MATERIAIS ELÉTRICOS Aula 09 2016.

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1 MATERIAIS ELÉTRICOS Aula 09 2016

2 Comportamento térmico dos polímeros
Revisando Comportamento térmico dos polímeros Em função da resposta que podem apresentar quando submetidos a elevação de temperatura, os polímeros classificam-se em dois grupos: Polímeros termoplásticos Polímeros termoestáveis ou termofixos

3 Revisando.......... Tabela comparativa Termoplásticos x Termofixos
Polímeros Termoplásticos Polímeros Termofixos ou Termoestáveis. Flexíveis e elásticos. Duros e quebradiços. Podem formar fibras (fios ) e filmes. Incapazes de formar fibras (fios) e filmes. Boas propriedades elétricas. Propriedades elétricas inferiores. Propriedades mecânicas inferiores. Boas propriedades mecânicas Baixa absorção de água ( baixa higrosopia ) Elevada absorção de água ( elevada higroscopia )

4 2- Cloreto de Polivinila (PVC) 3- Polipropileno (PP)
Revisando Polímeros termoplásticos 1- Polietileno (PE) 2- Cloreto de Polivinila (PVC) 3- Polipropileno (PP) 4- Poliestireno (PS) 5- Politetraflúor etileno (PTFE) 6- Poliamidas 7-Poliéster(PolietilenoTereftalato-PET) etc

5 Polímeros Termoestáveis ou Termofixos
1 – Resinas Fenólicas – Conhecidas comercialmente também pelo nome de baquelita ou baquelite. Fenol formaldeído

6 Revestimento protetor de componentes eletro eletrônicos
Apresentam um custo baixo, uma alta estabilidade térmica e pode ser combinado com numerosos outros polímeros, particularmente como massa de enchimento tais como carcaças de motores, telefones, revestimento protetor de capacitores e outros acessórios elétricos. Revestimento protetor de componentes eletro eletrônicos Capacitores cerâmicos Resistores Capacitores de filme plástico

7 Componentes moldados em baquelite ( resina fenólica termofixa)
Cobertura e enchimento isolante utilizando resinas fenólicas termofixas

8 2–Resinas Epoxídicas: Uma resina epóxi é um polímero termofixo que endurece quando se mistura com um agente catalisador ou "endurecedor“ (amina). As resinas epóxi de uso mais comum, são produtos de uma reação entre e a Epicloridrina  e o Bisfenol-A. Apresenta excelentes propriedades elétricas, grande capacidade de aderência às superfícies e custos de obtenção relativamente baixos. Epicloridrina Epóxi Bisfenol - A

9 Grande capacidade de aderência às superfícies resultando adesivos de grande poder de colagem : Araldite, Durepoxi, etc Largamente utilizadas como revestimento protetor de capacitores de baixa e alta tensão e de diversos componentes eletro eletrônicos:

10 Encapsulamento de componentes e circuitos elétricos
Revestimento (pintura) isolante Isoladores Poliméricos Transformadores de potencia com isolação a seco

11 3 – Resinas de Poliéster – (PolietilenoTereftalato )
apresentam alta resistência à intempéries e grande facilidade de processamento e moldagem quando em composição com fibras de vidro (grande capacidade de aglutinação). Excelentes propriedades elétricas e baixo custo. Exemplos de emprego: peças em fibra de vidro, encapsulamento , placas de circuitos impressos; vários componentes e acessórios elétricos,etc

12 Isoladores Poliméricos ( ou compósitos )
Como resultado do vasto desenvolvimento dos polímeros e suas numerosas aplicações no campo dos materiais isolantes, também foram procurados polímeros que apresentassem sobre os produtos cerâmicos (porcelanas/vidros) as seguintes vantagens: a)Fundição e cura a baixas temperaturas e com reduzido tempo de fabricação. b)Possibilidade de inserção de peças metálicas durante o processo de fabricação, evitando assim o uso de peças coladas ou com juntas e, consequentemente, possibilidades de vazamentos. c)Maior resistência, em especial às cargas de impacto (ação de vândalos : pedras e tiros). d)Menor contração no processo de endurecimento e, portanto, maior precisão. e)Facilidades de usinagem. f) Baixíssima higroscopia.

