Aula 11- EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS (ISOLADORES)

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Os isoladores são instalados em conjunto denominado de cadeias de isoladores, e servem juntamente com as ferragens, para fixar os condutores nas estruturas, mantendo-se o isolamento necessário entre eles.
Quanto aos materiais, os isoladores podem ser de porcelana vitrificada, vidro temperado ou fabricados à base de resinas sintéticas, também chamados de isoladores poliméricos. 
ISOLADORES
ISOLADORES
Os isoladores cerâmicos podem ser utilizados individualmente ou em cadeia. A determinação do número de isoladores de uma cadeia é baseada nos valores das sobretensões previstas a classe de tensão e a configuração do sistema elétrico. 
A falha em um isolador pode ocorrer tanto no interior do material (perfuração) como pelo ar que o envolve (descarga externa).
A falha em um isolador pode ocorrer tanto no interior do material (perfuração) como pelo ar que o envolve (descarga externa).
Assim, um isolador deve ter formato adequado para garantir o isolamento a ele imposto, nas condições mais adversas. Como também, seu projeto deve ser feito de forma a assegurar uma distribuição de potencial a mais uniforme possível. 
ISOLADORES
Os isoladores deve ser projetado para minimizar a produção indesejável de radiointerferência.
A radiointerferência nos isoladores pode ser provocada pelo efeito corona, pela ação das bandas secas e descargas parciais. As intempéries e a poluição intensificam os efeitos causadores da radiointerferência.
Descargas de altas frequências são produzidas, irradiando energia de maneira semelhante a um radiotransmissor. É um problema que deve ser minimizado pela própria configuração (formato) e pelo acabamento superficial dos isoladores. 
RADIOINTERFERÊNCIA EM ISOLADORES
Quanto à forma, os isoladores podem ser classificados em:
 
Isoladores de Pino: São fixados à estrutura através de um pino de aço. São empregados em linhas até 69 kV e com condutores relativamente leves. Os isoladores de pino são “peças inteiras”. Isso implica que qualquer vibração ocorrida no cabo é quase que totalmente transmitida à torre ou ao poste. 
ISOLADORES
Isoladores de Suspensão: Constituem-se no tipo de isolador de maior importância para as linhas de transmissão. Pode ser usado uma única peça ou mais (formando as cadeias de isoladores).
Os isoladores de suspensão têm, entre outras vantagens: 
 A manutenção é mais econômica por não se precisar trocar toda a cadeia, mas o disco com defeito; 
 Absorve a maior parte das vibrações mecânicas dos cabos; 
 Para aumentar seu poder de isolação, basta aumentar o número de discos e não trocar a cadeia inteira. 
 Podem suportar grandes esforços de tração. 
ISOLADORES
Isoladores Tipo Pedestal (Post Line): sua principal vantagem é a de além de isolar, servir de suporte mecânico fixo, afastando o condutor do terra, barateando o custo do projeto e a complexidade do mesmo. 
Sua atuação é comparável aos isoladores de cadeia. 
ISOLADORES
A porcelana é um material extremamente resistente ao ataque de produtos químicos, ácidos ou alcalinos, razão pela qual seu desempenho não é afetado pelas condições climáticas, mantendo sua características originais indefinidamente.
A porcelana é uma superfície bastante áspera, suscetível de aderir poeira, por isso, toda a área externa é coberta por camada de vidro, cuja única função é tornar lisa e impermeável a superfície exposta, facilitando o processo de limpeza pela chuva, ou pela manutenção.
ISOLADORES DE PORCELANA VITRIFICADA
A sujeira depositada sobre a superfície do isolador, aumenta o nível de corrente de fuga e reduz a tensão de descarga externa, causa também problemas, em decorrência da distribuição irregular do potencial sobre isoladores, montados em cadeia, e mesmo entre diversos pontos do mesmo isolador.
A porcelana é mecanicamente resistente, menos afetada pela temperatura e tem mínimos problemas de descargas. 
ISOLADORES DE PORCELANA VITRIFICADA
Cadeia de isoladores de porcelana – danificada por descarga elétrica.
ISOLADORES DE PORCELANA VITRIFICADA
Cadeia de isoladores de porcelana.
Vidro temperado é o resultado de uma solidificação homogênea de vários óxidos fundidos. Por sua vez a têmpera confere grande resistência mecânica ao dielétrico, superior à de outros materiais isolantes.
