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Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Estudo do Trilhamento de Núcleo em
Isoladores Poliméricos
Tarso Vilela Ferreira
Campina Grande, maio de 2007.
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ii
Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Estudo do Trilhamento de Núcleo em
Isoladores Poliméricos
Dissertação apresentada ao Curso de Pós-Graduação
em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de
Campina Grande, em cumprimento parcial às
exigências para obtenção do Grau de Mestre em
Ciências no Domínio da Engenharia Elétrica.
Área de Concentração: Processamento de Energia
Orientador:
Professor Edson Guedes da Costa
Campina Grande, maio de 2007.
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iii
Aos meus pais.
iv
Agradecimentos
Apesar de ter um só nome na capa, esta dissertação é produto resultante de um
esforço conjunto e distribuído ao longo de minha vida, havendo inúmeros colaboradores:
Meus pais, que graças a Deus tiveram as condições necessárias para garantir a
mim uma educação de qualidade, não poupando esforços ou incentivos.
Andrea, que, surgindo de forma tão inesperada e intensa, tornou-se logo óbvia e
indispensável em tudo que faço.
Meus avós, tios, primos e irmãos, que acreditam no meu potencial, acham que eu
sou o nerd da família e colaboraram na cota para compra de meu primeiro computador.
O Professor Edson Guedes da Costa, que me instruiu intelectualmente e
laboratorialmente, sendo principalmente um grande amigo.
Os Professores e funcionários do departamento de Engenharia Elétrica,
especialmente aos do Grupo de Sistemas Elétricos pelo agradável convívio, respeito,
amizade, reconhecimento e incentivo.
Os vários amigos e colegas que tenho colecionado aqui na UFCG, especialmente
Max, Isaac, Estácio, Kalina, Gilvan, Camila, Rodolfo e George.
O colega Max Norat Cavalcanti (Chesf), sempre inventivo e disposto a colaborar
em todos os aspectos.
A colega Tereza Galindo (Chesf) por compartilhar seus conhecimentos de
autoridade nacional em termovisão.
O autor deseja externar os agradecimentos ao CNPq, pela bolsa de estudos, e à
Eletrobrás pelo suporte financeiro na implantação do Laboratório de Isolamentos
Elétricos através do Convênio 082/2005 Eletrobrás/UFCG/PaqTc-PB.
v
“Se fosse fácil achar o caminho das pedras
Tantas pedras no caminho não seria ruim.”
Humberto Gessinger em Outras Freqüências
vi
Resumo
No fornecimento de energia elétrica, os sistemas de isolamento desenvolvem um papel
muito importante, reduzindo as perdas e proporcionando a transmissão com tensão
elevada. Os equipamentos que proporcionam o isolamento nos sistemas elétricos de forma
geral são os isoladores. Quando falham, isoladores podem provocar o desligamento da
linha de transmissão, interrompendo o fornecimento de energia elétrica e penalizando
severamente a concessionária com as multas impostas pelas agências reguladoras.
Historicamente, os sistemas de isolação em linhas de transmissão têm sido representados
pelos isoladores cerâmicos, que têm como material isolante o vidro ou a porcelana.
Contudo, nos últimos anos, uma classe particular de isoladores, que contém compostos
orgânicos em sua composição, tem se destacado: os isoladores poliméricos. Como todo
equipamento importante para o funcionamento adequado de um sistema elétrico, os
isoladores poliméricos demandam técnicas eficazes de monitoramento e estudo
aprofundado dos fatores que podem levá-los a falhar. Uma das causas de falhas em
isoladores poliméricos é o trilhamento de núcleo (core tracking). Visando uma
compreensão mais abrangente do trilhamento de núcleo e sua formação, uma técnica de
criação de indícios de trilhamento de núcleo em laboratório encontra-se proposta neste
trabalho. Além disso, observações dos indicadores físicos da origem e propagação do
trilhamento de núcleo foram realizadas. Foram utilizados uma câmera de radiação
ultravioleta e um termovisor para inspecionar os níveis de descargas corona nas
proximidades do isolador e as temperaturas superficiais no isolador. Foi observado que
anéis equalizadores influenciam os padrões térmicos e de descargas corona. Para ponderar
a influência dos anéis equalizadores nos níveis de descargas corona e temperaturas
superficiais nos isoladores, serão avaliadas várias configurações de anéis. Além disso, as
condições de distribuição de campo e potencial elétrico nestas configurações de anéis
equalizadores foram simuladas computacionalmente, através do Método dos Elementos
Finitos, permitindo assim a representação gráfica do campo e potencial elétricos, além de
um entendimento mais abrangente. Por fim, um anel equalizador otimizado para aplicação
em isoladores poliméricos classe 230 kV foi projetado, construído e avaliado, visando
prolongar a vida útil dos isoladores. Os resultados dos ensaios do método de criação de
indícios de trilhamento de núcleo em laboratório demonstram que a presença de umidade
junto ao núcleo do isolador polimérico é um fator importante no processo de formação do
trilhamento, acelerando-o significativamente. Os resultados dos experimentos de análise
dos efeitos da concentração demonstram que o uso de anéis equalizadores
subdimensionados é prejudicial aos isoladores poliméricos. Por outro lado, o uso de anéis
equalizadores superdimensionados também não oferece o desempenho ideal. Das
simulações computacionais e ensaios realizados, conclui-se que o anel de equalização
projetado e construído apresentou-se como uma alternativa viável e funcional para uso nos
isoladores poliméricos classe 230 kV estudados. Também se pode concluir que existe a
necessidade de que projetos de anéis equalizadores levem em consideração o local de
instalação, o grau de poluição e o clima a que eles serão submetidos.
vii
Abstract
In the electric energy facilities, the isolation systems play an important hole, reducing the
losses and providing the high voltage transmission. The equipment that provides the
isolation in electrical systems is the insulators. When an insulator fails, it can cause the
transmission line outage, interrupting the supply of electric energy and severely injuring
the concessionaire with the fines imposed by regulating agencies. Historically, the
insulation systems in transmission lines have been represented by ceramic insulators,
which use glass or porcelain. However, in recent years, a particular class of insulators,
composed by organic materials, has detached: the polymeric insulators. As all equipment
in an electric system, the polymeric insulators demand efficient monitoring techniques and
deep study of its degradation factors. Core tracking is a cause of polymeric insulators
failure. Aiming to understand the core tracking and its formation process, a laboratorial
technique of core tracking creation is proposed. Moreover, an investigation of physical
evidences of core tracking has been carried out. An ultraviolet camera and a termovisor
have been used to inspect the levels of corona discharges in the insulator’s neighborhoods
and the temperatures on the insulator’s surface. It was observed that corona rings have
influence in thermal gradients and corona discharges patterns. Influence of corona rings in
the levels of corona discharges and insulator’s temperature has been evaluated. Moreover,
the electric field distribution and electric potential conditions of these corona rings have
been computationally simulated, using the Finite Elements Method. The simulations
allowed the graphical representation of electric field and potential, and a better
understanding of the phenomena. Finally, aiming to extend the insulator’s useful life, an
optimized corona ring, designed for 230 kV class polymeric insulators was projected,
constructed and evaluated. The results of the experiments with the laboratorial technique of
core tracking creation indicates that humidity is an important factor in the core tracking
formation process, speeding up it. The results of the corona rings experiments demonstrate
that under-dimensioned corona rings can be harmful to the polymeric insulators. On the
other hand, over dimensioned corona rings do not offer the ideal performance. From the
computational simulations and lab tests, it is possible to conclude that the projected and
constructed corona ring is a viable and functional alternative for 230 kV class insulators. It
can also be conclude that, in corona ring projects, it is necessary to take in account the
installation place, the degree of pollution and the climate to which the insulator will be
exposed.
viii
Sumário
LISTA DE FIGURAS......................................................................................................... X
LISTA DE TABELAS..................................................................................................... XII
LISTA DE ACRÔNIMOS E ABREVIATURAS.........................................................XIII
SIMBOLOGIA UTILIZADA......................................................................................... XV
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO ....................................................................................... 1
CAPÍTULO 2 – EMBASAMENTO TEÓRICO............................................................... 5
2.1. ISOLADORES POLIMÉRICOS .......................................................................................... 5
2.1.1. O Núcleo............................................................................................................ 10
2.1.2. O Revestimento.................................................................................................. 10
2.1.3. As Ferragens ..................................................................................................... 11
2.2. DESCARGAS PARCIAIS ............................................................................................... 12
2.2.1. Modelo............................................................................................................... 12
2.3. TERMOGRAFIA ........................................................................................................... 15
2.3.1. Inspeção Termográfica...................................................................................... 15
2.3.2. Critérios de avaliação ....................................................................................... 16
2.4. TRILHAMENTO ELÉTRICO EM COMPOSTOS ORGÂNICOS............................................. 17
2.4.1. Reações dos Polímeros ao Campo Elétrico ...................................................... 18
2.5. DETECTOR DE RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA ................................................................ 21
2.6. MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS (MEF)................................................................ 24
2.6.1. O software FEMLAB® ...................................................................................... 28
CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................. 30
3.1. MATERIAIS ................................................................................................................ 31
3.1.1. Materiais para os experimentos de análise dos efeitos da concentração ......... 31
3.1.2. Materiais para os experimentos de reprodução de indícios de trilhamento..... 31
3.2. MÉTODOS .................................................................................................................. 32
3.2.1. Métodos para os experimentos de análise dos efeitos da concentração........... 32
3.2.2. Métodos para os experimentos de reprodução de indícios de trilhamento....... 37
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS...................................................................................... 42
4.1. RESULTADOS DOS ENSAIOS DE ANÁLISE DOS EFEITOS DA CONCENTRAÇÃO................ 42
4.1.1. Isolador novo (IN) ............................................................................................. 45
4.1.2. Isolador envelhecido, com poluição (IC01S) .................................................... 51
4.1.3. Isolador envelhecido, com poluição (IC02S) .................................................... 57
4.1.4. Isolador envelhecido, com poluição removida (IC02L).................................... 63
4.1.5. Simulações computacionais............................................................................... 69
4.1.6. Análise dos efeitos do envelhecimento e da poluição........................................ 82
4.1.7. Inspeções visuais ............................................................................................... 86
4.2.
RESULTADOS DOS ENSAIOS DE REPRODUÇÃO DE INDÍCIOS DE TRILHAMENTO ............ 87
4.2.1. Eletrodo aterrado, seco ..................................................................................... 88
4.2.2. Eletrodo em alta tensão, seco............................................................................ 90
4.2.3. Eletrodo em alta-tensão, com presença de umidade......................................... 93
CAPÍTULO 5 – ANEL DE EQUALIZAÇÃO PROPOSTO ......................................... 97
5.1.
PROPOSIÇÃO DO ANEL DE EQUALIZAÇÃO ................................................................... 97
ix
5.2.1. Configuração 1.................................................................................................. 98
5.2.2. Configuração 2................................................................................................ 100
5.2. PROJETO E CONSTRUÇÃO DO ANEL DE EQUALIZAÇÃO .............................................. 101
5.3. AVALIAÇÃO DO ANEL DE EQUALIZAÇÃO PROPOSTO................................................. 102
CAPÍTULO 6 – CONCLUSÕES ................................................................................... 106
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 111
x
Lista de Figuras
Figura 1.1. Fotografia de um isolador no qual ocorreu trilhamento de núcleo. .................... 3
Figura 2.1. Envelhecimento da superfície hidrofóbica (YOUNG et al., 1999)..................... 9
Figura 2.2. Constituição de um isolador polimérico (Rodurflex, 2004b)............................ 10
Figura 2.3. Modelo elétrico básico do material sob ensaio. ................................................ 13
Figura 2.4. Circuito equivalente do modelo elétrico básico................................................ 13
Figura 2.5. Gráfico representativo de descargas parciais em um dielétrico........................ 14
Figura 2.6. Estresse tensor
σ
(z) ortogonal ao campo elétrico E(z)...................................... 20
Figura 2.7. Espectro típico de uma descarga corona no ar (LINDNER at al., 1999).......... 22
Figura 2.8. Princípio de funcionamento do DayCor (LINDNER, 2004). ........................... 23
Figura 2.9. Etapas de discretização de um isolador cerâmico............................................. 26
Figura 2.10. Distribuição de potencial entre placas paralelas calculada pelo FEMLAB. ... 29
Figura 3.1. Fotografia de um isolador de 230 kV................................................................ 31
Figura 3.2. Diagrama do isolador utilizado nos ensaios de análise..................................... 31
Figura 3.3. Fotografia do isolador utilizado nos experimentos indícios de trilhamento. .... 32
Figura 3.4. Diagrama do isolador utilizado nos ensaios de reprodução de indícios de
trilhamento................................................................................................................... 32
Figura 3.5. Diagrama do A158 com características dimensionais. ..................................... 33
Figura 3.6. Diagrama do anel de A444 mm com características dimensionais................... 34
Figura 3.7. Diagrama do isolador de vidro, com características dimensionais. .................. 34
Figura 3.8. Circuito de medição e aquisição de dados. ....................................................... 37
Figura 3.9. Esquema da aplicação do eletrodo agudo. ........................................................ 38
Figura 4.1. Representação da distribuição de potencial elétrico em um isolador completo.
..................................................................................................................................... 70
Figura 4.2. Criação dos gráficos de representação de campo elétrico na superfície
polimérica.................................................................................................................... 70
Figura 4.3. (a) Disposições de malha, (b) continuidade de solução para o campo elétrico e
(c) permissividade na região imediatamente abaixo da primeira aleta, junto ao
material polimérico...................................................................................................... 72
Figura 4.4. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas
redondezas da configuração Tipo O. ........................................................................... 73
Figura 4.5. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas
redondezas da configuração Tipo A1. ......................................................................... 74
Figura 4.6. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas
redondezas da configuração Tipo A2. ......................................................................... 75
Figura 4.7. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas
redondezas da configuração Tipo A3. ......................................................................... 76
Figura 4.8. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas
redondezas da configuração Tipo A4. ......................................................................... 77
Figura 4.9. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas
redondezas da configuração Tipo A5. ......................................................................... 78
Figura 4.10. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas
redondezas da configuração Tipo B. ........................................................................... 79
Figura 4.11. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas
redondezas da configuração Tipo C1. ......................................................................... 80
Figura 4.12. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas
redondezas da configuração Tipo C2. ......................................................................... 81
Figura 4.13. Fotografia da região próxima ao eletrodo fase um isolador polimérico. ........ 87
Figura 4.14. Aspecto do núcleo de fibra de vidro perfeito.................................................. 88
xi
Figura 4.15. Fotografia do núcleo no ensaio com eletrodo aterrado a seco. ....................... 88
Figura 4.16. Sinais de descargas parciais com eletrodo aterrado, seco............................... 89
Figura 4.17. Níveis de descargas parciais em todo o ensaio, eletrodo aterrado, seco......... 90
Figura 4.18. Fotografia do núcleo no ensaio com eletrodo em alta tensão, seco. ............... 91
Figura 4.19. Sinais de descargas parciais Eletrodo em alta tensão, seco. ........................... 92
Figura 4.20. Níveis de descargas parciais em todo o ensaio, eletrodo em alta tensão, seco.
..................................................................................................................................... 92
Figura 4.21. Fotografia do núcleo no ensaio com eletrodo em alta tensão, com presença de
unidade. ....................................................................................................................... 93
Figura 4.22. Sinais de descargas parciais eletrodo em alta tensão, seco............................. 94
Figura 4.23. Níveis de descargas parciais em todo o ensaio, eletrodo em alta tensão, úmido.
..................................................................................................................................... 94
Figura 4.24. Padrão de descargas para regiões metálicas com terminação abrupta, em
contato com a superfície dielétrica. (a) Diagrama esquemático; (b) Padrão de
descargas...................................................................................................................... 95
Figura 4.25. Esboço das regiões de ocorrência de descarga parciais e corona.................... 96
Figura 5.1. Parâmetros variados durante simulações. ......................................................... 98
Figura 5.2. Configuração 1 com as suas dimensões............................................................ 98
Figura 5.3. Distância entre a extremidade superior do toróide e a primeira aleta............... 99
Figura 5.4. Distribuição de potencial elétrico e campo na superfície do isolador da
Configuração 1. ........................................................................................................... 99
Figura 5.5. Configuração 2 com as suas dimensões.......................................................... 100
Figura 5.6. Distribuição de potencial elétrico e campo na superfície do isolador da
Configuração 2. ......................................................................................................... 101
Figura 5.7. Diagrama esquemático do protótipo construído. ............................................ 102
Figura 5.8. Protótipo do anel equalizador proposto montado no isolador IC01S. ............ 103
xii
Lista de Tabelas
Tabela 2.1. Critérios de avaliação NETA MTS (apud EPPERLY et al., 1999, p. 34)........ 17
Tabela 3.1. Configurações de anéis e isoladores de vidro utilizados. ................................. 35
Tabela 3.2. Variantes do método proposto.......................................................................... 40
Tabela 4.1. Resultados termográficos para isolador IN....................................................... 45
Tabela 4.2. Resultados de medição de corona para isolador IN.......................................... 48
Tabela 4.3. Resultados termográficos para isolador IC01S................................................. 51
Tabela 4.4. Resultados de medição de corona para isolador IC01S.................................... 54
Tabela 4.5. Resultados termográficos para isolador IC02S................................................. 57
Tabela 4.6: Resultados de medição de corona para isolador IC02S.................................... 60
Tabela 4.7. Resultados termográficos para isolador IC02L. ............................................... 64
Tabela 4.8. Resultados de medição de corona para isolador IC02L.................................... 66
Tabela 4.9. Agrupamento dos resultados de análise............................................................ 82
Tabela 5.1. Resultados termográficos para os isoladores IN, IC01S e IC02L, utilizando o
protótipo. ................................................................................................................... 103
Tabela 5.2. Inspeções de corona para os isoladores IN, IC01S e IC02L, utilizando o
protótipo. ................................................................................................................... 104
xiii
Lista de Acrônimos e Abreviaturas
A1 Isolador polimérico com anel de equalização de 158 mm em posição correta.
A158 Anel equalizador com 158 mm de diâmetro.
A2 Isolador polimérico com anel de equalização de 158 mm em posição incorreta,
acima do indicado.
A3 Isolador polimérico com anel de equalização de 158 mm em posição incorreta,
bastante acima do indicado, sobre o polímero.
A4 Isolador polimérico com anel de equalização de 158 mm em posição correta, mas
mal encaixado.
A444 Anel equalizador com 444 mm.
A5 Isolador polimérico com anel de equalização de 158 mm em posição incorreta,
pouco abaixo do recomendado.
B Isolador polimérico com anel de equalização de 444 mm de diâmetro, em posição
correta.
c Centi (1x10
-2
)
C Coulomb.
