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ABNT – AssociaçãoBrasileira deNormas Técnicas

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NOV 2000 NBR 6939

Coordenação do isolamento -Procedimento

Origem: Projeto NBR 6939:1999ABNT/CB-03 - Comitê Brasileiro de EletricidadeCE-03:028.01 - Comissão de Estudo de Coordenação do Isolamento emSistemas de Alta TensãoNBR 6939 - Insulation co-ordination - ProcedureDescriptor: Electric insulationEsta Norma substitui a NBR 6939:1987Esta Norma foi baseada na IEC 60071-1:1993Válida a partir de 29.12.2000

Palavra-chave: Isolação elétrica 15 páginas

Prefácio1 Objetivo2 Referências normativas3 Definições4 Procedimento para coordenação do isolamento5 Requisitos para ensaios normalizados de tensão suportávelANEXOA Níveis de isolamento nominais, na faixa de tensões 1 kV < Um < 245 kV, para tensões máximas do equipamento nãonormalizadas pela IEC, baseados na prática usual em alguns países

Prefácio

A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujoconteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de Normalização Setorial(ABNT/ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delasfazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros).

Os Projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para Consulta Pública entreos associados da ABNT e demais interessados.

Esta Norma contém o anexo A, de caráter informativo.

1 Objetivo

1.1 Esta Norma especifica o procedimento para escolher as tensões suportáveis normalizadas para a isolação fase-terra,isolação fase-fase e isolação longitudinal dos equipamentos e instalações utilizados nestes sistemas. Apresenta, também,uma lista de valores normalizados entre os quais as tensões suportáveis normalizadas devem ser escolhidas.

1.2 Esta Norma se aplica a sistemas elétricos de corrente alternada, trifásicos, nos quais a tensão máxima dos equi-pamentos é superior a 1 kV, observado o disposto na nota 1 da tabela 2.

1.3 Esta Norma recomenda que as tensões suportáveis escolhidas sejam associadas com a tensão máxima dos equi-pamentos. Esta associação é destinada somente para fins de coordenação do isolamento.

1.4 As prescrições referentes às regras de segurança para as pessoas não são cobertas por esta Norma.

1.5 Os princípios utilizados nesta Norma se aplicam também às linhas de transmissão, porém os valores das tensõessuportáveis pelas isolações das mesmas podem ser diferentes das tensões suportáveis normalizadas.

NBR 6939:20002

1.6 As Comissões de Estudo responsáveis pela normalização de diferentes equipamentos têm a responsabilidade de es-pecificar valores de tensões suportáveis e métodos de ensaio apropriados para esses equipamentos, levando em con-sideração as recomendações desta Norma.

NOTA - Todas as regras de coordenação do isolamento dadas nesta Norma são justificadas, em detalhe, na NBR 8186, em particular noque concerne à associação das tensões suportáveis normalizadas com a tensão máxima dos equipamentos. Quando mais de um conjuntode tensões suportáveis normalizadas é associado com uma mesma tensão máxima dos equipamentos, é dada uma indicação para a sele-ção do conjunto mais apropriado.

2 Referências normativas

As normas relacionadas a seguir contêm disposições que, ao serem citadas neste texto, constituem prescrições para estaNorma. As edições indicadas estavam em vigor no momento desta publicação. Como toda norma está sujeita a revisão,recomenda-se àqueles que realizam acordos com base nesta que verifiquem a conveniência de se usarem as edições maisrecentes das normas citadas a seguir. A ABNT possui a informação das normas em vigor em um dado momento.

NBR 5456:1987 - Eletricidade geral - Terminologia

NBR 6936:1992 - Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão - Procedimento

NBR 8186:1983 - Guia de aplicação de coordenação do isolamento

IEC 60071-1:1993 - Insulation co-ordination Part 1: Definitions, principles and rules

3 Definições

Para os efeitos desta Norma, são adotadas as definições da NBR 5456 e as seguintes:

3.1 isolante: Material, em geral um dielétrico, utilizado para impedir a passagem de correntes de condução.

3.2 isolação: Conjunto de materiais isolantes utilizados para isolar eletricamente.

3.3 isolamento: Conjunto de propriedades adquiridas por um corpo condutor, decorrentes de sua isolação.

3.4 coordenação do isolamento: Seleção da suportabilidade dielétrica dos equipamentos em função das tensões que po-dem ocorrer no sistema ao qual estes equipamentos serão ligados, levando em conta as condições em que serão operadose as características dos dispositivos de proteção disponíveis.

NOTA - A suportabilidade dielétrica dos equipamentos é entendida aqui como o nível de isolamento nominal ou o nível de isolamentonormalizado, conforme definido em 3.35 e 3.36 respectivamente.

3.5 isolação externa: Distâncias em ar e superfícies de isolantes sólidos de um equipamento, em contato com o ar, queestão sujeitas a solicitações dielétricas e aos efeitos de condições atmosféricas e outras condições externas, tais como po-luição, umidade, animais, insetos, etc.

NOTA - A isolação externa pode ser protegida ou exposta ao tempo, dependendo de ser a mesma projetada para operar no interior ou ex-terior de ambientes abrigados, respectivamente.

3.6 isolação interna: Partes internas sólidas, líquidas ou gasosas da isolação do equipamento, que são protegidas dosefeitos atmosféricos e de outras condições externas.

3.7 isolação auto-recuperante: Isolação que recupera completamente suas propriedades isolantes após uma descargadisruptiva.

3.8 isolação não auto-recuperante: Isolação que perde suas propriedades isolantes, ou que não as recupera totalmente,após uma descarga disruptiva.

NOTA - As definições de 3.7 e 3.8 aplicam-se somente quando a descarga disruptiva é causada pela aplicação de uma tensão de ensaiodurante um ensaio dielétrico. Entretanto, descargas disruptivas que ocorrem em serviço podem fazer com que uma isolação auto-recu-perante perca parcialmente, ou completamente, suas propriedades isolantes originais.