13 Um inconveniente dos isoladores cerâmicos é o fato de que suas superfícies possuem alta “molhabilidade” ( dificuldade de escoamento da água ) Essa característica pode ocasionar a formação de película de água que, se for contínua por toda a superfície do isolador, é capaz de conduzir corrente e fechar um arco (fenômeno conhecido como flashover).

14 Em decorrência disso, pode haver a interrupção da passagem de energia elétrica pela rede.
Esse problema vem se agravando com o aumento da poluição ambiental e a crescente concentração das indústrias no litoral, pois a poluição e os sais com o decorrer do tempo vão se depositando sobre a superfície do isolador até alcançar uma concentração tal que, em um momento de chuva ou neblina, podem tornar a película contínua condutora e causar flashover. flashover

15 Problemas da resina epóxi:
Um dos primeiros materiais a serem pesquisados foram as resinas epóxi, para as quais foi encontrado um grande campo de aplicação na fabricação de isoladores para uso abrigado. Suas propriedades mecânicas e elétricas e sua facilidade de execução animaram os pesquisadores a tentar a fabricação de isoladores de uso “ao tempo”. Problemas da resina epóxi: A)formação de caminhos superficiais carbonizados (tracking ou trilhamento) decorrentes das inevitáveis correntes de fuga superficiais, especialmente mais intensas em ambientes industriais (atmosferas poluídas) ou litorâneos (atmosferas salinas). B)a exposição aos raios solares (UV) provocava alterações químicas. C)alteração de cor e das suas propriedades mecânicas e elétricas. D)o surgimento de descargas parciais. tracking

16 Os isoladores poliméricos são fabricados a partir de um bastão (alma) de fibras de vidro reforçada, de elevada resistência mecânica, o qual é fixado nas ferragens terminais (sendo a ferragem terminal inferior em ferro de liga especial zincado a quente e a superior podendo ser do mesmo material ou em alumínio). Posteriormente é aplicado sobre este conjunto o revestimento isolante em borracha de silicone, obtendo-se um isolador compacto, leve, de grande resistência mecânica e de elevada resistência às intempéries. Para tensão de 230 kV ou superior, o isolador deve apresentar anel corona ( corona ring )

17 Revestimento isolante em borracha de silicone, obtendo-se um isolador compacto, leve, de grande resistência mecânica e de elevada resistência às intempéries e baixíssima retenção de água (higroscopia ) bastão (alma) de fibras de vidro reforçada, de elevada resistência mecânica borracha de silicone

18 Superfície do isolador de porcelana molhada
Superfície do isolador de porcelana molhada. Observa-se a formação de um filme continuo de água sobre a superfície da porcelana. Isolador polimérico recoberto por uma camada de borracha de silicone observa-se que á água não molha o isolador. São formadas gotículas de água sobre a sua superfície e graças a sua consistência particular. não formam caminhos condutivos.

19 Isoladores poliméricos em linha de transmissão de 750kV DC Itaipu

20 Isoladores poliméricos em linha de transmissão de 1000kV AC (China)

21 Isoladores poliméricos em linha de transmissão de 1000kV AC (China)

22 Silicones  Os silicones são altamente resistentes ao ultravioleta , atmosferas agressivas, tais como  ozona (O3), grandes variações de temperatura (em geral de -45 a +145 °C). Tecnicamente chamados de siloxanos polimerizados ou polissiloxanos, eles são polímeros mistos de material orgânico e inorgânico com a fórmula química [R2SiO]n, onde  R= grupo orgânico como metil, etil, e fenil.  Material altamente repelente para água Os elastômeros (borracha) de silicone são moléculas lineares gigantes, na qual n (numero de meros associados em cadeia) pode atingir a valores próximos de 5000. Os radicais orgânicos entrelaçados são de metil, portanto os elastômeros de silicone são dimetilpolisiloxanos, Estes produtos tem aspecto e propriedades semelhantes a da borracha, e são altamente repelentes para água.

23 Espaçador polimérico losangular, para rede compacta de distribuição de energia 13,8 kV a 34,5 kV: Polietileno de alta densidade ou de outro material polimérico , na cor clara, resistente as condições atmosféricas ,ao trilhamento elétrico ( arco superficial externo) e aos raios ultravioletas. Anéis de amarração: Em borracha EPR, Silicone ou similar,

24 Isolantes (dielétricos ) Gasosos
A técnica de isolação gasosa é atualmente objeto de desenvolvimento tecnológico importante, em virtude da elevação das tensões utilizadas nos grandes sistemas de potência (800kV, 1000kV, 1200kV AC, 735kV DC). Para este tipo de aplicação, os isolantes gasosos apresentam duas principais vantagens: a) Constituem um meio homogêneo, envolvendo perfeitamente os condutores, qualquer que seja a complexidade de suas formas geométricas, quer sejam eles estáticos ou móveis, como nos disjuntores e seccionadores.