A têmpera do vidro consiste em um aquecimento a uma temperatura ligeiramente inferior à do ponto de amolecimento, seguido de um resfriamento brusco por meio de jatos de ar, com duração controlada. 
A homogeneidade e a transparência tornam extremamente simples o controle de qualidade e a sua inspeção, tanto no recebimento quanto na manutenção.
ISOLADORES DE VIDRO TEMPERADO
O fator de dissipação (tangente de perdas) baixo dos isoladores de vidro é outra característica importante. Sua rigidez dielétrica é extremamente alta em comparação com outros materiais isolantes . 
ISOLADORES DE VIDRO TEMPERADO
ISOLADORES CERÂMICOS
Isoladores de Disco - Vidro e Porcelana - Ruptura mínima 80 kN
Isoladores de Disco - Vidro e Porcelana - Ruptura mínima 80 kN
ISOLADORES CERÂMICOS
Isoladores de Disco - Vidro e Porcelana - Ruptura mínima 80 kN
ISOLADORES CERÂMICOS
Segundo Monticelli e Garcia (2003) mais 60% dos desligamentos ocorridos em uma linha de transmissão com classe de tensão igual ou superior a 230 kV são ocasionados por falhas em isoladores.
ISOLADORES
Componente
Desligamentos (%)
<230 kV
≥230 kV
Isoladores
46,4
63,2
Cabos condutores
19,6
9,7
Cabos para-raios
3,6
7,4
Estruturas
16,3
10,1
Ferragens
0,8
1,8
Outras causas
13,2
7,8
Por outro lado, segundo a CHESF, entre os anos de 1988 e 2001, 75% dos desligamentos ocorridos foram provocados por atos de vandalismo (Yanaguizawa e Shinohara, 2011). 
O isolador polimérico é composto por núcleo constituído por uma haste de fibra de vidro revestida por polímeros, os quais possuem alta performance como isolante elétrico, dificultando a penetração de umidade.
ISOLADORES POLIMÉRICOS
A função do núcleo é suportar os esforços mecânicos provenientes do condutor.
O isolador é composto, também, por aletas, um revestimento polimérico e pelas ferragens terminais.
As aletas devem garantir a distância de escoamento do isolador.
Já as ferragens são encarregadas de realizar a transmissão dos esforços mecânicos do condutor até o núcleo, realizando, desta forma, as ligações: condutor/isolador e isolador/estrutura.
ISOLADORES POLIMÉRICOS
Os isoladores poliméricos de suspensão /ancoragem têm a função de fixar os condutores nas estruturas com alto grau de isolação elétrica.
A fabricação consiste na fixação dos terminais ao núcleo de fibra de vidro e posterior injeção da cobertura polimérica sobre todo o conjunto montado, formando um corpo único, isso elimina qualquer necessidade de vedação final nas interfaces e garante excelência na vedação, proporcionando elevado grau de estanqueidade.
Os terminais são fabricados em ferro fundido e zincados por imersão a quente, o que proporciona alta resistência a corrosão.
A fixação dos terminais no núcleo é feita pelo método de compressão, proporcionando grande resistência à tração nas mais severas condições climáticas.
ISOLADORES POLIMÉRICOS
Os isolantes poliméricos começaram a ser utilizados na década de 1980, quando surgiu a primeira versão comercial para uso em linhas de transmissão.
Por ser um composto orgânico, a interação da superfície polimérica dos isoladores é afetada pelas condições ambientais, tais como: radiação ultravioleta, poluição, umidade e também pelas descargas elétricas em sua superfície.
Este fato dificulta a previsão da vida útil do isolador, estimada entre 30 e 40 anos. Já os isoladores cerâmicos possuem expectativa de vida de 60 a 90 anos (HALL, 1993). 
ISOLADORES POLIMÉRICOS
O revestimento polimérico dos equipamentos elétricos é composto tradicionalmente de EPDM (etileno, propileno, dieno, monomérico) ou silicone, dotado de aletas para aumentar a distância de escoamento (BISNATH et al., 2006).
O silicone, em
particular, é caracterizado pela capacidade de repelir água (KINDERSBERGER et al., 1989).
ISOLADORES POLIMÉRICOS
 Facilidade de manuseio e instalação
O isolador polimérico possui dimensões compactas, resultando em isoladores que podem pesar até 90% menos que os convencionais, o que torna sua instalação rápida, simples, reduzindo o custo com as estruturas, o transporte, armazenamento e a mão de obra da instalação.
