies metálicas, no qual toda energia requerida para estabelecer um campo elétrico retorna ao sistema gerador quando o referido campo é retirado. Um dielétrico perfeito tem condutividade nula. O perfeito vácuo é o único “dielétrico perfeito “conhecido.

Nas aplicações comuns, e em médias tensões, poder-se-á considerar o ambiente evacuado e seco como uma aproximação de dielétrico perfeito. Dielétrico real

É o material Isolante no qual parte da energia requerida para o estabelecimento do campo através dele não retorna ao sistema, quando o campo é removido, esta energia é convertida em calor e conhecida como “perdas no dielétrico “e o seu valor caracterizará o melhor ou pior dielétrico.

Nos dielétricos, há a se considerar a corrente de condução (ic) e a corrente de deslocamento (id)., que corresponde a um transporte de cargas, através de uma superfície, resultante da mudança de orientação da polaridade dos dipolos da estrutura ( moléculas polares). Conforme estudado anteriormente, tem-se nos dielétricos ou materiais Isolantes: it = ic +id onde ic<<id.

A maioria dos dielétricos não se torna completamente polarizada no instante em que o campo elétrico é aplicado, isto é, os dipolos da estrutura necessitam de um tempo para se orientarem no sentido do campo. CARACTERISTICAS E PROPRIEDADES ELÉTRICAS DOS DIELÉT RICOS Permissividade dielétrica

É a maior ou menor capacidade do dielétrico em permitir o adensamento do fluxo do campo elétrico.

A permissividade ε é dada pôr ( λ - λi)/E, onde: λ - densidade superficial de cargas indutoras ( c/mm2) λi – densidade superficial de cargas induzidas E – campo elétrico aplicado no dielétrico (v/mm) ou pôr : ε = εo + (P/E), onde

P é a densidade de fluxo originária dos dipolos elétricos dentro do meio E – campo elétrico εo – permissividade elétrica do espaço livre ( vácuo). A permissividade dielétrica do espaço livre εo no SI é: εo = 1/36π. 10 9 = 8,854.10 –12 F/m ou As/m2 por V/m Perdas no dielétrico

A energia de perdas de um dielétrico provém das perdas pôr efeito Joule, perdas pôr histerese, pôr corrente de perdas e pôr absorção dielétrica. Perda por efeito Joule

Como em todos os meios materiais pôr onde circula corrente a perda Joule é dada pôr: W = RI2t, a potência de perda é RI2 onde, R- resistência de Isolamento do corpo dielétrico ( valor elevado, acima de megaohms). I = V/R – corrente de perda no dielétrico resultante da aplicação de potencial a ser isolado. OBS.: Cabe observar, aqui, que a corrente conhecida como corrente de fuga nos dielétricos não passa pela sua estrutura e sim pela sua superfície, em razão da atuação hidroscópica, ou equivalente, do meio sobre o dielétrico. A resistência de fuga, que existe em conseqüência, atuará em paralelo com a resistência de isolamento, diminuindo o poder de isolação. Perda por histerese dielétrica

Essa histerese resulta de um atraso na orientação das moléculas polares do dielétrico. Essa perda é quantificada pôr: W = A.E.f.Vol.t PH = AE2.f.Vol, onde P – potência de perda em mW A – constante do material dielétrico = 0,25 k tg ∆ ( dada a seguir ) E – campo elétrico aplicado ( KV/cm) Vol. – volume do dielétrico ( cm 2) f – frequência em kHz Perda por absorção dielétrica

É a absorção de carga pôr um dielétrico quando submetido a um campo elétrico, pôr efeitos distintos da polarização normal.

Esta carga não se escoa instantaneamente quando um capacitor com um tal dielétrico é curto-circuitado, e só o faz com um certo tempo de decaimento, que pode atingir alguns minutos. Alguns dielétricos, apresentam absorção dielétrica irreversível, isto é, não liberam a carga absorvida. Resistência de isolamento

É a medida da resistência à condução no dielétrico. A resistência de isolamento varia inversamente com a temperatura de trabalho e a frequência , e seu valor atinge de dezenas a dezenas e milhares de megaohms.

Corrente de perda

É a corrente que escoa entre duas extremidades do dielétrico pôr trajetórias outras que não a região superficial do mesmo.

Constante Dielétrica (k) ou Permissividade Relativa (εr) A lei de Coulomb mostra-nos o fator k que representa a atuação do meio

dielétrico sobre a força de interação de cargas elétricas nele situadas. F = 1/ (4πεok) . (q1.q2)/r2 k = ε/εo = εr Esta constante k, de maneira geral, define o comportamento do meio. Na prática, a constante k, constante dielétrica, é definida pela relação entre as capacidades de dois capacitores iguais, tendo um deles pôr dielétrico o material a estudar e o outro o vácuo. k1 = - C1/Co onde: Co – capacitância com dielétrico vácuo C1 - capacitância observada sendo o dielétrico o material pesquisado Pôr definição , ko = 1 ( constante dielétrica do vácuo ). Constantes dielétricas de alguns materiais Valores válidos a 25 o C e na faixa de 60 Hz a 1 MHz ar (puro e seco) 1,0006 papel parafinado 3,5 a 2,9 poliestireno 2,56 polietileno 2,26 álcool etílico 32 a 24,5 mica 5 a 7,8 água destilada 81 porcelana 5,08 a 5,5 lucite (plex glass) 3,5 óxido de tântalo 11 silicato de Cálcio - cauchu 2,1 a 2,4 goma laca 2,7 a 3,7 papel encerado 3,1 vidro 5 a 10 borrachas 3 a 35 borracha butílica 3 óleo de transformador 2,5 glicerina 15o C 56 vaselina 2,16 estealite 5,7 óxido de Alumínio 7 fibra 6,5 ebonite 2 a 2,8 Enxofre 2,6 a 3,9 tetracloreto de Carbono 24,5 PVC 6,5 a 2,6 araldite ( resina epoxy) 3,6 EPR ( epileno propileno) 2,6 quartzo 4

A presença da matéria dielétrica entre as placas de um capacitor aumenta sua capacidade de armazenamento de cargas em relação à obtida com o meio dielétrico vácuo.

A constante dielétrica é uma propriedade resultante da polarização molecular da estrutura e portanto será maior nos Isolantes com dipolos naturais nos quais o centro das cargas positivas não coincide com o das cargas negativas.

O valor de k varia em função da frequência e temperatura, e nas freqüências elevadas, em virtude da impossibilidade dos dipolos acompanharem o campo elétrico, passa a existir somente a polarização eletrônica, como uma resultante queda no valor da constante elétrica. Variação da constante dielétrica do PVC com a frequ ência Frequência Hz

10 2 10 4 10 6 10 8 10 10 10 11

k 6,5 4,7 3,4 2,8 2,6 2,6 OBS: A divisão de tensão entre dois dielétricos em série é inversamente proporcional às suas constantes dielétricas. Permissividade do dielétrico – função da constante dielétrica

A Permissividade de um dielétrico é dada pelo produto da permissividade do vácuo pela constante dielétrica do mesmo. De forma recíproca a constante dielétrica k é conhecida como “permissividade relativa “. εεεε = k. εεεεo : k = εεεε/εεεεo A permissividade de um dielétrico é portanto, função da temperatura e da frequência de utilização. Rigidez dielétrica

É a propriedade do dielétrico de se opor à descarga elétrica através de sua estrutura.

A rigidez dielétrica diminui com o aumento da temperatura e é dado normalmente em Kv/mm. A umidade, alterando ou danificando o dielétrico, contribui para diminuir a rigidez dielétrica de uma estrutura isoladora.

A rigidez determina o valor máximo da tensão, acima do qual o dielétrico deixa bruscamente de funcionar como Isolante, permitindo a passagem da corrente elétrica pôr sua estrutura.. A rigidez dielétrica nem sempre varia linearmente com a espessura do material dielétrico ; ela varia também com a frequência, temperatura, duração e o tempo de aplicação da tensão. Em um sistema série de dielétricos, a tensão isolada se distribui inversamente aos valores das rigidezas dielétricas respectivas.