C
1
Capacitância da cavidade.
C1 Isolador polimérico com um isolador de vidro colocado na ferragem fase.
C
2
Capacitância do material que está em série com a cavidade.
C2 Isolador polimérico com dois isoladores de vidro colocados na ferragem fase.
C
3
Representa a associação das capacitâncias do resto do material.
C
D
Valor de pontos de corona registrado com o arranjo não energizado.
CE Epóxi cicloalifática.
CHESF Companhia Hidro Elétrica do São Francisco.
C
In
Calor instantâneo de ponto de corona.
C
k
Capacitor de acoplamento
C
M
Valor médio de pontos de corona durante todo tempo de medição.
D Camada macroscópica de material.
Dcmed Média de descargas parciais entre os valores apresentados por um mesmo modelo
de anel equalizador.
E Campo Elétrico.
EPDM Etileno-propileno-dieno.
EPM Etileno-propileno-metileno.
EVA Acetato de vinil-etileno.
F Faraday
FRP Bastão de fibra de vidro reforçada.
F
TM
Fator de máxima tensão de operação do sistema.
g Grama.
GSE Grupo de Sistemas Elétricos.
IC01S Isolador envelhecido 5 anos no campo, com poluição.
IC02L Isolador envelhecido 4 anos no campo, com poluição removida.
IC02S Isolador envelhecido 4 anos no campo, com poluição.
IEC Comitê Eletrotécnico Internacional
IN Isolador novo e limpo.
IN Isolador novo.
k Quilo (1x10
3
)
m Metro.
m Mili (1x10
-3
)
MEF Método dos Elementos Finitos.
xiv
min Minuto.
n Nano (1x10
-9
)
N Newton.
n Número de valores instantâneos de pontos de corona registrados.
NTSC Comitê Nacional dos Sistemas de Televisão.
O Isolador polimérico sem anel de equalização ou isolador de vidro associado.
p Pico (1x10
-12
)
PAL Alternação de Fase por Linha.
PQ Temperatura do ponto mais quente do isolador.
PTFE Politetrafluoretileno.
Q Separação de cargas em uma interface.
R
1
Resistência do arco elétrico.
s Segundo.
SIR Borracha de silicone.
TA Temperatura ambiente.
TDI Temperatura dominante no isolador.
Tmed Média dos gradientes de temperatura entre os valores apresentados por um
mesmo modelo de anel equalizador.
U+, U- Tensões disruptivas.
URA Umidade relativa do ar.
Ut(t) Tensão alternada aplicada.
V Diferença de potencial elétrico.
V Volt.
V+ e V- Tensões residuais existentes nas cavidades.
VA Volt-ampère
V
E
Tensão aplicada durante ensaio.
VMDC Valor médio de descargas corona.
V
OL
Tensão de operação na linha.
z Variável atribuída à dimensão.
Z
m
Impedância de medição.
xv
Simbologia Utilizada
σ Estresse total do plano.
δ Largura da interface.
ε Permissividade elétrica.
Δ Variação de uma grandeza em torno de um valor.
” Polegada.
® Marca registrada.
° Grau.
°C Graus Celsius.
µ Micro (1x10
-6
).
γ Tensão mecânica.
Ω Impedância ou resistência elétrica.
1
Capítulo 1 – Introdução
A necessidade de um suprimento confiável de energia tem se mostrado evidente
com o desenvolvimento tecnológico de nossa sociedade. No fornecimento de energia
elétrica, os sistemas de isolamento desenvolvem um papel muito importante, reduzindo
as perdas e proporcionando a transmissão com tensão elevada. A função dos sistemas de
isolamento é, idealmente, impedir a circulação de corrente entre áreas energizadas ou
entre uma área energizada e a terra, isto é, segregar regiões com diferentes níveis de
tensão. Assim, desde a geração, passando pela transmissão e chegando à distribuição, os
sistemas de isolamento influenciam todo o sistema elétrico, ditando a continuidade do
fornecimento.
Os sistemas de isolamento elétricos passaram por grande progresso nas últimas
décadas. Graças à evolução da engenharia de materiais, surgem a cada dia compostos
novos que podem ser utilizados em sistemas de isolamento. Apesar de trazerem novas
características benéficas aos sistemas de isolamento, a aplicação de novos materiais
também pode acarretar em novas fragilidades ou deficiências, as quais muitas vezes não
são corretamente detectadas ou diagnosticadas com as metodologias já consolidas para os
equipamentos anteriormente empregados.
Por fazerem parte da evolução nos sistemas de isolamento, os isoladores
poliméricos não fogem à regra e carecem de técnicas confiáveis de diagnóstico. Apesar
de apresentarem várias vantagens quando comparados com os isoladores cerâmicos
clássicos, como menor peso e hidrofobicidade superior, os isoladores poliméricos
requerem mais atenção quanto à manutenção preditiva (YAMAMOTO et al., 2005). Um
2
dos defeitos para os quais ainda não se tem um diagnóstico preciso é o trilhamento de
núcleo (core tracking). A integridade do revestimento polimérico não é comprometida
durante o processo de desenvolvimento do trilhamento de núcleo. Assim, a detecção do
fenômeno somente torna-se efetiva quando a distância de isolamento é pequena o
suficiente para que aconteçam curtos-circuitos, colocando em risco a operação da linha.
A motivação para este trabalho vem da grande variedade de agentes degradantes
aos quais os isoladores poliméricos estão sujeitos. Os materiais que constituem os
isoladores poliméricos devem, portanto, apresentar uma substancial robustez a estes
fatores. Dentre os fatores degradantes se incluem agentes mecânicos, químicos,
ambientais e elétricos. No caso da degradação elétrica, podem ser utilizados eletrodos de
equalização para reduzir o stress elétrico em determinados pontos do isolador, e assim
retardar o processo de degradação.
Assim, o objetivo deste trabalho é estudar o mecanismo do trilhamento de núcleo
e os seus fatores predominantes, incluindo a geração de calor e o campo elétrico nas
regiões de interesse do isolador. Para tanto, foram realizados vários ensaios com o
objetivo de reproduzir em laboratório o fenômeno do trilhamento de núcleo. O
desenvolvimento do trilhamento em laboratório foi acompanhado com técnicas de
monitoramento, como sinais de descargas parciais e fotografias.
Inspeções visuais minuciosas foram realizadas em isoladores retirados de campo
com evidências de trilhamento. O resultado das inspeções confirma a importância dos
estudos do comportamento térmico e elétrico próximo à ferragem do lado fase do
isolador. Constatou-se também a existência da erosão elétrica e ressecamento do material
polimérico, localizados na região afetada. Na Figura 1.1, pode ser vista uma fotografia de
um isolador polimérico que sofreu trilhamento de núcleo, após cinco anos de operação no
campo.
3
Figura 1.1. Fotografia de um isolador no qual ocorreu trilhamento de núcleo.
Com o intuito de conhecer o comportamento térmico e elétrico, mais
especificamente a atividade de corona, foram realizados ensaios com várias
configurações de anéis de equalização. Para tanto, foram utilizados uma câmera de
infravermelho e um detector de corona.
O resultado dos ensaios mostrou uma região com alta temperatura e grande
atividade de descarga corona. Assim, simulações computacionais foram realizadas com o
intuito de avaliar o campo elétrico na região. As simulações comprovaram que o alto
campo elétrico provocava o aumento da temperatura e do corona. Desse modo, uma
arquitetura nova de anel equalizador foi proposta.
Caminhos carbonizados
4
As imagens térmicas, padrões de corona e sinais de descargas parciais poderão
servir para a criação de um banco de dados para referência futura ou treinamento de
algoritmos computacionais.
O Capítulo 2, apresentado a seguir, aborda o embasamento teórico necessário à
realização deste trabalho, incluindo os equipamentos estudados e as ferramentas
empregadas. O Capítulo 3 apresenta os materiais e métodos utilizados durante o decorrer
do trabalho, sendo seguido do Capítulo 4, onde são apresentados os resultados. No
Capítulo 5 é proposto um anel de equalização projetado de forma otimizada para um dos
isoladores estudados. O Capítulo 6 finaliza o trabalho, apresentando as principais
conclusões e a proposição de trabalhos futuros.
5
Capítulo 2 – Embasamento Teórico
O estudo dos materiais que compõem os isoladores poliméricos de forma isolada
vem sendo feito há anos. Contudo, o conhecimento da evolução degradativa de um
isolador completo, principalmente das suas falhas internas, ainda não se encontra
totalmente elucidado. O desenvolvimento de técnicas eficazes de detecção de falhas em
isoladores poliméricos não é trivial. A integridade do revestimento polimérico é um fator
determinante na vida útil do isolador, assim, as técnicas de inspeção devem ser
preferencialmente não invasivas. Em laboratório, dispõe-se de uma variedade razoável de
técnicas de inspeção não invasivas, todavia, muitas destas técnicas não podem ser
levadas a campo, ou não funcionam a contento. Ainda assim, vários centros de pesquisa
estudam o assunto e procuram desenvolver um método definitivo e não invasivo de
inspeção.
2.1. Isoladores Poliméricos
Isoladores em geral são aplicados a sistemas elétricos com a função de manter a
distância de isolamento entre duas estruturas com potenciais elétricos diferentes,
impedindo uma circulação indesejável de corrente. Os isoladores podem assumir vários
formatos e tamanhos em função das exigências mecânicas, elétricas e ambientais a que
serão submetidos. Nas linhas de transmissão, dentre várias aplicações, os isoladores
atuam como ponto de sustentação dos cabos. Segundo Gorur et al., (1999), dos atributos
pertinentes a um sistema de isolamento, destacam-se:
6
• Isolamento externo: O isolamento proporcionado pelo ar e pelas superfícies
expostas do isolador, ambos, sujeitos ao estresse do dielétrico, intempéries,
contaminação, etc.
• Isolamento interno: Contempla os elementos internos do isolador, protegidos
das intempéries e demais fatores externos.
• Isolamento regenerativo: Isolamentos que recuperam suas propriedades
isolantes após a ocorrência de uma descarga. Este tipo de isolamento é, em geral, mas
não necessariamente, externo.
• Isolamento não regenerativo: Isolamentos que perdem suas características
isolantes, ou não as recuperam completamente, após a ocorrência de uma descarga. Este
tipo de isolamento é, em geral, mas não necessariamente, interno.
• Perfuração: Termo utilizado quando uma descarga ocorre através de um
dielétrico sólido. Em geral, as perfurações promovem a perda permanente da capacidade
isolante.
• Descarga superficial: Descarga que ocorre pelo ar ou sobre a superfície de um
isolamento sólido, entre partes de diferente potencial ou polaridade.
• Distância de descarga: A menor distância entre os terminais do isolador, ou a
soma das distâncias entre os isoladores intermediários. A menor das duas grandezas será
a distância de descarga.
• Comprimento da conexão: a menor distância entre o condutor e a estrutura
suporte. Equivale à distância de descarga adicionada às ferragens terminais de um
isolador.
• Distância de escoamento: Soma das menores distâncias superficiais isolantes
presentes entre as partes condutoras do isolador.
7
Desde os anos 30 é estudado o emprego de materiais orgânicos em sistemas de
isolamento elétrico. A experimentação e os trabalhos realizados mostraram o promissor
potencial dos materiais poliméricos. Nos anos 40, os robustos e confiáveis isoladores de
vidro e porcelana começaram a ter concorrência. Os primeiros isoladores poliméricos
eram inicialmente utilizados em ambientes abrigados, constituindo-se de resina epóxi
(HALL, 1993).
Embora os isoladores poliméricos sejam considerados um produto relativamente
novo, nos Estados Unidos da América, eles são responsáveis por aproximadamente 20%
do mercado de isoladores de linha de transmissão, e sua fatia do mercado só tende a
aumentar (HALL, 1993). Até o ano de 2003, os isoladores poliméricos tinham pouca
representatividade no sistema elétrico brasileiro, equivalendo a apenas 0,8 % dos
isoladores instalados (SANTOS, 2003).
Os isoladores poliméricos representaram a primeira mudança significativa no
projeto de materiais usados nos isoladores durante muitos anos. Por ser uma tecnologia
relativamente nova, a vida útil dos isoladores baseados em polímeros ainda não se
encontra definida.
O pouco peso, resistência ao impacto e possibilidade de usinagem, que permite
construção de grandes e complexos isoladores, são os seus principais atrativos, além do
seu bom desempenho sob poluição e em áreas com incidência de vandalismo. Os
isoladores poliméricos para o uso ao ar livre foram implementados em meados dos anos
50, quando o enchimento de alumina tri-hidratada foi concebido, aumentando a
resistência à erosão e trilhamento (tracking). Entretanto, isoladores poliméricos para
linhas da transmissão só foram desenvolvidos nos anos 60 e 70. Os isoladores
poliméricos vieram finalmente ao uso geral em linhas da transmissão nos anos 80.
8
Isoladores poliméricos oferecem vantagens significativas sobre os isoladores
cerâmicos, especialmente em linhas de transmissão de alta tensão. Seu reduzido peso
permite projetos de torres diferenciados e mais econômicos. Por serem constituídos de
uma peça única, podem ser usados como espaçadores entre as fases em linhas compactas
e limitar o movimento do condutor. A ausência de componentes metálicos (campânula e
pino) intermediários e o diâmetro pequeno contribuem ao melhor desempenho e
acomodação dos campos eletromagnéticos. Eles também não emitem tanta interferência
eletromagnética quanto os isoladores cerâmicos (FONTGALLAND et al., 2004).
Possuem maior resistência ao vandalismo, sofrendo menores danos ao serem alvejados
por projéteis, e alta relação resistência mecânica/peso, o que garante maiores vãos sem
necessidade de torres mais robustas. Quando expostos a ambientes com grandes índices
de poluição ou climaticamente hostis, os isoladores poliméricos se destacam graças a
uma das mais apreciadas características: a hidrofobia. Esta propriedade repele a água,
impedindo a formação de películas de água, diminuindo correntes de fuga
(RODURFLEX, 2004a). A hidrofobia pode ser transferida à camada de poluição no
decorrer do tempo, garantindo a manutenção da hidrofobicidade mesmo em ambientes
poluídos, o que reduz a necessidade de lavagens programadas. A Figura 2.1 apresenta
uma amostra de silicone em vários estados da sua hidrofobia, degradável com o passar do
tempo.
9
Figura 2.1. Envelhecimento da superfície hidrofóbica (YOUNG et al., 1999).
Por outro lado, os isoladores poliméricos apresentam desvantagens em relação aos
isoladores clássicos de vidro e porcelana. A superfície polimérica dos isoladores é
dinâmica, sendo 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. Isoladores de
vidro e porcelana têm estimativa de vida de 60 a 90 anos (HALL, 1993). O revestimento
de borracha polimérica flexível, muitas vezes dificulta a detecção de defeitos por
inspeção visual, e freqüentemente impossibilita a estimação de defeitos internos, como
fraturas e trilhamentos de núcleo. Muitos modelos de isoladores poliméricos não têm a
flexibilidade longitudinal adequada, e não amortecem suficientemente as vibrações dos
cabos. Engenheiros de empresas de distribuição de energia elétrica, Companhia Elétrica
da Borborema (CELB) e Sociedade Anônima de Eletrificação da Paraíba (SAELPA),
relatam rompimentos de cabos em regiões de grande atividade eólica.
A constituição de um isolador polimérico apresenta três componentes básicos:
núcleo, revestimento e ferragens terminais.
10
2.1.1. O Núcleo
O núcleo é composto de uma haste de fibra de vidro reforçada (FRP – Fiber
Reinforced Plastic Rod), constituída de fibra de vidro e uma resina plástica impregnante,
que pode ser poliéster, vinil ou epóxi. O núcleo deve suportar os esforços mecânicos
impostos pelo peso do cabo, vibrações eólicas, etc., sem afetar suas propriedades
elétricas isolantes. Na Figura 2.2 pode ser visto um isolador com parte do núcleo
aparente.
Figura 2.2. Constituição de um isolador polimérico (Rodurflex, 2004b).
2.1.2. O Revestimento
Um composto especial de borracha é aplicado sobre o núcleo do isolador, com o
intuito de protegê-lo contra agentes externos (umidade, contaminadores químicos,
radiação ultravioleta, etc.), assegurando a inviolabilidade do núcleo. Também fazem
parte do revestimento, as aletas que são encarregadas de suprir as distâncias elétricas de
escoamento necessárias para um bom desempenho nas condições normais de operação,
principalmente em ambientes poluídos e úmidos.
Durante o desenvolvimento da tecnologia dos isoladores, foram testados pelos
fabricantes vários materiais na constituição das aletas, vários projetos construtivos, e
vários métodos de construção. Os materiais básicos utilizados nas aletas do polímero são
11
borracha de: siliconpe (silicone rubber - SIR), etileno-propileno-metileno (EPM),
etileno-propileno-dieno (EPDM), epóxi cicloalifática (CE), acetato de vinil-etileno
(EVA) e politetrafluoretileno (PTFE) (ZHAO; BERNSTORF, 1998; HALL, 1993). Para
se obter as propriedades elétricas e mecânicas desejadas, estes materiais básicos são
combinados com os vários enchimentos. O enchimento também proporciona a redução
dos custos de um isolador.
No processo construtivo, alguns fabricantes dão forma a uma bainha que envolve
a haste, depois deslizam as aletas na bainha e então as vulcanizam. Outros fabricantes
usam um processo contínuo do molde para dar forma a um invólucro contínuo na haste
de fibra de vidro, já incluindo as aletas. Em todos os métodos, ao final do processo, há
presença de rebarbas indesejáveis de material polimérico. Tais rebarbas concentram
campo elétrico e podem ocasionar erros de diagnóstico em inspeções de infravermelho e
ultravioleta (NERI, 2005).
2.1.3. As Ferragens
As ferragens terminais são os componentes metálicos do isolador, cuja função é
transmitir ao núcleo os esforços mecânicos do condutor, fazendo as interligações
condutor/isolador e isolador/estrutura. O formato da ferragem também é importante para
equalizar o campo elétrico em torno do mesmo, evitando possíveis descargas corona ou
estresse elétrico no material. Anéis equalizadores de campo elétrico são vastamente
utilizados em conjunto com as ferragens para tornar a distribuição de campo mais
uniforme, principalmente em isoladores utilizados em linhas de transmissão com tensão
nominal igual ou superior a 69 kV.
12
2.2. Descargas Parciais
As descargas parciais são pequenos curtos-circuitos localizados, que ocorrem em
regiões do dielétrico onde a permissividade elétrica e a rigidez dielétrica são menores,
conseqüentemente o campo elétrico tende a se concentrar mais intensamente. Essas
regiões geralmente são cavidades no isolamento, rachaduras, interfaces com má
aderência, bolhas gasosas, etc. Como permitem a formação de descargas, mesmo em
baixa intensidade, elas são causadoras potenciais de defeitos, podendo em muitos casos
permitir a evolução das descargas localizadas para uma ruptura completa do isolamento.
