Trilhamento e erosão de isoladores e pára-raios poliméricos

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1 1/6 Title Trilhamento e erosão de isoladores e pára-raios poliméricos Registration Nº: (Abstract) 220 Company Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL) Authors of the paper Name Country Darcy Ramalho de Mello Brasil darcy@cepel.br Flávio Bittencourt Barbosa Brasil fbb@cepel.br Jorge Ribeiro de Mendonça Brasil jribeiro@cepel.br Jorge Luís de Oliveira Brasil jldo@cepel.br Key words Trilhamento, Erosão, Polimérico. Isolador, Pára-raios, Ensaios 1 Resumo Existem três métodos para avaliar a capacidade do revestimento polimérico de um isolador de suportar trilhamento e erosão, que podem expor o núcleo de um isolador às intempéries, podendo causar uma falha. O problema é qual método escolher, visto que as normas existentes somente os apresentam e indicam como executá-los sem informar qual o mais rigoroso. Este artigo tem como objetivo inicial apresentar os resultados obtidos com a comparação entre os dois métodos de ensaio normalizados, considerando os que foram relacionados como os mais rigorosos em uma pesquisa realizada pela IEC. Como segundo objetivo, este artigo apresenta os resultados obtidos ao submeter os revestimentos de pára-raios poliméricos aos mesmos ensaios aos quais os isoladores foram submetidos, pois no caso de dano ao revestimento dos pára-raios poliméricos, seus blocos de resistência variável ficariam também expostos à umidade e acabariam por se danificar e reduzir sua capacidade operacional. Os resultados obtidos mostraram que o ensaio da roda de trilhamento é mais rigoroso tanto para isoladores poliméricos quanto para pára-raios poliméricos, com a vantagem de permitir a obtenção de resultados em um intervalo de tempo menor e possuir um custo menor. Essa informação obtida é muito importante, pois serve como orientação aos futuros compradores de isoladores e pára-raios poliméricos que podem solicitar o uso de um método de ensaio confiável, mais barato e mais rigoroso. 2 Introdução O trilhamento e a erosão do revestimento de isoladores e pára-raios poliméricos, como pode ser visto na Figura 1, constitui na principal causa de falhas nesses equipamentos. Para avaliar a capacidade de PAPER DOC 1 / 6

2 2/6 suportar trilhamento e erosão as normas técnicas [1 a 3] têm proposto diversos ensaios: 1000 h, 5000 h (simulando condições ambientais) e roda de trilhamento. O ensaio de 5000 h, considerado como a opção mais completa, apresenta diversos inconvenientes como: complexidade da instalação e do ciclo de ensaio, custo e duração do ensaio. Apesar disso, o CEPEL realizou, no período de 2004 a 2007, este ensaio em diversos isoladores e pára-raios poliméricos, utilizando um ciclo de ensaio adaptado às condições ambientais brasileiras. A norma IEC apresentou os ensaios de 1000 h e roda de trilhamento como os mais indicados na avaliação do trilhamento e erosão e colocou o ensaio de 5000 h como uma opção, além de modificar seu arranjo do ensaio e a tensão a ser aplicada. Com a publicação, pela IEC, do resultado de um enquete mundial sobre os métodos de ensaio para trilhamento e erosão, indicando o ensaio da roda de trilhamento como o mais rigoroso, como pode ser visto na Figura 2, o CEPEL decidiu realizar uma avaliação entre os 2 métodos de ensaio de trilhamento e erosão considerados mais severos. O objetivo é poder orientar melhor seus clientes, visto a grande disparidade dos custos dos ensaios e dos tempos de execução. Figura 1 Isolador bastão polimérico retirado de uma linha de 500 kv Figura 2 Resultado da pesquisa realizada pela IEC Para realizar este estudo comparativo, isoladores e pára-raios poliméricos que haviam sido submetidos ao ensaio de 5000 h foram submetidos também aos ensaios da roda de trilhamento. Os resultados obtidos confirmaram que o ensaio da roda de trilhamento é realmente mais rigoroso que os demais e, assim sendo, se tornando o mais indicado para avaliar o trilhamento e erosão de revestimentos poliméricos. PAPER DOC 2 / 6