Nas freqüências industriais, os valores de rigidez dielétrica relacionada com as sobretensões transitórias, como impulsos elétricos, etc, são parâmetros significativos na avaliação de dielétricos para cabos de alta tensão.

Rigidez dielétrica de alguns materiais Dielétrico Kv/mm ar seco poliestireno baquelite estealite lucite teflon ebonite óleo mineral vidro porcelana parafina papel impregnado mica

3 20 14 8 a 14 16 20 30 15 a 280 80 100 140 a 280 20 60

Rigidez dielétrica ao impulso ( Kv/mm) PVC EPR borracha butílica polietileno reticulado

50 53 60 65

FATOR DE PERDAS DIELÉTRICAS

É uma medida de energia perdida ou dissipada na estrutura dielétrica quando na ação de isolamento. Para analisar esta característica devemos associar o dielétrico à ação capacitiva, a qual normalmente ela se relaciona, na capacitância perfeita, a corrente avança π/2 a tensão aplicada, na prática, esse ângulo é menor que 90o em virtude de o dielétrico não ser perfeito. ( fig. abaixo ).

O ângulo delta, ou o valor de sua tangente que ele se confunde ( tangente delta ), que caracteriza essa qualidade do dielétrico ( quanto menor seu valor, melhor o isolamento), é denominado ângulo de perda do dielétrico. Esse fator pode ser determinado pela utilização de uma ponte de impedâncias na medida de um caráter capacitivo. Ic Ic ∆ ângulo de perda Ic” 90 - ∆ Vc Vc

Alguns valores de fatores de perda na frequência de 1 kHz a 25o C Isolante tg ∆

porcelanas mylar mica de qualidade papel ordinário mica ordinária papel de qualidade PVC EPR polietileno reticulado polietileno borracha butílica quartzo

0,04 0,01 0,005 0,02 0,002 0,005 0,06 0,007 0,003 0,0002 0,02 0,o3

A potência de perda pôr histerese, poderá agora ser mais bem compreendida com a introdução do conceito do fator tangente delta. PH = A E2.f.Vol onde A = 0,25 k tg ∆∆∆∆

Existem ótimos, bons e apenas regulares dielétricos, dependendo da finalidade e condições de aplicação. A madeira , pôr exemplo, pode ser usada como dielétrico até frequência de 20 kHz, em baixa tensão ( caso do aquecimento pôr radio-frequência RF capacitiva na confecção de compensados), nesse exemplo, torna-se evidente o objetivo da fabricação, que é aquecer homogeneamente o material compensado. Dielétricos usados em componentes e sistemas elétri cos • as borrachas, neoprene, gutta-percha, butílica. • o vidro, iron-sealing glass ( sílica+carbonato de Sódio+carbonato de Cálcio+aditivos). • o papel: papel kraft, papel rag, papel Rope, Japanese, etc. • as cerâmicas: óxido de Alumínio, titanato de Bário, porcelana, estealite, cordierita, silimanita, carbureto de silício, silicato de Cálcio. • os plásticos: polietileno, poliestireno, polivinil, araldite ou resina epoxy, cloreto de polivinil (PVC), teflon. O Poliestireno é um dielétrico comum aos cabos coaxiais. • a mica, o quartzo, a safira, as resinas, o Enxofre, o asbesto.

Outros materiais dielétricos

São utilizados largamente nos meios elétricos os seguintes Isolantes: • mica, óleo, papel, óxido de tântalo, mylar (dielétricos em capacitores ) • óleo para transformador ( isolamento entre terminais e enrolamentos primários e secundários de transformadores de força e disjuntores a óleo ). • dielétricos líquidos ( usados em capacitores a óleo ) • Isolantes elétricos como a mica, óxido de Berilo e o Alumínio anodizado são usados como Isolantes nas ligações entre transistores de alta potência e dissipadores térmicos. Cerâmicas

Os materiais cerâmicos são basicamente compostos químicos, classificados como oxidas, silicatos, sulfuretos, buretos e carbonetos, podendo conter elementos metálicos ou não-metálicos, e que são constituídos pôr aglomeração de grãos sinterizados à custas de uma fase vítrea ou metálica preenchendo os interstícios dos grãos.

Às 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.

Ex. : óxido de Berilo dióxido de urânio dióxido de Tório Estealite, porcelana Envelhecimento dos dielétricos

Os fatores que afetam o comportamento dielétrico provocando seu envelhecimento são: • incidência de energia solar, luminosa ou destrutiva, tipo radioativa ou similar • o calor e a frequência • a umidade, a salinidade e os gases venenosos • o tempo prolongado de aplicação de uma diferença de potencial elevada • impulsos de tensão • porosidade do dielétrico

Classe dos Isolamentos

Segundo o valor da temperatura máxima de trabalho, os isolamentos são catalogados nas seguintes classes: Classe Temperatura máxima oC Exemplo 0 A E B F H C

90 105 120 130 155 180 180

seda, algodão, papel não impregnado vernizes imersos em líquidos Isolantes mica, asbestos (c/aglutin.) mica, fibra de vidro (c/aglutin.) elastômeros de silicatos porcelana, vidro, quartzo, cerâmicas

Tintas e Vernizes Isolantes - óleos

As tintas e vernizes são constituídos de três componentes básicos: o veículo, o pigmento e o solvente. O mecanismo de formação da película Isolante se dá pôr polimerização e/ou evaporação do solvente. Os veículos são normalmente vinílicos ( resinas vinílicas ), alquídicos, epóxicos ou borrachas.

Esses Isolantes são compostos químicos de resinas sintéticas, de base alquídica, fenólica ou poliésteres, puros ou modificados, epóxis ou asfálticos, diluídos em solventes voláteis tais como álcool, acetona e essência de terebentina.

Os vernizes e as tintas produzidos com alta rigidez dielétrica e baixa condutividade tem um importantíssimo emprego na tecnologia da isolação de componentes eletro-eletrônicos.

Dentre as aplicações principais, podem se destacar as seguintes: • esmaltação de fios e cabos condutores elétricos • isolação de laminados metálicos ou não-metálicos ( fenolite, celeron, fibra de vidro, etc.) • isolação de lâminas de materiais ferromagnéticos ou carcaças de motores, geradores e transformadores • adesivo Isolante na colagem ou fixação dos componentes • aglutinante de alta resistividade em compostos químicos • no encapsulamento, impregnação ou revestimento de componentes elétricos em geral • proteção geral da superfícies Exemplos de vernizes - Verniz Alcanex (fabricação GE): é um verniz claro, á base de poliéster, classe

F, recomendado para isolamento de estatores, armaduras e enrolamento de transformadores ( fly-back de TV), onde é exigido uma certa rigidez e aglutinância elevada.

- Verniz Formex (Fabricação GE): é um verniz claro, com base polivinil-fenílica, classe A , para secagem em estufa, recomendada para esmaltação de fios de 44 a 10 AWG.

- Verniz GE 9564: é um verniz claro, com base fenílica, classe A , para secagem ao ar ou estufa, recomendado para revestimento de pequenos enrolamentos, trabalho de reparo e manutenção preventiva de isolamentos envelhecidos.

- Verniz Permafil: é um verniz claro, de poliéster copolimerizado, de secagem em estufa, classe F, recomendado para impregnação de induzidos que funcionam à alta velocidade.

- Composto GE 227: destinado a preenchimento dos poros de materiais Isolantes, com a finalidade de aumentar sua rigidez dielétrica, de cor preta, de base asfáltica, tipo termoplástico, é recomendado para impregnação sob pressão de 4 kg/cm2, de bobinas ou conjunto núcleo-bobina, isolamento entre alta e baixa de transformadores de corrente ou potencial, enchimento de mufas e na vedação de juntas e cabos.