A isolação de qualquer equipamento submetido a tensões elevadas está sujeita à
ocorrência das descargas parciais. Em isolamento a base de compostos orgânicos o efeito
das descargas parciais pode ser extremamente danoso e causar a sua perfuração total.
Quando descargas parciais ocorrem em uma cavidade de um isolador orgânico, as
superfícies internas da cavidade atingidas pelas descargas são carbonizadas, e assim,
passam a ser condutoras, podendo distorcer e concentrar cada vez mais o campo elétrico
na região, e proporcionar o crescimento da cavidade. Entretanto, na maioria dos casos, a
atividade de descargas localizadas e de baixa intensidade não conduzirá a ruptura total do
isolamento, já que sua evolução é lenta, não configurando risco de falha frente ao tempo
de vida útil do equipamento. Assim, o equipamento mesmo com descargas parciais
poderá operar por um longo período sem que efeitos danosos sejam notados.
Em dielétricos gasosos as descargas não representam problema maior devido à
capacidade auto-regenerativa do gás. Entretanto, em isolantes sólidos e líquidos o nível
da energia contido nas descargas pode provocar uma degradação do material.
2.2.1. Modelo
A modelagem de descargas parciais (TETEX, 1984) pode ser feita, inicialmente,
considerando um material dielétrico com uma cavidade em seu interior, geralmente
13
preenchida com ar. Na Figura 2.3 é mostrado o modelo elétrico básico de um material
isolante sob ensaio para o estudo da descarga parcial.
Figura 2.3. Modelo elétrico básico do material sob ensaio.
Se uma tensão alternada U
t
(t) é aplicada aos eletrodos A e B, o arranjo pode ser
modelado, em termos de descargas parciais, através do circuito equivalente mostrado na
Figura 2.4.
Figura 2.4. Circuito equivalente do modelo elétrico básico.
A capacitância da cavidade é representada por C
1
; a capacitância do material que
está em série com a cavidade é representada por C
2
= C
2
’/2, e C
3
= 2C
3
’, representa a
associação das capacitâncias do resto do material. R
1
é a resistência do arco elétrico
(descarga).
O processo da descarga elétrica pode ser mais bem compreendido utilizando o
gráfico apresentado na Figura 2.5.
14
Figura 2.5. Gráfico representativo de descargas parciais em um dielétrico.
A tensão de alimentação alternada aplicada ao material sob ensaio é representada
por U
t
(t); U(t) é a parcela de U
t
(t) que deveria apresentar-se na cavidade, caso a descarga
elétrica não existisse; U+ e U- são as tensões disruptivas da cavidade para as duas
situações de polaridade da tensão de alimentação; V+ e V- são as tensões residuais
existentes nas cavidades, após a ocorrência das descargas elétricas, devido à transferência
de cargas.
O processo da descarga se inicia quando a tensão na cavidade atinge a U+. Neste
instante ocorre a ruptura do meio dielétrico e conseqüentemente uma descarga. Este
comportamento é semelhante à aplicação de um degrau de tensão igual a U
+
- V+ sobre o
capacitor C
1
. Após a extinção da descarga, a tensão na cavidade se reduz a V+, e volta a
crescer. Ao atingir novamente a tensão disruptiva, ocorre outra descarga. Apesar da
Figura 2.5 apresentar apenas quatro descargas em cada semiciclo, o processo pode se
repetir várias vezes. No processo, o intervalo entre o início e a extinção da descarga é
extremamente rápido, geralmente da ordem de 100 ns (KREUGER, 1989). Portanto, as
descargas formam pulsos de correntes de alta freqüência nos terminais das amostras,
como também pode ser observado na Figura 2.5. Outro fato importante a ser observado é
15
que os pulsos se concentram nas regiões onde o gradiente de tensão em relação ao tempo
é máximo.
No processo de geração das descargas parciais, as tensões disruptivas e residuais
são simétricas, o que deveria provocar, teoricamente, a observação de um gráfico estático
no osciloscópio, ou seja, o processo de descarga se repetiria de maneira igual em todo o
período de aplicação da senóide. Caso esta simetria não ocorra, as descargas seriam
intermitentes, que é o que acontece em situações reais. Portanto, sinais de descarga
parcial não podem ser considerados estacionários e bem localizados no tempo.
2.3. Termografia
A radiação eletromagnética infravermelha foi descoberta no ano de 1800, por
William Herschel, astrônomo inglês de origem alemã. Hershell colocou um termômetro
de mercúrio no espectro obtido por um prisma de cristal com a finalidade de medir o
calor emitido por cada cor. Descobriu que o calor era mais forte ao lado do vermelho do
espectro, observando que ali não havia luz. Esta foi a primeira experiência que
demonstrou que o calor pode ser captado em forma de imagem, como acontece com a luz
visível, (WIKIPEDIA, 2006a).
A radiação eletromagnética infravermelha tem comprimento de onda maior que o
da luz visível, ficando logo abaixo do vermelho e, portanto, invisível a olho nu. No
espectro eletromagnético, os infravermelhos se subdividem em infravermelhos curtos
(0,7 a 5 µm), infravermelhos médios (5 a 30 µm) e infravermelhos largos (30 a 1000 µm)
(WIKIPEDIA, 2006a).
2.3.1. Inspeção Termográfica
A inspeção termográfica (termografia) é uma técnica não destrutiva que utiliza os
raios infravermelhos para medir temperaturas ou observar padrões diferenciais de
16
distribuição de temperatura, com o objetivo de propiciar informações relativas à
condição operacional de um componente, equipamento ou processo. A termografia se
apresenta como uma técnica de inspeção extremamente útil, uma vez que permite realizar
medições sem contato físico com a instalação, verificar equipamentos em pleno
funcionamento e inspecionar grandes superfícies em pouco tempo.
O equipamento utilizado nas inspeções termográficas é o termovisor, que é capaz
de representar graficamente a emissão de radiação infravermelha de objetos. Após a
coleta das imagens termovisivas, realiza-se a comparação entre imagens de equipamentos
perfeitos e equipamentos que apresentam gradientes de temperatura suspeitos, podendo
detectar assim os defeitos. Existem softwares desenvolvidos para a posterior análise das
informações termográficas obtidas, permitindo que os dados sejam empregados em
análises preditivas (FLIR, 2006).
Um aspecto importante na realização de inspeções termovisivas é a emissividade
do material. Trata-se da relação entre o poder emissivo de um corpo qualquer e a de um
corpo negro, podendo ter um máximo igual à unidade (corpo negro), e um mínimo igual
a zero (WANDERLEY NETO et al., 2006). Um ajuste de emissividade equivocado no
termovisor pode levar a conclusões equivocadas, prejudicando a tomada de decisão.
2.3.2. Critérios de avaliação
As decisões e recomendações que devem ser tomadas a partir do resultado de
inspeções termográficas dependem de critérios existentes em norma, cuja aplicação se
torna mais precisa a partir da experiência do operador ou analista das imagens. Os
critérios apresentados na Tabela 2.1 são um exemplo de recomendações feitas pela
International Electrical Testing Association (apud EPPERLY et al., 1999, p. 34) quando
da avaliação de isoladores poliméricos.
17
Tabela 2.1. Critérios de avaliação NETA MTS (apud EPPERLY et al., 1999, p. 34).
Diferença de temperatura
entre equipamentos
similares, nas mesmas
condições de carga.
Diferença entre a
temperatura do equipamento
e a ambiente.
Ação recomendada
1°C a 3°C 1°C a 3°C
Possível deficiência;
justifica investigação.
4°C a 15°C 11°C a 20°C
Indica provável
deficiência; reparar
quando possível.
--- 22°C a 40°C
Monitorar
continuamente até que
uma manutenção
corretiva possa ser
efetuada.
> 16°C > 40°C
Reparar
imediatamente.
Obs.: As temperaturas especificadas variam dependendo do tipo do equipamento.
2.4. Trilhamento Elétrico em Compostos Orgânicos
O interesse crescente em materiais isolantes poliméricos e orgânicos para
aplicações de alta tensão é devido principalmente à simplicidade na fabricação, no bom
desempenho em serviço e nos custos baixos destes materiais. Entretanto, a experiência
em campo e em laboratório tem mostrado que quando estes materiais orgânicos são
expostos a um ambiente inóspito, o trilhamento transforma-se em uma possibilidade
iminente. SALAMA et al. (1992) relatam que os fatores que afetam a resistência do
material isolante ao trilhamento podem ser classificados em três categorias:
• Fatores dependentes das características químico-físicas do material, tais
como a força da ligação química, o peso molecular, resistividade térmica e
o tipo do enchimento.
• Condições ambientais tais como contaminação, névoa, chuva e luz
ultravioleta.
• Tensão aplicada e campo elétrico a que se submete o material.
18
O trilhamento de superfície se instala quando descargas contínuas na superfície do
isolador causam pontos quentes em determinadas regiões, resultando em trajetos
carbonizados que cruzam a superfície entre a alta tensão e os eletrodos do lado terra.
Estes trajetos (trilhamentos) são extremamente influenciados no tamanho e na forma
pelas condições ambientais externas a que o isolador está exposto (UGUR et al., 1999).
A vida útil do isolador pode ser aumentada limpando-se a superfície contaminada antes
que uma avaria total ocorra, entretanto na maioria dos casos não se sabe exatamente
quais fatores ambientais reduziram a vida útil do isolador. Vários trabalhos apresentam
ensaios onde uma variável da degradação é alterada, e os demais mantidos constantes, na
tentativa de se isolar e correlacionar as causas e efeitos responsáveis pela degradação.
Compostos como o polietileno e o polipropileno, largamente utilizados em
isoladores poliméricos, têm suas propriedades viscoelásticas degradadas quando expostos
a campos elétricos intensos (CONNOR et al., 1998).
2.4.1. Reações dos Polímeros ao Campo Elétrico
Várias publicações relatam os problemas dos nanocompostos poliméricos do
ponto de vista da física, incluindo mecânica quântica e teoria eletromagnética (Lewis et
al., 2004). É importante fazer um exame físico para entender inteiramente o que ocorre
em polímeros nanocompostos utilizados em isolação.
As regiões do isolador polimérico mais susceptíveis a falhas são as chamadas
Zonas de Interação, regiões onde há contato entre dois ou mais materiais (Tanaka et al.,
2004). Estas zonas de interação podem promover reações químicas entre dois ou mais
materiais, abrigar cavidades gasosas, falta de aderência, caminhos para a entrada de
umidade, dentre outros problemas. Contudo, em isoladores novos e perfeitos, as zonas de
interação não apresentam grandes riscos de falha, pois tais riscos se potencializam com o
envelhecimento do material. A parcela do mecanismo de envelhecimento patrocinada
19
pela presença do campo elétrico é matematicamente modelada pela equação
eletroquímica de Lippman (Lewis et al., 1996).
Em uma interface dielétrico-eletrodo, onde se deseja calcular a tensão mecânica, a
equação de Lippman (equação 1) estabelece que a mudança na tensão mecânica
interfacial
Δγ
é oriunda da diferença de potencial elétrico
Δ
V através da interface:
Vq
Δ
−
=
Δ
γ
, (1)
em que ±q (que em geral é função de V) é a separação de cargas pela interface. Esta
relação é comprovada laboratorialmente com o uso de interferômetros, e pode ser
estabelecida de forma mais geral na equação (2) considerando-se o balanço entre forças
elétricas e mecânicas:
∫
−=Δ
δ
εγ
0
2
dzE
, (2)
em que, E e
ε
são o campo elétrico e a permissividade do material, respectivamente, na
posição z da interface. A largura da interface,
δ
, é definida entre o eletrodo de metal e em
um ponto no dielétrico. É mostrado pela equação (2) que o campo
E, normal à interface,
cria uma mudança na tensão mecânica transversal que tende a expandir a interface contra
as forças coercivas que estabeleceram
γ
originalmente.
Impondo-se a condição de que o campo elétrico é nulo em ambas as fronteiras
metálicas que limitam o dielétrico, é possível estender a aplicação do modelo a camadas
macroscópicas d. O limite superior da integral na equação (2) pode então ser prolongado
de
δ
a d. Ainda, a variação de tensão mecânica
Δγ
pode ser escrita em termos de estresse
total do plano
σ
(z), em que
20
∫
Δ=Δ
d
dzz
0
)(
σγ
, (3)
e então
)()()(
2
zEzz
εσ
−=Δ . (4)
Este resultado indica que o dielétrico está sujeito em toda parte a um estresse
mecânico,
ε
E
2
, tendendo a se expandir contra as forças coercivas no sentido ortogonal ao
campo E em cada ponto, como representado na Figura 2.6.
Figura 2.6. Estresse tensor
σ
(z) ortogonal ao campo elétrico E(z).
O estresse tem uma dependência quadrática de E, e assim torna-se particularmente
importante nas situações onde o campo em um dielétrico é intensificado por cargas
localizadas, por duplas camadas dielétricas ou por pontas do eletrodo na interface. Como
a tensão mecânica tem seu sentido correlacionado ao campo elétrico, tensões elétricas
alternadas promovem distensões que alternam temporalmente seu sentido. Desta forma, a
degradação da interface é acelerada.
Embora o modelo apresentado seja limitado por planos condutores, pode-se
extrapolar o raciocínio para interfaces mais complexas, desde que sejam conhecidos os
campos elétricos nas interfaces e suas condições de contorno. Além disso, pela equação
(4) pode-se concluir que a diferença de permissividade elétrica dos materiais já é motivo
suficiente para que se instalem forças contra-coercivas, que tenderão a degradar a
interface.
21
Desta forma, se uma interface entre dois materiais diferentes fica exposta a um
campo elétrico variante no tempo, há uma tendência de que estes materiais sofram
micro-deformações mecânicas de diferentes intensidades. Estas micro-deformações
podem facilitar a ocorrência de regiões com falta de aderência ou formação de cavidades
gasosas, onde ocorrerão descargas parciais.
Quando o efeito da equação de Lippman se associa à dilatação térmica e ao
envelhecimento do material nas zonas de interação, a ocorrência de descargas parciais
nas cavidades geradas é facilitada. Assim, mesmo para um isolador perfeito no momento
da fabricação, problemas decorrentes das descargas parciais ou de trilhamento de núcleo
podem ocorrer durante sua vida útil.
2.5. Detector de Radiação Ultravioleta
As descargas corona ocorrem em torno de um eletrodo energizado, quando a
energia do campo elétrico criado pelo mesmo ultrapassa a energia de ionização do meio
isolante (gás). As descargas corona podem provocar a degradação das características do
material. Elas geram ondas de ultra-som, radiação ultravioleta, ozônio, oxigênio, erosão
mecânica da superfície, ondas eletromagnéticas na faixa de radio recepção, entre outros
fenômenos (BARTNIKAS and McMAHON, 1979). Existem diversas maneiras de
detectar a descarga corona através de suas diversas manifestações, supracitadas. É
possível identificar, com exatidão e sem uso de equipamentos detectores, o local onde
ocorrem as descargas corona pela emissão de luz e pelo seu ruído, entretanto, tal
procedimento restringe-se a ambientes silenciosos e com pouca luminosidade, e a
descargas relativamente intensas. Para detectar visualmente descargas de pequena
intensidade é necessário utilizar um equipamento especial, o detector de ultravioleta
(detector de corona).
22
A visão humana é sensível à radiação eletromagnética com comprimento de onda
entre 400 e 700 nm. Este intervalo é o da luz visível. Os comprimentos de onda mais
curtos correspondem à luz violeta, e os mais longos à vermelha (TIPLER, 1995). A faixa
do espectro que corresponde à radiação ultravioleta se localiza entre 380 nm e 1 nm.
(WIKIPEDIA, 2007a).
As descargas corona emitem radiação entre 230 e 405 nm no ar. Na Figura 2.7
apresenta-se um gráfico típico da emissão de radiação eletromagnética produzido pela
descarga corona no ar. É importante notar que a intensidade relativa encontra-se
multiplicada por 100, na faixa de 200 a 290 nm. O detector de corona capta radiação de
240 até 280 nm, apesar de ser uma faixa em que a intensidade da emissão é relativamente
menor que na faixa de 280 a 400 nm. Na faixa de 240 a 280 nm a radiação solar não
consegue atingir a superfície da terra, devido à camada de ozônio. Assim o detector de
corona pode detectar descargas corona durante o dia (LINDNER et al., 1999). Entretanto,
as medições de corona em ambientes chuvosos são fortemente influenciadas, devendo ser
evitada (De NIGRIS, 2004). As medições de corona também são prejudicadas pela
presença da névoa.
Figura 2.7. Espectro típico de uma descarga corona no ar (LINDNER at al., 1999).
O detector de corona possui duas câmeras acopladas, uma câmera comum e outra
para captar as imagens na faixa de ultravioleta, na qual ocorre a emissão de sinais de
23
descarga corona. Os sinais são processados separadamente por processadores digitais. As
câmeras são alinhadas para que registrem a mesma imagem e gerem dois sinais de vídeo
(PAL ou NTSC). Os sinais podem ser exibidos separadamente ou de forma composta,
permitindo a perfeita localização do ponto onde ocorre o corona (LINDNER et al., 1999).
Na Figura 2.8 é possível observar um diagrama esquemático que ilustra o
princípio de funcionamento do detector de corona. A imagem ultravioleta passa por um
filtro de radiação solar de faixa estreita e vai diretamente para o detector de ultravioleta,
enquanto a imagem visível é refletida pelos espelhos E1 e E2 e finalmente captada pela
câmera de vídeo convencional. O filtro de radiação solar é utilizado para assegurar que
os sinais luminosos fora da faixa de 240 a 280 nm não serão detectados, eliminando
assim a sensibilidade à radiação solar. A alta filtragem da luz visível permite intensificar
a imagem ultravioleta até que se consiga observar individualmente os fótons
(LINDNER et al., 1999).
Figura 2.8. Princípio de funcionamento do DayCor (LINDNER, 2004).
Testes realizados com o detector de corona utilizado comprovaram que o
equipamento é capaz de medir sinais com até 30 pC de intensidade a 6 m de distância. O
equipamento pode ser utilizado para medir descargas corona a uma distância de 3 a
100 m, com boa relação sinal-ruído (LINDNER et al., 1999).
E
2
E
1
Espectro visível
+
Ultravioleta
Filtro
Solar
Detector de
Ultravioleta
Câmera de Vídeo
24
O detector de corona dispõe de um sistema de contagem das ocorrências de
descargas, podendo quantificar a intensidade de descargas corona numa determinada
região. Esta contagem de ocorrência de descargas pode ser utilizada no trabalho como
parâmetro de avaliação.