25 b) Após a disrupção (arco) os gases são os dielétricos que recuperam mais rapidamente suas propriedades isolantes . Os dielétricos sólidos são degradados definitivamente por carbonização, após a passagem do arco. carbonização, após a passagem do arco.

26 AR O ar é o mais importante dos dielétricos gasosos por causa de sua universal prevalência na vida terrestre. O ar é uma mistura de diversos gases: nitrogênio 78,1 % oxigênio 20,9 % argônio ,9 % pequenas proporções de dióxido de carbono, hidrogênio, outros gases nobres vapor d'água. O ar é um material isolante altamente confiável (ele envolve todos os aparelhos elétricos e dele depende, em grande parte, o funcionamento seguro dos mesmos). Constante dielétrica do ar : K= 1,00057 e sua rigidez dielétrica entre eletrodos planos, postados entre si de 1 cm, à pressão atmosférica normal é de 30 kV/cm; (3.0 kV/mm)

27 Os condutores aéreos (nus) das linhas de transmissão de alta tensão, suspensos nas torres, por meio de isoladores de porcelana,vidro ou poliméricos, encontram-se isolados uns dos outros e em relação a terra, em toda extensão da linha, apenas pela camada de ar existente entre eles.

28 Da mesma forma em chaves seccionadoras, barramentos aéreos de subestações, em disjuntores pneumáticos de alta tensão (ar sob pressão) . Usado também rarefeito (disjuntores a vácuo). barramentos aéreos de subestações. disjuntores de alta tensão a vácuo

29 Em contrapartida, o ar apresenta o inconveniente de possibilitar a formação de ozônio(O3) , sob campos elétricos intensos. Sob a ação de descargas corona (efeito corona) , o ar , altamente oxidante, provoca a destruição lenta dos isolantes

30 NITROGÊNIO O nitrogênio (N2), tem uma rigidez dielétrica próxima a do ar nas mesmas condições de pressão e temperatura. A grande vantagem em relação ao ar é a sua inércia química, ou seja, é um gás quimicamente neutro, portanto, não oferece o inconveniente do ar, que contém oxigênio, agente oxidante dos materiais que estão em contato com ele. É utilizado, sob pressão, para preencher transformadores e protegê-los da umidade e oxidação, quando ainda não colocados em operação Quantidades microscópicas de gases aderem as superfícies internas das carcaças dos transformadores antes de as mesmas serem imersas no líquido isolante. Por essa razão, deve ser formada uma atmosfera de N2 ( quimicamente neutro)

31 HIDROGÊNIO A rigidez dielétrica do hidrogênio (H2) é inferior a do ar, aproximadamente 60% Apresenta-se, portanto, como um excelente agente de refrigeração. O hidrogênio é aplicado na refrigeração de alternadores e motores síncronos de grande potência, em substituição ao ar. A ação do hidrogênio como agente de refrigeração é fortalecida pelo seu alto coeficiente de transferência do calor de um corpo sólido para o gás e sua alta condutividade térmica. (veja quadro) Uma vez que o hidrogênio não exerce o efeito oxidante do oxigênio presente no ar, o isolamento da máquina é menos susceptível de envelhecimento térmico. motores síncronos de grande potência

32 Comparativo de propriedades Gases Ar ,N2 ,CO2, H2
Densidade 1 0,97 1,52 0,07 Condutividade térmica 1,08 0,64 6,69 Capacidade calorífica 1,05 0,85 14,35 Coef. De transferência de calor 1,03 1,13 1,51 Rigidez Dielétrica 0,9 0,6

33 Hexafluoreto de Enxofre SF6
A história do Hexafluoreto de Enxofre , SF6, começa em 1900 quando foi pela primeira vez sintetizado, ficando, entretanto, sem grande interesse industrial, até que no inicio da década de 40 foi sugerido a sua utilização como gás isolante em geradores Van de Graaff, durante a Segunda Guerra Mundial. A partir daí o interesse em usa-lo em isolamento elétrico, particularmente em disjuntores, rapidamente cresceu , graças a sua alta rigidez dielétrica, Molécula do gás SF6

