Curso de Isoladores. Processo de Fabricação de Isoladores de Vidro Temperado. CEs D1 e B2. Luiz Fernando P. Ferreira

Transcrição

1 Curso de Isoladores Processo de Fabricação de Isoladores de Vidro Temperado Luiz Fernando P. Ferreira Rio de Janeiro, 20 e 21 de Junho de 2017 CEPEL

2 Aplicação Isoladores de Vidro Temperado

3 Aplicação Isoladores de Vidro Temperado Solicitações Elétricas e Mecânicas Solicitações Mecânicas Solicitações Elétricas

4 Aplicação Isoladores de Vidro Temperado Solicitações Mecânicas Solicitações mecânicas nos isoladores de suspensão (Isoladores com dielétricos quebrado e intacto) 1. Carga máxima de trabalho permanente: 40% da CMN (Carga mecânica nominal) 2. Carga máxima de trabalho temporário: 60% da CMN (Carga mecânica nominal)

5 Aplicação Isoladores de Vidro Temperado Solicitações Mecânicas Concepção

6 Aplicação Isoladores de Vidro Temperado Solicitações Mecânicas Concepção Passo isolador / cadeia Curso de isoladores CIGRE, 21 e 22 de junho de 2017 CEPEL

7 Aplicação Isoladores de Vidro Temperado Solicitações Elétricas Linha de Arco da cadeia: Frequência industrial, impulso (1,2 x50µs e 250 x 2.500µs) Resistência ao arco de potência RIV Passo Linha de arco Distância de Escoamento.

8 Aplicação Isoladores de Vidro Temperado Peça de Vidro Perfil, Composição e Carga Mecânica Perfil Composições de vidro: 2 composições: HVAC & HVDC Perfil Normal Perfil Anti-Poluição Perfil Outerib Carga mecânica: 40 kn até 530 kn 760 kn e 840 kn Perfil Plano Perfil Esférico

9 Processo Fabricação Peça de Vidro Vidro Micro inclusões podem existir no vidro provenientes, principalmente, dos refratários do forno e uma das principais causas de quebra do vidro pode ser atribuída a tais inclusões Qualidade do Vidro Temperado A pureza do vidro é fundamental para a confiabilidade dos isoladores de vidro temperado. Verificação da Qualidade do vidro Pode ser aferida através da taxa de quebra Método de verificação: Mediante inspeção visual na LT Recomendação de algumas especificações brasileiras: Taxa de quebra anual 2/10.000/ano

10 Peça de Vidro para LT HVDC Pino Campânula (Polaridade positiva) Campânula Pino (Polaridade negativa)

11 Peça de Vidro para LT HVDC O dielétrico submetido a um campo elétrico unidirecional em CC apresenta: Corrente Iônica Início do efeito de Avalanche Térmica Migração Iônica Efeito a longo prazo que pode degradar a estrutura do dielétrico. Efeito Eletrostático Atração de poluente para o isolador podendo a longo prazo provocar a corrosão das partes metálicas

12 Peça de Vidro para LT HVDC Aumento da corrente Iônica Aumento local da temperatura no vidro Diminuição da resistividade no local Avalanche Térmica: Esse processo, se não for estabilizado com a utilização de isoladores adequados à cc, provoca a explosão ou a perfuração dos dielétricos. Ensaio de Avalanche Térmica Tem como objetivo verificar a estabilidade do dielétrico e sua resistência ao fenômeno

13 Peça de Vidro para LT HVDC Avalanche Térmica Característica do ensaio de avalanche térmica IEC61325 Temperatura da estufa: 80ºC Tensão Aplicada: 110 kv ( 0% / + 5%) isolador com CRS < 300 kn Pré aquecimento: 8:00 h Ensaio com Tensão: 8:00 h 125 kv ( 0% / + 5%) isolador com CRS 300 kn Fim do ensaio aguardar 30 minutos e executar tensão suportável a seco em CC polaridade + /. NOTA: Durante o ensaio a temperatura da estufa e a tensão devem ser registradas de maneira contínua