2.6. Método dos Elementos Finitos (MEF)
Diversos problemas com importância para a engenharia podem ser descritos em
termos de equações diferenciais parciais, como a Equação de Poisson, Equação de
Laplace, Equação de Helmholtz, Navier-Stokes, etc. Todavia, com exceção de alguns
casos particulares, não é possível obter uma solução analítica exata para estes problemas
(PEREIRA, 2005). Segundo Huebner (1995), o MEF apresenta como atrativo a
capacidade de oferecer uma forma de solução de problemas complexos e contínuos,
subdividindo-os em vários problemas menores, discretos e correlacionados entre si.
O MEF teve seu desenvolvimento iniciado em 1943, por Richard Courant, que
usou o Método de Ritz, datado de 1909, na obtenção de soluções aproximadas para
problemas relativos a sistemas da vibração (NELSON, 2006). Em 1956, um artigo
publicado por Turner et al. (1956) estabeleceu uma definição mais abrangente da análise
numérica, concentrando esforços na rigidez e na deflexão de estruturas complexas.
Contudo, apenas em 1968 o método foi aplicado pela primeira vez a
eletromagnetismo (SADIKU, 1989).
Até final do decênio de 1970, o MEF tinha uso limitado aos mainframes, mas
desde o declínio do custo computacional, tem sido amplamente utilizado e apresentado
resultados tão precisos quanto requer o problema a que o método se aplica. Devido às
suas características de flexibilidade e estabilidade numérica, o MEF pode ser
implementado na forma de um sistema computacional de forma consistente e sistemática,
fato que explica a sua grande popularidade nos dias atuais. Além de permitir a análise de
25
problemas práticos, o MEF diminui custos de projeto, pois permite a simulação
computacional de vários fenômenos físicos e seus efeitos, antes da construção de um
protótipo do equipamento. As suas principais áreas de aplicação incluem: projeto e
análise de estruturas, análise de escoamento de fluidos, distribuição de temperaturas e
eletromagnetismo (PEREIRA, 2004).
A maioria das publicações didáticas disponíveis acerca do MEF trata de
aplicações em engenharia mecânica e civil. Existem publicações didáticas direcionadas
para solução de problemas eletromagnéticos, todavia, as abordagens sempre partem de
exemplos práticos ou numéricos, já que o método baseia-se fortemente nas propriedades
físicas do problema analisado.
Segundo Sadiku (1989), a análise de problemas através do MEF envolve
basicamente quatro passos. O uso prático do MEF, contudo, impõe a adição de um quinto
passo, o qual será descrito a seguir juntamente com os demais.
a) Discretização
A discretização de um problema consiste na representação abstrata da região,
equipamento ou corpo que se deseja analisar, e na subdivisão desta representação em um
número finito de elementos. A geometria dos elementos tem forma, em geral, de
polígonos simples, como triângulos, quadriláteros, pentágonos, etc. O problema de um
corpo completo, “o todo” na linguagem de MEF, passa a ser tratado como a solução de
vários problemas menores e correlacionados entre si. Os pontos comuns entre os
elementos são os nós, onde os resultados das análises devem ser computados. Na Figura
2.9 é possível observar as etapas de discretização de um isolador cerâmico.
26
Figura 2.9. Etapas de discretização de um isolador cerâmico.
b) Equacionamento dos elementos
Neste passo, um modelo equacional é definido, com o intuito de reger fisicamente
os elementos. A escolha do modelo equacional varia amplamente de acordo com o
problema físico analisado. São exemplos: a Lei de Hooke, a Lei de Fourier, a Equação de
Poisson, dentre outras equações que regem fenômenos físicos.
Em seguida, são montadas as matrizes de coeficientes para cada um dos
elementos. A partir destas matrizes originam-se equações matriciais, baseadas no modelo
físico adotado. Cada elemento possui uma matriz de elementos e uma equação matricial,
relacionando-o com a grandeza física sob a óptica da qual está sendo analisado. A
equação matricial descreve, portanto, as possíveis variações de grandezas dos nós
pertencentes a um dado elemento. Estas possíveis variações são os graus de liberdade de
cada nó.
c) Junção dos elementos
Todas as matrizes de coeficientes são utilizadas para a montagem da matriz de
coeficientes global. Esta matriz global define o acoplamento entre quaisquer dois nós da
malha, e tem por características ser simétrica e esparsa. Assim, a equação matricial
resultante da combinação das equações matriciais dos elementos representa um sistema
de equações. Este sistema terá tantas equações quantos forem os graus de liberdade
27
presentes nos nós do sistema analisado. Todavia, este sistema ainda não é solucionável,
pois tem mais incógnitas do que equações.
Para diminuir o número de incógnitas, aplicam-se as condições de contorno.
Alguns nós tem grandezas físicas conhecidas e constantes, e os valores numéricos
correspondentes a estas grandezas devem ser alocados na matriz de coeficientes global.
Em aplicações no eletromagnetismo, os nós pertencentes a superfícies aterradas, por
exemplo, têm valor de tensão definido e igual a zero.
d) Solução do sistema
O sistema de equações representado na equação matricial global é então
solucionado através de métodos tradicionais, diretos ou indiretos. A solução do sistema
fornecerá os valores numéricos correspondentes a cada grau de liberdade de cada nó do
sistema.
Muitos problemas de eletromagnetismo apresentam nós com um só grau de
liberdade. Este grau de liberdade pode representar, por exemplo, o potencial elétrico. A
partir do valor de potencial elétrico, e utilizando-se o modelo equacional adotado,
podem-se determinar outras grandezas.
e) Visualização
Os ambientes computacionais de simulação baseados no MEF devem dispor de
ferramentas visuais e numéricas de representação, permitindo identificar todas as
implicações da análise. Estas implicações apontam as regiões críticas onde podem existir
fragilidades mecânicas, concentrações de campo e outros aspectos importantes à
avaliação do caso analisado.
28
Apesar de apresentar soluções aproximadas, a exatidão do MEF pode ser
melhorada com o refinamento da malha. Existe um nível ótimo de refinamento que
proporciona uma solução mais próxima da realidade com um esforço computacional
razoável. Há, no entanto, um limite para o número de elementos, a partir do qual os erros
de arrendodamento se acumulam de tal forma que um aumento do número de elementos
não traz uma melhora na precisão.
2.6.1. O software FEMLAB®
1
O FEMLAB (Finite Element Method Laboratory) é um ambiente computacional
construído com a meta de modelar, projetar e analisar problemas científicos que podem
ser solucionados através de equações diferenciais parciais.
A facilidade associada ao FEMLAB reside na construção direta do objeto a ser
analisado, atribuindo-lhe as grandezas e constantes físicas, sem a necessidade da
construção das equações do MEF ou escrever rotinas de solução. Além disso, o
FEMLAB faz uso de algoritmos que permitem a definição adaptativa da malha, e dispõe
de vários métodos numéricos para resolver o sistema de equações, pois trabalha
associado ao MATLAB®
2
.
O módulo 3.1 do FEMLAB trata da análise de problemas que tangem o
eletromagnetismo, englobando problemas magnetostáticos, quase-estáticos e ondas
eletromagnéticas (COMSOL AB., 2004). Um exemplo clássico de distribuição de
potencial analisado no FEMLAB pode ser visto na Figura 2.10.
1
FEMLAB é marca registrada de COMSOL AB.
2
MATLAB é marca registrada de The Mathworks, Inc.
29
Figura 2.10. Distribuição de potencial entre placas paralelas calculada pelo FEMLAB.
O uso do software pode agilizar a análise de problemas científicos e de
engenharia sem, contudo, exigir profundo conhecimento matemático, físico e de
materiais acerca do problema. Todavia, o entendimento do fenômeno físico, o
conhecimento das características físicas dos materiais envolvidos bem como a
compreensão do algoritmo utilizado no MEF são recomendados, ou o risco de resultados
equivocados serem assumidos como verdadeiros torna-se grande.
30
Capítulo 3 - Materiais e Métodos
Com o intuito de estudar o mecanismo do trilhamento de núcleo e os seus fatores
predominantes, incluindo a geração de calor e o campo elétrico nas regiões de interesse
do isolador, vários ensaios foram realizados com o objetivo de reproduzir em laboratório
o fenômeno do trilhamento de núcleo. Como o trilhamento de núcleo é um fenômeno
interno ao isolador, possuindo pouca literatura técnica e nenhum ensaio normalizado que
o contemple, os ensaios elétricos e não elétricos foram definidos ao longo da pesquisa. O
objetivo dos ensaios foi a aferição de indícios ou sintomas que denunciassem a formação
do trilhamento.
Para uma compreensão mais abrangente do fenômeno trilhamento de núcleo,
foram realizados dois tipos de experimentos:
• de análise, buscando explicitar os efeitos da concentração de campo e de
temperatura em isoladores da classe 230 kV, sob influência de vários tipos
de anéis de equalização, e mesmo na ausência dos anéis;
• de reprodução, buscando recriar indícios de trilhamento de núcleo em
laboratório em tempo reduzido, utilizando isoladores em arranjos que
propiciem os fatores necessários para a propagação da carbonização e
arborescência.
31
3.1. Materiais
3.1.1. Materiais para os experimentos de análise dos efeitos da concentração
As amostras empregadas nos ensaios de análise são amostras de isoladores
poliméricos novos ou retirados de campo com até cinco anos de uso, com classe de
230 kV e peso de aproximadamente 8,8 kg. Na Figura 3.1 é exibida uma fotografia de um
dos isoladores utilizados nos ensaios.
Figura 3.1. Fotografia de um isolador de 230 kV.
A amostra possui núcleo composto de fibra de vidro reforçada com resinas, e é
revestido por uma fina camada de material isolante e por aletas. A camada isolante é
composta de borracha a base de silicone de alta temperatura de vulcanização. O isolador
possui 21 aletas e pode suportar uma carga mecânica de 222 kN. Seus terminais são do
tipo concha/bola. Suas características dimensionais podem ser vistas na Figura 3.2.
Figura 3.2. Diagrama do isolador utilizado nos ensaios de análise.
3.1.2. Materiais para os experimentos de reprodução de indícios de trilhamento
Nos experimentos de indícios de trilhamento, as amostras utilizadas são
isoladores poliméricos retirados de campo, com classe de 69 kV, pesando
aproximadamente 3 kg. Na Figura 3.3 é exibida uma fotografia de um dos isoladores
utilizados nos ensaios.
32
Figura 3.3. Fotografia do isolador utilizado nos experimentos indícios de trilhamento.
O núcleo das amostras é composto de fibra de vidro reforçada com resinas, e é
revestido por uma fina camada de material isolante e por aletas. A camada isolante é de
um composto elastomérico, constituído de silicone e EPDM (etileno-propileno-dieno). O
isolador possui 20 aletas e pode suportar uma carga mecânica de 120 kN. Seus terminais
são do tipo concha/bola. Suas características dimensionais podem ser vistas na Figura
3.4.
Figura 3.4. Diagrama do isolador utilizado nos ensaios de reprodução de indícios de trilhamento.
3.2. Métodos
3.2.1. Métodos para os experimentos de análise dos efeitos da concentração
Os métodos para a análise foram idealizados com o intuito de registrar padrões
térmicos e de corona que acelerem o surgimento do trilhamento de núcleo. Os
experimentos foram motivados por ocorrências de falhas em isoladores poliméricos com
apenas cinco anos de uso, em linhas de transmissão da Companhia Hidro Elétrica do São
Francisco (CHESF). Os isoladores que falharam apresentaram indícios de trilhamento de
núcleo, e em alguns casos houve o rompimento mecânico da fibra de vidro, seguido da
queda da linha. Várias comissões de estudo foram feitas, contudo, a responsabilidade da
falha ainda não foi determinada. O fabricante afirma que os anéis de equalização não
foram instalados corretamente, apesar de haver forte suspeita de que o anel recomendado
33
esteja subdimensionado para aplicações em 230 kV. A Concessionária afirma que
utilizou o anel de equalização fornecido na compra.
Assim, ensaios laboratoriais foram idealizados com diferentes anéis de
equalização, em várias configurações. O comportamento térmico e a ocorrência de
corona deverão ser registrados para todas as configurações experimentais. Os padrões
térmicos deverão ser obtidos com uma câmera de infravermelho, e a ocorrência de
corona registrada com uma câmera de ultravioleta.
Neste sentido, os experimentos de análise buscam também avaliar o desempenho
do anel de equalização recomendado pelo fabricante, em suas várias configurações de
montagem, tanto de forma correta quanto de formas incorretas. Os anéis equalizadores e
demais equipamentos utilizados são descritos a seguir.
a) Um anel equalizador com 158 mm de diâmetro foi recomendado pelo
fabricante do isolador. No decorrer do texto este anel será denominado por A158 e seus
detalhes dimensionais podem ser vistos na Figura 3.5.
Figura 3.5. Diagrama do A158 com características dimensionais.
b) Um anel equalizador com 444 mm de diâmetro projetado para uso em cadeias
de isoladores cerâmicos, em linhas de classe 230 kV também deverá ser avaliado. No
decorrer do texto este anel será denominado por A444 e seus detalhes dimensionais
podem ser vistos na Figura 3.6.
34
Figura 3.6. Diagrama do anel de A444 mm com características dimensionais.
c) Isolador de vidro: Utilizado como extensão do isolador polimérico, entre a
ferragem fase do isolador e o condutor. Sua aplicação visa reproduzir um arranjo
freqüentemente adotado pelas concessionárias, que estendem comprimento da conexão
associando isoladores cerâmicos a isoladores poliméricos. Contudo, os esforços
termelétricos associados a esta extensão não são claramente documentados. Com a
montagem e ensaio deste tipo de arranjo, pretende-se avaliar a influência dos isoladores
cerâmicos nos esforços a que o isolador polimérico será submetido. Os detalhes
dimensionais dos isoladores de vidro utilizados nas montagens podem ser vistos na
Figura 3.7.
Figura 3.7. Diagrama do isolador de vidro, com características dimensionais.
As configurações ensaiadas com os anéis equalizadores e isoladores de vidro
supracitados são mostradas na Tabela 3.1.
35
Tabela 3.1. Configurações de anéis e isoladores de vidro utilizados.
Tipo O
Uso do isolador sem nenhum tipo de anel
de equalização ou associação de isolador
de vidro.
Tipo A1
Anel de equalização A158, em posição
correta e montado corretamente. A linha
pontilhada coincide com a extremidade
superior da ferragem fase.
Tipo A2
Anel de equalização A158 em posição
incorreta, acima do indicado. A linha
pontilhada coincide com a extremidade
superior da ferragem fase.
Tipo A3
Anel de equalização A158 em posição
incorreta, bastante acima do indicado,
sobre o polímero. A linha pontilhada
coincide com a extremidade superior da
ferragem fase.
Tipo A4
Anel de equalização A158 em posição
correta, mal encaixado. A linha pontilhada
coincide com a extremidade superior da
ferragem fase.
36
Tipo A5
Anel de equalização A158 em posição
incorreta, pouco abaixo do recomendado.
A linha pontilhada coincide com a
extremidade superior da ferragem fase.
Tipo B
Anel de equalização A444, em posição
correta.
Tipo C1
Isolador de vidro colocado entre o isolador
polimérico e o condutor.
Tipo C2
Dois isoladores de vidro colocados entre o
isolador polimérico e o condutor.
Em todos os ensaios, a tensão aplicada foi 146 kV, determinados a partir da
tensão de operação dos isoladores e do fator de tensão máxima a que eles são expostos:
TM
OL
E
F
V
V ⋅=
3
, (5)
37
em que,
VE é a tensão aplicada do ensaio, em kV;
VOL é a tensão de operação na linha, 230 kV, neste caso, e
FTM é o fator de máxima tensão de operação do sistema (1,1).
Cada arranjo deverá ficar submetido à tensão durante duas horas, tempo
necessário para que o isolador atinja seu regime permanente eletrotérmico. Em seguida
serão realizadas as inspeções termográficas e de nível de corona.
Nas avaliações termográficas, dois pontos de medição de temperatura das
imagens termográficas serão escolhidos da seguinte maneira: o primeiro, na região mais
quente do isolador, em geral acima do anel e abaixo da primeira aleta; o segundo ponto
de medição pode ser qualquer parte do corpo do isolador, desde que represente a sua
temperatura dominante.
3.2.2. Métodos para os experimentos de reprodução de indícios de trilhamento
Os ensaios objetivando a reprodução dos indícios de trilhamento deverão ser
realizados em sala blindada para aquisição de descargas parciais e implementados a partir
do circuito específico ilustrado na Figura 3.8, em conformidade com a IEC 60270 (2000).
Figura 3.8. Circuito de medição e aquisição de dados.
Isolador Polimérico
C
k
Z
m
280 MΩ
39 kΩ
Alta tensão
Detector de DP
Osciloscópio
Computador
38
O circuito para medição de descargas parciais é constituído das seguintes partes:
mesa de controle (Ferranti), filtros de linha, transformador de 220 V/100 kV-10 kVA,
detector de descargas parciais (Biddle), capacitor de acoplamento (C
k
) de 2 nF/100 kV
imune a descargas parciais, isoladores poliméricos, resistor de 39 kΩ, resistor de alta
tensão de 280 MΩ e um osciloscópio digital TDS 2014 (Tektronix). A impedância de
medição (Z
m
) encontra-se no interior do detector de descargas parciais. Os dois resistores
foram conectados em série e formam um divisor de tensão resistivo. A relação do divisor
de tensão é de 7.179,5.
O método a seguir é inspirado em trabalhos desenvolvidos por Costa (1981) e
Morita et. al (2003), dentre outros. Para que a concentração de campo ocorra no isolador
polimérico, é sugerida a inserção de um eletrodo agudo, através do revestimento
polimérico, de forma a entrar em contato com o núcleo, mas não perfurá-lo. Este eletrodo
deve ser conectado a uma das ferragens terminais do isolador, e aplicado a uma distância
adequada da outra ferragem, conforme mostrado na Figura 3.9. A distância de aplicação
do eletrodo é definida de acordo com o nível de tensão que se pretende aplicar e, nos
ensaios realizados até então, fica em torno de 20 cm.
Figura 3.9. Esquema da aplicação do eletrodo agudo.
39
Inicialmente deve ser montado o arranjo no laboratório de descargas parciais,
incluindo-se apenas o isolador, o sistema de detecção de descargas e o sistema de
aquisição de dados.
Para prevenir a interferência de equipamentos eletrônicos na detecção das
descargas, o osciloscópio e demais equipamentos de aquisição de dados serão instalados
fora da sala blindada. Os sinais com informações de descargas são transmitidos do
detector para o sistema de aquisição através de cabos coaxiais blindados.