3.9 terminal da configuração da isolação: Qualquer um entre dois eletrodos em que a tensão que solicita a isolação podeser aplicada. Os tipos de terminal são:

a) terminal de fase, entre o qual e o neutro é aplicada, em serviço, a tensão fase-neutro do sistema;

b) terminal de neutro, representando, ou conectado a, o ponto neutro do sistema (terminal de neutro de transfor-madores, etc.);

c) terminal de terra, sempre solidamente conectado à terra em serviço (tanque de transformadores, base de secciona-dores, estrutura de torres, plano de terra, etc.).

3.10 configuração da isolação: Configuração geométrica completa da isolação em serviço, consistindo na isolação e emtodos os terminais. Inclui todos os elementos (isolantes e condutores) que influenciam seu comportamento dielétrico. Asseguintes configurações da isolação são identificadas:

a) trifásica: tendo três terminais de fase, um terminal de neutro e um terminal de terra;

b) fase-terra: uma configuração de isolação trifásica onde dois terminais de fase são desconsiderados e, exceto em ca-sos particulares, o terminal de neutro é aterrado;

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c) fase-fase: uma configuração de isolação trifásica onde um terminal de fase é desconsiderado. Em casos par-ticulares, o terminal de neutro e o terminal de terra são também desconsiderados;

d) longitudinal: tendo dois terminais de fase e um terminal de terra. Os terminais de fase pertencem à mesma fase deum sistema trifásico, temporariamente separada em duas partes energizadas independentemente (dispositivos dechaveamento abertos). Os quatro terminais que pertencem às outras duas fases são desconsiderados ou aterrados.Em casos particulares um dos dois terminais de fase considerados é aterrado.

3.11 tensão nominal de um sistema: Valor de tensão fase-fase usado para designar ou identificar um sistema.

3.12 tensão máxima do sistema: Máximo valor de tensão de operação que ocorre sob condições normais de operação emqualquer tempo e em qualquer ponto do sistema.

3.13 tensão máxima do equipamento (Um): Máximo valor eficaz de tensão fase-fase para o qual o equipamento éprojetado, considerando-se o seu isolamento, bem como outras características relacionadas a esta tensão nas normasespecíficas para o equipamento em questão.

3.14 sistema de neutro isolado: Sistema onde nenhum ponto neutro é intencionalmente conectado à terra, exceto atravésde conexões de alta impedância utilizadas para fins de proteção ou medição.

3.15 sistema de neutro solidamente aterrado: Sistema cujo(s) ponto(s) neutro(s) é(são) diretamente conectado(s) à terra.

3.16 sistema de neutro aterrado por impedância: Sistema cujo(s) ponto(s) neutro(s) é(são) conectado(s) à terra atravésde impedâncias para limitar correntes de falta.

3.17 sistema com aterramento ressonante: Sistema no qual um ou mais pontos neutros são conectados à terra atravésde reatâncias que compensam aproximadamente a componente capacitiva da corrente de falta fase-terra.

NOTA - Com aterramento ressonante de um sistema, a corrente residual na falta é limitada a um valor tal que o arco no ar para uma faltaé, normalmente, auto-extinguível.

3.18 fator de aterramento (em um dado local de um sistema trifásico e para uma dada configuração do sistema):Razão entre o máximo valor eficaz de tensão fase-terra de freqüência fundamental em uma fase sã, durante uma falta fase-terra afetando uma ou mais fases em qualquer ponto do sistema, e o valor eficaz de tensão fase-terra de freqüênciafundamental que seria obtido no mesmo local na ausência de tal falta.

3.19 sobretensão: Qualquer tensão entre fase e terra, ou entre fases, cujo valor de crista excede o valor de crista deduzido

da tensão máxima do equipamento ( 3/2Um ou 2mU , respectivamente).

NOTA - A menos que claramente indicado, tal como para pára-raios, valores de sobretensão expressos em p.u. serão referenciados a

3/2Um .

3.20 classificação das solicitações de tensão (tensões e sobretensões): Classificação, de acordo com a forma e aduração, de tensões e sobretensões, divididas nas seguintes classes (ver também a tabela 1):

3.20.1 tensão contínua de freqüência fundamental: Tensão de freqüência fundamental, considerada como tendo valoreficaz constante, continuamente aplicada a qualquer par de terminais de uma configuração de isolação.

3.20.2 sobretensão temporária: Sobretensão de freqüência fundamental de duração relativamente longa.

NOTA - A sobretensão pode ser não amortecida ou fracamente amortecida. Em alguns casos sua freqüência pode ser várias vezes menorou maior do que a freqüência fundamental.

3.20.3 sobretensão transitória: Sobretensão de curta duração, de alguns milissegundos ou menos, oscilatória ou nãooscilatória, usualmente fortemente amortecida.

NOTA - Sobretensões transitórias podem ser seguidas imediatamente por sobretensões temporárias. Em tais casos as duas sobretensõessão consideradas eventos separados.

As sobretensões transitórias são classificadas em:

a) sobretensões de frente lenta: sobretensão transitória, usualmente unidirecional, com tempo até a crista tal que20 µs < Tcr ≤ 5 000 µs, e tempo até o meio valor (na cauda) T2 ≤ 20 ms;

b) sobretensões de frente rápida: sobretensão transitória, usualmente unidirecional, com tempo até a crista tal que0,1 µs < T1 ≤ 20 µs, e tempo até o meio valor (na cauda) T2 ≤ 300 µs;

c) sobretensões de frente muito rápida: sobretensão transitória, usualmente unidirecional, com tempo até a crista talque Tf ≤ 0,1 µs, duração total Tt ≤ 3 ms, e com oscilações superpostas de freqüências 30 kHz < f < 100 MHz.

3.20.4 sobretensão combinada (temporária, frente lenta, frente rápida e frente muito rápida): Consiste em duas com-ponentes de tensão simultaneamente aplicadas entre cada um dos terminais de fase de uma isolação fase-fase (oulongitudinal) e a terra. É classificada pela componente de maior valor de crista.