- Resinas poliéster: é uma resina alquídica, do tipo poliéster., usada na indústria para fabricação de laminados, circuitos impressos e peças industriais reforçadas com fibra de vidro.

Tintas Isolantes

As tintas Isolantes também são fabricadas à base de resinas sintéticas e são usadas para cobrir superfícies isoladas, protege-las contra possíveis danos, contra umidade e atmosfera corrosiva, além de prover o necessário acabamento. *São produzidas tintas Isolantes de fundo, de acabamento, lisas ou marteladas e em diferentes cores. Óleos vegetais

São largamente usados como componentes em compostos dielétricos. Ex.: linhaça, soja, mamona, amendoim, babaçu, pinhão bravo, pinhão manso, etc. Isoladores

Para o isolamento de linhas de transmissão são necessários dispositivos especialmente desenhados, conhecidos como isoladores. O isolador deve apresentar, além de apreciáveis características dielétricas, ótimas características mecânicas, tendo em vista a natureza severa do trabalho que irá realizar. O isolador deve suportar altas tensões de compressão, deve ser duro e apresentar a superfície altamente polida.

Seu desenho deverá ser tal que minimize a acumulação de linhas de fluxo eletrostáticas, o que não permitirá o rompimento de arcos elétricos na sua superfície. Seu desempenho eletromecânico deve-se manter estável em quaisquer condições de umidade, temperatura, chuva, neve, poeira, gases, etc.

Os isoladores são produzidos de: • porcelana ( é uma cerâmica ) • vidro

FIGS. 1 e 2: Isoladores de porcelana.

FIGS. 3 e 4: Isoladores de vidro. (Fotos com o aluno Michel Dalla na SE Taubaté – CESP)

As especificações Brasileiras e os métodos Brasileiros regulam a fabricação e os ensaios dos isoladores de porcelana. Isolador - É um equipamento destinado a isolar e , geralmente a suportar um condutor ou aparelhagem elétrica. Corpo de Isolador - É um isolador ou parte do isolador constituído de uma só peça Isolante sem cimento ou outros meios de junção ou fixação. Isolador singelo - É um isolador contendo um único corpo de isolador, com ou sem ferragens. Isolador múltiplo - É um isolador contendo dois ou mais corpos de isoladores, fixados permanentemente uns aos outros pôr meio de cimento ou outro material apropriado, com ou sem ferragem. Isolador de pino - É um isolador singelo ou múltiplo, destinado a ser instalado em linhas elétricas a qual, em serviço normal, é fixado rigidamente a um pino adequado que penetra num furo existente no membro Isolante. Neste isolador o condutor geralmente apoia no entalhe existente na cabeça do isolador, e é preso pôr meio de um fio de amarração. Isolador pilar para linha - É um isolador singelo de forma cilíndrica, tendo pequenas saias na superfície externa, apresentando na parte superior entalhe e pescoço e na parte inferior, ferragens para fixação; estas ferragens constam, geralmente de uma base metálica, cimentada na porcelana, e de um pino atarrachado à base metálica. Isolador de suspensão : É um corpo isolador provido de partes metálicas destinadas a liga-lo flexivelmente a um suporte, ao condutor ou a outros Isolantes. Isolador pedestal para exterior – É um isolador singelo ou múltiplo, de forma que se assemelha às dos isoladores de pino, isto é, apresentando grandes saias na superfície externa, tendo na parte superior uma campânula e na inferior, um pino simples reforçado, terminando numa flange para assentamento.

Destina-se a fixar rigidamente um condutor ou outro equipamento elétrico a um suporte, em instalações externas.

Isolador de pedestal para interior - É um isolador, geralmente singelo, de forma cilíndrica, apresentando superfície ondulada, tendo partes metálicas fixadas em ambas extremidades e destinado a fixar rigidamente um condutor a outro equipamento elétrico a um suporte, em instalações interiores. Isolador pilar para estação – É um isolador singelo de forma cilíndrica, tendo pequenas saias na superfície externa, com peças metálicas nas duas extremidades para fixação. Isolador castanha - É um corpo isolador de forma especial, trabalhando à compressão, e destinado a isolar um condutor, suporte ou tirante.

Isolador carretel - É um isolador singelo de forma cilíndrica, com furo axial para fixação, tendo uma ou mais golas circunferências, destinadas a receberem um ou mais condutores. Bucha – É um isolador singelo ou múltiplo, geralmente de forma alongada, com um ou mais furos axiais através dos quais passam um ou mais condutores, e destinado a isolar ou proteger estes últimos na travessia dos obstáculos tais como paredes, tanques de transformadores, etc. Cadeia de suspensão - É um conjunto de dois ou mais isoladores de suspensão ligados entre si. Coluna de Isoladores – É um conjunto rígido de dois ou mais isoladores pedestal. Pino para Isolador- É o pino de metal ou outro material, roscado ou não, destinado a fixar rigidamente um isolador de pino a um suporte. Haste - (de um isolador de suspensão) – É a peça metálica fixada à parte inferior de um isolador de suspensão e terminada em forma aproximada de bola ou lingüeta com olhal. Tensão de carga seca - É o valor eficaz da tensão que produz uma descarga disruptiva através do ar que circunda o isolador limpo e seco. Tensão de descarga sobre chuva - É o valor eficaz da tensão que produz uma descarga disruptiva através do ar que circunda o isolador limpo e molhado. Tensão de perfuração - É a menor tensão eficaz capaz de perfurar o corpo de um isolador. Distância de descarga a seco - É a soma das menores distâncias que a corrente de descarga sob chuva pode percorrer, no ar e sobre as superfícies de um isolador, medidas com o isolador montado de acordo com as condições para ensaio de descarga sob chuva. Nessas medidas certas partes molhadas do isolador consideradas são consideradas condutoras. Distância do escoamento - É a menor distância entre as partes condutoras nas duas extremidades de um isolador, medidas sobre a superfície deste, com o isolador montado de acordo com as condições para ensaios de descarga a seco. 2 – DESENVOLVIMENTO

O emprego dos condutores elétricos requer sempre a utilização de algumas das substâncias Isolantes consideradas. Todo condutor elétrico deve ser acompanhado de um Isolante. De acordo com as aplicações, diversas são as combinações de condutores e Isolantes adotadas na Eletrotécnica.

De um modo geral é possível classificar os condutores industriais segundo as suas aplicações:

- para estações geradoras e subestações, - para transmissão e distribuição de energia elétrica - para fiação de edifícios - para telefonia e telegrafia - para sinalização elétrica - para máquinas elétricas rotativas - para transformadores e reatores - para instalações especiais em navios, automóveis e aviões - etc.

Algumas da aplicações acima referidas admitem o emprego de condutores nus. Estes são de distância em distância presos ou apoiados a isoladores montados sobre suportes adequados. Estão nestas condições as barras nuas de centrais geradoras e subestações, fios e cabos das linhas de transmissão ( uns e outros acompanhados de isoladores , cuja fabricação predominam a porcelana e o vidro). Os trilhos das estradas de ferro eletrificadas, isolados do solo pelos dormentes de madeira,etc.

Todo condutor nu é suportado pôr isoladores convenientemente espaçados de alta classe, como os de porcelana, onde se usam tensões elevadas de resistência de isolamento inferior, porém suficiente para o emprego visado, como a madeira, quando as tensões de serviço são suficientemente baixas. Entre os isoladores que o suportam, o Isolante do condutor nu é o ar atmosférico.

Em contraste com os condutores nus empregam-se as barras, fios e cabos isolados, nestes tipos, o Isolante ( borracha, papel, esmalte,etc.) é aplicado sobre toda extensão do condutor. Instalação de Barras

Duas são as aplicações gerais de condutores nus: nas barras das estações geradoras e das subestações; nas linhas aéreas.