14 Peça de Vidro para LT HVDC Ensaio de acumulação iônica IEC61325: Verificar se o vidro é capaz de suportar a passagem de uma quantidade de energia em Coulomb, correspondente ao tempo de serviço, estimado em 50 anos (Q 50 ) FLUXO DO ENSAIO DE ACUMULAÇÃO IÔNICA Medição da resistência do dielétrico 10 Peças Ensaio realizado nas temperaturas de 90º, 120º e 150º Cálculo da expectativa da carga (Q 50 ) Definição do tempo estimado de ensaio (variáveis: temperatura + Tensão + Resistência) Execução do ensaio de acumulação Iônica 50 peças Tensão 65 a 75 kv (± 5%) / Temperatura: 90 a 110º C (± 5%) Ensaio de tensão Suportável a cc (+ / ) durante 1 min Critério de aceitação Resistência a 120º 2,9 GΩ, Suportar Q 50 sem quebra ou perfuração

15 Peça de Vidro para LT HVDC Resultado obtido no ensaio de acumulação iônica Objetivo: Verificar se o vidro é capaz de suportar a passagem de uma quantidade de energia em Coulomb, correspondente ao tempo de serviço, estimado em 50 anos (Q 50 )

16 Peça de Vidro para LT HVDC Peça de Vidro para LT HDC: O Vidro para corrente contínua requer formulação especial e apresenta resistência ôhmica a 20 C cem vezes superior à do vidro para corrente alternada

17 Processo Fabricação Peça de Vidro Vidro tipo Sódio Cálcico IEC Processo contínuo Preparação do Lote Fusão Prensagem Têmpera Ensaio de Rotina Tratamento Térmico Ensaio de Rotina Inspeção visual

18 Processo Fabricação Peça de Vidro Fusão e Prensagem Preparação do Lote Fusão Prensagem > Controle e preparação da mateira prima (pesagem & composição) > Vidro para LT AC e LT DC apresentam Composições químicas diferentes > Processo de produção continuo > pontos chave nas operações do forno : Fluxo do vidro, temperatura, velocidade, chama > Projeto de Forno específico para aplicação elétrica > Controles críticos da gota do vidro (viscosidade, temperatura) > Moldes : material & projetos

19 Processo Fabricação Peça de Vidro Forno > Forno

20 Processo Fabricação Peça de Vidro Prensagem > Forno > Prensagem Peça de Vidro

21 Processo Fabricação Peça de Vidro Têmpera Têmpera > Resfriamento controlado do ar > Processo adaptado para cada perfil de peça de vidro > Monitoramento de compressão do préstress

22 Processo Fabricação Peça de Vidro Têmpera > Forno > Prensagem Peça de Vidro > Têmpera do vidro

23 Processo Fabricação Peça de Vidro Têmpera > Forno > Prensagem Peça de Vidro > Têmpera do vidro Zona de compressão(mpa)

24 Processo Fabricação Peça de Vidro Choque Térmico Choque Térmico Ensaio de Rotina Tratamento Térmico Ensaio de Rotina Inspeção visual > Choques térmicos para eliminar defeitos nas peças de vidro > Peça de vidro para LT DC necessita choque térmico adicional > inspeção visual em 100% das peças de vidro

25 Processo Fabricação Peça de Vidro Ensaio de Rotina Choque térmico: Frio / quente (Ar / Ar): Δ t > 300 C e quente / frio (ar/água): Δ t > 100 C : 100% das peças de vidro Eliminar peça de vidro defeituosa Inspeção visual: 100% das peças de vidro Segregar peça de vidro com defeitos visuais

26 Processo Fabricação Peça de Vidro Liberação para Estoque Avaliação Mecânica Dimensional Visual etc Estoque

27 Componentes e Montagem COMPONENTES Vidro Pino Campânula Cimento Cupilha

28 Montagem PROCESSO DE MONTAGEM > Forno > Prensagem Peça de Vidro > Têmpera do vidro > Processo de montagem > Montagem da campânula & pino

29 Cura do Cimento PROCESSO DE MONTAGEM CURA CIMENTO > Forno > Prensagem Peça de Vidro > Têmpera do vidro > Processo de montagem > Montagem da campânula & pino > Cura do cimento em H 2 O