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3.21 formas normalizadas de tensão: As seguintes formas de tensão estão normalizadas:

3.21.1 tensão de freqüência fundamental de curta duração normalizada: Tensão senoidal com freqüência entre 58 Hz e62 Hz e duração de 60 s.

3.21.2 impulso de manobra normalizado: Impulso de tensão tendo tempo até a crista de 250 µs e um tempo até o meiovalor de 2 500 µs.

3.21.3 impulso atmosférico normalizado: Impulso de tensão tendo tempo de frente de 1,2 µs e um tempo até o meiovalor de 50 µs.

NOTA - Definições mais detalhadas destas formas normalizadas de tensão são dadas na NBR 6936. Ver também a tabela 1.

3.21.4 impulso de manobra combinado normalizado: Tensão de impulso combinado tendo duas componentes de igualvalor de crista e de polaridade oposta. A componente de polaridade positiva é o impulso de manobra normalizado e a com-ponente de polaridade negativa é um impulso de manobra cujos tempos até a crista e até o meio valor não deverão ser me-nores do que aqueles do impulso de polaridade positiva. Ambos os impulsos devem alcançar seu valor de crista no mesmoinstante. O valor de crista da tensão combinada é, portanto, a soma dos valores de crista das componentes.

3.22 sobretensões representativas (Urp): Sobretensões consideradas capazes de produzir o mesmo efeito dielétricosobre a isolação que sobretensões de uma dada classe que ocorrem em serviço, devido a várias origens. Consistem emtensões com a forma normalizada da classe e podem ser definidas por um valor ou um conjunto de valores ou por uma dis-tribuição de freqüência de valores que caracterizem as condições de serviço.

NOTA - Esta definição também se aplica à tensão contínua de freqüência fundamental, representando o efeito da tensão de serviço sobrea isolação.

3.23 dispositivo limitador de sobretensão: Dispositivo que limita os valores de crista das sobretensões ou suas duraçõesou ambas. É classificado como dispositivo de prevenção (por exemplo: um resistor de pré-inserção) ou dispositivo deproteção (por exemplo: um pára-raios).

3.24 nível de proteção a impulso atmosférico (ou de manobra): Máximo valor permissível de crista de tensão nos ter-minais de um dispositivo de proteção sujeito a impulsos atmosféricos (ou impulsos de manobra) sob condições específicas.

3.25 critério de desempenho: Base sobre a qual o isolamento é selecionado de forma a reduzir, a um nível econômico eoperacionalmente aceitável, a probabilidade de que as solicitações de tensão resultantes impostas ao equipamento causemprejuízo a sua isolação ou afetem a continuidade do serviço. Este critério é usualmente expresso em termos de uma taxade falha aceitável da configuração da isolação (número de falhas por ano, anos entre falhas, risco de falha, etc.).

3.26 tensão suportável: Valor de tensão de ensaio a ser aplicado sob condições especificadas em um ensaio de tensãosuportável, durante o qual um número especificado de descargas disruptivas é tolerado. A tensão suportável é designadacomo:

a) tensão suportável assumida convencional, quando o número de descargas disruptivas tolerado é zero. Seusignificado corresponde a uma probabilidade de suportar Pw = 100%;

b) tensão suportável estatística, quando o número de descargas disruptivas tolerado é relacionado a uma proba-bilidade de suportar especificada. Nesta Norma a probabilidade especificada é Pw = 90%;

NOTA - Nesta Norma, para isolação não auto-recuperante são especificadas tensões suportáveis convencionais e para isolação auto-recu-perante são especificadas tensões suportáveis estatísticas.

3.27 tensão suportável de coordenação (Ucw) (para cada classe de tensão): Valor da tensão suportável da confi-guração da isolação, em condições reais de serviço, que atende o critério de desempenho.

3.28 fator de coordenação (Kc): Fator pelo qual o valor da sobretensão representativa deve ser multiplicado de maneira aobter a tensão suportável de coordenação.

3.29 condições atmosféricas normalizadas de referência: Condições de temperatura, pressão e umidade absoluta dereferência. Estão normalizadas as seguintes condições atmosféricas:

- temperatura to = 20oC;

- pressão bo = 101,3 kPa (1 013 mbar);

- umidade absoluta hao = 11 g/m3.

3.30 tensão suportável especificada (Urw): Tensão de ensaio que a isolação deve suportar em um ensaio normalizadopara assegurar que a isolação atenderá o critério de desempenho quando sujeita a uma dada classe de sobretensões, emcondições reais de serviço, e para toda a duração de serviço. A tensão suportável especificada tem a forma da tensãosuportável de coordenação e é especificada com referência a todas as condições do ensaio normalizado de tensãosuportável selecionado para verificá-la.

3.31 fator de correção atmosférico (Ka): Fator a ser aplicado à tensão suportável de coordenação para considerar a dife-rença entre as condições atmosféricas médias em serviço e as condições atmosféricas normalizadas de referência. Aplica-se somente para isolação externa.

3.32 fator de segurança (Ks): Fator geral a ser aplicado à tensão suportável de coordenação, após a aplicação do fator decorreção atmosférico (se necessário), para obter a tensão suportável especificada considerando todas as outras diferençasentre as condições de serviço e aquelas no ensaio normalizado de tensão suportável.

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3.33 tensão suportável normalizada (Uw): Valor normalizado de tensão de ensaio aplicado em um ensaio normalizado detensão suportável, que garante que a isolação está de acordo com um ou mais valores de tensão suportável especificada.

3.34 fator de conversão de ensaio (Kt): Fator aplicado à tensão suportável especificada, no caso onde a tensãosuportável normalizada é selecionada com forma de onda diferente, de modo a obter o limite inferior da tensão suportávelnormalizada que possa ser utilizada em um ensaio para comprová-la.

3.35 nível de isolamento nominal: Conjunto de tensões suportáveis normalizadas que caracterizam a suportabilidadedielétrica da isolação.

3.36 nível de isolamento normalizado: Nível de isolamento nominal, para o qual as tensões suportáveis normalizadasestão associadas a Um, como recomendado nas tabelas 2 e 3.