Para se ter uma noção do ruído ambiente em situações de detecção de descargas
de pequena intensidade é necessário distinguir o ruído de fundo das descargas parciais.
Assim, após a montagem, deve-se realizar a medição dos níveis de ruído. Como existe
um nível mínimo de ruído presente nos sinais de descargas parciais inerente ao ambiente,
a medição deste nível de ruído deve ser realizada com detector de descargas parciais
energizado e tensão nula. Além deste ruído ambiente, deve-se validar a medição de
descargas parciais com a presença de corona na montagem, isto é, com os equipamentos
energizados. Para evitar o corona, deve-se reduzir ao máximo a incidência de conexões
mal feitas, a existência de pontas na montagem e pequenos objetos metálicos soltos no
ambiente de ensaio.
Após a realização da medição dos níveis de ruídos e com o intuito de garantir a
concentração do campo elétrico, o eletrodo agudo deve ser introduzido no revestimento
polimérico. O arranjo completo deve ser energizado paulatinamente até que os níveis de
descargas parciais atinjam 300 pC, supondo-se que as atividades das descargas parciais
sejam suficiente para causar carbonização do núcleo em análise. O valor de 300 pC foi
tomado como referência baseado na experiência laboratorial do autor. Como uma tensão
maior foi utilizada na aferição, garante-se que as atividades das descargas presentes são
oriundas da ponta do eletrodo agudo ou das suas conexões.
40
Um teste preliminar para certificação de que as descargas de fato ocorrem no
eletrodo agudo deve ser implementado. Assim, o eletrodo agudo deve ser retirado do
arranjo, mas toda a estrutura que o acompanha deve ser conservada. No lugar do eletrodo
agudo deverá ser colocado um objeto similar, constituído de material isolante. Para se
trabalhar de maneira conservativa, a tensão deve ser novamente aplicada, excedendo em
30% a tensão que se aplicou ao eletrodo agudo condutor e o nível das descargas não deve
exceder ao nível apresentado com o eletrodo agudo condutor. Assim, garante-se que as
descargas estarão ocorrendo em decorrência da concentração de campo elétrico
proveniente do eletrodo agudo.
Os ensaios devem ser realizados durante um período de aproximadamente
168 horas, ou seja, uma semana completa. Durante todo o período dos ensaios, a
aquisição dos sinais de descargas parciais deverá ser feita. As informações coletadas
durante os ensaios devem ser armazenadas para avaliação e possível uso futuro no
desenvolvimento de softwares baseados em inteligência artificial.
Os ensaios deverão ser desenvolvidos em três arranjos diferentes no intuito de
perceber qual deles é mais eficiente na aceleração da carbonização, conforme pode ser
observado na Tabela 3.2. Para tanto, duas agulhas serão utilizadas: uma agulha
empregada em máquina de costura (tipo seco) e outra de uso na injeção de medicamentos
(com presença de umidade).
Tabela 3.2. Variantes do método proposto.
• Eletrodo aterrado, seco.
O eletrodo é conectado à ferragem do lado aterrado do isolador, e
aplicado próximo à ferragem do lado fase.
• Eletrodo em alta-tensão, seco.
41
O eletrodo é conectado ao lado fase e aplicado próximo à ferragem
do lado terra.
• Eletrodo em alta-tensão, com presença de umidade.
O eletrodo é conectado ao lado fase e aplicado próximo à ferragem
do lado terra. A agulha utilizada é vazada, permitindo a entrada da
água presente.
Após a realização dos ensaios, os isoladores devem ser desconectados do arranjo
e ter o revestimento polimérico removido, deixando o núcleo exposto. Uma inspeção
visual minuciosa na região onde o eletrodo agudo encostava-se ao núcleo deve ser
realizada. A inspeção tem como objetivo localizar os possíveis indícios de trilhamento de
núcleo, e caso estes indícios sejam pouco perceptíveis a olho nu, o microscópio óptico
deverá ser empregado.
42
Capítulo 4 – Resultados
Os vários tipos de ensaios descritos em Materiais e Métodos foram realizados
fornecendo resultados de importância significativa para a pesquisa em desenvolvimento.
A maioria dos ensaios utilizou equipamentos sofisticados de detecção de fenômenos
físicos, como radiação infravermelha (termovisor), radiação ultravioleta (detector de
ultravioleta) ou intensidade de descargas parciais. Todavia, alguns resultados
experimentais essenciais foram obtidos através de inspeções visuais minuciosas nos
isoladores empregados nos ensaios ou retirados de campo. Dentre os resultados obtidos
por inspeção visual, destaca-se a detecção de ressecamento do revestimento polimérico
em função do ângulo de incidência do vento no equipamento.
Os demais resultados, conforme organização adotada no Capítulo 3, serão
apresentados nas seguintes seções: Resultados dos ensaios de análise dos efeitos da
concentração; Resultados dos ensaios de reprodução de indícios de trilhamento.
4.1. Resultados dos ensaios de análise dos efeitos da concentração
Os resultados dos ensaios de análise detalham os efeitos da concentração de
campo e de temperatura em isoladores da classe 230 kV, sob influência de vários tipos de
anéis de equalização, e mesmo na ausência dos anéis. Os resultados constituem-se de
imagens termográficas e imagens feitas com câmera de ultravioleta.
Os ensaios de análise foram realizados em três isoladores poliméricos classe
230 kV:
a) IN: Isolador novo e limpo;
43
b) IC01S: Isolador envelhecido 5 anos no campo, com poluição;
c) IC02S: Isolador envelhecido 4 anos no campo, com poluição;
d) IC02L: Isolador envelhecido 4 anos no campo (mesmo usado no item c),
com poluição removida.
Os isoladores envelhecidos no campo estavam instalados nas linhas com eletrodos
de equalização A158. O isolador IC01S não pôde ser lavado porque constitui prova em
atribuição de responsabilidades num processo acerca de uma falta ocorrida em uma linha
de transmissão.
Para cada uma destas situações, foram realizadas inspeções termográficas e com
câmara ultravioleta, utilizando-se nove configurações diferentes de anéis de equalização,
conforme Tabela 3.1, mostrada no item 3.2.1 (página 35). Assim, no total, foram
inspecionados 36 casos diferentes, variando-se isoladores, anéis e condições de poluição.
Para facilitar a avaliação das imagens térmicas, a mesma escala de temperatura
deve ser tomada em todas as termovisões. Contudo, os ensaios apresentados neste
trabalho manifestaram, em alguns casos, grandes variações de temperatura; em outros
casos, as variações foram mínimas. Assim, caso a escala ampla de temperatura fosse
mantida em todas as medições, pequenos gradientes térmicos ficariam imperceptíveis.
Por outro lado, se uma escala estreita fosse adotada e fixada, grandes gradientes de
temperatura seriam simplesmente omitidos. Para evitar estas distorções, em cada
medição a escala de temperatura foi ajustada para cada caso.
Para facilitar a avaliação das imagens da radiação ultravioleta também foi adotado
um procedimento de análise quantitativa. As aquisições deverão ter a contagem de
pontos definida em toda a região do isolador captada no vídeo. Os dados exportados pelo
detector de ultravioleta normalmente são apresentados na forma de vídeo. Assim, os
vídeos serão fragmentados em quadros e aqueles mais representativos serão ilustrados no
texto. Os valores apresentados nas imagens representam somatórios de pontos de
44
ultravioleta computados no último segundo, e não representam o valor médio ocorrido
durante todo o experimento. O valor médio usado como parâmetro de avaliação é
calculado de acordo com a equação:
D
n
In
M
C
n
C
C −=
∑
1
(6)
em que,
C
M
é o valor médio de pontos de corona durante todo tempo de medição;
n é o número de valores instantâneos de pontos de corona registrados;
C
In
é um valor instantâneo de ponto de corona;
C
D
é o valor de pontos de corona registrado com o arranjo não energizado.
A subtração do valor C
D
da média se faz necessário para uma avaliação mais
precisa, já que, mesmo com o arranjo não energizado, o detector de ultravioleta capta
descargas, interpretáveis como ruído de fundo. Estas supostas descargas são radiação
ultravioleta advinda da iluminação natural e artificial.
A amplificação das componentes ultravioletas do sinal é regulável, permitindo a
visualização de pontos sutis de corona (aumentando-se o ganho) e, quando há excesso de
descargas, evitar o ofuscamento da imagem (diminuindo-se o ganho). Em todos os
ensaios realizados, o ganho utilizado foi o mesmo: 120.
A experiência acumulada durante todas as inspeções realizadas com o detector de
ultravioleta no decorrer deste trabalho mostrou que uma diferença de a partir de 500
descargas por minuto, entre dois arranjos diferentes, é valor significativo para um
julgamento claro entre as configurações empregadas.
Foram também realizadas, para cada um dos nove arranjos ensaiados, simulações
computacionais baseadas em elementos finitos que mostram de forma gráfica a
45
distribuição de campo elétrico aproximada para a configuração em questão, em regime
permanente. Estas simulações serão apresentadas na sessão Simulações
Computacionais (4.1.5).
4.1.1. Isolador novo (IN)
O isolador novo foi ensaiado inicialmente e seus resultados serviram como
referência para os demais ensaios.
4.1.1.1. Medições de temperatura
Durante o ensaio do isolador novo foram realizadas medições de temperatura na
sua superfície. A descrição da metodologia utilizada para realização dos ensaios se
encontra no item 3.2.1. Os resultados para cada configuração estão na Tabela 4.1:
Tabela 4.1. Resultados termográficos para isolador IN.
Tipo IN-O
Como esperado, o isolador perfeito, mesmo
sem anel de equalização, apresentou uma
temperatura praticamente uniforme em sua
superfície. A diferença de temperatura entre
os pontos de inspeção foi 0,1°C.
Tipo IN-A1
Na configuração IN-A1 há uma pequena
diferença de temperatura entre os pontos
observados (0,3°C), mas tal diferença não é
significativa.
46
Tipo IN-A2
O arranjo IN-A2 demonstrou um gradiente de
0,5°C. Este é o maior gradiente com isolador
novo (IN) dentre os arranjos que utilizaram o
anel tipo A158.
Tipo IN-A3
Na configuração IN-A3 há uma pequena
diferença de temperatura entre os pontos
observados (0,3°C), pouco significativa.
Tipo IN-A4
O arranjo IN-A4 não demonstrou diferenças
significativas de temperatura (0,2°C).
Tipo IN-A5
O arranjo IN-A5 apresenta uma pequena
diferença de temperatura entre os pontos
observados (0,2°C), pouco significativa.
47
Tipo IN-B
A montagem IN-B praticamente não mostrou
gradientes de temperatura (0,1°C).
Tipo IN-C1
A diferença de temperatura do arranjo IN-C1
foi de 0,5°C, a mais alta utilizando-se
isoladores de vidro associados.
Tipo IN-C2
O arranjo IN-C2 apresenta um gradiente
térmico de 0,3°C, pouco significativo.
A avaliação térmica do isolador novo (IN) mostrou que, sem a presença de
poluição ou envelhecimento do material polimérico, todas as configurações
comportam-se de forma tolerável, com gradientes de temperatura iguais ou inferiores a
0,5°C. Os piores casos aconteceram nos arranjos IN-A2 e IN-C1, enquanto os melhores
casos foram os tipos IN-B e IN-O.
48
4.1.1.2. Medições de Corona
A medição dos níveis de radiação ultravioleta emitida pelas descargas corona no
isolador novo (IN) foi realizada conforme descrita na seção 3.2.1. Os resultados obtidos
com estas medições de corona são apresentados na Tabela 4.2.
Tabela 4.2. Resultados de medição de corona para isolador IN.
Tipo IN-O
A ausência de eletrodos equalizadores
permite a formação significativa de corona
junto à ferragem fase do isolador. Nesta
modalidade, a média de descargas foi 14.460
pontos/min.
Tipo IN-A1
O anel de equalização, mesmo pequeno,
diminui consideravelmente a ocorrência de
descargas, baixando a média para
1.300 pontos/min.
Tipo IN-A2
A instalação incorreta do anel equalizador,
neste caso, não aumentou significativamente
o número de descargas, que ficou em torno
de 1.540 pontos/min.
49
Tipo IN-A3
Nesta configuração incorreta, o número de
descargas foi 1.685 pontos/min, ficando
relativamente próximo ao valor do tipo
IN-A1.
Tipo IN-A4
A montagem incorreta IN-A4 também
apresentou valores pouco expressivos de
descargas, 1.563 pontos/min, ficando em
conformidade com a referência.
Tipo IN-A5
O caso apreciado nesta montagem foi a mais
rica em descargas por minuto, totalizando
1.723. Apesar disso, a diferença para o caso
IN-A1 foi de 423 pontos/min, o que não é
efetivamente significativo.
Tipo IN-B
O anel de A444 apresentou
2.135 pontos/min, 835 descargas por minuto
a mais que o caso IN-A1.
50
Tipo IN-C1
O caso IN-C1 demonstrou
13.790 pontos/min, ficando abaixo apenas do
caso IN-O, com diferença pouco
significativa.
Tipo IN-C2
O caso IN-C2 também não teve bom
desempenho para o caso do isolador limpo,
exibindo 11.341 pontos/min.
A avaliação das descargas corona nas configurações propostas mostrou que, para
o caso do isolador novo (IN), as cinco configurações que utilizam o anel equalizador de
158 mm de diâmetro (A158) têm comportamento similar, sendo a configuração IN-A5, a
menos recomendável entre elas.
A instalação de isoladores de vidro associado ao isolador polimérico não reduziu
a contento o número de descargas na região da ferragem fase, mantendo níveis similares
ao arranjo IN-O.
O tipo IN-B, que utiliza o anel A444, apresentou níveis de descargas mais altas, o
que pode ser justificado pela presença de pontas e arestas expostas nas porcas e parafusos
que fazem a fixação do anel. Todavia, estas pontas e arestas não se apresentaram como
pontos persistentes de ocorrência de descargas corona.
51
4.1.2. Isolador envelhecido, com poluição (IC01S)
O isolador envelhecido naturalmente por cinco anos no campo foi ensaiado com
diversos arranjos e seus resultados foram comparados entre si, nesta seção; e entre os
outros três tipos de isoladores ensaiados, no fim deste capítulo.
4.1.2.1. Medições de temperatura
Durante os ensaios com o isolador IC01S foram realizadas medições de
temperatura na sua superfície. A descrição da metodologia utilizada para realização dos
ensaios se encontra no item 3.2.1. Os resultados para cada configuração estão na Tabela
4.3:
Tabela 4.3. Resultados termográficos para isolador IC01S.
Tipo IC01S-O
Sem a presença de eletrodos equalizadores, o
isolador envelhecido apresentou uma
diferença de temperatura de 7,1°C, o que
torna esta configuração nada recomendável.
Tipo IC01S-A1
Na configuração IC01S-A1 há uma diferença
notável de temperatura entre os pontos
observados (6,1°C). Esta foi a configuração
de menor diferença de temperatura dos
arranjos IC01S, dentre os arranjos com o anel
tipo A158.
52
Tipo IC01S-A2
O arranjo IC01S-A2 demonstrou diferença
significativa de temperatura: 9,8°C. Este é o
maior gradiente com isolador IC01S, dentre
os arranjos que utilizaram o anel tipo A158.
Tipo IC01S-A3
Na configuração IC01S-A3 há uma diferença
de temperatura entre os pontos observados,
atingindo 8,8°C, bastante significativa.
Tipo IC01S-A4
O arranjo IC01S-A4 também demonstrou
grande diferença de temperatura (8,7°C).
Tipo IC01S-A5
O arranjo IC01S-A5 apresenta uma diferença
de temperatura entre os pontos observados de
6,6°C.
53
Tipo IC01S-B
O anel de equalização A444 apresentou
diferença de temperatura de 3,2°C.
Tipo IC01S-C1
A diferença de temperatura do arranjo
IC01S-C1 foi de 9,4°C.
Tipo IC01S-C2
A diferença de temperatura do arranjo
IC01S-C2 foi de 11,1°C, a mais alta dentre os
arranjos IC01S.
O envelhecimento dos materiais e a presença da poluição natural do isolador
aumentaram significativamente os gradientes de temperatura.
O caso IC01S-O apresentou diferença considerável de temperatura, mas foi ainda
superado por três casos (IC01S-A2, IC01S-A3 e IC01S-A4) que utilizaram o anel de
equalização A158. Os dois casos restantes que utilizaram o anel A158 (IC01S-A1 e
IC01S-A5), apresentaram também gradientes de temperatura elevados, que muito
provavelmente levariam à substituição do equipamento, em casos de operação. Contudo,
o arranjo IC01S-B apresentou a menor diferença de temperatura dentre os ensaios IC01S.
54
Os casos que utilizaram isoladores de vidro associados tiveram grandes diferenças
de temperatura, não sendo recomendados em situações de isoladores envelhecidos e com
poluição.
4.1.2.2. Medições de Corona
Realizou-se a medição dos níveis de radiação ultravioleta emitida pelas descargas
corona, no isolador IC01S. Os resultados obtidos com as medições de corona são
apresentados na Tabela 4.4.
Tabela 4.4. Resultados de medição de corona para isolador IC01S.
Tipo IC01S-O
O isolador sem eletrodo equalizador
novamente apresentou uma taxa elevada de
descargas, com média 17.603 pontos/min.
Tipo IC01S-A1
A utilização do anel equalizador A158 da
forma correta, diminuiu a média de descargas
para 3.158 pontos/min.
Tipo IC01S-A2
A instalação incorreta do A158, elevou a
média de descargas: 4.940 pontos/min. Este
resultado é 1.782 pontos/min maior que o
caso IC01S-A1.
55
Tipo IC01S-A3
Com a instalação do anel A158 de forma
incorreta, o número de descargas foi 3.355
pontos/min, com uma diferença de
197 pontos/min a mais do que IC01S-A1.
Tipo IC01S-A4
A montagem incorreta IC01S-A4 apresentou
valores expressivos de descargas:
6.900 pontos/min, ficando 3.742 pontos/min
além do caso onde houve aplicação correta.
Tipo IC01S-A5
Para os casos IC01S que utilizam A158, esta
situação apresentou a maior atividade de
descargas, totalizando 7.207 pontos/min. A
diferença para o caso IC01S-A1 foi de
4.048 pontos/min.
Tipo IC01S-B
O anel equalizador A444 apresentou
1.955 pontos/min, ou seja, 204 pontos/min
menos que o caso IC01S-A1. Além disso, foi
a menor taxa de descargas dos casos IC01S.
56
Tipo IC01S-C1
O caso IC01S-C1 demonstrou 13.331
pontos/min, ficando com taxa média abaixo
apenas dos caso IC01S-O.