 Excelente desempenho sob poluição 
A maior distância de escoamento do isolador permite reduzir ao máximo a corrente de fuga e, portanto, as perdas de energia. Podem ser lavados sob alta pressão, sem qualquer risco de danos, como os isoladores de vidro.
ISOLADORES POLIMÉRICOS - VANTAGENS
 Resistência ao vandalismo 
As aletas de silicone e à elevada resistência do núcleo garantem um excelente desempenho dos isoladores contra vandalismo. 
 Hidrofobicidade 
Os isoladores poliméricos em borracha de silicone apresentam excelente desempenho às intempéries, principalmente em ambientes de elevado grau de poluição. Isto ocorre devido às propriedades do invólucro de silicone, como a hidrofobicidade. 
ISOLADORES POLIMÉRICOS - VANTAGENS
A hidrofobicidade é a propriedade que impede que a água forme um filete sobre a superfície de um polímero, tornando a resistência superficial do isolador alta, mesmo em condições de chuva.
Assim, evita-se a formação de filmes contínuos de água, reduzindo a corrente de fuga e contribuindo para a limpeza da superfície do polímero. 
ISOLADORES POLIMÉRICOS - VANTAGENS
Diferentemente dos isoladores de vidro temperados, que se esfarelam quando quebrados, os isoladores poliméricos muitas vezes não apresentam, aparentemente, indícios de que houve uma falha interna.
Assim, uma inspeção feita do solo pode não detectar problemas no isolador e, portanto, os isoladores poliméricos requerem mais atenção quanto a sua manutenção.
No processo de desenvolvimento do trilhamento elétrico, por exemplo, a integridade do isolamento elétrico pode não ser comprometida por meses ou anos, contudo se não for detectada a tempo, pode resultar em curto circuito com a consequente saída de linha. 
ISOLADORES POLIMÉRICOS - DESVANTAGENS
ISOLADORES POLIMÉRICOS - DESVANTAGENS
A avaliação da expectativa de vida do isolador é difícil e seu comportamento em longo prazo é desconhecido (HACKAM, 1999), pois os isoladores poliméricos estão sujeitos a alterações químicas em seu revestimento devido às condições ambientais ou à formação de arcos voltaicos em sua superfície (KIM et al, 1994). 
Trilhamento de núcleo em isolador polimérico 
Na inspeção de isoladores são aplicados os seguintes métodos:
 Inspeção visual
 Medição ultravioleta;
 Medição por ultra-som;
 Medição infravermelho;
 Medições de campos eletromagnéticos;
 Medição de descargas corona;
 Medições de campos elétricos.
INSPEÇÕES EM ISOLADORES 
No caso dos isoladores de cerâmica, os inspetores devem estar especialmente atentos para peças quebradas ou com pedaços arrancados, marcas de queimas, sinais de poluição e pontos de corrosão em suas ferragens integrantes. 
Para os isoladores poliméricos, a atenção deve estar voltada para marcas de trilhamento e outras alterações no revestimento, marcas de queima, sinais de poluição, pontos de corrosão em suas ferragens integrantes, rasgos nas saias e exposição do núcleo. 
Dentre os instrumentos mais utilizados de forma não invasiva estão o termovisor e o detector ultravioleta.
INSPEÇÕES EM ISOLADORES 
O termovisor é um equipamento também conhecido como termógrafo. Consiste, basicamente, de uma câmera equipada com detectores especiais de 8 infravermelho, os quais transformam leituras de temperatura em imagens. 
INSPEÇÕES EM ISOLADORES - TERMOVISOR
No caso dos isoladores poliméricos, pode ser utilizado, por exemplo, para a identificação de defeitos internos, devendo ser utilizado juntamente com outro tipo de equipamento, para efeito de confrontação de informações que viabilizem a análise do defeito.
Por outro lado, o detector de ultravioleta é um equipamento capaz de detectar atividades corona e de outras descargas superficiais que emitem radiação luminosa, transformando-as em imagem.
INSPEÇÕES EM ISOLADORES - DETECTOR ULTRAVIOLETA
O equipamento é composto por uma câmera de imagem visível e outra de imagem UV, com filtro, combinadas eletronicamente, que viabilizam seu uso à luz do dia. Sua aplicação combinada com o uso do termovisor permite uma melhor identificação de falhas nos isoladores.