3.37 ensaio normalizado de tensão suportável: Ensaio dielétrico realizado em condições especificadas para garantir quea isolação atende uma tensão suportável normalizada. Esta Norma cobre os seguintes ensaios:

- ensaios de tensão de freqüência fundamental de curta duração;

- ensaios de impulso de manobra;

- ensaios de impulso atmosférico;

- ensaios de tensão combinada.

NOTAS

1 Informações mais detalhadas sobre ensaios normalizados de tensão suportável são dadas na NBR 6936 (ver também a tabela 1 para asformas de onda de tensão de ensaio).

2 Os ensaios normalizados de tensão suportável, de impulsos de frente muito rápida, deverão ser especificados pelas Comissões deEstudo dos respectivos equipamentos, se necessários.

4 Procedimento para coordenação do isolamento

4.1 Delineamento geral do procedimento

O procedimento para coordenação do isolamento consiste na seleção de um conjunto de tensões suportáveis norma-lizadas que caracterizam a isolação do equipamento dentro do escopo desta Norma. Este procedimento é delineado nafigura 1 e suas etapas são descritas em 4.2 a 4.5. A otimização do procedimento pode requerer reconsideração de algunsdados de entrada e a repetição de parte do procedimento.

As tensões suportáveis normalizadas devem ser selecionadas das listas de tensões apresentadas em 4.6 e 4.7. O conjuntode tensões normalizadas selecionado constitui o nível de isolamento nominal. Se as tensões suportáveis normalizadas sãotambém associadas com a mesma tensão Um, de acordo com 4.9, este conjunto constitui o nível de isolamento nor-malizado.

4.2 Determinação das sobretensões representativas (Urp)

As tensões e as sobretensões que solicitam a isolação devem ser determinadas em amplitude, forma e duração por meiode uma análise do sistema que inclui a seleção e a localização dos dispositivos de limitação de sobretensão.

Para cada classe de sobretensão esta análise deve então determinar a sobretensão representativa levando em consi-deração as características da isolação.

As sobretensões representativas podem ser caracterizadas por:

a) um valor máximo assumido, ou

b) um conjunto de valores de crista, ou

c) uma distribuição estatística completa de valores de crista.

NOTA 1 - No último caso, pode ser necessário considerar características adicionais da forma da sobretensão.

Quando a adoção de um valor máximo assumido for considerado adequado, a sobretensão representativa das váriasclasses deve ser:

a) para tensão contínua de freqüência fundamental: uma tensão de freqüência fundamental com valor eficaz igual àtensão máxima do sistema e com duração correspondente à vida útil do equipamento;

b) para sobretensão temporária: uma tensão de freqüência fundamental normalizada, de curta duração, com um valoreficaz igual ao valor máximo assumido das sobretensões temporárias dividido pela raiz quadrada de dois;

c) para sobretensão de frente lenta: um impulso de manobra normalizado com valor de crista igual ao valor de cristamáximo assumido das sobretensões de frente lenta;

d) para sobretensão de frente rápida: um impulso atmosférico normalizado com valor de crista igual ao valor de cristamáximo assumido das sobretensões de frente rápida;

e) para sobretensão de frente muito rápida: as características para esta classe de sobretensão são especificadas pe-las Comissões de Estudo dos respectivos equipamentos;

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f) para sobretensão fase-fase de frente lenta: um impulso de manobra combinado normalizado, com valor de cristaigual ao valor de crista máximo assumido das sobretensões fase-fase de frente lenta;

NOTA 2 - Uma característica útil é a relação real, α , em serviço, entre o valor de crista da componente negativa, U-, e o valor de cristada sobretensão fase-fase máxima assumida, U+ +U- , ou seja:

α = U- / (U+ +U-)

g) para sobretensão longitudinal de frente lenta (ou frente rápida): uma tensão combinada, consistindo em um im-pulso de manobra (ou atmosférico) normalizado e em uma tensão de freqüência fundamental, cada uma com valor decrista igual aos respectivos valores de crista máximos assumidos, e com o instante do valor de crista do impulso coin-cidindo com o da crista da tensão de freqüência fundamental de polaridade oposta.

4.3 Determinação das tensões suportáveis de coordenação (Ucw)

A determinação das tensões suportáveis de coordenação consiste em estabelecer os valores mínimos das tensões supor-táveis da isolação que atendem o critério de desempenho, quando a isolação é sujeita às sobretensões representativas sobcondições de serviço.

As tensões suportáveis de coordenação da isolação têm a forma das sobretensões representativas da respectiva classe eseus valores são obtidos pela multiplicação dos valores das sobretensões representativas por um fator de coordenação. Ovalor do fator de coordenação depende da exatidão na obtenção das sobretensões representativas e de uma avaliação em-pírica, ou estatística, da distribuição das sobretensões e das características da isolação.

As tensões suportáveis de coordenação podem ser determinadas como tensões suportáveis assumidas convencionais outensões suportáveis estatísticas. Isto afeta o procedimento de determinação e os valores do fator de coordenação.

As simulações das sobretensões em combinação com a avaliação simultânea do risco de falha, usando as característicasda isolação pertinentes, permitem a determinação direta das tensões suportáveis de coordenação estatísticas sem o passointermediário de determinação das sobretensões representativas.

4.4 Determinação das tensões suportáveis especificadas (Urw)

A determinação das tensões suportáveis especificadas da isolação consiste em converter as tensões suportáveis decoordenação às condições de ensaio normalizadas apropriadas. Isto é obtido pela multiplicação das tensões suportáveis decoordenação por fatores que compensam as diferenças entre as condições reais de serviço da isolação e aquelas dos en-saios normalizados de tensão suportável.

Os fatores a serem aplicados devem compensar:

- as diferenças na montagem do equipamento;

- a dispersão da qualidade do produto;

- a qualidade da instalação;

- o envelhecimento da isolação durante a vida útil prevista;

- outras influências desconhecidas.

Se, entretanto, estes fatores não puderem ser avaliados individualmente, um fator de segurança geral, derivado da expe-riência, deve ser adotado.