Tipo IC01S-C2
O caso IC01S-C2 também não teve bom
desempenho, exibindo 8.310 pontos/min.
O envelhecimento e a poluição demonstraram grande influência no
comportamento das descargas corona nas proximidades do isolador.
Um ponto fixo de descargas foi detectado na superfície da haste isolante, como
efeito da poluição. Este ponto pode ser tanto um ponto isolado de corona como também
descargas superficiais. Em todos os casos este ponto é visível, exceto o IC01S-B e
IC01S-A3. Em IC01S-B o ponto não aparece devido à equalização mais efetiva do
campo. Já em IC01S-A3, a região de descargas fixas é diminuída, pois parte dela fica
posicionada internamente ao anel de equalização.
Os casos que utilizaram anel equalizador A158 demonstraram atividade
preocupante de descargas. Dentre estes, o caso IC01S-A1 foi o que apresentou a menor
atividade de descargas mesmo assim, com valores altos; e o caso IC01S-A5, apresentou a
maior atividade.
A configuração IC01S-A4 apresentou valores elevados de descargas corona,
ficando abaixo apenas de IC01S-A5. Este valor elevado de descargas pode ser justificado
57
pela montagem inadequada do anel equalizador A158. A desconformidade era a
montagem de forma mais desencaixada que a montagem incorreta proposta durante a
seção Materiais e Métodos. Todavia, por caracterizar exceção, o caso IC01S-A4 não
representa resultado conclusivo.
O caso IC01S-B, que representa o resultado do anel de equalização A444,
apresentou-se com os melhores resultados dentre os arranjos IC01S.
O uso dos isoladores de vidro associados resultou em elevada atividade de
descargas, tanto para o caso IC01S-C1 quanto para o caso IC01S-C2. Ambos ficaram
abaixo somente do caso IC01S-O.
4.1.3. Isolador envelhecido, com poluição (IC02S)
O isolador envelhecido naturalmente por quatro anos no campo foi ensaiado com
diversos arranjos e seus resultados foram comparados entre si, nesta seção; e entre os
outros três tipos de isoladores ensaiados, no fim deste capítulo.
4.1.3.1. Medições de temperatura
O isolador IC02S foi ensaiado e foram realizadas medições de temperatura na sua
superfície. A descrição da metodologia utilizada para realização dos ensaios se encontra
no item 3.2.1. Os resultados para cada configuração estão na Tabela 4.5:
Tabela 4.5. Resultados termográficos para isolador IC02S.
Tipo IC02S-O
Sem a presença de eletrodos equalizadores, o
segundo isolador envelhecido apresentou
uma diferença de temperatura de 4,6°C.
58
Tipo IC02S-A1
Nesta configuração, a diferença de
temperatura foi 4,5°C, praticamente igual à
situação sem anel equalizador (IC02S-O).
Tipo IC02S-A2
O arranjo IC02S-A2 demonstrou uma
diferença de temperatura de 4,3°C, também
próximo à situação sem anel equalizador
(IC02S-O).
Tipo IC02S-A3
Nesta configuração a diferença de
temperatura entre os pontos observados foi
de 2,8°C. Esta foi a menor diferença entre os
casos que utilizaram anel tipo A158 com o
isolador IC02S.
Tipo IC02S-A4
O arranjo IC02S-A4 demonstrou uma
diferença de temperatura de 5,8°C.
59
Tipo IC02S-A5
O arranjo IC02S-A5 apresenta uma diferença
de temperatura entre os pontos observados de
7,8°C. Esta foi a maior diferença de
temperatura dentre os casos que utilizaram
A158 em IC02S.
Tipo IC02S-B
Esta configuração demonstrou diferença de
temperatura de apenas 2,0°C, sendo a menor
com o uso do isolador IC02S. Os pontos
supostamente quentes sobre o toróide do anel
equalizador são reflexos da iluminação.
Tipo IC02S-C1
A diferença de temperatura do arranjo
IC02S-C1 foi de 4,6°C.
Tipo IC02S-C2
A diferença de temperatura do arranjo
IC02S-C2 foi de 6,4°C, a mais alta dentre os
arranjos com isoladores de vidro associados.
Os casos IC02S-B (A444) e IC02S-A3 (A158) demonstraram as menores
diferenças de temperatura. Contudo, em ambos, percebe-se um aquecimento na região
acima da primeira aleta. Este comportamento pode ser justificado pelo aumento da
60
intensidade de campo elétrico na região acima da primeira aleta, devido ao
posicionamento dos eletrodos.
O uso de isoladores de vidro associados teve diferenças de temperatura
comparáveis com casos de uso do A158, excetuando-se o caso IC02S-A3, que se
beneficiou do deslocamento da intensidade do campo elétrico para cima, devido ao
posicionamento do eletrodo.
4.1.3.2. Medições de Corona
Realizou-se a medição dos níveis de radiação ultravioleta emitida pelas descargas
corona, no isolador IC02S. Os resultados obtidos com estas medições de corona são
apresentados na Tabela 4.6.
Tabela 4.6: Resultados de medição de corona para isolador IC02S.
Tipo IC02S-O
A média de descargas para o isolador sem
eletrodo equalizador foi 8.345 pontos/min.
Tipo IC02S-A1
Curiosamente, neste caso, o nível de
descargas subiu com a aplicação do
equalizador A158 na posição correta, ficando
2.618 pontos/min maior que o caso sem
equalizador. O valor médio de descargas foi
11.053 pontos/min.
61
Tipo IC02S-A2
Esta instalação incorreta do A158 baixou a
média de descargas para 6.630 pontos/min.
Tipo IC02S-A3
Nesta configuração incorreta, o número de
descargas foi 2.999 pontos/min, a menor
dentre as montagens IC02S que utilizam
A158.
Tipo IC02S-A4
A montagem incorreta IC02S-A4 uma média
de descargas de 3.878 pontos/min.
Tipo IC02S-A5
Para os casos IC02S, esta situação foi a que
apresentou maior número de descargas,
totalizando 12.796 pontos/min. A diferença
com relação ao caso IC02S-A1 foi de
1.743 pontos/min.
62
Tipo IC02S-B
A configuração IC02S-B apresentou
2.161 pontos/min, sendo a menor taxa de
descargas dos casos IC02S.
Tipo IC02S-C1
O caso IC02S-C1 demonstrou
17.822 pontos/min, a maior taxa dos casos
IC02S.
Tipo IC02S-C2
O caso IC02S-C2 também não teve bom
desempenho, exibindo 17.557 pontos/min.
A poluição sobre IC02S, a exemplo de IC01S, também proporcionou um ponto
fixo de descargas ultravioleta, na superfície do isolador. Este ponto pode ser advindo de
descargas superficiais. Este ponto pode ser observado em todas as montagens, exceto
IC02S-B.
A configuração IC02S-A1 apresentou média de descargas muito superior ao caso
IC02S-O. Este resultado foi atípico, mas pode ser explicado pela presença de descargas
superficiais na configuração IC02S-A1, causadas pelo deslocamento do campo elétrico
para cima. Estas mesmas descargas superficiais devem existir no caso IC02S-O, de forma
mais discreta. Isto não pode ser afirmado, pois as descargas presentes junto ao anel de
63
corona ofuscam as descargas superficiais, dificultando a visualização no vídeo. Esta
configuração requer repetição dos ensaios e investigações mais detalhadas.
Outra vez verificou-se que, na montagem IC02S-A3, uma parcela da região onde
há pontos fixos de emissão de ultravioleta ficou envolta pelo anel de equalização. Assim,
o volume de descargas demonstrado por este arranjo foi notavelmente menor que os
demais utilizando o mesmo eletrodo equalizador (A158).
Os ensaios com isoladores de vidro associados apresentaram os maiores valores
de descargas corona, maiores que o caso IC02S-O, inclusive.
4.1.4. Isolador envelhecido, com poluição removida (IC02L)
O isolador envelhecido quatro anos em campo, ensaiado no item 4.1.3, foi lavado
e teve a poluição removida, caracterizando-se como o caso IC02L. Desta forma, é
possível verificar a influência da poluição no desempenho eletrotérmico do equipamento,
bem como avaliar a contribuição do envelhecimento, de forma isolada. Este mesmo
isolador foi ensaiado e seus resultados comparados com entre si, nesta seção; e entre os
outros três tipos de isoladores ensaiados, no fim deste capítulo.
4.1.4.1. Medições de temperatura
O isolador IC02L foi ensaiado e foram realizadas medições de temperatura na sua
superfície. A descrição da metodologia utilizada para realização dos ensaios se encontra
no item 3.2.1. Os resultados para cada configuração estão na Tabela 4.7.
64
Tabela 4.7. Resultados termográficos para isolador IC02L.
Tipo IC02L-O
Após a remoção da poluição, o isolador sem
anel equalizador apresentou uma diferença de
temperatura de 1,5°C.
Tipo IC02L-A1
A aplicação correta do A158 demonstrou um
gradiente de 1,6°C, praticamente igual ao caso
sem anel equalizador.
Tipo IC02L-A2
O caso IC02L-A2 mostrou uma diferença de
temperatura de 1,0°C.
Tipo IC02L-A3
IC02L-A3 exibiu um gradiente térmico de
0,5°C, sendo o menos significativo dentre os
ensaios que envolveram o A158.
65
Tipo IC02L-A4
O caso IC02L-A4 apresentou uma diferença
de temperatura de 1,3°C.
Tipo IC02L-A5
O arranjo IC02L-A5 apresentou um gradiente
de temperatura de 2,1°C, e foi o maior dentre
os casos que utilizaram o A158.
Tipo IC02L-B
A aplicação do anel equalizador A444
apresentou uma diferença de temperatura de
apenas 0,2°C, o menor dentre todos os ensaios
que utilizaram o isolador IC02L.
Tipo IC02L-C1
A aplicação de um isolador de vidro associado
apresentou um gradiente de 2,6°C, o maior
dentre os ensaios que utilizaram o isolador
IC02L.
66
Tipo IC02L-C2
O uso de dois isoladores de vidro associados
demonstrou diferença de 2,5°C, praticamente
igual ao caso IC02L-C1.
Os casos IC02S-B e IC02S-A3 demonstraram as menores diferenças de
temperatura. Além disso, após a limpeza do isolador, estes casos não apresentaram
aquecimento notável acima da primeira aleta.
Os casos que utilizaram A158, excetuando-se IC02S-A3, tiveram desempenho
semelhante ao isolador sem eletrodos equalizadores.
Os isoladores de vidro associados apresentaram as diferenças de temperatura mais
acentuadas.
4.1.4.2. Medições de Corona
Realizou-se a medição dos níveis de radiação ultravioleta emitida pelas descargas
corona, no isolador IC02L. Os resultados obtidos com estas medições de corona são
apresentados na Tabela 4.8.
Tabela 4.8. Resultados de medição de corona para isolador IC02L.
Tipo IC02L-O
A ausência de anéis equalizadores
proporcionou uma taxa média de
12.583 pontos/min.
67
Tipo IC02L-A1
O uso do anel equalizador A158 da forma
recomendada pelo fabricante reduziu o índice
médio de descargas para 3.749 pontos/min.
Tipo IC02L-A2
O caso IC02L-A2 apresentou uma média de
4.145 pontos/min. Praticamente no mesmo
patamar que IC02L-A1.
Tipo IC02L-A3
IC02L-A3 demonstrou 3.258 pontos/min.
Este resultado foi 491 pontos/min menor que
IC02L-A1, e o de menor incidência de
descargas dentre os que utilizaram o anel de
equalização A158.
Tipo IC02L-A4
O caso IC02L-A4 apresentou uma média de
descargas de 4.281 pontos/min, praticamente
no mesmo patamar que IC02L-A1.
68
Tipo IC02L-A5
O caso IC02L-A5 foi o pior dentre os que
utilizaram o anel de equalização A158,
demonstrando 5.085 pontos/min.
Tipo IC02L-B
IC02L-B foi o caso que apresentou menor
média de descargas dentre os arranjos que
utilizaram o isolador IC02L,
1.745 pontos/min.
Tipo IC02L-C1
O uso de um isolador de vidro associado
aumentou a taxa média de descargas com
relação ao caso IC02L-O em
4.680 pontos/min. O valor médio foi
17.263 pontos/min.
Tipo IC02L-C2
A média de descargas corona com dois
isoladores de vidro associados também foi
alto, 12.583 pontos/min.
Os casos que utilizaram o anel equalizador A158 demonstraram níveis de
descargas corona similares, não sendo fortemente dependentes da forma como o anel é
instalado. O caso IC02L-A3 foi o que apresentou menor taxa, enquanto que o caso
IC02L-A5 mostrou a maior taxa de descargas.
69
Os casos com isoladores de vidro associados e sem anel de equalização tiveram os
níveis de descargas mais intensos, sendo desaconselháveis mesmo para isoladores
lavados freqüentemente.
O uso do anel equalizador A444 mostrou a menor taxa de descargas.
4.1.5. Simulações computacionais
Visando um entendimento mais abrangente dos fenômenos produzidos pelo
campo elétrico nos isoladores cujos efeitos foram detectados nas sessões 4.1.1, 4.1.2,
4.1.3 e 4.1.4, realizaram-se simulações computacionais baseadas em elementos finitos.
Com as simulações, os campos e os potenciais elétricos, ao longo da região de interesse
do isolador, foram representados de forma gráfica e aproximada, em regime permanente.
Além disso, as simulações permitem as simulações de anéis equalizadores fictícios,
facilitando o projeto de um anel equalizador feito especificamente para aplicação em
questão. No Capítulo 5 são relatados: o projeto, a construção e avaliação de um anel de
equalização modelado com o intuito de minimizar os efeitos do campo elétrico nos
isoladores de 230 kV estudados.
Cada um dos arranjos com anéis equalizadores e isoladores de vidro foi
redesenhado em ambiente computacional, conforme as medidas originais. As simulações
de distribuição de campo elétrico baseadas no Método dos Elementos Finitos foram
realizadas utilizando o software FEMLAB®.
Na Figura 4.1 pode ser observada a distribuição de potencial elétrico para um
isolador completo, utilizado nos ensaios de análise. Como a região de interesse no
isolador fica entre a ferragem fase e a segunda aleta, os demais gráficos tratando de
distribuição de potencial terão o foco aproximado nesta região.
70
Figura 4.1. Representação da distribuição de potencial elétrico em um isolador completo.
As curvas com intensidade de campo elétrico na superfície polimérica foram
obtidas através de uma ferramenta do FEMLAB® que plota os valores pontuais do
campo elétrico encontrados no trajeto de um segmento de reta definido pelo usuário.
Desta maneira, o segmento de reta foi traçado entre a extremidade superior da ferragem
fase e a extremidade inferior da segunda aleta, como pode ser visto na Figura 4.2.
Figura 4.2. Criação dos gráficos de representação de campo elétrico na superfície polimérica
71
O pico de campo elétrico presente junto aos 10 cm do comprimento do segmento
de reta no gráfico da Figura 4.2 acontece devido alguns fatores físicos e computacionais,
citados a seguir.
O segmento de reta que define a região plotada no gráfico permeia dois materiais
diferentes, e durante o percurso transpõe a fronteira entre estes materiais, onde há uma
descontinuidade da permissividade elétrica na simulação.
Por outro lado, tomando-se o ponto vista interior ao material polimérico, percebe-
se que a geometria da região abaixo da aleta representa uma curva abrupta de 90°,
favorecendo a concentração interna de campo.
Além disso, algoritmo que define a malha sobre a qual serão computados os
resultados dispõe as bordas dos elementos triangulares de forma coincidente com a borda
da região. Este comportamento é esperado, todavia, como os valores finais de campo
elétrico são calculados com base na geometria dos elementos, é comum que em regiões
mais complexas haja superposição de valores e descontinuidades da solução.
Na Figura 4.3 podem ser vistas em detalhes a disposição de malha, a
descontinuidade de solução para o campo elétrico e a permissividade na região
imediatamente abaixo da primeira aleta, junto ao material polimérico.
A presença do pico de campo elétrico imediatamente abaixo das aletas é um
comportamento que se repete em todas as simulações apresentadas neste trabalho.
72
Figura 4.3. (a) Disposições de malha, (b) continuidade de solução para o campo elétrico e (c)
permissividade na região imediatamente abaixo da primeira aleta, junto ao material polimérico.
73
4.1.5.1. Tipo O
O caso do isolador sem anel equalizador nem isoladores de vidro associados foi
simulado. A distribuição de campo elétrico na superfície polimérica do isolador e o
potencial elétrico nas redondezas do equipamento podem ser vistos na Figura 4.4.
Figura 4.4. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas redondezas da
configuração Tipo O.
Pode-se observar que a máxima intensidade do campo elétrico no equipamento é
de aproximadamente 35 kV/cm, junto à ferragem fase. O potencial elétrico concentra-se
intensamente na ferragem fase.
74
4.1.5.2. Tipo A1
O anel equalizador A158, aplicado corretamente, apresentou um decréscimo no
valor máximo de campo elétrico em relação à configuração Tipo O. Além disso, o valor
máximo de campo elétrico foi deslocado para uma região mais acima, conforme pode ser
visto na Figura 4.5.
Figura 4.5. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas redondezas da
configuração Tipo A1.
75
4.1.5.3. Tipo A2
Conforme pode ser visto na Figura 4.6, o pico de campo elétrico não foi menor
que a configuração do Tipo A1. Além disso, observa-se uma variação brusca de campo
na extremidade superior do anel equalizador.
Figura 4.6. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas redondezas da
configuração Tipo A2.
A configuração Tipo A2 também apresentou um decréscimo no valor máximo de
campo elétrico e o deslocamento para cima do campo elétrico, com relação ao Tipo O.
76
4.1.5.4. Tipo A3
Como mostrado na Figura 4.7, a configuração A3 teve um comportamento similar
à configuração A2. Contudo, a Tipo A3 exerceu um maior deslocamento do campo e do
potencial elétricos na direção da ferragem terra do isolador. Este deslocamento justifica o
aquecimento acima da primeira aleta, registrado nas inspeções termovisivas dos casos
IC02S-A3 e IC01S-A3.
Figura 4.7. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas redondezas da
configuração Tipo A3.
77
4.1.5.5. Tipo A4
O desempenho da configuração isolador/anel Tipo A4 foi muito similar ao caso
A1, como mostrado na Figura 4.8. Este comportamento era esperado, pois os dados
coletados nas seções 4.1.1, 4.1.2, 4.1.3 e 4.1.4 também indicaram estas semelhanças.
Figura 4.8. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas redondezas da
configuração Tipo A4.
78
4.1.5.6. Tipo A5
A configuração A5 exibiu o maior pico de campo elétrico na superfície
polimérica, dentre todos os casos que envolviam o anel equalizador A158. O
posicionamento incorreto do anel A158 também eleva os potenciais na zona de interação
revestimento-núcleo-ferragem fase, conforme mostrado na Figura 4.9.