34 As principais características do SF6 são as seguintes:
a) é um gás muito pesado, cerca de cinco vezes mais pesado do que o ar. b) não é tóxico, é inodoro e incolor. c) não é inflamável e apresenta uma elevada estabilidade química. d) tem um extraordinário poder extintor de arco, estimado em duas vezes superior ao do ar. e) sua rigidez dielétrica é excelente, nas condições normais de pressão atmosférica; é 2,3 vezes maior do que a do ar: 70 kV/cm (7,0kV/mm).

35 f) a sua condutividade térmica é elevada, o que facilita os problemas de dissipação do calor.
g)equipamentos elétricos isolados com SF6 são mais leves e mais compactos do que aqueles isolados com dielétricos líquidos. h) Em disjuntores de alta tensão os isolados por SF6 apresentam a menor taxa de falhas e necessidade de manutenção.

36 O SF6 apresenta algumas desvantagens:
a) embora o SF6 apresente rigidez dielétrica maior do que a do ar e do nitrogênio, em condições normais de pressão, para igualar-se a um isolante liquido (óleo de transformador), o gás deve ser usado sob condições de pressão elevada. b) necessita portanto de tanques selados, capazes de manter as pressões que serão desenvolvidas pela variação da temperatura, quando do seu uso comercial. c) mesmo sendo o SF6 um gás caracterizado por sua alta estabilidade química, a presença de enxofre (S) em sua molécula, sob de certas condições, pode tornar o gás corrosivo. d) embora o SF6 não seja tóxico, quando decomposto por calor ou pelo arco elétrico desenvolve misturas gasosas que contem ingredientes tóxicos, as quais são incolores e inodoras, dificultando a sua detecção.

37 Os principais campos de aplicação do gás SF6 como dielétricos são os seguintes:
disjuntores de alta tensão subestações blindadas transformadores isolamento de cabos de alta tensão

38 Os disjuntores podem ter uma câmara ou duas câmaras de extinção em série; a extinção do arco se faz sob pressão pneumática (ar comprimido). disjuntor a gás SF6, de fabricação francesa, tensão de 450 kV, com três polos e duas câmaras de extinção em série em cada cabeça.

39 disjuntor a gás SF6 para 1200kV

40 disjuntor a gás SF6 para 800kV subestação não abrigada

41 Uma subestação de 500 kV ao tempo (não abrigada )envolve uma área de terra muito extensa. Existem ainda os fatores ambientais, tais como desmatamentos, poluição ambiental, etc. As subestações abrigadas permitem a redução do volume ocupado, não sofrem ação do tempo, embora os custos sejam mais elevados. Transformador 18kV para 500 kV AC ABB Itaipu

42 Uma subestação blindada ou abrigada (GIS -Gas Insulated Switchgear ), ocupa um volume correspondente a cerca de 10 a 15% do volume que seria ocupada por uma subestação convencional (ao tempo). O gás SF6 também é utilizado em transformadores como fluido de refrigeração, graças a sua grande capacidade de transferência de calor, não inflamabilidade e não toxicidade. Transformadores 500kV AC

43 Nas subestações blindadas ou abrigadas, todos os elementos sob alta tensão (disjuntores, seccionadores, seccionadores de terra, instrumentação de medida, barramentos , as conexões, etc.) que compõe a subestação , todos os suportes isolantes e dielétricos são encerrados dentro de tubos metálicos aterrados e pressurizados com gás SF6 com 4,0 a 5,0 x 105 Pa, constituindo uma blindagem total dos equipamentos Seccionadores de 500kV Subestações abrigadas

44 diminuição da mão de obra para instalação e manutenção
Em resumo, as subestações blindadas isoladas à gás SF6 oferecem as seguintes vantagens quando comparadas as subestações convencionais: espaço reduzido alta confiabilidade diminuição da mão de obra para instalação e manutenção menor custo para Extra Alta Tensão (EAT) e Ultra Alta Tensão (UAT) Como todas as partes energizadas são encerradas em compartimentos aterrados, as subestações blindadas são: insensíveis à poluição externa, nem contaminam o meio ambiente. segura ao contato manual (manutenção) não apresentam rádio interferência (RF interference) Extra-alta tensão (EAT ou EHV) : tensões entre 230 kV e 750 kV  Ultra-alta tensão (UAT ou UHV): tensões superiores a 750 kV

45 Ultimamente vem se desenvolvendo tecnologias visando a utilização do SF6 em cabos de alta tensão, resultante de sua condutividade térmica alta que permite maiores capacidades de condução de corrente. Finalmente, o SF6 é utilizado na isolação de geradores de alta tensão, em aceleradores de partículas, tais como acelerador de Van der Graaff, Betatrons , geradores de nêutrons e em outras pesquisas cientificas.

