Equipamentos Elétricos. Aula 4 Isolação em Condutores de AT

Transcrição

1 Equipamentos Elétricos Aula 4 Isolação em Condutores de AT Prof. Dr. Hugo Valadares Siqueira

2 Condutores

3 Características Gerais Condutor Isolação Cobertura

4 Materiais Condutores Caracter. dos Condut. UN. Cobre Têmpera Mole Cobre Têmpera Mole Estanhado CobreTêmpera Meio Dura AlumínioTêmpera H19 Resistividade (20ºC).mm²/km 17,241 17,654 a 18,508 17,654 a 17,837 28,264 Condutividade (20ºC) % IACS a a Densidade g/cm³ 8, ,890 2,703 Ponto de Fusão ºC

5 ISOLAÇÃO As isolações dos cabos de potência podem ser constituídas por materiais sólidos e do tipo estratificadas; a) Sólidos Termoplásticos: -Cloreto de Polivinila (PVC); -Polietileno; Termofixos: -Borracha Etileno Propileno (EPR); -Polietileno Reticulado (XLPE). Aplicações por material: - PVC: teletransmissão a média distância; - EPR: tensões 69kV - XLPE: tensões 15kV em cabos de média tensão

6 ISOLAÇÃO b) Estratificadas: Usam papel impregnado, uma isolação estratificada constituída por fitas delgadas de papel distribuídas helicoidalmente em diversas camadas e impregnadas com material isolante; O papel impregnado é utilizado nos cabos a óleo sob pressão, aplicado na área de transmissão subterrânea (faixa de 69 a 345kV no Brasil e 1100kV no exterior); OBS: - Isolação: tem um sentido qualitativo isolação de um cabo de PVC; - Isolamento: tem um sentido quantitativo isolamento de 15kV.

7 Materiais de Isolação NOME COMPOSIÇÃO QUÍMICA TERMOFIXOS * Polietileno Reticulado Polietileno * EPR Borracha Etileno Propileno Butil Isoprene isobutileno SBR Borracha estireno butadieno Silicone Metil clorosilane TFE(Teflon Halano) tetrafluoretileno Borracha natural Isoprene Neoprene Cloroprene Borracha CP (Hypalon) Polietileno Clorossufanado TERMOPLÁSTICOS Polietileno (PET) Polietileno * PVC Cloreto de Povinila Nylon Poliamida

8 Materiais Isolantes TIPO MATERIAL PONTOS FRACOS PONTOS FORTES TP PVC (CLORETO DE POLIVINILA) Baixo índice de estabilidade térmica Boas propriedades mecânicas e elétricas; Não propagante de chama auto extingüível, quando aditivado. PE (POLIETILENO NATURAL) Baixo ponto de fusão Baixa flexibilidade Fácil combustão Excelentes propriedades mecânicas e elétricas; Alto índice de impermeabilidade TF XLPE (POLIETILENO RETICULADO) Baixa flexibilidade Baixa resistência à chama Excelentes propriedades elétricas; Boa resistência térmica; Alto grau de dureza; Alto índice de impermeabilidade; Bom desempenho após envelhecimento. EPR (BORRACHA ETILENO PROPILENO) Baixa resistência mecânica Baixa resistência a óleos Baixa resistência a chamas Excelentes propriedades elétricas; Boa resistência térmica; Alta flexibilidade; Resistência total ao ozônio.

9 Temperaturas Características das ISOLAÇÃO Isolações Usuais Temperatura Máx. de Serviço Contínuo [ o C] Temperatura de Serviço sobrecarga [ o C] Tempo de curto circuito [s] PVC EPR Papel impregnado com óleo XLPE Papel impregnado com massa não escoante

10 ISOLAÇÃO Características Mecânicas da Isolação Carga de ruptura Alongament o à ruptura Resistência a abrasão Resistência a golpes Flexibilidade PVC 1,25 150% BOM BOM BOM PET 1,00 300% BOM BOM REGULAR XLPE 1,25 200% EXCELENTE EXCELENTE REGULAR NEOPRENE 1,25 300% EXCELENTE EXCELENTE EXCELENTE RESISTÊNCIA A AGENTES QUÍMICOS ISOLAÇÃO ÁCIDOS ORGÂNICOS Sulfúrico 3+30% Clorídrico 10% Tetracloreto de Carbono Óleos Gasolina PVC REGULAR REGULAR BOA REGULAR BOA PET EXCELENTE EXCELENTE BOA BOA BOA XLPE EXCELENTE EXCELENTE BOA BOA BOA NEOPRENE EXCELENTE MEDIOCRE MEDIOCRE BOA REGULAR 10

11 Blindagens Objetiva confinar o campo elétrico e não criar gradientes de tensão em pontos específicos do condutor o que pode reduzir a vida útil; Elimina a possibilidade de choque elétrico; Promove um caminho de baixa impedância para as correntes de falta para a terra; Consiste na aplicação de camadas condutoras ou semicondutoras; Trata-se duas fitas de papel semicondutoras aplicadas helicoidalmente.