Figura 4.9. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas redondezas da
configuração Tipo A5.
79
4.1.5.7. Tipo B
A configuração B apresentou um valor máximo de campo elétrico maior que as
configurações que utilizaram o anel A158. Contudo, percebe-se que a taxa de
decrescimento deste campo elétrico sobre a superfície polimérica é mais acentuada. Além
disso, o anel A444 produz uma distribuição de potencial mais eficaz. Na Figura 4.10 é
possível observar graficamente este comportamento. Tanto o campo elétrico quanto o
potencial são deslocados para cima, o que justifica o aquecimento acima da primeira
aleta demonstrado nas inspeções termovisivas IC02S-B e IC01S-B.
Figura 4.10. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas redondezas
da configuração Tipo B.
80
4.1.5.8. Tipo C1
A configuração que utilizou um isolador de vidro associado ao isolador
polimérico apresentou o maior valor máximo de campo elétrico dentre todos os casos
estudados, excetuando-se a Tipo O. O potencial elétrico concentra-se de forma mais
intensa no pino do isolador de vidro, mas também é bem significativo na ferragem fase
do isolador polimérico, conforme se pode observar na Figura 4.11. Este comportamento
justifica o desempenho insatisfatório da configuração C1 durante os ensaios de análise.
Figura 4.11. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas redondezas
da configuração Tipo C1.
81
4.1.5.9. Tipo C2
Na Figura 4.12 pode-se observar o comportamento da configuração C2.
Figura 4.12. Representação do campo elétrico na superfície polimérica e do potencial nas redondezas
da configuração Tipo C2.
O uso de dois isoladores de vidro associados ao isolador polimérico também não
demonstra um comportamento satisfatório. O potencial elétrico presente na ferragem fase
do isolador polimérico atinge cerca de 50% da tensão aplicada, e como não há anel
equalizador, o campo elétrico na superfície polimérica é acentuado.
82
4.1.6. Análise dos efeitos do envelhecimento e da poluição
Esta sessão faz uma comparação analítica entre os graus de poluição e
envelhecimento dos quatro casos de isoladores ensaiados: IN, IC01S, IC02S e IC02L.
Para facilitar a observação dos valores obtidos, os resultados são novamente
mostrados, de forma condensada, na Tabela 4.9.
Tabela 4.9. Agrupamento dos resultados de análise.
Configuração
URA
(%)
TA
(ºC)
PQ
(ºC)
TDI
(ºC)
PQ-TDI
(ºC)
Tmed
(ºC)
VMDC
(pontos/min)
DCmed
(pontos/min)
A1
69,0 26,0 28,9 28,6 0,3 1300
A2
68,0 26,0 29,0 28,5 0,5 1540
A3
68,0 26,0 28,0 27,7 0,3 1685
A4
68,0 26,0 28,7 28,3 0,4 1563
A5
70,0 26,0 28,9 28,6 0,3
0,4
1723
1562
B
65,0 27,0 29,4 29,3 0,1 0,1 2135 2135
C1
65,0 26,5 28,8 28,6 0,2 13790
C2
61,0 26,0 29,8 29,6 0,2
0,2
11341
12566
IN
O
70,0 24,0 28,3 27,7 0,6 0,6 14460 14460
A1
75,0 25,0 34,5 28,1 6,4 3158
A2
85,0 24,0 36,1 26,9 9,2 4940
A3
80,0 25,0 36,6 27,6 9,0 3355
A4
75,0 26,0 36,7 28,0 8,7 6900
A5
72,0 25,0 35,2 28,6 6,6
8,0
7207
5112
B
85,0 24,5 30,1 27,0 3,1 3,1 1955 1955
C1
81,0 25,0 38,3 28,9 9,4 13331
C2
85,0 25,0 38,4 27,3 11,1
10,3
8310
10821
IC01S
O
81,0 25,0 36,3 28,8 7,5 7,5 17603 17603
A1
54,5 28,0 36,7 32,2 4,5 11053
A2
50,0 28,0 35,1 32,3 2,8 6630
A3
53,0 29,0 35,8 33,2 2,6 2999
A4
65,0 27,0 36,1 30,3 5,8 3878
A5
70,0 25,0 36,8 29,0 7,8
4,7
12796
7471
B
65,0 26,5 30,6 29,0 1,6 1,6 2161 2161
C1
57,5 27,5 36,0 31,1 4,9 17822
C2
62,5 27,0 36,5 30,0 6,5
5,7
17557
17689
IC02S
O
63,0 27,0 36,3 31,7 4,6 4,6 8435 8435
A1
72,0 26,0 30,1 28,4 1,7 3749
A2
50,0 28,0 33,1 32,1 1,0 4145
A3
50,0 28,0 32,6 32,1 0,5 3258
A4
50,0 27,5 32,5 31,2 1,3 4281
A5
55,0 27,0 33,4 31,3 2,1
1,3
5085
4104
B
68,0 25,0 27,7 27,4 0,3 0,3 1745 1745
C1
65,0 26,5 32,5 29,9 2,6 1812
C2
65,0 26,0 31,4 29,4 2,0
2,3
17263
9537
IC02L
O
67,0 27,0 32,6 31,1 1,5 1,5 12583 12583
83
Em que:
URA é a umidade relativa do ar;
TA é a temperatura ambiente;
PQ é a temperatura do ponto mais quente do isolador;
TDI é a temperatura dominante no isolador;
VMDC é o valor médio de descargas corona;
Tmed é a média dos gradientes de temperatura entre os valores apresentados por
um mesmo modelo de anel equalizador;
Dcmed é a média de corona entre os valores apresentados por um mesmo modelo
de anel equalizador.
A configuração tipo O, onde há ausência de anéis equalizadores e isoladores de
vidro associados, apresentou o maior gradiente de temperatura no caso do isolador novo
(IN). Contudo, nos isoladores envelhecidos ou com poluição (IC01S, IC02S e IC02L), a
configuração tipo O não foi a responsável pelos maiores gradientes. Os maiores
gradientes térmicos em isoladores envelhecidos foram apresentados pelos casos de
isoladores de vidro associados.
A configuração IC02L-O (isolador limpo) apresentou um volume de descargas
bastante superior à configuração IC02S-O (isolador poluído). Este comportamento não
era esperado, pois o isolador limpo teve valores de descargas corona inferiores ao
isolador poluído em todas as outras configurações. Provavelmente, houve um erro de
medição, e o experimento relativo a estas configurações deve ser refeito.
Com relação às descargas corona, a configuração tipo O apresentou os maiores
índices em três isoladores: IN, IC01S e IC02L. Apenas em IC021S os níveis com os
isoladores de vidro associados foram superiores aos níveis do corona na ausência de
eletrodos equalizadores.
84
O uso do anel de 158 mm de diâmetro (A158), colocado na posição recomendada
pelo fabricante (A1), teve um desempenho eletrotérmico notável no isolador novo (IN),
mas nos casos que utilizaram isoladores envelhecidos ou com poluição sempre
apresentou resultados inferiores ao anel equalizador A444. Os resultados de gradientes
térmicos da modalidade A1 foram superiores às demais configurações utilizando o anel
A158, configurações A2, A3, A4 e A5, particularmente quando instalados no isolador
IC01S.
A configuração A1, em todos os isoladores, apresentou diferenças térmicas
próximas a alguma das outras configurações utilizando o anel A158. O fabricante de
isolador considera as configurações A2, A3, A4 e A5 como incorretas. O comportamento
instável do anel A158 demonstra que a sua utilização não é plenamente correta.
De forma geral, o uso do anel A158 melhora o desempenho do isolador, quando
comparado com a ausência de anéis de equalização. Os níveis de corona são
sensivelmente diminuídos, mas os gradientes térmicos não diminuem a contento.
Contudo, a forma de instalação deste anel não influencia fortemente os padrões de
temperatura ou de descargas corona.
Como dito anteriormente, os gradientes de temperatura para anel de equalização
A444 se mostraram sempre os menores. Com respeito ao corona, o nível de descargas
com o uso do anel de 444 mm de diâmetro foi, apesar de baixo, o maior quando utilizado
no isolador novo (IN-B). Não obstante, com a variação do estado de deterioração e
poluição do isolador, o anel A444 manteve os menores níveis de descargas, sempre
compatíveis com o valor apresentado no isolador novo.
Nos arranjos tipo B e A3, para os isoladores com poluição (IC01S e IC02S),
percebe-se um aquecimento mais intenso acima da segunda aleta. Este comportamento
pode ser justificado pelo aumento da intensidade de campo elétrico na região acima da
85
primeira aleta, ocorrido em função do posicionamento dos eletrodos. Embora, com a
limpeza do isolador IC02S (que se tornou IC02L), a temperatura tenha diminuído. Esta
constatação está associada ao comportamento de descargas superficiais sobre o isolante.
De maneira geral, o isolador envelhecido cinco anos em campo (IC01S)
apresentou gradientes térmicos mais acentuados que o isolador envelhecido quatro anos
(IC02S). Todavia, o contrário aconteceu com relação aos níveis de descargas, pois o
isolador IC02S teve médias de descargas mais altas que IC01S. Esta constatação pode
estar diretamente relacionada com o nível de poluição, que independe da idade do
isolador.
A presença de poluição mostrou-se importante tanto para a explicitação dos
gradientes térmicos quanto para a explicitação da média de descargas corona. Esta
afirmação pode ser feita sob a condição de pouca variação da umidade relativa do ar
durante os ensaios. Em relação às descargas, foi observada nos dois isoladores poluídos
(IC01S e IC02S) a manifestação de pontos fixos de emissão de ultravioleta, em regiões
de intensa poluição.
Com a limpeza do isolador IC02S, que se tornou IC02L, o ponto persistente de
corona foi completamente eliminado. É possível que o ponto persistente fosse, na
realidade, descargas superficiais ocorrentes sobre o isolante. Além disso, tanto os
gradientes térmicos quanto os níveis de descargas diminuíram acentuadamente. Assim,
percebe-se a necessidade da lavagem periódica de isoladores poliméricos submetidos a
este tipo de poluição. As condições de poluição a que os isoladores estavam submetidos
implica na intensa aceleração da deterioração.
Os resultados das análises evidenciam que a ausência de anéis equalizadores ou o
uso de isoladores de vidro associados é totalmente desaconselhável.
86
4.1.7. Inspeções visuais
A alta atividade de corona, advinda da intensificação do campo elétrico,
juntamente com a conseqüente elevação de temperatura em determinadas regiões do
isolador, são os primeiros sintomas e requisitos para a formação do trilhamento. Esta
formação pode ser catalisada quando ocorre infiltração de umidade na interface núcleo
revestimento. A infiltração, por sua vez, acontece quando o isolador perde o lacre de
silicone existente entre uma das ferragens e a borracha do revestimento, ou ainda quando
a borracha de silicone resseca, devido ao estresse térmico e elétrico, perdendo a
tenacidade e permitindo a entrada de água.
As inspeções visuais feitas durante a realização dos ensaios mostraram que o lado
do isolador no qual incide o vento durante sua operação, é um importante fator a ser
levado em consideração. Isoladores retirados do campo apresentaram um estado inicial
de degradação caracterizado pelo ressecamento do revestimento polimérico, na região
próxima à ferragem fase. Apesar de não poder ser ainda considerado um indício claro de
tendência ao trilhamento, este tipo de ressecamento pode permitir a penetração de
umidade na interface revestimento-núcleo e facilitar o desenvolvimento do trilhamento
de núcleo.
Nas amostras inspecionadas, o ressecamento apresentou-se apenas em um lado do
revestimento, oposto à incidência do vento, conforme ilustrado na Figura 4.13. Esta
ocorrência direcionada do ressecamento indica que o processo tem relação direta com as
temperaturas presente na região afetada, pois o vento promove a refrigeração e a retirada
da camada de poluição.
87
Figura 4.13. Fotografia da região próxima ao eletrodo fase um isolador polimérico.
(a) Lado do isolador onde havia incidência direta do vento.
(b) Lado do isolador onde não havia incidência direta do vento.
4.2. Resultados dos ensaios de reprodução de indícios de trilhamento
Os resultados dos ensaios que mostram a reprodução de indícios de trilhamento de
núcleo são apresentados neste item. Os ensaios de alta tensão com envelhecimento
acelerado foram realizados no laboratório de descargas parciais. Os resultados são
constituídos de sinais emitidos pelo detector de descargas parciais e fotografias com o
auxílio do microscópio.
Os resultados dos trabalhos desenvolvidos mostram alguma eficiência da
metodologia proposta, visto que amostras do isolador foram expostas ao método proposto
no item 3.2: Eletrodo aterrado, seco; Eletrodo em alta-tensão, seco; Eletrodo em alta-
tensão, com presença de umidade.
Na Figura 4.14 é mostrado o aspecto do núcleo de fibra de vidro de um isolador
polimérico perfeito, para efeito comparativo. Os resultados dos ensaios são mostrados em
seguida.
(a) (b)
88
(a) (b)
Figura 4.14. Aspecto do núcleo de fibra de vidro perfeito.
(a) Aumento de 50 vezes; (b) Aumento de 200 vezes.
4.2.1. Eletrodo aterrado, seco
Após o período de aplicação de tensão (168 horas) não está efetiva a manifestação
da carbonização, conforme mostrado na Figura 4.15. Na figura podem ser observados
quatro níveis de detalhamento da região do núcleo exposta ao método.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4.15. Fotografia do núcleo no ensaio com eletrodo aterrado a seco.
(a) Olho nu; (b) Aumento de 25 vezes;
(c) Aumento de 50 vezes; (d) Aumento de 200 vezes.
89
As imagens (c) e (d) da Figura 4.16 mostram uma pequena erosão na fibra de
vidro, devido à intensa atividade de descargas parciais na região ou o efeito da inserção
da agulha. Contudo, a região comprometida é muito pequena em relação ao tempo de
aplicação de alta tensão. Caso esta hipótese tenha ocorrido, a variante do método é pouco
atraente para a reprodução artificial do trilhamento. Os sinais de descargas parciais para
esta variante do método são mostrados na Figura 4.16, em quatro momentos distintos do
ensaio.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4.16. Sinais de descargas parciais com eletrodo aterrado, seco.
(a) 1° dia; (b) 3° dia de ensaio;
(c) 4° dia de ensaio (d) 6° dia de ensaio.
A Figura 4.17 mostra os valores absolutos dos níveis de descargas parciais
durante toda a execução do ensaio.
90
Figura 4.17. Níveis de descargas parciais em todo o ensaio, eletrodo aterrado, seco.
Os padrões emitidos pelo detector de descargas parciais mostram presença de
corona e alguma atividade de descargas parciais. Todavia, os níveis de descargas parciais
e de corona diminuem conforme o avanço do tempo. A diminuição do número de
descargas parciais com o passar do tempo pode ser justificada pelo aumento da pressão
na cavidade onde o eletrodo se encontra, devido à liberação de gases no processo de
descargas, aquecimento e carbonização. Além disso, com o aquecimento e a formação do
ozônio da região, descargas corona que poderiam ocorrer no início do ensaio foram
extintas. A configuração do campo elétrico também é modificada de acordo com a
deposição de carbono na região, interferindo diretamente nos padrões e número de
descargas.
4.2.2. Eletrodo em alta tensão, seco
Nesta modalidade do método observou-se uma maior área de erosão no núcleo do
isolador, comparado ao caso da seção 4.2.1. Também foi observada uma perda de
tenacidade por parte do adesivo que promove a união revestimento-núcleo. O adesivo
tornou-se quebradiço e soltava-se facilmente do núcleo, conforme pode ser observado na
Figura 4.18.
91
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4.18. Fotografia do núcleo no ensaio com eletrodo em alta tensão, seco.
(a) Olho nu; (b) Aumento de 25 vezes;
(c) Aumento de 50 vezes; (d) Aumento de 200 vezes.
Os sinais de descargas parciais para esta modalidade do método são mostrados na
Figura 4.19, em quatro momentos distintos do ensaio.
(a) (b)
92
(c) (d)
Figura 4.19. Sinais de descargas parciais Eletrodo em alta tensão, seco.
(a) 1° dia; (b) 2° dia de ensaio;
(c) 4° dia de ensaio (d) 5° dia de ensaio.
A Figura 4.20 mostra a evolução dos valores absolutos dos níveis de descargas
parciais durante toda a execução do ensaio.
Figura 4.20. Níveis de descargas parciais em todo o ensaio, eletrodo em alta tensão, seco.
Os padrões emitidos pelo detector de descargas parciais mostram uma diminuição
do nível de descargas e corona, conforme o avanço do tempo. A diminuição dos níveis de
descargas parciais com o passar do tempo pode ser justificada pelo aumento da pressão
na cavidade onde o eletrodo se encontra, devido à liberação de gases no processo de
descargas, aquecimento e carbonização. Além disso, com o aquecimento e a formação do
ozônio da região, descargas corona que poderiam ocorrer no início do ensaio foram
extintas. A configuração do campo elétrico também é modificada de acordo com a
93
deposição de carbono na região, interferindo diretamente nos padrões e número de
descargas. Os picos de descargas observados foram estimulados pelo aumento da tensão
aplicada, visando acelerar a degradação.
4.2.3. Eletrodo em alta-tensão, com presença de umidade
A presença da umidade na interface núcleo-revestimento mostrou-se um fator
importante no desenvolvimento do trilhamento. A região em torno do ponto de contato
do núcleo com o eletrodo sofreu carbonização e erosão. Os resultados foram mais
promissores nesta modalidade do método. Na Figura 4.21 pode ser observado o início do
processo de trilhamento do núcleo.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4.21. Fotografia do núcleo no ensaio com eletrodo em alta tensão, com presença de unidade.
(a) Olho nu; (b) Aumento de 25 vezes;
(c) Aumento de 50 vezes; (d) Aumento de 200 vezes.
94
Os sinais de descargas parciais para esta modalidade do método são mostrados na
Figura 4.22, em quatro momentos distintos do ensaio.
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4.22. Sinais de descargas parciais eletrodo em alta tensão, seco.
(a) 1° dia de ensaio; (b) 3° dia de ensaio;
(c) 6° dia de ensaio (d) 7° dia de ensaio.
A Figura 4.23 mostra os valores absolutos dos níveis de descargas parciais
durante toda a execução do ensaio.
Figura 4.23. Níveis de descargas parciais em todo o ensaio, eletrodo em alta tensão, úmido.