Para isolação externa, somente, um fator adicional deve ser aplicado para levar em conta as diferenças entre as condiçõesatmosféricas normalizadas e aquelas esperadas em serviço.

4.5 Seleção do nível de isolamento nominal

A seleção do nível de isolamento nominal consiste na seleção do conjunto mais econômico de tensões suportáveis nor-malizadas (Uw) da isolação suficientes para garantir que todas as tensões suportáveis especificadas são atendidas.

A tensão suportável contínua de freqüência fundamental da isolação, ou seja, a tensão máxima do equipamento, é entãoescolhida como o valor normalizado (Um) mais próximo, igual ou maior que a tensão suportável contínua de freqüência fun-damental especificada.

A normalização dos ensaios, bem como a seleção das respectivas tensões de ensaio, para garantir a observância a Um, érealizada pelas respectivas Comissões de Estudo de equipamentos (por exemplo: ensaios de poluição ou ensaios de ten-são de início de descargas parciais).

As tensões suportáveis a serem utilizadas nos ensaios para garantir que as tensões suportáveis especificadas temporárias,de frente lenta ou de frente rápida, sejam atendidas para isolação fase-terra, fase-fase e longitudinal, podem serselecionadas com a mesma forma de onda que a tensão suportável especificada, ou com uma forma de onda diferenteexplorando, para o caso desta última, as características intrínsecas da isolação.

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O valor da tensão suportável1) é então selecionado da lista de tensões suportáveis normalizadas relacionadas em 4.6 e 4.7,como o valor mais próximo igual ou maior que:

- a tensão suportável especificada, no caso da mesma forma de onda;

- a tensão suportável especificada, multiplicada pelo fator de conversão do ensaio pertinente, no caso de forma deonda diferente.

NOTA - Isto pode permitir a adoção de uma única tensão suportável normalizada para garantir o atendimento a mais de uma tensãosuportável especificada, dando assim a possibilidade de reduzir o número de tensões suportáveis normalizadas que poderiam definir umnível de isolamento nominal (ver 4.9, por exemplo).

4.6 Lista de tensões suportáveis normalizadas de freqüência fundamental de curta duração

Os seguintes valores eficazes de tensão, expressos em quilovolts, são normalizados:

42) 10 20 28 342) 38 50 70 95

140 1502) 185 230 275 325 360 395 460

4.7 Lista de tensões suportáveis normalizadas de impulso

Os seguintes valores de crista de tensão, expressos em quilovolts, são normalizados:

20 302) 40 60 75 95 1102) 125 145 170 2002)

250 325 3502) 3802) 450 550 650 750 850 950 1 050

1 175 1 300 1 425 1 550 1 675 1 800 1 950 2 100 2 250 2 400

4.8 Faixas para a tensão máxima do equipamento

As tensões máximas do equipamento normalizadas são divididas em duas faixas:

Faixa 1: Acima de 1 kV até 245 kV, inclusive. Esta faixa cobre tanto sistemas de transmissão como de distribuição. Osdiferentes aspectos operacionais, entretanto, deverão ser levados em consideração na seleção do nível de isolamentonominal do equipamento.

Faixa 2: Acima de 245 kV. Esta faixa cobre principalmente sistemas de transmissão.

4.9 Seleção dos níveis de isolamento normalizados

A associação das tensões suportáveis normalizadas com a tensão máxima do equipamento tem sido normalizada para sebeneficiar da experiência obtida com a operação dos sistemas projetados de acordo com as normas brasileiras aplicáveis epara melhor enfatizar a padronização.

As tensões suportáveis normalizadas são associadas com a tensão máxima do equipamento de acordo com a tabela 2,para a faixa 1, e de acordo com a tabela 3, para a faixa 2. As associações obtidas com a conexão das tensões suportáveisnormalizadas de todas as colunas, sem cruzar as linhas horizontais marcadas, são definidas como níveis de isolamentonormalizados.

NOTAS

1 Em alguns países outros valores de Um e de tensões suportáveis estão ainda em uso para a faixa 1. A tabela A.1 do anexo A relacionaestes valores, bem como as respectivas associações que, entretanto, não constituem níveis de isolamento normalizados.

2 Se, para ensaio de tensão suportável de impulso de manobra, a Comissão de Estudo de um determinado equipamento especificar umacomponente positiva mais baixa que a componente negativa, a tensão suportável especificada da isolação externa não é garantida, amenos que um fator de conversão de ensaio adequado seja introduzido.

Além disso, as seguintes associações são normalizadas para isolação fase-fase e longitudinal:

a) para isolação fase-fase, faixa 1, as tensões suportáveis normalizadas fase-fase de freqüência fundamental de curtaduração e de impulso atmosférico são iguais às respectivas tensões suportáveis fase-terra (ver tabela 2). Os valoresentre parênteses, entretanto, podem ser insuficientes para garantir que as tensões suportáveis especificadas sejamobtidas e ensaios adicionais de tensão suportável fase-fase podem ser necessários;

b) para isolação fase-fase, faixa 2, a tensão suportável normalizada fase-fase de impulso atmosférico é igual à tensãosuportável fase-terra de impulso atmosférico (ver tabela 3);

c) para isolação longitudinal, faixa 1, as tensões suportáveis normalizadas de freqüência fundamental de curta duraçãoe de impulso atmosférico são iguais às respectivas tensões suportáveis fase-terra (ver tabela 2);

d) para isolação longitudinal, faixa 2, a componente de impulso de manobra normalizada, da tensão suportávelcombinada, é dada na tabela 3, enquanto que o valor de crista da componente de freqüência fundamental de

polaridade oposta é dada por 3/2Um . A componente de impulso atmosférico normalizada da tensão suportável

combinada é igual à respectiva tensão suportável fase-terra (ver tabela 3), enquanto que o valor de crista da

componente de freqüência fundamental de polaridade oposta é dada por 0,7 3/2mU .

________________1) A seleção da tensão suportável normalizada para garantir o atendimento à tensão suportável de frente muito rápida especificada deve serconsiderada pelas respectivas Comissões de Estudo de equipamentos.