Quando as barras são de grande seção ( alguns cm 2) correspondentes a corrente intensas (milhares de ampères), os esforços mecânicos conseqüentes a essas correntes exigem que as barras possuam apoios muito próximos) ( com espaçamentos na ordem do metro) para estes apoios usam-se isoladores especiais, geralmente de porcelana, de construção robusta e que podem ser classificados como isoladores de pedestal.

As tensões de utilização destes isoladores raramente são superiores a 3000 V (Corrente contínua) ou 6600 V ( corrente alternativa) e sua utilização faz-se em locais abrigados.

As tensões mais elevadas correspondem correntes menos intensas, menores podem ser então as seções das barras e maior o espaçamento entre os respectivos suportes.

Empregam-se então isoladores de pino. As instalações modernas desse tipo são geralmente externas em conseqüência do espaçamento necessário entre as barras.

A construção desses isoladores é semelhante à dos empregados nas linha de transmissão, porém as barras condutoras podem ser apoiadas na parte superior do isolador ou na inferior. As peças terminais dos isoladores , metálicas, variam com o tipo de montagem escolhido. Para tensões mais elevadas o isolador é formado pôr várias peças de porcelana cimentadas.

Ainda nas estações geradoras e subestações podem ser empregados em

lugar de isoladores de pino, os de suspensão; com estes, os condutores empregados são cabos e não barras rígidas. Os isoladores de suspensão são reunidos em cadeias, sendo o número de unidades estabelecido de acordo com a tensão de serviço. Para tensões muito elevadas este sistema é adotado. Linhas Aéreas

Nas linhas aéreas para suporte dos fios ou cabos, são usados, conforme a tensão, isoladores de pino ou de suspensão.

Um tipo diferente, empregado em certas instalações de baixa tensão é o isolador de compressão ou de castanha.

FIG. 5: Cadeia de ancoragem de isoladores de vidro na LT 550 Kv, Santo Ângelo / Taubaté (Estrutura de chegada na SE – Taubaté)

FIG. 6: Estrutura da LT 440 Kv Bom Jardim / Taubaté, cadeias em “ V “ com isoladores de vidro.

Os condutores empregados nas barras de ônibus e linhas elétricas são os industriais. É mais freqüente o emprego de cabos do que fios, os mais usados são os de Cobre duro ou meio duro e os de Alumínio. Em linhas de correntes fracas ( telefonia e telegrafia) utiliza-se pôr vezes o aço galvanizado.

Nas linhas de alta tensão recorre-se em certos casos aos condutores tubulares, a fim de reduzir a perda pôr efeito de corona sem aumentar inutilmente o peso do material condutor.

Nas linhas de extra tensão ( acima de 230 Kv), visando reduzir o efeito da corona e as interferências radioelétricas é normal o emprego de 2, 3 ou 4 condutores em paralelo, espaçados cerca de 40 centímetros.

Além dos condutores nus, usa-se também às vezes condutores isolados em instalações aéreas de distribuição de energia. Para este fim são fabricados para tensões baixas, fios e cabos a prova de intempéries, tipo WP ( weather proof). Nestes, o condutor ( fio ou cabo) é envolvido pôr uma massa Isolante resistente à intempéries.

FIG. 7: Em casos de instalações aéreas de distribuição de energia alguns cabos são a prova de intempéries tipo WP ( Weather Proof )

Na instalação dos condutores WP é necessário adotar as mesmas

precauções que na dos condutores nus, a montagem faz-se sobre isoladores de porcelana ou vidro.

FIG. 8: Para condutores WP a montagem se faz sobre isoladores de porcelana ou vidro como os da figura a cima.

2.1- Isoladores Cerâmicos 2.1.1- Isoladores de Pino

Os Isoladores de pino, padronizados, são providos de rosca cônica de 4 fios pôr polegada com diâmetros nominais de 25 ou 35 mm, padronizados pela ABNT. Esses isoladores devem ser montados em pino de ferro com rosca de chumbo ou em pinos de madeira de lei.

Caso o cliente o deseje, esses Isoladores poderão ser fornecidos com bucha de conversão, cimentadas no furo, provendo-os com roscas de 5/8” ou 3/4” Witworth, permitindo sua fixação direta aos pinos de Ferro.

Devido às razões de custo e as limitações de resistência mecânica do pino, normalmente não se fabricam esses isoladores para tensões superiores a 72 Kv, de rede trifásica com neutro aterrado.

Nas zonas de maior poluição industrial ou na orla marítima, recomenda-se usar Isoladores de classe de tensão imediatamente superior à da rede.

Os Isoladores de pino são projetados para trabalhar com seu pino instalado verticalmente.

Os modelos para tensões acima de 25 Kv, podem trabalhar com seu pino inclinado até o máximo de 45 o, sem prejuízo de sua características elétricas, desde que sejam atendidas suas características mecânicas.

Os tipos conhecidos como ( HITOP) nossos nrs. 442, 441 e 190252 podem ser montados horizontalmente quando providos de bucha de conversão de 5/8” W.

Nosso departamento técnico está à inteira disposição de nossos prezados clientes para o esclarecimento de quaisquer dúvidas a respeito do emprego de isoladores. Isoladores apresentados neste grupo: Referência Tensão Kv Referência Tensão Kv 430 1 469 23 442 8 470 27 441 15 170342 34,5 190252 25 170442 44 448 4 170443 44 444 8 467 69 474 15 170694 72 463 25 Isolador de 4 corpos

2.1.2- Isoladores de Suspensão

De acordo com a observação de muitos pesquisadores, a porcelana pode ser solicitada com cargas muito próximas de seu valor de ruptura, sem dano mecânico ou deformação permanente, o que não acontece com os dielétricos mono cristalinos, normalmente os sujeito à tempera.

A porcelana não sujeita à tensões internas causadas pela têmpera, tem rigidez dielétrica muito mais elevada, não sendo, praticamente afetada pelas sobretensões a que se sujeitam as linhas de transmissão.

Para tirar o máximo proveito de seus isoladores, eternizando-lhe a vida, recomendamos não ultrapassar os valores mecânicos elétricos da tabela e das curvas abaixo:

Cargas de ensaio Carga max.de uso

Novas Ref. Dos Isoladores

Classe de resistência mecânica Rotina Mantida

24 h Ruptura mín.

Perma-nente

Temporária

Fabricados nessas classes

Kg Lbs. Kg Kg Kg Kg Kg φφφφ 152 φφφφ 190 φφφφ 254 4500 10000 2000 2800 4500 1100 2200 477

910064 - -

7000 15000 2800 4500 7000 1800 3500 - 920081 910084

920101 920104 921101

12000 25000 4500 7000 12000 3000 6000 - - 930101

Na Tabela dos valores mecânicos se interpretam os títulos das “Cargas máximas de uso “ como segue:

FIG. 9: Isoladores em cadeia de suspensão na SE – Taubaté 440 Kv.

FIG. 10: Estruturas de entrada dos “ bays “ 440Kv, SE Taubaté. A estrutura posterior possui cadeias de suspensão em “ V “ com isoladores de vidro. “Carga máxima de uso permanente” é o máximo esforço contínuo aplicado ao isolador. Normalmente se considera essa carga como a tensão de instalação do cabo, computadas as de decomposições angulares dos esforços. “Carga máxima de uso temporário” é o máximo esforço aplicado ao Isolador pela superimposição dos esforços transitórios, tais como balanços do cabo, pressão de vento frio intenso e conjunção desses e de outros esforços similares, simultâneos. = As curvas abaixo fornecem os seguintes dados: Curva 1 : Número de Isoladores normalmente usados em função da Tensão de rede. Curva 2 : idem conforme curva 1 porém para isolamento reduzido. Curva 3 : idem conforme curva 1 para igualar aos níveis recomendados pela ABNT para equipamentos. Nota 1: para número fracionário de isoladores, arredondar para cima. Ex.: 80 Kv – 4,5 isoladores: usar 5 para nível da curva 3. Curva 4 : NBI de acordo com o número de unidades que constituem a cadeia. Curva 5 : Tensões críticas ( 50% de descarga) em impulso positivo ou negativo para o número de unidades nas cadeias. Nota 2: As Tensões de rede verificadas nas curvas 1,2 e 3 tem relação direta com os NBI da curva 4 e com o número de Isoladores da coluna central.