30 Tração de Rotina TRAÇÃO DE ROTINA 100% TRAÇÃO DE ROTINA 100% TRAÇÃO DE ROTINA 100% > Forno > Prensagem Peça de Vidro > Têmpera do vidro > Processo de montagem > Montagem da campânula & pino > Cura do cimento em H2O > Teste mecânico de rotina Tração de Rotina : 100% das peças de vidro Valor aplicado exigido por norma: 50% CMN Tempo: 3 segundos

31 Tração de Rotina, Cupilha, Inspeção Visual e Embalagem Visual Tração de rotina

32 Montagem Tração de Rotina, Cupilha, Inspeção Visual e Embalagem ISOLADORES LIBERADOS PARA ENSAIOS

33 Montagem Acoplamento Concha / Bola IEC (International Electrotechnical Commission) ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) ANSI (American National Standards Institute) IEC 60120/60305 ABNT NBR 7108 ANSI C29.2B Carga Mecânica ENGATES INTERCAMBIÁVEIS IEC/NBR/ANSI (70 a 120 KN) Norma ANSI C29.2B IEC NBR 7108 ANSI C29.2B IEC NBR 7108 (Lb) (67kN) (89kN) (111kN) (kn) 70 / /80/ Classe engate 52.3 L (Tipo B ) 52.3 H (Tipo B ) 16 A ou B 16 A 52.5 (Tipo J ) 16 A ou B 16 A 18 Pino (mm)

34 Montagem Acoplamento Concha / Bola Norma NBR 7108 Carga Mecânica (kn) 240 ENGATES IEC/NBR IEC NBR (320) IEC NBR NBR: 420 IEC NBR NBR: 550 Classe Engate Pino (mm)

35 Montagem Acoplamento Concha / Bola Acoplamento não normalizado ENGATES Norma Não aplicado Carga Mecânica (kn) Classe Engate Pino (mm) 36 40

36 Exemplo de Ensaios (Qualidade, Tipo e Recebimento)

37 Exemplo de Ensaios Ensaios Ensaio / (amostragem) Tipo Recebimento Verificação Dimensional Sim / (10) Sim / (E2) Calibre de acoplamento Sim / (E1+E2) Verificação dos deslocamentos axial, radial e angular Sim / (E1+E2)

38 Exemplo de Ensaios de Tração Dielétrico quebrado Dielétrico inteiro

39 Ensaios Tipo, Recebimento e Rotina Ensaios de Tipo: São aqueles normalmente executados para comprovar a adequação de seu projeto aos critérios e parâmetros elétricos e mecânicos especificados para a linha de transmissão, antes que o item ou componente seja programado para fabricação. Ensaios de Rotina: São todas as verificações, ensaios, análises e exames realizados sobre 100% do lote produzido com o objetivo de eliminar os isoladores defeituosos Ensaios de Recebimento Os ensaios de Recebimento destinam se a verificar as características de um isolador sujeitas a variar com o processo de fabricação e com a qualidade dos materiais empregados.

40 Ensaios Tipo, Recebimento e Rotina Ensaios Procedimento / Norma Ensaio / (amostragem) IEC NBR Tipo Recebimento Rotina Verificação visual Sim / (10) Sim / (E1+E2) Sim/100% Verificação Dimensional Sim / (10) Sim / (E2) Calibre de acoplamento Sim / (E1+E2) Verificação dos deslocamentos axial, radial e angular Sim / (E1+E2) Tensão suportável de impulso atmosférico a seco Sim (1 CRN) Tensão suportável em frequência industrial sob chuva Sim (1 CRN) Radio interferência (RIV) Sim/(1CRN) Perfuração sob impulso Sim / (10) Sim / (E2) Ruptura: Mecânica (vidro) Sim / (10) Sim / (E1) Desempenho termomecânico Sim / (10) Resistência mecânica residual Sim / (25) Impacto (Máximo 17 N.m) 5032 Sim / (3) Sim / (E2) Verificação do sistema de travamento Sim / (E1+E2) Choque térmico (vidro) Sim / (E2) Sim/100% Zincagem Medição da espessura Sim / (E2) Anel de zinco Sim / (E1/2) Ensaio mecânico de rotina Sim/100% Curso de isoladores CIGRE 21 e 22 de junho de 2017