2) Indica valores não constantes na IEC 60071-1.

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Mais de uma associação preferencial é prevista para a maioria das tensões máximas do equipamento para permitir a apli-cação de diferentes critérios de desempenho ou formas de sobretensão.

Para as associações preferenciais somente duas tensões suportáveis normalizadas são suficientes para definir o nível deisolamento normalizado do equipamento:

- para equipamento na faixa 1:

a) a tensão suportável normalizada de impulso atmosférico, e

b) a tensão suportável normalizada de freqüência fundamental de curta duração;

- para equipamento na faixa 2:

a) a tensão suportável normalizada de impulso de manobra, e

b) a tensão suportável normalizada de impulso atmosférico.

Se técnica e economicamente justificadas, outras associações podem ser adotadas. As recomendações de 4.2 a 4.8 devemser seguidas em cada caso. O conjunto de tensões suportáveis normalizadas resultante será designado, assim, nível deisolamento nominal. Exemplos particulares são:

a) para isolação externa, para valores de Um situados na parte alta da faixa 1, pode ser mais econômico especificar atensão suportável normalizada de impulso de manobra ao invés da tensão suportável normalizada de freqüência fun-damental de curta duração;

b) para isolação interna, na faixa 2, altas sobretensões temporárias podem requerer a especificação de tensãosuportável normalizada de freqüência fundamental de curta duração.

5 Requisitos para ensaios normalizados de tensão suportável

5.1 Requisitos gerais

Ensaios normalizados de tensão suportável são executados para demonstrar, com confiança adequada, que a tensãosuportável real da isolação não é menor do que a tensão suportável especificada correspondente. As tensões aplicadas nosensaios normalizados de tensão suportável são tensões suportáveis normalizadas, a menos que especificadodiferentemente pelas respectivas Comissões de Estudo de equipamentos.

Em geral, ensaios de tensão suportável consistem em ensaios a seco, executados em uma condição padrão (com o arranjodo ensaio especificado pelas respectivas Comissões de Estudo de equipamentos e sob condições atmosféricasnormalizadas de referência). Para isolação externa não protegida das intempéries, entretanto, os ensaios normalizados detensão suportável de freqüência fundamental de curta duração e de impulso de manobra consistem em ensaios sob chuvaexecutados sob as condições especificadas na NBR 6936.

Durante ensaios sob chuva, esta será aplicada simultaneamente no ar e na superfície da isolação sob tensão.

Se as condições atmosféricas no laboratório de ensaio diferirem das condições normalizadas, as tensões de ensaiodeverão ser corrigidas de acordo com a NBR 6936. Todas as tensões suportáveis de impulso deverão ser verificadas paraambas as polaridades, a menos que as respectivas Comissões de Estudo de equipamentos especifiquem uma polaridadeapenas.

Quando for demonstrado que uma condição (a seco ou sob chuva) ou uma polaridade ou a combinação destas produz amenor tensão suportável, então é suficiente verificar a tensão suportável para esta condição particular.

As falhas na isolação que ocorrerem durante o ensaio são a base para a aceitação ou rejeição da amostra sob ensaio. AsComissões de Estudo responsáveis pela normalização dos equipamentos e dos ensaios elétricos definirão a ocorrência deuma falha e o método para detectá-la.

Quando a tensão suportável normalizada da isolação fase-fase (ou longitudinal) for igual à da isolação fase-terra, érecomendado que ensaios da isolação fase-fase (ou longitudinal) e ensaios da isolação fase-terra sejam executadossimultaneamente, pela conexão de um dos dois terminais de fase para a terra.

5.2 Ensaios normalizados de tensão suportável de freqüência fundamental de curta duração

O ensaio normalizado de tensão suportável de freqüência fundamental de curta duração consiste em uma aplicação da res-pectiva tensão suportável normalizada nos terminais da configuração da isolação.

A menos que especificado de outra forma pelas respectivas Comissões de Estudo de equipamentos, a isolação éconsiderada como aprovada no ensaio se não ocorrerem descargas disruptivas. Entretanto, se uma descarga disruptivaocorrer na isolação auto-recuperante durante um ensaio sob chuva, o ensaio poderá ser repetido mais uma vez e oequipamento será considerado como aprovado no ensaio se não ocorrer nenhuma outra descarga disruptiva.

Quando o ensaio não puder ser executado (como no caso de transformadores com isolação não uniforme), as Comissõesde Estudo responsáveis pela normalização desses equipamentos podem especificar freqüências de até algumas centenasde hertz e durações menores do que 1 min. A menos que justificado de outra maneira, as tensões de ensaio deverão ser asmesmas.

5.3 Ensaios normalizados de tensão suportável de impulso

O ensaio normalizado de tensão suportável de impulso consiste em um número especificado de aplicações da respectivatensão suportável normalizada nos terminais da configuração da isolação. Diferentes procedimentos de ensaio podem ser

NBR 6939:2000 9

selecionados para demonstrar que as tensões suportáveis são atendidas com um grau de confiança que a experiência de-monstrou ser aceitável.

O procedimento de ensaio deve ser selecionado pelas Comissões de Estudo de equipamentos entre os seguintes pro-cedimentos de ensaio que são normalizados e totalmente descritos na NBR 6936:

a) ensaio de tensão suportável de três impulsos, no qual nenhuma descarga disruptiva será tolerada;

b) ensaio de tensão suportável de 15 impulsos, no qual são toleradas até duas descargas disruptivas sobre a isolaçãoauto-recuperante;

c) ensaio de tensão suportável de três impulsos no qual é tolerada uma descarga disruptiva sobre a isolação auto-re-cuperante. Se isso ocorrer, nove impulsos adicionais deverão ser aplicados, durante os quais nenhuma descarga dis-ruptiva é tolerada;

d) ensaio de tensão suportável pelo método de acréscimos e decréscimos com sete impulsos por nível, no qual são to-leradas descargas disruptivas sobre a isolação auto-recuperante;

e) ensaio de tensão suportável pelo método de acréscimos e decréscimos com um impulso por nível, que é re-comendado somente se o desvio convencional, z, definido na NBR 6936, é conhecido. Os valores sugeridos por essanorma, z = 6% para impulsos de manobra e z = 3% para impulsos atmosféricos, devem ser utilizados se, e somente se,for conhecido que z ≤ 6% e z ≤ 3%, respectivamente. De outra forma, outros métodos devem ser utilizados.