Recomendamos usar as constituições das cadeias da curva 1. Apenas nas zonas onde as condições da poluição são desprezíveis e as demais condições atmosféricas não sejam adversas é que se recomenda usar as condições apresentadas nas curvas 2 ou 3.

A proteção das cadeias contra descargas atmosféricas e os subsequentes arcos de potência, prolonga a vida útil dos Isoladores e dos cabos.

Esses dispositivos de proteção constituídos de anéis e similares, melhoram a distribuição do potencial entre os elementos das cadeias, reduzindo os efeitos de corona e associados.

2.1.3- Isoladores de Pedestal Generalidades

Os Isoladores pedestal são previamente ensaiados e preparados antes da montagem que é feita em gabaritos metálicos, os quais acompanham o material durante a cura do cimento feita em câmara de vapor.

Para atender os esforços metálicos, os pedestais são feitos normalmente em 3 classes, nas séries 29000, 30000 3 31000, respectivamente leves, pesados e extra-pesados.

Até o presente não houve a necessidade de fabricação do modelo ultra-pesado, previsto para cargas maiores.

FIG. 11: Desenho esquemático de um isolador pedestal.

FIG. 12: Isolador IP 440 Kv na SE – Taubaté. Obs.: ( Altura do aluno Michel Dalla: 1.84m, para efeito de escala.)

FIG. 13: Isolador IP na saída do TR – 09 ( 550 Kv – 440Kv ) na SE – Taubaté. Obs.: ( Altura do aluno Marcus Vinícius 1.80m, para efeito de escala. ) Escalonamento

Para tirar o máximo proveito dos Isoladores Pedestal, é normal montá-los em colunas escalonadas nas quais se instalam os Isoladores extra- pesados nos locais de maior momento fletor e Isoladores da série 30.000 onde essa solicitação seja menor ( ver quadro abaixo ). Fator de Segurança

Recomenda-se não aplicar cargas mecânicas superiores a 25% dos valores nominais de ruptura, considerando os transientes de cargas causados pôr impacto de barras dos seccionadores nos seus contatos e os balanços que podem causar cargas bastante elevadas, normalmente nas colunas maiores. Os seccionados para Tensões elevadas nunca devem ser transportados-montados, mesmo em embalagens reforçadas.

Considerar os valores da resistência mecânica aplicáveis às colunas, conforme constam das folhas de referências deste catálogo. Nota-se que esses valores são lineares.

As tensões de rede referem-se a altitudes inferiores a 1500 m em linhas trifásicas com neutro firmemente aterrado.

Sugerimos que nos consultem para os casos onde os Isoladores estão sujeitos a condições de poluição ou climáticas adversas, afim de que possamos oferecer soluções adequadas a cada uso.

COMPOSIÇÃO DE COLUNAS

Tensão da Rede

230/245

161/196 138/161 92/115 69/72 46 35 23/27 15 - Quant. e Ref.

NBI 1100

2x31369+3x960+1x30508

NBI 1050

6x31369

NBI 1050

6x960

NBI 930 2x3136+ 2x3026 + 1x30246

NBI 900 5x31369 NBI 900 5x30269 NBI 770 1x31369

= 2x960 +1x50508

NBI 750 4x31369 NBI 750 4x960 NBI 600 2x960 =

1x 30508 NBI 550 3x31369 NBI 550 3x960 NBI 350 2x31369 NBI 350 2x960 NBI350 2x483 NBI 30508 250 29246 NBI 30234 200 29234 NBI 30223 150 29223 NBI 30215 110 508

2.1.4- Bucha para Transformadores e Equipamentos

Apresentamos nessa série, as buchas já padronizadas pela ABNT, bem como algumas complementares para tensões superiores a 25 Kv, consagradas pelo uso.

Série 540.010 – Buchas Secundárias até 1,2 Kv, em d ois corpos – (DIN) Série 542.010 – Buchas Secundárias até 1,2 Kv, 1 co rpo – (Americanas) Série 560.000 e 5200 – Buchas Primárias p/ equipam entos c/ conservador de óleo (DIN) Série 562.000 – Buchas Primárias para equipamentos s/ conservador de óleo ( Americanas) Série 530.008 – Buchas para seccionadores e gabinet es de comando

Nessas séries, a tensão de rede é lançada nos dígitos das centenas e dezenas sendo a corrente identificada pelas unidades. Ex. 562251 é uma bucha do grupo americano para 25 Kv e 160 ampères no máximo.

Com o uso dos isoladores padronizados, o cliente estará seguro de receber um material que preenche os requisitos técnicos, pelo mínimo preço, no prazo de entrega mais curto. Nos casos não abrangidos ainda pela padronização oficial, oferecemos os modelos mais indicados ou consagrados pelo uso.

Os isoladores 562.251 25kV – tem características elétricas ligeiramente deficientes, razão pela qual a ABNT não os padronizou, embora seu uso seja consagrado.

Caso surjam problemas de corona nas tensões de ensaio desta bucha, recomenda-se metalizar ou pintar com tintas condutoras as áreas junto ao flange de fixação. O aparecimento de corona nessas peças depende bastante das condições do isolamento e instalação do condutor central.

Para evitar ruídos no interior de buchas que trabalham a seco recomenda-se a opção pôr uma das alternativas: a- preencher o espaço entre o condutor e a parede interna da bucha como

Isolante, fenolite, fita oleada, massa Isolante e similares. b- ligar a parede interna da bucha ao condutor pôr meio de espiral de tela ou

chapa fina. Neste caso devem ser observados alguns detalhes importantes:

1- evitar pontas, arestas e cantos vivos do material dessa espiral. 2- a periferia externa dessa espiral deve tocar mais que ¾ de volta do furo da

bucha. 3- localizar essa espiral, na mesma altura da flange de fixação. 4- estender a largura da espiral a cerca de 40 mm de cada lado além da largura

do flange externo. 2.2- Isoladores de Vidro 2.2.1- Fabricação de Dielétricos Matéria primas - Forno e fusão

Na composição do vidro, os elementos básicos são a sílica, os fundentes e os estabilizantes, tais como o Carbonato de Sódio e o Carbonato de Cálcio.

A fim de se obter um vidro com as propriedades exigidas pelos Isoladores elétricos, diversos produtos são incorporados a essa mistura, em pequena proporção, para aumentar a rigidez dielétrica.

Todas as matérias primas que entram na composição são rigorosamente selecionadas. Elas são pesadas e misturadas automaticamente, em condições precisas. A alimentação contínua do forno é assegurada desde a mistura das matérias primas até o enforneamento automático.

O forno é aquecido com “Fuel oil “. Ele é construído com materiais refratários de alta qualidade , muito resistentes ao desgaste à corrosão. O nível de vidro é mantido constante graças a um dispositivo de controle automático, empregando o método moderno de medição de distancia mediante capsulas radioativas.

A composição é introduzida na boca do forno e atravessa a primeira zona, chamada zona de fusão, onde a temperatura ultrapassa 1500o C. Aqui o vidro é refinado pôr um método aprimorado de controle de temperatura, que permite a eliminação de impurezas e gases.

O vidro em fusão passa em seguida numa Segunda zona chamada “Bacia de trabalho “, onde a temperatura é reduzida a 1200o C.

FIG. 14: Armazenagem de isoladores em invólucros em madeira macia, no almoxarifado da SE – Taubaté.

FIG. 15: Desenho esquemático de isoladores em vidro tipo conchabola. Moldagem

O vidro fundido perfeitamente refinado é finamente distribuído pôr um “feeder” ou alimentador, a uma prensa automática que assegura, graças a essa alimentação contínua uma notável regularidade de fabricação.