12 O uso de metais não magnéticos em volta de condutores não blinda contra campos magnéticos; Para isso é preciso de envolver um conjunto de condutores com um escudo metálico, o que reduz os efeitos da interferência eletromagnética ou o ruído elétrico; BLINDAGEM ELETROMAGNÉTICA elimina o ruído magnético. Qualquer campo magnético que passar através do condutor tenderá a ser eliminado pelos circuitos adjacentes; BLINDAGEM ELETROSTÁTICA Elimina o ruído estático, causado por campos elétricos irradiados por fontes de tensão e são acoplados capacitivamente aos fios dentro de um circuito de instrumentos. Pode-se usar blindagens metálicas.

13 Blindagens de Fita de poliéster + alumínio e cabo dreno atenua ruídos de frequência alta; Blindagens com Tranças (gaiola de FARADAY) consiste em um conjuntos de fios de cobre nu ou estanhado entrelaçados. Minimizam a interferência de baixa frequência; Blindagens combinadas de Fita de poliéster + alumínio e cabo dreno / trança de cobre aumentam a eficiência na imunidade dos ruídos de frequência baixa ou alta e também deixa o cabo protegido de interferências eletromagnéticas; Fita de cobre nu são utilizadas em cabos onde os condutores são reunidos em coroa concêntrica e necessitam de blindagem eletrostática.

14 Blindagens

15 Capas Função de proteger a isolação de um cabo contra agentes do meio; Tipos: a) Metálicas b) Não metálicas

16 Capas

17 a) Capas Metálicas (chumbo) - oferecem proteção contra: Umidade Deterioração b) Capas Não Metálicas materiais constituintes podem ser: PVC Polietileno Neoprene Polietileno reticulado e poliuretano Oferecem proteção contra: Umidade Agentes químicos Agentes atmosféricos Mecânicos Isolamento elétrico

18 Cobertura Em geral, os cabos elétricos são protegidos do ambiente por coberturas extrudadas de materiais dielétricos: 1- PVC; 2- PE; 3- Policloroprene (NEOPRENE); 4- Polietileno Cloro Sulfonado (CSP OU HYPALON); 5- Borracha não Halogenada. Em alguns casos, no entanto, se faz necessária proteção adicional contra agentes externos (esforços longitudinais, esforços transversais, roedores, etc); Tipos: fitas, fios, ou tranças de aço, alumínio, cobre ou bronze.

19 Cabos 1 Condutores. 2 Isolação, em XLPE. 3 Enfaixamento, quando necessário. 4 Cobertura, em PVC, na cor preta. 1. Os cabos trifásicos (3 condutores agrupados) de média tensão, são mais difíceis de se encontrar no mercado. Dê preferência ao cabo singelo (condutor individual); 2. Na falta do cabo de determinada classe de tensão definida, use um cabo de classe superior, com poucas alterações no projeto, NUNCA O INVERSO ; 3. Os cabos isolados em EPR ou XLPE tem características semelhantes. Eles podem substituir-se, dependendo do local de instalação; 4. Instale sempre um cabo reserva (1,2,3+1) quando optar pôr cabo singelo. Isto possibilitará que, ocorrendo um eventual defeito em um cabo, o reserva o substituirá até que o reparo do titular seja efetuado. Isto evitará muitas horas paradas na produção.