95
Os padrões de descargas parciais e corona emitidos pelo detector mostram uma
predominância do corona no sinal, com tendência de minimização conforme o avanço do
tempo. Além disso, com o aquecimento e a formação do ozônio da região, descargas
corona que poderiam ocorrer no início do ensaio foram extintas. Os picos de descargas
observados foram estimulados pelo aumento da tensão aplicada, visando acelerar a
degradação.
A predominância das descargas corona no sinal detectado se dá frente à
minimização das descargas parciais, devido à presença de água na cavidade. A
configuração do campo elétrico também é modificada de acordo com a deposição de
carbono na região e a presença da água, interferindo diretamente nos padrões e número
de descargas.
Observou-se que em todos os ensaios de reprodução do trilhamento de núcleo a
presença de descargas corona mascarando os sinais de descargas parciais. Além disso, os
sinais de descargas parciais não eram simétricos.
Nattrass (1988) explica que o padrão de descargas para regiões metálicas com
terminação abrupta, em contato com a superfície dielétrica, como visto na Figura 4.24. O
padrão de descargas é assimétrico e a configuração tende a apresentar padrões poucos
definidos de descargas caso a tensão aplicada cresça demasiadamente.
(a) (b)
Figura 4.24. Padrão de descargas para regiões metálicas com terminação abrupta, em contato com a
superfície dielétrica. (a) Diagrama esquemático; (b) Padrão de descargas.
Metal ou carbono
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Dielétrico
Metal ou carbono
96
Um desenho do arranjo utilizado é mostrado na Figura 4.25. O eletrodo agudo é
inserido até a interface núcleo-revestimento. A figura revela que existem dois locais de
ocorrências das descargas, um interno e outro externo. O externo é formado por um
eletrodo fino (agulha), o ar e o material isolante e apresenta grande probabilidade de
ocorrência de descargas com grandes intensidades. O seu padrão é semelhante ao arranjo
da Figura 4.24. A segunda região se apresenta circunscrita a um material sólido, com um
eletrodo agudo e campo elétrico muito intenso, contudo a presença de um material com
alta rigidez dielétrica dificulta a ocorrência das descargas, sendo necessária a formação
de uma cavidade, que só será possível em campos bastante elevados através da emissão
eletrônica.
A presença de água modifica completamente o mecanismo de formação da
arborescência em arranjos considerados aquosos. Os microcanais criados pelo início da
arborescência são preenchidos com água, e as descargas parciais acontecem somente nas
pontas da arborescência, sem concentrarem-se na ponta da agulha (MORITA et al.,
2003). Em alguns períodos a atividade ocorre sem a detecção de descargas parciais.
Figura 4.25. Esboço das regiões de ocorrência de descarga parciais e corona.
97
Capítulo 5 – Anel de equalização proposto
Com base na experiência adquirida durante os ensaios realizados, e tomando-se
como motivação os desempenhos dos anéis equalizadores ensaiados, propõe-se projetar,
construir e avaliar um anel de equalização. O anel foi concebido especialmente para ser
utilizado no isolador polimérico classe 230 kV, estudado nos ensaios de análise.
5.1. Proposição do anel de equalização
Avaliando-se criteriosamente todas as configurações abordadas nos ensaios de
análise (sessão 4.1), percebe-se que o anel de equalização recomendado pelo fabricante
do isolador (anel equalizador A158) tem desempenho eletrotérmico insatisfatório,
especialmente em situações com presença de poluição. Além disso, muitas vezes o A158
tem desempenho comparável com a situação de ausência de anéis equalizadores.
Por outro lado, a configuração que se demonstrou mais eletrotermicamente
estável (anel equalizador A444), foi concebida para cadeias de isoladores cerâmicos,
sendo geometricamente superdimensionada para a aplicação em isoladores poliméricos.
Com base em simulações de distribuição de campo elétrico realizadas no software
FEMLAB®, utilizando o método dos elementos finitos, foi possível testar outras
configurações de eletrodos equalizadores associados ao isolador polimérico. Além de um
desempenho eletrotérmico superior para o conjunto isolador-anel, o anel equalizador
proposto visa o não superdimensionamento e a conseqüente economia de material e mão
de obra em serviços de instalação, evitando também o aumento de peso e a redução da
ação do vento na estrutura.
98
No total, sete propostas diferentes de anéis equalizadores tiveram suas
distribuições de campo elétrico simuladas através do MEF. A Figura 5.1 ilustra os
parâmetros do eletrodo de equalização que foram variados nas simulações.
Figura 5.1. Parâmetros variados durante simulações.
(a) O diâmetro do tubo que compõe a toróide;
(b) O diâmetro da própria toróide;
(c) A distância entre o toróide e a presilha de fixação.
Foram realizados estudos em sete configurações. Cinco configurações simuladas
apresentaram resultados de distribuição de potencial deficiente e similar entre si. As duas
configurações descritas a seguir apresentaram os melhores resultados.
5.2.1. Configuração 1
A Configuração 1 utiliza um tubo de 50,8 mm (2”) de diâmetro na constituição do
toróide. As demais dimensões do equipamento podem ser visualizadas na Figura 5.2.
Figura 5.2. Configuração 1 com as suas dimensões.
99
Além das distâncias mostradas no diagrama da Figura 5.2, é importante destacar a
distância entre o topo do anel e a primeira aleta do isolador, um parâmetro fundamental
para o funcionamento adequado do conjunto. Neste caso, esta distância foi 30 mm, como
mostrado na Figura 5.3.
Figura 5.3. Distância entre a extremidade superior do toróide e a primeira aleta.
As distribuições de campo e potencial elétricos para este conjunto isolador-anel
equalizador podem ser observadas na Figura 5.4.
Figura 5.4. Distribuição de potencial elétrico e campo na superfície do isolador da Configuração 1.
100
Observa-se que o valor máximo de campo elétrico na superfície do isolador é de
aproximadamente 6,5 kV/cm. Este resultado é 27,77 % inferior ao melhor resultado
simulado, que consta na seção 4.1.5 e foi a configuração A1, com um pico de campo
elétrico na superfície polimérica de 9,5 kV/cm.
O eletrodo foi posicionado de modo proposital para que o valor máximo de
campo elétrico na superfície do isolador ocorra na primeira aleta. Como a primeira aleta
não configura zona de interação, o isolador é preservado.
5.2.2. Configuração 2
Na Configuração 2, o tubo utilizado para construir o toróide do anel equalizador
mede 66 mm de diâmetro. As demais dimensões do anel equalizador podem ser
observadas na Figura 5.5.
Figura 5.5. Configuração 2 com as suas dimensões.
As simulações de distribuição de campo e potencial elétricos, mostradas na Figura
5.6, apresentam comportamento elétrico superior à Configuração 1. Todavia, o tubo
utilizado na construção do toróide não é comercial, o que encareceu o projeto. Uma
solução seria o uso da bitola comercial mais próxima (63,5 mm, equivalente a 2,5”), mas
esta opção também torna o projeto oneroso a ponto de não justificar a melhoria de 20 %
no desempenho do conjunto isolador-anel equalizador, com relação à Configuração 2.
101
Figura 5.6. Distribuição de potencial elétrico e campo na superfície do isolador da Configuração 2.
Ponderando-se os custos associados e distribuição de campo e de potencial
elétricos obtidos, optou-se pela construção do protótipo da Configuração 1, visto que
ambos os valores absolutos são baixos.
5.2. Projeto e construção do anel de equalização
Devido ao seu desempenho satisfatório nas simulações e custo aceitável, o projeto
de anel equalizador sugerido na Configuração 1 (seção 5.2.1) foi executado.
Todavia, algumas limitações técnicas foram encontradas. A maior delas diz
respeito ao método utilizado para se fabricar o toróide, principal parte do anel
equalizador.
Para contornar esta limitação, foi s
ugerida a solda de quatro curvas de 90º e bitola 50,8 mm, formando os 360º do
toróide. Infelizmente, as curvas comercialmente disponíveis no mercado têm raio externo
de 130 mm, enquanto o raio externo previsto na configuração proposta é 106 mm. Desta
102
maneira, o diâmetro final do toróide construído foi 260 mm. O projeto foi finalizado, e
suas dimensões estão apresentadas na Figura 5.7.
Figura 5.7. Diagrama esquemático do protótipo construído.
5.3. Avaliação do anel de equalização proposto
Após a construção, o protótipo foi avaliado nas seguintes configurações: Isolador
novo e limpo (IN); Isolador envelhecido 5 anos no campo, com poluição (IC01S); e
Isolador envelhecido 4 anos no campo, com poluição removida (IC02L). O caso que
envolvia o isolador envelhecido 4 anos no campo com poluição (IC02S) não pôde ser
avaliado, porque a sua poluição foi removida (IC02L).
Na Figura 5.8 pode-se observar o protótipo do anel equalizador montado no
isolador polimérico IC01S, momentos antes da realização dos ensaios.
103
Figura 5.8. Protótipo do anel equalizador proposto montado no isolador IC01S.
O comportamento eletrotérmico do conjunto isolador-anel equalizador proposto
foi avaliado com os mesmos métodos descritos na seção 3.2.1. Os resultados das
termografias realizadas nos três isoladores ensaiados são mostrados na Tabela 5.1.
Tabela 5.1. Resultados termográficos para os isoladores IN, IC01S e IC02L, utilizando o protótipo.
Tipo IN-P
Quando instalado no isolador novo, o anel de
equalização proposto apresentou uma
diferença de temperatura de 0,1ºC.
Tipo IC01S-P
A diferença de temperatura no isolador sujo e
envelhecido 5 anos foi 0,9ºC.
Tipo IC02L-P
No isolador envelhecido, mas com poluição
removida, o anel equalizador proposto
permitiu um aquecimento de 0,2ºC entre os
pontos de interesse.
Os resultados das termografias nos isoladores ensaiados utilizando o anel
equalizador proposto foram excelentes. Nos três isoladores, os diferenciais térmicos
104
foram menores ou iguais aos melhores casos apresentados como resultados dos ensaios
de análise (IN-B: 0,1ºC; IC01S-B: 3,1ºC e IC02L-B: 0,3ºC).
Quando se analisa o efeito da poluição utilizando o anel projetado, percebe-se
uma diminuição na temperatura final dos ensaios. A diferença térmica entre o ponto de
maior aquecimento e a temperatura predominante não ultrapassou 0,9ºC.
As inspeções com o detector de descargas ultravioletas foram realizadas e os
resultados coletados são apresentados na Tabela 5.2. A umidade relativa do ar durante os
ensaios oscilou entre 60% e 73%.
Tabela 5.2. Inspeções de corona para os isoladores IN, IC01S e IC02L, utilizando o protótipo.
Tipo IN-P
No isolador limpo, o uso do protótipo
proporcionou 2.272 pontos/min.
Tipo IC01S-P
No isolador sujo, curiosamente, a média foi
menor: 1.982 pontos/min.
Tipo IC02L-P
O isolador que teve sua poluição removida,
quando associado ao anel equalizador
construído, apresentou uma média de
1.779 pontos/min.
105
Os níveis de descarga corona para o conjunto isolador-anel equalizador projetado
foram compatíveis com os valores encontrados nos ensaios de análise. De maneira geral,
os ensaios dos três isoladores com o anel proposto tiveram nível de descargas similares
entre si. A diferença entre a maior e a menor média não excedeu 500 pontos, o que atesta
o comportamento estável do conjunto frente às adversidades.
Com o isolador novo, o melhor resultado nos ensaios de análise de corona foi o
arranjo IN-A1, que apresentou 1.300 pontos/min. Para este mesmo isolador, a
configuração empregando o anel construído (IN-P), demonstrou uma média de
2.272 pontos/min. Pode-se justificar este resultado porque o arranjo IN-P utilizou
parafusos com arestas expostas .
Com o isolador poluído e envelhecido (IC01S-P), o anel equalizador projetado
resultou em uma média de descargas de 1.982 pontos/min. Este resultado é praticamente
igual ao melhor caso obtido nos ensaios de análise (IC01S-B), que resultou em
1.955 pontos/min.
Por fim, o isolador que teve a poluição removida e utilizou o anel equalizador
construído (IC02L-P) apresentou uma média de descargas de 1.779 pontos/min. Durante
os ensaios de análise, quando se utilizando o mesmo isolador, o melhor resultado
(IC02L-B) apresentou uma média de 1.745 pontos/min.
106
Capítulo 6 – Conclusões
Neste trabalho foi estudado o fenômeno do trilhamento de núcleo em isoladores
poliméricos, sob várias perspectivas. Uma técnica de criação de indícios de trilhamento
de núcleo em laboratório foi criada, e apesar de estar em fase de aperfeiçoamento,
apresentou resultados promissores. Uma outra perspectiva é a necessidade do
monitoramento da degradação dos isoladores, que conduziu à observação e à
quantificação de dois indicadores físicos de origem e propagação do trilhamento de
núcleo:
• Descargas corona nas proximidades do isolador, indicador direto da
intensidade de campo elétrico na região.
• Temperaturas superficiais nos isoladores.
O estudo dos fatores de deterioração dos isoladores levou a elaboração de
experimentos de análise dos efeitos da concentração, dos quais se podem extrair as
seguintes conclusões:
1) Nos isoladores novos, a configuração de eletrodos equalizadores não
demonstra grande influência nos padrões térmicos nem de descargas corona,
inicialmente. Com o tempo, o projeto de eletrodos equalizadores
subdimensionados levará a temperaturas mais altas junto à ferragem fase,
tornando o surgimento do trilhamento mais provável.
107
2) Nos isoladores envelhecidos foram registrados os maiores diferenciais
térmicos e médias de descargas corona por minuto.
3) As condições de poluição a que os isoladores classe 230 kV estavam
submetidos implica na intensa aceleração da deterioração.
4) No isolador limpo e envelhecido foram registradas reduções substanciais
na temperatura e nos níveis de descargas corona, quando comparados com os
níveis do mesmo isolador na condição poluído.
5) A comparação entre um isolador envelhecido naturalmente poluído e
posteriormente limpo indica que, ao contrário do que alegam os fabricantes, os
isoladores poliméricos também devem ser lavados periodicamente.
6) A instalação de isoladores de vidro associados a isoladores poliméricos
pode ser tão prejudicial ao isolador polimérico quanto o não uso de equalização.
7) A análise dos experimentos com anéis equalizadores aplicados a isoladores
poliméricos evidencia a necessidade de que os projetos de anéis equalizadores
levem em consideração o local de instalação, o grau de poluição e o clima a que
eles serão submetidos.
8) O anel A158 instalado como recomendado mostrou-se eficiente somente
quando o isolador polimérico estava novo.
9) O anel A158 mesmo instalado como recomendado, mas aplicado a um
isolador envelhecido e poluído apresentou um comportamento instável, o que
demonstra que a sua utilização não é plenamente satisfatória.
108
10) O anel A158 instalado em isoladores envelhecidos, poluídos ou não,
proporcionam uma redução dos níveis de corona. Contudo, os gradientes térmicos
não são reduzidos a contento.
11) O anel A158 instalado em isoladores envelhecidos, poluídos ou não, não
influencia fortemente os padrões de temperatura ou de descargas corona quando
se varia a sua posição de instalação, recomendada ou não.
12) O anel A444 instalado em quaisquer isoladores apresentou desempenho
estável com relação à descarga corona e gradientes térmicos.
13) O anel de equalização projetado e construído apresentou-se como uma
alternativa que agregou melhoria de desempenho da cadeia quando avaliado sobre
os aspectos abordados neste trabalho. Assim, torna-se uma opção viável e
funcional para uso nos isoladores poliméricos classe 230 kV estudados.
Assim pode-se concluir que a ausência de anéis equalizadores ou o uso de
isoladores de vidro associados é totalmente desaconselhável e que, ao contrário do que
alegam os fabricantes, os isoladores poliméricos devem ser lavados periodicamente.
Como também, fica evidente a necessidade de um bom sistema de equalização de campo
elétrico para os isoladores envelhecidos e poluídos.
Os ensaios de análise em laboratório tiraram proveito do ambiente abrigado, e
apresentaram resultados experimentais claros. Todavia, resultados colhidos em campo
podem não parecer tão nítidos, devido principalmente à influência do vento e da radiação
solar nas medições.
Os resultados dos ensaios idealizados para a reprodução de indícios de
trilhamento de núcleo mostraram alguma eficiência da metodologia, necessitando de um
maior tempo de exposição à alta tensão.
109
Os ensaios de reprodução do trilhamento de núcleo também demonstraram que a
presença de umidade na interface núcleo-revestimento polimérico é um fator de risco,
podendo promover o início do processo de trilhamento.
Como motivação para a continuidade do trabalho, sugerem-se o aperfeiçoamento
do método de criação do trilhamento de núcleo em laboratório, com resultados mais
extensos; a criação de um modelo mais eficiente de eletrodo agudo, que gere um volume
menor de descargas corona; maior tempo de aplicação de tensão, etc.
Os ensaios mostraram que o aumento da temperatura está relacionado com a
intensidade do campo elétrico nos isoladores poliméricos e que a temperatura também é
o fator de aceleração da degradação. Assim, várias configurações de anéis equalizadores,
condições de distribuição de campo e potencial elétrico foram simuladas, permitindo uma
compreensão mais abrangente do fenômeno e dos fatores que o influenciam. Por fim, um
anel equalizador otimizado para aplicação em isoladores poliméricos classe 230 kV foi
projetado, construído e avaliado, visando prolongar a vida útil dos isoladores. Conclui-se
assim, que os objetivos deste trabalho foram atingidos.
Durante o decorrer do curso de mestrado foram publicados ou aceitos os seguintes
artigos relacionados com o trabalho desenvolvido:
1. “Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos 2006”, realizado em
Campina Grande, Paraíba, em junho de 2006. O título do trabalho
foi “Propagação de Calor em Isolador Polimérico”;
2. “15th International Symposium on High Voltage Engineering”, a
ser realizado em Ljubljana, Eslovênia, em agosto de 2007. O título
do trabalho foi “Tracking and Erosion in Polymeric Insulators’
Core”;
110
3. “15th International Symposium on High Voltage Engineering”, a
ser realizado em Ljubljana, Eslovênia, em agosto de 2007. O título
do trabalho foi “Polymeric Insulator Monitoring with Corona
Detector”;
4. “15th International Symposium on High Voltage Engineering”, a
ser realizado em Ljubljana, Eslovênia, em agosto de 2007. O título
do trabalho foi “Study of the Propagation of Heat in Polymeric
Insulators”.
5. “XIX Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia
Elétrica”, a ser realizado no Rio de Janeiro, em outubro de 2007. O
título do trabalho foi “Desempenho de Isolador Polimérico por
Medição de Temperatura e Corona”;
6. “XIX Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia
Elétrica”, a ser realizado no Rio de Janeiro, em outubro de 2007. O
título do trabalho foi “Trilhamento e Erosão em Núcleos de
Isoladores Poliméricos”;
111
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