A capacidade total de produção dos Isoladores que a fábrica de Canoas pode atingir anualmente é de 6000 elementos de vidro temperado pôr dia. Ela poderia ser dobrada se isso viesse a se tornar necessária em vista de uma expansão rápida das necessidades.

Após a prensagem num molde de ferro fundido que imprime a forma definitiva ao dielétrico, este é submetido a uma homogeneização, ou alívio das tensões internas, em toda a sua massa, passando pôr um forno elétrico, a uma temperatura próxima ao ponto de amolecimento do vidro. Têmpera

A saída deste forno, o dielétrico é colocado sobre uma máquina automática de têmpera. Nesta é efetuado um resfriamento brusco da peça pôr meio de jatos de ar distribuídos de forma adequada e controlada. Durante este resfriamento brusco aparecem tensões na espessura da peça, que aumentam consideravelmente a resistência mecânica e às variações de temperatura.

Estas tensões de têmpera, graças à viscosidade praticamente infinita do vidro à têmpera ambiente, não podem se modificar com o decorrer do tempo.

A têmpera consiste de um aquecimento da peça até a temperatura inferior à do ponto de amolecimento, seguido de um resfriamento brusco pôr meio de jatos de ar, de duração controlada. No resfriamento, o vidro sofre contração rápida nas camadas externas, em contato com o ar.

Nas camadas internas a massa continua com temperatura elevada e viscosidade mais baixa. No resfriamento final, as tensões se equilibram na espessura da peça de tal forma que nas camadas externas ficam as tensões de compressão e nas camadas internas, tensões de tração.

Uma peça de vidro que, pôr exemplo, da têmpera possuía resistência de ruptura à tração de 1,5 kg/m2 passa a Ter uma resistência total de 9,5 kg/m2, porque a tensão interna de compressão, da ordem de 8kg/m2, se opões permanentemente a qualquer solicitação de tração externa.

Desta forma, a resistência à ruptura do dielétrico fica aumentada mais de 6 vezes, assim permanece indefinidamente sem que nenhum esforço do serviço consiga atingi-la. 2.2.2- Controle de Rotina Controle da Têmpera : A saída das operações de têmpera, os dielétricos são submetidos a um ensaio de rotina de primordial importância para determinar a qualidade final do produto. O ensaio consiste num duplo choque térmico pôr passagem sucessiva e rápida das peças em forno túnel à temperatura de várias centenas de graus depois de um resfriamento prévio à temperatura ambiente, seguido novamente de resfriamento brusco.

O primeiro choque térmico, muito elevado, cia na zona central das peças tensões análogas às da têmpera propriamente dita, somando-se às tensões existentes. Quando as tensões resultantes passam pôr um máximo, em alguns segundos elas tendem a eliminar peças defeituosas que não teriam sido atacadas pelas tensões de têmperas sozinhas, provocando a desintegração das mesmas.

O segundo choque térmico age sobre as partes superficiais da peça e serve para o controle da intensidade da têmpera. Se esta for insuficiente, mal distribuída ou desequilibrada, as tensões de tração criadas artificialmente opõem-se às tensões de compressão insuficientes, de tal forma a provocar a desintegração da peça.

Estes controles extremamente severos permitem estabelecer o princípio de que um Isolador de vidro temperado não poderia ficar eletricamente afetado de maneiras permanente sem que a sua saia viesse a sofrer desintegração, e, inversamente, todo ISOLADOR INTEIRO DEVE SER CONSIDERADO ELETRICAMENTE PERFEITO. Controle visual e seleção : Finalmente todas as peças são inspecionadas pôr uma a fim de localizar eventuais defeitos, próprios de fabricação do vidro, que tenham escapado aos controles de choques térmicos anteriormente citados. Tais defeitos são peças deformadas, bolhas, inclusões, etc.

Os controles são efetuados pôr operários especializados com grande experiência no ofício e são facilitados pela transparência do vidro e a iluminação especial empregada.

Além disso, diversas amostras são retiradas diariamente da fabricação pôr serem submetidos a ensaios mecânicos e elétricos, no laboratório, indicando assim a qualidade e uniformidade da produção.

Finalmente, ensaios físicos e análises químicas são efetuados diariamente a fim de controlar a composição do vidro e a regularidade da qualidade do mesmo. Montagem dos Isoladores: a)- cimentação

A fábrica de Canoas dispõe de instalações para cimentação das peças de vidro nas campânulas e nos pinos, para formar o conjunto do Isolador.

Estas instalações permitem alcançar a produção de 150.000 unidades mensais.

Esta operação é importante para o vidro temperado. Com efeito, um Isolador de disco, cujo dielétrico ficar acidentalmente destruído em linha, apresenta uma resistência ao arrancamento, diminuída certamente, mas superior ainda à resistência mecânica garantida pela instalação de linha.

Isso é obtido sobretudo graças aos cuidados na cimentação, cuja operações principais são: Dosagem exata dos componentes da argamassa Vibração da argamassa durante a montagem Condições de pega e endurecimento Centragem perfeita das 3 peças, campânula, vidro e pino.

O cimento empregado é do tipo Portland, que permite obter uma grande constância das qualidades mecânicas, assim como resistências elevadas.

A peça do cimento é feita em piscinas de água quente sendo completada pôr climatização do meio ambiente. b)- Componentes metálicos

As campânulas empregadas são de ferro maleável de alta resistência, provindo das melhores fundições do Brasil.

Os pinos são de aço forjado de grande dureza e elevada resistência mecânica. Nos Isoladores de engate tipo concha e bola, a concha da campânula

e a bola do pino obedecem às especificações da Comissão Eletrotécnica Internacional (publ. 120 de 1960) e às Normas brasileiras em fase de revisão ( MB 22 da ABNT ). Nos Isoladores de engate tipo garfo e olhal ( GO ), os elementos vinculados obedecem às normas MB 22 da ABNT, em fase de revisão, assim como às normas ANSI C29.1-196l.

Para cada fornecimento de componentes metálicos, todas as peças são controladas pôr uma com calibres MAX-MIN, a fim de verificar as dimensões dos vínculos, como sejam conchas, bolas, olhais e garfos, assim como os furos das cupilhas.

A aderência e a uniformidade da camada de Zinco são verificadas cuidadosamente pelo ensaio de Preece, com no mínimo 6 imersões consecutivas numa solução de Sulfato de Cobre que não deve deixar vestígio sobre o metal de base da peça ensaiada. Tração de Rotina

No fim das operações de cimentação, os isoladores de disco são montados em cadeias de 20 a 30 elementos, conforme suas dimensões , e são submetidos ao ensaio de rotina, numa máquina de tração horizontal Laboratório de Ensaios

Um certo número de peças retiradas da linha de fabricação diária, são levadas ao laboratório para controlar suas características elétricas e mecânicas ( ensaios de características ).

Construído em 1962, nas proximidades das áreas de controle de recebimento e de controle final ( ensaio de tração de rotina ), o nosso laboratório compreende duas partes: 1- uma área onde são efetuados os exames microscópicos, medições de

densidade, choques térmicos e ensaios normais em fábrica de vidro. 2- uma área de ensaios de 250 Kv, cujo equipamento moderno inclui: - um transformador de 25 Kv, 250 Kv. - um centelhador de esferas com diâmetro de 25 cm, de eixo horizontal - uma máquina de tração eletromecânica, permitindo tracionar verticalmente os

Isoladores até 30t, com tensão elétrica aplicada até 250 Kv - um aparelho TESLA, gerador de alta frequência - um tanque isolado para ensaios de perfuração em óleo até 250 Kv - uma instalação de chuva artificial - um pêndulo para ensaio de impacto conforme Normas ABNT e ANSI - uma máquina de tração mecânica até 100t

Todos os ensaios clássicos que caracterizam os elementos de cadeias de isoladores podem ser realizados neste laboratório.

Todas as medições são dirigidas pôr um operador, dentro da cabine de comando, provida de blindagem eletrostática (gaiola de faraday ).