Em todos os procedimentos de ensaio descritos acima, nenhuma descarga disruptiva é tolerada na isolação não auto-re-cuperante.

Nenhum significado estatístico pode ser dado ao ensaio de tensão suportável de três impulsos, no qual nenhuma descargadisruptiva é tolerada (Pw é assumida como sendo 100%). Seu uso é limitado a casos em que a isolação não auto-re-cuperante pode ser danificada por um grande número de aplicações de tensão.

Quando da seleção de um ensaio para equipamento no qual existe isolação não auto-recuperante em paralelo com iso-lação auto-recuperante, deve ser considerado seriamente o fato de que, em alguns procedimentos de ensaio, tensõesmaiores do que as tensões suportáveis nominais podem ser aplicadas e muitas descargas disruptivas podem ocorrer.

5.4 Situação alternativa de ensaio

Quando for muito dispendioso, muito difícil ou mesmo impossível executar os ensaios de tensão suportável em condiçõesnormalizadas de ensaio, as Comissões de Estudo de equipamentos ou a Comissão de Estudo de Ensaios Elétricos de AltaTensão deverão especificar a melhor solução para comprovar as respectivas tensões suportáveis normalizadas. Uma pos-sibilidade é executar o ensaio em uma situação alternativa de ensaio.

Uma situação alternativa de ensaio consiste em uma ou mais condições de ensaio diferentes das condições de ensaionormalizadas (arranjos de ensaio, valores ou tipos de tensões de ensaios, etc.). É necessário, assim, demonstrar que ascondições físicas para o desenvolvimento de descargas disruptivas, relativas à condição normalizada, não são alteradas.

NOTA - Um exemplo típico é o uso de uma única fonte de tensão para os ensaios da isolação longitudinal, com a base isolada, em vez deum ensaio de tensão combinada. Neste caso, a demonstração mencionada acima, concernente ao desenvolvimento da descargadisruptiva, é uma condição muito restritiva para a aceitação da alternativa.

5.5 Ensaios normalizados de tensão suportável para isolação fase-fase e longitudinal, para equipamentosna faixa 1

5.5.1 Ensaios de freqüência fundamental

Para alguns equipamentos com 123 kV ≤ Um ≤ 245 kV, o isolamento fase-fase (ou longitudinal) pode requerer uma tensãosuportável de freqüência fundamental maior do que a tensão suportável normalizada de freqüência fundamental fase-terrada tabela 2. Em tais casos o ensaio deve, preferencialmente, ser executado com duas fontes de tensão. Um terminal deveser energizado com a tensão suportável de freqüência fundamental fase-terra e o outro com a diferença entre a tensãosuportável de freqüência fundamental fase-fase (ou longitudinal) e a tensão suportável de freqüência fundamental fase-terra. O terminal de terra deve ser aterrado.

Alternativamente o ensaio pode ser executado:

a) com duas fontes de tensão de freqüência fundamental em oposição de fases, cada uma energizando um terminal defase com a metade da tensão suportável de freqüência fundamental da isolação fase-fase (ou longitudinal). O terminalde terra deve ser aterrado;

b) com uma fonte de tensão de freqüência fundamental. No terminal de terra é permitida uma tensão para terrasuficiente para evitar descargas disruptivas para a terra ou para o terminal de terra.

NOTA - Se a tensão que o terminal, que está aterrado em serviço, assume para a terra durante o ensaio influencia a solicitação elétrica no

terminal de fase (como ocorre em isolação longitudinal a gás comprimido com Um ≥ 72,5 kV), algumas maneiras para manter esta tensãotão próxima quanto possível à diferença entre a tensão de ensaio da isolação fase-fase (ou longitudinal) e aquela da isolação fase-terradevem ser adotadas.

5.5.2 Ensaio de impulso atmosférico da isolação fase-fase (ou longitudinal)

O isolamento fase-fase (ou longitudinal) pode requerer uma tensão suportável de impulso atmosférico maior do que atensão suportável normalizada de impulso atmosférico fase-terra da tabela 2. Nestes casos, os ensaios pertinentes devemser executados imediatamente após os ensaios da isolação fase-terra, aumentando a tensão sem alterar o arranjo deensaio. Para avaliar os resultados dos ensaios, os impulsos que causarem descargas disruptivas para a terra são con-siderados não-eventos.

NBR 6939:200010

Quando o número de descargas disruptivas para a terra não permite a execução do ensaio, um ensaio combinado deve seradotado com uma componente do impulso igual à tensão suportável de impulso atmosférico fase-terra e uma componentede freqüência fundamental com o valor de crista de polaridade oposta igual à diferença entre os valores das tensõessuportáveis de impulso atmosférico fase-fase (ou longitudinal) e fase-terra. Alternativamente, para a isolação externa, asrespectivas Comissões de Estudo de equipamentos podem especificar que o isolamento fase-terra seja aumentado.

5.6 Ensaios normalizados de tensão suportável para isolação fase-fase e longitudinal, para equipamentos na faixa 2

O ensaio de tensão suportável combinado deve ser executado de acordo com os seguintes requisitos:

a) a configuração do ensaio deve reproduzir adequadamente a configuração de serviço, especialmente com refe-rência à influência do plano de terra;

b) cada componente da tensão de ensaio deve ter os valores especificados em 4.9;

c) o terminal de terra deve ser conectado à terra;

d) em ensaios fase-fase, o terminal da terceira fase deve ser removido ou aterrado;

e) em ensaios de isolação longitudinal, os terminais das outras duas fases devem ser removidos ou aterrados.

O ensaio deve ser repetido para todas as possíveis combinações dos terminais de fase, a menos que seja provado des-necessário por considerações de simetria elétrica.