41 Discussão Norma IEC no Fórum Bienal Paris Bienal 2014 Documento STRI: B Contribuição CEPEL: B2 PS2 Q Constataram Reestruturação do mercado mundial Resultado Novos fabricantes e novas fábricas entraram no mercado generalizando a utilização de produtos sem considerar as necessidades de aplicações específicas Estudos mostraram que alguns desses fabricantes apresentam qualidade questionável, apesar de atender aos ensaios de recebimento previstos na norma IEC (STRI)

42 Discussão Norma IEC no Fórum Bienal Paris

43 Discussão Norma IEC no Fórum Bienal Paris Contribuição Brasileira

44 Ensaios Tipo, Recebimento e Rotina Prática do Mercado Brasileiro Ensaios Procedimento / Norma Ensaio / (amostragem) IEC NBR Tipo Recebimento Rotina Verificação visual Sim / (10) Sim / (E1+E2) Sim/100% Verificação Dimensional Sim / (10) Sim / (E2) Calibre de acoplamento Sim / (E1+E2) Verificação dos deslocamentos axial, radial e angular Sim / (E1+E2) Tensão suportável de impulso atmosférico a seco Sim (1 CRN) Tensão suportável em frequência industrial sob chuva Sim (1 CRN) Radio interferência (RIV) em isoladores unitários SIM /(10) Sim / (E1) Perfuração sob impulso Sim / (10) Sim / (E2) Ruptura: Mecânica (vidro) Sim / (10) Sim / (E1) Desempenho termomecânico Sim / (10) Sim / (10) Resistência mecânica residual Sim / (25) Sim / (25) Impacto (45 N.m) 5032 Sim / (3) Sim / (E2) Verificação do sistema de travamento Sim / (E1+E2) Choque térmico (vidro) Sim / (E2) Sim/100% Zincagem Medição da espessura Sim / (E2) Anel de zinco Sim / (E1/2) Ensaio mecânico de rotina Sim/100%

45 Ensaios Tipo, Recebimento e Rotina Prática do Mercado Brasileiro Ensaios de Tipo e Recebimento Ensaio Termomecânico 10 peças Ruptura Mecânica 10 peças Resistencia residual 25 peças Ensaios Termomecânico Ruptura mecânica Alguns critérios adotados mais exigentes que a norma Norma Procedimento Recomendado Temperatura 30 C / + 40 C 30 C / + 40 C ou 50 C / +50 C Carga mecânica 50% CME 70% CME Coeficiente de aceitação 5pçasC 0: 1,2 10 pças C 0: 0,72 C 0 = 3 Tipo: 10 pçs, C 0: 0,72 Coeficiente aceitação Recebimento: E1 C 0 = 3 Coeficiente: 0,8 até 1,7 Resistencia residual Constante aceitação K= 0,8 Perfuração sob impulso Tipo: 10 / Recebimento: E 2 Impacto: 45N.m (norma: 17N.m) 3 peças

46 Ensaios Tipo, Recebimento e Rotina Prática do Mercado Brasileiro Controle RIV unitário Distribución del campo eléctrico Cadena 500 kv SSI Nov/02 Sistema kv 230 kv 300 kv Tensão de ensaio kv µv TRI máximo db ,4 69

47 Ensaios Tipo, Recebimento e Rotina Prática do Mercado Brasileiro Resultado com ensaios adicionais de recebimento e critérios mais rigorosos RIV individual Termomecânico, Mecânico e Resistencia Residual com critérios mais rigorosos Perfuração sob impulso Termomecânico com critério mais rigoroso Impacto com 45 N.m Qualidade Montagem Assegura Melhor desempenho elétrico na LT Qualidade Mecânica Assegura Melhor confiabilidade mecânica na LT Qualidade do dielétrico Assegura Baixa taxa de quebra na LT MELHOR PERFORMANCE DOS ISOLADORES A LONGO PRAZO

48 Curso de isoladores CIGRE 21 e 22 de junho de 2017 Muito Obrigado Luiz Fernando Pintas Ferreira