É com prazer que colocamos nosso laboratório à disposição dos engenheiros e técnicos que utilizam nossos isoladores, para que possam realizar, além de ensaios clássicos de recebimento e controle, pesquisas contribuindo ao aperfeiçoamento dos Isoladores de vidro.

2.2.3- Característica do Isolador Montado Características Elétricas Tensões de descarga: As tensões de descarga a seco e sob chuva, em frequência industrial, assim como as tensões críticas de descarga sob impulso do isolador, dependem da forma e das dimensões do dielétrico. Tensões de perfuração: As propriedades elétricas dos materiais Isolantes são normalmente verificadas de várias maneiras:

O ensaio mais comum é o de perfuração em óleo. Em tais ensaios o objetivo é perfurar a parte dielétrica do Isolador, eliminado quaisquer possibilidades de descarga no ar.

A validade deste ensaio está sendo cada vez mais discutida, pois na maioria dos caos a perfuração é provocada pelas descargas através do óleo entre as bordas da campânula e do dielétrico, enquanto que na operação real nas linhas, as solicitações mais severas devido aos surtos de tensão, não aparecem nas bordas da campânula, mas sim no fundo da mesma.

A fim de prevenir ou retardar a formação de descargas no óleo, a maioria dos fabricantes acrescenta ao óleo usado para o ensaio uma certa quantidade de piche, ou óleo de lignite, tentando obter que a perfuração ocorra no fundo da campânula, o que vem a ser a medição da rigidez dielétrica do material Isolante. (O óleo está de acordo com a especificação ANSI C29 1-1961).

Ensaios com perfuração no ar aplicando ondas de impulso com frentes rígidas estão previstas nas especificações da IEC e BSS.

Estes ensaios representam as solicitações elétricas transitórias a que o isolador está sujeito em operação tais como, surtos de manobra e raios. Até hoje foi impossível provocar a perfuração no ar de um isolador de vidro temperado, com as instalações disponíveis dos diversos laboratórios onde foram ensaiados.

Um novo método de inspeção está em consideração no momento. Está baseado no fato de que a rigidez dielétrica do ar, na frequência industrial, depende da tensão aplicada, do tempo de duração e da temperatura da amostra.

Um isolador de suspensão de vidro temperado a 254mm de diâmetro suportará uma temperatura de 90o C durante 10 h consecutivas, sob uma tensão aplicada de 40 Kv, condições estas nunca alcançadas em operação normal. Distribuição da tensão elétrica: devido à sua constante dielétrica elevada e à delgada espessura da parte dielétrica, a capacidade dielétrica entre a campânula e o pino é maior, no caso de ser de vidro o material Isolante.

Pôr essa razão os isoladores de vidro proporcionam uma melhor distribuição de tensão ao longo da cadeia. Ensaios de arco de potência: em diversos países foram levados a termo ensaios sob o arco de potência.

Todos os resultados obtidos mostram que os isoladores de vidro temperado são muito resistentes a este tipo de ensaio. Pôr exemplo, uma cadeia de 22 elementos, de diâmetro de 254mm, tem suportado uma intensidade de 38000 ampères durante 0,8 segundos. O único efeito constatado foi a desintegração as sala de um isolador.

A fusão relativa do material Isolante ou do cimento, devido ao arco de potência entre o pino e a campânula, internamente, é impossível, porque o arco de potência, quando a saia é quebrada, sempre ocorre no ar, entre a borda inferior da campânula e o pino. Características mecânicas

As solicitações mecânicas as quais os isoladores estão submetidos em linha são o resultado de dois tipos de cargas: Cargas estáticas: as que um isolador pode suportar indefinidamente ou acidentalmente. Cargas dinâmicas: devidas às vibrações ocasionadas pelos condutores.

Estáticas: Durante ensaios de longa duração sob grandes cargas nunca o dielétrico de vidro temperado sofreu desintegração antes que ocorresse falha dos componentes metálicos.

Na prática, a carga permanente que pode ser suportada pelo isolador de vidro temperado é determinada pela resistência do pino ou campânula e esta, pôr sua vez, assenta nas dimensões especificadas pelos padrões rolativos.

Os materiais mostram normalmente um substancial efeito de fadiga quando as cargas excedem 50% do valor de ruptura, isto somente ocorre com o vidro temperado com cargas em torno de 90% do valor de ruptura, o que pode ser explicado como segue:

O efeito de fadiga aplica-se somente à resistência mecânica do vidro não temperado, que oscila em torno de 1,5 kgf/mm2.

A fim de solicitar mecanicamente o vidro temperado, a condição primária é que as tensões aplicadas externamente sejam superior às da têmpera, que são da ordem de 8 kgf/mm2.

Desta forma teremos, para o vidro temperado, uma resistência instantânea de ruptura de aproximadamente 1,5 + 8 = 9,5 kgf/mm2.

Em outras palavras, a resistência mecânica nos ensaios com carga aplicada no tempo ( ensaios de fadiga ) será: ( 1,5 x 0,5 ) + 8 = 8,75 kgf/mm2.

Estes valores são confirmados pôr um grande número de medidas de laboratório.

As dimensões do dielétrico são tais que este constitui a parte mais resistente do isolador, o problema da carga máxima aplicada durante longo tempo recai desta forma sobre a resistência das partes metálicas.

Dinâmicas: Estas são pesquisadas de duas formas: 1-Ensaios de impacto ou resiliência- conforme às especificações ANSI C29 2 –1962 não ocasionam a quebra do vidro temperado. 2-Ensaios Dinâmicos- todos os ensaios de vibração realizados nos nossos laboratórios terminaram sempre ocasionando a falha das partes metálicas, nunca do vidro temperado.

Além disso, ensaios de vibração foram realizados durante 18 meses, nos laboratórios da SEDIVER, na França, sobre “tocos “ ou seja, isoladores com sua saia propositalmente destruída. Todas as falhas observadas até a data de hoje

foram, invariavelmente, das partes metálicas, permanecendo a campânula e o pino firmemente ligados um ao outro. Características Térmicas

As solicitações térmicas dos isoladores em linha são de diversas espécies: Algumas são devidas às variações bruscas de temperatura. Nossos isoladores suportam estas solicitações muito bem, como ficou comprovado pelos ensaios especificados pelas diversas normas e pelo controle de têmpera dos dielétricos.

As variações bruscas da temperatura que podem ocorrer em operação são muito mais suaves que os choques térmicos de rotina, aos quais todos isoladores ficam submetidos.

Outras solicitações são geradas no isolador quando esse ficar sujeito durante algum tempo à temperatura T sendo a Ta a temperatura na época da montagem.

Isso ocasiona dilatação diferencial entre dielétrico e componentes metálicos. A duração das tensões assim criadas introduz um efeito de fadiga que é substancial e se apresenta, para nós como o maior responsável pelo efeito do envelhecimento dos isoladores. *Esta dilatação diferencial é um fator de: (Lf – Li) x (T - Ta) onde Lf e Li indicam respectivamente os coeficientes de dilatação dos componentes metálicos e do material Isolante.

O coeficiente de dilatação do vidro temperado pôr nós empregado é muito próximo dos coeficientes correspondentes nos seguimentos metálicos. No sistema métrico, teremos: ferro maleável Lf 11,5 x 10 –6 o C –1. aço Lf 11,7 x 10 –6 o C –1. vidro temperado Li 8,7 x 10 –6 o C –1. cimento 12,0 x 10 –6 o C –1.

Temos assim uma dilatação diferencial muito baixa num material extremamente resistente.

A título de exemplo lembramos que para outros materiais Isolantes, usados convencionalmente há muito tempo para a fabricação dos dielétricos, o coeficiente de dilatação Li oscila entre 3,5 e 4. Nível de rádio interferência : uma cadeia de isoladores sem acessórios indica níveis de rádio-interferência consideravelmente inferiores aos especificados pelas diversas normas.