O ensaio de tensão suportável de impulso atmosférico da isolação longitudinal de equipamento na faixa 2 também garantea suportabilidade a impulso atmosférico fase-terra na posição aberta.

Na avaliação dos resultados dos ensaios qualquer descarga disruptiva é contada. Recomendações mais detalhadas paraos ensaios são dadas pelas respectivas Comissões de Estudo de equipamentos e pela NBR 6936.

Para aplicações especiais, as respectivas Comissões de Estudo de equipamentos podem estender aos equipamentos dafaixa 2 os mesmos procedimentos de ensaio de tensão suportável de impulso atmosférico da isolação longitudinal apli-cáveis aos equipamentos da faixa 1.

NBR 6939:2000 11

NOTA - Entre parênteses encontra-se a subseção que define o termo ou a descrição da ação.

indica dado de entrada necessário;

indica ação a ser desenvolvida;

indica resultado obtido.

Figura 1 - Fluxograma para a determinação do nível de isolamento nominal ou normalizado

_________________1) Efeitos combinados no fator de coordenação Kc (ver 3.28).2) Efeitos combinados no fator de segurança Ks (ver 3.32).

Origem e classificação das solicitações de tensão (ver 3.20)

Nível de proteção dos dispositivos limitadores desobretensão (ver 3.24)

Características da isolação

Análise do sistema (ver 4.2)

Características da isolação

Critério de desempenho (ver 3.25)

Distribuição estatística1)

Imprecisão dos dados de entrada1)

Fator de correção atmosférico Ka (ver 3.31)

Montagem do ensaio do equipamento2)

Dispersão na produção2)

Qualidade da instalação2)

Envelhecimento em serviço2)

Outros fatores desconhecidos2)

Requisitos de ensaio (ver seção 5)

Fator de conversão de ensaio Kt (ver 3.34)

Tensões suportáveis normalizadas (ver 4.6 e 4.7)

Faixas de Um (ver 4.8)

Tensões e sobretensõesrepresentativas (ver 3.22)

Seleção do isolamento para atendero critério de desempenho (ver 4.3)

Tensões suportáveis de coordenação,Ucw (ver 3.27)

Aplicação de fatores para consideraras diferenças entre as condições deensaio normalizadas e as condiçõesreais de serviço (ver 4.4)

Tensões suportáveis especificadas,Urw (ver 3.30)

Níveis de isolamento nominais ou normalizados: conjunto de Uw (ver 3.35 e 3.36)

Seleção das tensões suportáveisnormalizadas, Uw (ver 4.5 e 4.9)

NBR 6939:200012

Tab

ela

1-

Cla

sses

efo

rmas

das

solic

itaç

ões

de

ten

são

NBR 6939:2000 13

Tabela 2 - Níveis de isolamento normalizados para a faixa 1 (1 kV < Um ≤≤≤≤ 245 kV)

Tensão máxima do equipamentoUm

[kVeficaz]

Tensão suportável normalizada defreqüência fundamental de curta

duração[kVeficaz]

Tensão suportável normalizada deimpulso atmosférico

[kVcrista]

0,6* (nota 1) 4*) -

1,2*) 10 30*)

3,6 102040

7,2 204060

12 28607595

15*) 34*) 95110*)

17,5 387595

24 5095

125145

36 70145170

200*)

52 95 250

72,5 140325

350*)

92,4*) 150*) 380*)

185 450

123 (185) 450

230 550145 (185) (450)

230 550275 650

170 (230) (550)275 650

325 750

245 (275) (650)(325) (750)

360 850395 950

460 1 050NOTAS1 O nível de isolamento correspondente à Um = 0,6 kV só é aplicável a secundário de transformador, cujo primário tem Um

superior a 1 kV.2 Se os valores entre parênteses forem considerados insuficientes para provar que as tensões suportáveis fase-faseespecificadas são satisfeitas, ensaios adicionais de suportabilidade fase-fase são necessários.*) Indica valores não constantes na IEC 60071-1.

NBR 6939:200014

Tabela 3 - Níveis de isolamento normalizados para a faixa 2 (Um > 245 kV)

Tensão suportável normalizada de impulso de manobraTensão máxima do

equipamentoUm

[kVeficaz]

Isolação longitudinal(nota 1)

[kVcrista]

Fase-terra

[kVcrista]

Fase-fase (relaçãopara o valor de

crista fase-terra)

Tensão suportávelnormalizada de

impulsoatmosférico

[kVcrista]

300 750 750 1,50850950

750 850 1,50950

1 050

362 850 850 1,50950

1 050

850 950 1,501 0501 175

420 850 850 1,601 0501 175

950 950 1,501 1751 300

420/460*) 950 1 050 1,501 3001 425

525 950 950 1,701 1751 300

525/550*) 950 1 050 1,601 3001 425

950 1 175 1,501 4251 550

550*) 950 1 300 1,501 5501 675

765 1 175 1 300 1,701 6751 800

765/800*) 1 175 1 425 1,701 8001 950

1 175 1 550 1,601 9502 100

NOTAS1 Valor da componente do impulso do ensaio combinado aplicável.2 A introdução de Um 1 050 kV e 1 200 kV e das tensões suportáveis associadas estão sob consideração.

*) Indica valores não constantes na IEC 60071-1.

________________

/ANEXO A

NBR 6939:2000 15

Anexo A (informativo)Níveis de isolamento nominais na faixa de tensões 1 kV < Um < 245 kV, para tensões máximas do equipamento não

normalizadas pela IEC, baseados na prática usual em alguns países

Tensão máxima do equipamento

Um

[kVeficaz]

Tensão suportável normalizada defreqüência fundamental de curta

duração

[kVeficaz]

Tensão suportável normalizada deimpulso atmosférico

[kVcrista]

2,75 15

30

45

60

5,5 19

45

60

75

8,25 27

60

75

95

15,5 35

75

85

110

27 50

95

125

150

30 70 160

38 70

125

150

200

40,5 80 190

48,3 105

150

200

250

82,5 150 380

100 150 380

185 450

204 275 650

325 750

_______________