46 Isolantes ou Dielétricos Líquidos
O conhecimento das propriedades dos líquidos e óleos isolantes é muito importante em engenharia elétrica tendo em vista o largo uso destes materiais como elementos de isolação, arrefecimento (refrigeração) e extinção de arco em transformadores, capacitores, cabos de energia e disjuntores de alta tensão. São considerados líquidos isolantes ou dielétricos aqueles que apresentarem uma elevada resistência à passagem da corrente elétrica. Exemplos são os óleos minerais, derivados do petróleo, os óleos sintéticos e mais recentemente , os óleos isolantes vegetais.

47 Os líquidos dielétricos tecnicamente puros são os que oferecem maior interesse nas aplicações eletrotécnicas, pelo fato de serem livres de água emulsificada (água diluída no líquido) e de partículas sólidas, não formando, sob a ação do campo elétrico, cadeias ou pontes de impurezas, como aquelas que ocorrem nos líquidos contaminados, as quais levam a disrupção elétrica. Os líquidos dielétricos tecnicamente puros apresentam valores bem mais elevados e estáveis para a rigidez dielétrica. (kV/mm)

48 Qualquer porção de água, por menor que seja, afeta sensivelmente o valor da rigidez dielétrica do líquido. O gráfico abaixo mostra a influência da água emulsificada contida no óleo isolante para transformador kV/mm Rigidez Dielétrica Conteúdo de água contida no óleo isolante

49 Um óleo tecnicamente puro, ou seja, isento de impurezas e de umidade, apresenta uma rigidez dielétrica de cerca de três vezes superior a do ar, entretanto, a presença de impurezas, umidade e de produtos ácidos, reduzem esta propriedade de forma considerável. Grandezas Elétricas. Valores Rigidez dielétrica 9,0 a 10,0 kV/mm Constante dielétrica 2 a 2,2 Resistividade 1013 – 1014 .cm Ângulo de perdas (tg d) 0,001

50 Óleo isolante mineral Obtém-se o óleo mineral a partir do petróleo. Os óleos minerais derivados do petróleo constituem a mais antiga classe de isolantes líquidos e apresentam propriedades e comportamentos bem conhecidos. São obtidos a partir da destilação fracionada do petróleo natural, entre as temperaturas de 250 oC a 400 oC. Suas moléculas são constituídas basicamente por carbono e hidrogênio, formando hidrocarbonetos, pertencentes aos seguintes grupos: PARAFÍNICOS (alcanos): são formados de hidrocarbonetos saturados de cadeia aberta linear ou ramificada. Obedece a fórmula geral Cn H2n+2. NAFTÊNICOS (cicloalcanos): são formados de hidrocarbonetos saturados de cadeia fechada, da forma Cn H2n. AROMÁTICOS (anel benzênico): normalmente presentes em pequenas quantidades

51 Os óleos isolantes minerais mais usados são os de origem naftênica uma vez que os óleos naftênicos apresentam um baixo ponto de fluidez (pour point : -50oC ) assim, podem fluir com facilidade, mesmo sob condições de baixa temperatura Propriedades dos óleos isolantes minerais naftenicos Propriedades Cor Amarelo claro Densidade 0,85 a 0,9 g/cm3 Viscosidade oC 100 oC 9,2 cSt ,3 cSt Viscosidade Água 0.89cSt Ponto de inflamação (flash point) > 145 oC Ponto de combustão contínua (fire point) >165 oC Ponto de fluidez ( pour point) -50 oC Calor específico 0,39 cal/g oC Rigidez dielétrica 9,0 a 10,0 kV/mm

52 Estes óleos devem ser altamente estáveis, ter baixa viscosidade (serem bastante líquidos), pois, além de sua função dielétrica de impregnação, devem também transmitir o calor ( função refrigerante). Este é um dos problemas típicos de transformadores, onde o óleo transfere para as paredes do tanque, o calor gerado nos enrolamentos. Óleos mais densos ou de menor fluidez, não podem atender a essas condições.