Cada unidade apresenta nível de rádio-interferência (riv) inferior ao especificado pelas normas ANSI ( 50 µ V para 1MHz ).

Uma cadeia de 24 isoladores de 254mm de diâmetro apresentou nível de tensão RIV de 240µV sob uma tensão aplicada de 350 Kv eficazes. Poluição: este é um problema que vem preocupando cada vez mais os engenheiros das linhas de transmissão.

Uma forma adequada ao dielétrico, incluindo distâncias de escoamento diminui as conseqüências de poluição.

Tendo em vista que o isolador de vidro manufaturado por moldagem, o projetista pode usar diferentes formas de dielétrico para ir ao encontro das diferentes situações.

A corrosão do pino do isolador, em ambiente poluído pôr gases industriais e maresia, parcialmente resolvida com a adoção de aço inox, em lugar de aço forjado galvanizado.

O emprego do tipo adequado de isolador anti-poluição, aliado à lavagem periódica de equipamentos de linhas, representa no momento a melhor solução.

Mais de 500.000 isoladores de vidro temperado, do tipo anti-poluição, estão atualmente em operação nos cinco continentes em áreas onde mais intensa é a poluição devida à maresia, gases industriais, poeiras, etc.

Estes isoladores resultaram numa considerável melhoria para as condições de manutenção das linhas de alta tensão.

No Brasil, diversas empresas estão empregando com sucesso tais isoladores, da série AP, fabricados pela VIFOSA desde 1964. 2.3- Isoladores Tipo Bastão

Isolador de cadeia de forma cilíndrica, provido de saias, juntamente com sus ferragens integrantes, destinado a ser empregado em suspensão ou ancoragem ou como espaçadores de fases. O isolador composto tipo bastão suporta altas cargas de tração, podendo, no entanto, ser submetido apenas a leves cargas de flexão ou compressão. Núcleo de um isolador composto

É a parte Isolante central de um isolador composto projetada para suportar as cargas mecânicas do isolador. É formado pôr fibras de vidro impregnadas de resinas posicionada numa matriz de forma a se obter a máxima resistência à tração. Revestimento e saias

O revestimento é a parte Isolante externa do isolador, que assegura a distância de escoamento necessárias protege o núcleo das intempéries. A saia é uma parte do revestimento em projeção, destinada a aumentar a distância de escoamento. Podem Ter diâmetros iguais ou não.

O revestimento pode ser diretamente moldado ou injetado sobre o núcleo, seja numa peça única ou não, ou formado com ou sem uma camisa intermediária. Engates metálicos ( ferragens )

São as partes terminais do isolador composto e tem pôr finalidade a união do isolador à estrutura suporte, a um equipamento, a outros componentes ou isoladores de uma cadeia, etc.

FIG. 15: Sistema mecânico de travamento articulado para cadeia de isoladores.

FIG. 16: Cadeia de suspensão de isoladores em porcelana utilizando sistema de travamento articulado. Trilhamento elétrico

É uma degradação irreversível, formada pôr caminhos que se iniciam e se desenvolvem na superfície de um material Isolante. Estes caminhos são condutivos mesmo quando secos. Pode ocorrer na superfície externa e também nas interfaces entre materiais Isolantes. Arvorejamento

É uma degradação irreversível, consistindo na formação de microcanais dentro do material, condutivos ou não. Estes microcanais podem estender-se progressivamente pelo material até que ocorra falha elétrica. Erosão

É uma degradação irreversível e não condutiva da superfície do isolador que ocorre pôr perda de material. Pode ser uniforme, localizada ou ramificada. Quando a erosão for condutiva, será considerada como trilhamento elétrico.

Esfarelamento

É o aparecimento de partículas do material do revestimento, que formam uma superfície rugosa ou coberta de pó. Rachadura

É toda fratura superficial de profundidade superior a 0,1 mm. Fissura

É a microfratura superficial de profundidade entre 0,01 a 0,1 mm. Hidrólise

É um fenômeno de despolimerização resultante da reação química entre íons da água ou vapor e as extremidades livres das cadeias de polímeros.

Causa degradação elétrica e/ou mecânica dos isoladores compostos, ocorrendo nos seus materiais componentes ( revestimento e resina do núcleo). Carga mecânica Especificada ( CME)

A CME é a carga mecânica de tração inicial suportável pelo isolador, que é especificado pelo fabricante. É tomada como referência para os ensaios mecânicos das normas e desta especificação, constituindo-se num item básico para a seleção dos isoladores compostos.

Deve ser expressa em kilonewtons ( KN). Carga mecânica de Rotina (CMR)

A CMR é a carga mecânica de tração aplicada a cada isolador completo durante o ensaio mecânico de rotina. Corresponde a 50% da CME.

FIG. 16: Desgaste típico de LT’S instaladas no litoral: Ambiente altamente agressivo que provoca corrosão acentuada nos sistemas

articulado das cadeias de isoladores ( Este rompeu-se em uma estrutura da LT 138 Kv são Sebastião / Caraguatatuba. ) 2.4- Revestimento para Isoladores de Alta Tensão Descrição:

Dow Corning Q3-6539 RTV Revestimento para isoladores de Alta Tensão 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. O revestimento protetor de silicone possui as propriedades básicas inerentes a todos os silicones-repelência à água, resistência à degradação atmosférica e química, baixa toxicidade e inflamalidade.

Adicionalmente, o Dow Corning Q3-6539 RTV Revestimento para isoladores de alta tensão apresentou a capacidade de supressão e resistência à formação de arco a longo prazo sob condições de contaminação pôr umidade.

O produto é fornecido sob forma líquida de fácil aplicação, que se cura, tornando-se um elastômero flexível, quando exposto à umidade do ar.

O tempo total de cura é de aproximadamente 2 a 6h, dependendo das condições de temperatura e umidade. 0,5mm é a espessura recomendada após a secagem a fim de proporcionar proteção aos substratos de isolamento.

O revestimento é normalmente aplicado em três etapas, sendo recomendado um tempo de secagem de 20-30 minutos ( dependendo da temperatura e umidade) entre as camadas. + Resistência à formação de Arco - Dow Corning Q3-6539 RTV oferece ampla resistência à formação de arco,

mesmo em ambientes altamente contaminados pôr elementos tais como o sal, nevoeiro ou circunvizinhanças com elevada presença de partículas.

+ Resistência Climática - Dow Corning Q3-6539 RTV apresenta boa retenção de cor e permanece em

estado elastomérico sob quaisquer condições climáticas. - Tal como todos silicones, o produto em questão retém sua flexibilidade em

temperatura abaixo de zero e não é afetado pôr temperaturas extremas até 175o C.

Usos

Dow Corning Q3-6539 RTV é um revestimento protetor para isoladores de vidro e/ou porcelana, pára-raios, isoladores de coluna, isoladores de equipamentos e outras aplicações de isolamento de alta tensão, onde a contaminação pôr umidade/poluentes causa problemas de operação.

3- Bibliografia Rezende, Ernani da Motta – Materiais usados em Eletrotécnica – Livraria Interciência LTDA – R.J./R.J. – 1ª edição 1977. SARAIVA, Delcyr Barbosa – Materiais elétricos – Editora Guanabara S/A – R.J./R.J. – 1988. CESP, fundo fixo de materiais de Taubaté (14-114), Manual da Vidraria Industrial Figueras Oliveras S/A de Isoladores de Vidro . CESP, fundo fixo de materiais de Taubaté (32-113), Manual da Cerâmica Santana S/A de Isoladores de Porcelana. CESP, fundo fixo de materiais de Taubaté (03-142), Manual de Especificação para fornecimento de Isoladores compostos tipo Bastão. CESP, fundo fixo de materiais de Taubaté (12-114), Manual de Informações sobre Revestimento para Isoladores de Alta Tensão. Site Internet:: WWW.ISOLSANTANA.COM.BR Site Internet: WWW.UNICAMP.COM.BR