20 Propriedades dos Condutores Resistência ao fogo Preço, custo e perdas Resistência à tração Nível de isolação Resistividade Dissipação de calor Permeabilidade 1 2 Propriedade 3 Propriedade 4

21 Temperatura característica dos condutores em função do isolante Material z ( o C) sc ( o C) cc ( o C) PVC EPR/XLPE z - temperatura de serviço contínuo (normal) sc temperatura de sobrecarga < 100 h em 11 meses consecutivos < 500 h na vida útil do condutor cc temperatura de curto-circuito (t<5 segundos)

22 Seção Mínima dos Condutores 1,5 mm 2 4 mm 2 2,5 mm 2

23 Aplicação Qualidade Estética Na dúvida, use um coeficiente de segurança maior; Segurança Procure ficar atualizado sobre os materiais técnicas de instalação. Serviço

24 Tipos de construções usuais de condutores elétricos - Existem várias alternativas para a construção de condutores de cobre ou alumínio; - São escolhidas em função de suas características ou da tecnologia disponível, podendo interferir no desempenho final; - Examinaremos a seguir as mais usuais em relação ao cobre; - Estas classificações podem ser encontradas na NBR 6880.

25 Redondo sólido Classificado pela norma como classe 1, este condutor é constituído por um único fio; Muito utilizado no passado, sua aplicação está cada vez mais reduzida devido a sua baixa flexibilidade, dificultando a instalação e aumentando a probabilidade de ocorrência de defeitos superficiais; Nos últimos anos, tem sido substituído pelos cabos flexíveis.

26 Redondo normal Este condutor é classificado como classe 2, também conhecido como condutor semi-rígido; Constitui-se de um fio longitudinal, em torno do qual são colocadas, em forma de espiral, uma ou mais coroas de fios de mesmo diâmetro do fio central; Este condutor tem número fixo de fios (7, 19, 37, 61, etc.), que possibilitam uma distribuição bem definida; Muito usado no passado em condutores de todas as classes de tensão, atualmente está sendo substituído nos cabos de baixa tensão por condutores flexíveis.

27 Redondo Compacto Classificado como classe 3; Apresenta menor diâmetro externo do que o condutor redondo normal devido à compactação que o condutor sofre após ser encordoado; Esse processo reduz a quantidade de vazios entre os fios, sendo este tipo de condutor o mais recomendado para cabos de média e alta tensão.

28 Flexível e Extra-Flexível Classificados como classe 4, 5 e 6; São condutores formados por vários fios encordoados de forma helicoidal; Classe 4: deverá ser eliminada da NBR; Classe 5: são mais adequados para instalações de baixa tensão. Em uma instalação, o condutor flexível apresenta grande vantagem principalmente no manuseio, na puxada pelos eletrodutos e nas montagens em eletrocalhas, reduzindo a possibilidade de ocorrência de defeitos superficiais; Classe 6: são condutores extremamente flexíveis para uso principalmente nas aplicações especiais em equipamentos de uso móvel.

29 Exemplo de uma seção nas diferentes categorias Condutor 10 mm²: Classe 1 - Um único fio circular Classe 2 - Sete fios não compactados ou seis fios compactados Classe 4 - Quarenta e cinco fios Classe 5 - Setenta e dois fios Classe 6 - Duzentos e setenta e dois fios

30 Cabos de Potência

31 a) Causas Internas Sobretensão: Causas de Avarias em Cabos - provoca a perfuração do isolante: - operações incorretas na rede; - descargas atmosféricas; Sobre-intensidade devido aquecimento: - provoca envelhecimento acelerado do material isolante; - ruptura dos condutos; Envelhecimento natural do isolante: - perda de rigidez dielétrica.

32 b) Causas Externas Origens Mecânicas: - choque no transporte; - choque na instalação; - escavação e movimentação do solo; Origem Elétrica: - eletrólise das camadas (correntes de retorno rede elétrica), sistemas de tração ferrovias; Instalações Inadequadas: - temperatura ambiente excessivamente baixa (torna o isolante frágil); - emendas mal feitas.

33 Tipos de Defeitos Defeito de isolamento entre condutor e massa (terra); Defeito de isolamento entre condutores; Ruptura de condutor ou condutores sem defeito de isolamento; Ruptura de condutor ou condutores com defeito de isolamento; Defeito de Isolamento: é localizado através da medição de resistência com Megaohmímetro (MEGGER); Defeito de Ruptura: é localizada através da medição da capacitância com Capacímetro.

34 ARBORESCÊNCIA EM CONDUTORES Um dos principais causadores de defeitos em materiais poliméricos utilizados como isolantes; O termo é aplicado ao problema causado em um dielétrico submetido a uma solicitação elétrica; O aspecto resultante assemelha-se a forma de uma árvore; Este defeito reduz consideravelmente a rigidez ou suportabilidade do material conduzindo à ruptura dielétrica.