3 3/6 3 Arranjo de ensaio h O ensaio foi montado em uma câmara com 5,20m x 4,60m x 4,60 m de altura, permitindo a instalação de 24 isoladores bastão poliméricos, para 15 kv, e até 63 pára-raios ou isoladores pino/pilar poliméricos, para 15 kv, para serem ensaiados simultaneamente, como pode ser visto na Figura 3. A norma IEC de 1992 [1] prevê a aplicação das seguintes solicitações em itens sob ensaio energizados com a tensão de operação fase-terra, segundo um ciclo de ensaio mostrado na Figura 4. a) simulação de radiação solar; b) chuva artificial; c) calor seco; d) calor úmido (próximo à saturação); e) umidade elevada à temperatura ambiente (deve ser obtida a saturação); f) névoa de poluição leve. Como o ciclo normalizado não atendia às características climáticas brasileiras, que possuem maior incidência solar, foi utilizado nos ensaios um novo ciclo diário no qual todas as solicitações são aplicadas, mas a duração de cada uma é diferente do ciclo normalizado pela IEC [1]. Os dois ciclos de ensaio são apresentados na Figura 4. (a) Para isoladores bastão poliméricos (b) Para pára-raios poliméricos Figura 3 Arranjos para o ensaio de 5000 h (a) Ciclo da IEC (b) Ciclo adaptado Figura 4 Ciclos para ensaio de 5000 h PAPER DOC 3 / 6

4 4/6 3.2 Roda de trilhamento O ensaio foi realizado na mesma sala onde o ensaio de 5000 havia sido montado e a Figura 5 mostra o arranjo de ensaio para isoladores poliméricos e para pára-raios poliméricos. Neste ensaio a tensão a ser aplicada é em função do valor da distância de escoamento dos itens de ensaio e o ciclo de ensaio pode ser visto na Figura 6. (a) Arranjo com isoladores poliméricos (b) Arranjo para pára-raios poliméricos Figura 5 Arranjos para ensaio da roda de trilhamento Figura 6 Ciclo de ensaio da roda de trilhamento para isoladores e páraraios poliméricos. 4 Resultados obtidos 4.1 Isoladores poliméricos As características dos isoladores de 15 kv podem ser vistas na Tabela 1. Número do isolador Tabela 1: Características principais dos isoladores bastão poliméricos Distância de arco a seco (mm) Distância de escoamento (mm) Tensão para a roda de trilhamento (kv) , ,3 PAPER DOC 4 / 6

5 5/6 Os resultados dos ensaios podem ser vistos nas Figuras 6 e 7 com a seguinte seqüência: A Isolador quando novo B Isolador após o ensaio de 5000 h C Isoladores após o ensaio da roda de trilhamento (4 isoladores) A) B) C) Figura 6 Ensaio no isolador 1 A) B) C) Figura 7 Ensaio no isolador Pára-raios poliméricos Diversos pára-raios de 12 kv 10 ka foram submetidos ao ensaio de 5000 h, como pode ser visto na Figura 8. Para o ensaio da roda de trilhamento, o comprimento dos pára-raios ensaiados necessitava de adaptação ao circuito de ensaio do CEPEL. Devido a isto, decidiu-se utilizar um pára-raios de 24 kv, de um dos fabricantes submetidos ao ensaio de 5000 h, cujas características podem ser vistas na Tabela 2, que se adaptou perfeitamente ao equipamento de ensaio. Os resultados da roda de trilhamento podem ser vistos na Figura 9. 5 Conclusões Tabela 2: Características principais dos pára-raios poliméricos Pára-raios Distância de escoamento (mm) Tensão para a roda de trilhamento (kv) 24 kv ,6 A roda de trilhamento é o método de ensaio de trilhamento e erosão mais rigoroso tanto para isoladores poliméricos quanto para pára-raios poliméricos. Assim sendo devem ser realizadas alterações nas normas de pára-raios para incluir este ensaio. A diferença principal está na tensão de ensaio, pois a roda de trilhamento utiliza um valor de tensão de ensaio proporcional à distância de escoamento do item sob ensaio. A norma IEC 62217[2] e a versão atualizada da IEC [3] já trazem esta alteração, mas PAPER DOC 5 / 6

6 6/6 para isso, limitou-se a amostragem de ensaio. Estas alterações não permitem mais realizar o ensaio de 5000 h com grande número de amostras, reduzindo assim a possibilidade de dividir seu elevado custo entre diversos fabricantes, e tornando mais fácil a opção pelo ensaio da roda de trilhamento. Antes do ensaio. Figura 8 Resultado do ensaio de 5000 h. Depois do ensaio. Antes do ensaio. Depois do ensaio. Figura 9 Resultado do ensaio da roda de trilhamento 6 Bibliografia [1] IEC 61109, Composite suspension and tension insulators for a.c. overhead lines with a nominal voltage greater than V - Definitions, test methods and acceptance criterion, 1992 [2] IEC 62217, Polymeric insulators for indoor and outdoor use with a nominal voltage greater than V General definitions, test methods and acceptance criterion, 2005 [3] IEC 61109, Insulators for overhead lines Composite suspension and tension insulators for ac systems with a nominal voltage greater than V - Definitions, test methods and acceptance criterion, 2008 PAPER DOC 6 / 6