53 Aplicações dos Óleos Isolantes
A) Transformadores de potência Neste caso o óleo mineral isolante desempenha uma função dupla: 1) Garante o isolamento entre as espiras de uma mesma bobina ou das bobinas em relação ao núcleo e as partes aterradas do transformador. O isolamento elétrico das bobinas é realizado por meio de papel isolante, tipo Kraft, que é um material fibroso. O óleo impregna o papel preenchendo todos os vazios e reforçando assim o isolamento.

54 2) A outra função importante do óleo é a de refrigeração do transformador, ou seja, remove para o exterior, por meio de correntes convectivas, o calor gerado internamente pela corrente elétrica circulante nas bobinas – efeito Joule – e perdas pelos efeitos Foucault e de histerese. Radiadores ou aletas de refrigeração natural

55 Sistemas de refrigeração de transformadores de potencia, isolados com óleo mineral
Radiadores ou aletas de refrigeração natural (ONAN) Sistemas de refrigeração forçada (ONAF)

56 B) Disjuntores Os disjuntores são seccionadores especiais que permitem a abertura de circuitos de potência em condições de carga, como por exemplo, numa situação de curto-circuito. Para tanto seus contatos internos são imersos em fluídos isolantes tais como o óleo mineral ou um gás, como o hexafluoreto de enxofre (SF6) ou próprio ar comprimido. Na abertura dos contatos em carga, manifesta-se um arco entre as partes, onde são desenvolvidas elevadíssimas temperaturas, da ordem de milhares de graus. Como resultado dessa elevação instantânea de temperatura, violentas correntes convectivas são formadas na massa líquida do isolante, fazendo com que, graças ao deslocamento abrupto destas correntes, o arco seja extinto e o espaço entre os contatos seja renovado por uma nova massa líquida de isolante, com elevada rigidez dielétrica. Quando da ocorrência da perfuração num fluido (líquido ou gás) por arco, esta não é irreversível como nos sólidos, uma vez que fluído readquire suas propriedades isolantes.

57 Dentre os disjuntores a óleo tem-se: – Disjuntor a pequeno volume de óleo (PVO) – Disjuntor a grande volume de óleo (GVO) a) Disjuntor a pequeno volume de óleo (PVO) :, Disjuntores a pequeno volume de óleo (PVO): contatos principais operam imersos em óleo, que serve essencialmente para a extinção do arco e não necessariamente para a isolação entre as partes vivas e a terra . Os disjuntores PVO são utilizados em média tensão e alta tensão até 138 kV. A capacidades de ruptura é reduzida , para tensões acima do limite de média tensão

58 . b) Disjuntor a grande volume de óleo (GVO)
Disjuntores a grande volume de óleo (GVO): contatos principais operam imersos em óleo, em quantidade suficiente para a isolação entre as partes vivas e a terra. Os disjuntores GVO são usados em média e alta tensão até 230kV.

59 C) Capacitores A função do óleo nesta aplicação é reforçar o isolamento, ou seja, impregnar o papel utilizado como dielétrico entre as placas do capacitor, contribuindo também no processo de arrefecimento do equipamento. Observa-se que o óleo é confinado no capacitor, o qual é totalmente selado, ficando assim ao abrigo do ar e da umidade, não podendo ser substituído, nem tratado.

60 D) Cabos de alta tensão Nesta aplicação a função do óleo mineral é também reforçar o isolamento, impregnando o papel , impedindo a penetração da umidade e a presença de ar pelos vazios do material ( entre as fibras de celulose). Trata-se de um tipo especial de isolação denominado de “estratificado”, e onde o papel é disposto em camadas sobre o condutor, daí o nome estratificado. O óleo é mantido no interior do cabo sob pressão, através de um duto central e dos tanques reguladores externos. Isolante de papel impregnado

61 Cabos de alta tensão isolados com papel impregnado com oleo mineral representam o mais antigo tipo de cabo de energia isolado, mas de uso ainda corrente . O isolante de papel deve ser totalmente impregnado com um dielétrico liquido como óleo mineral ou óleo sintético . Uma folha fina de chumbo ou alumínio é em geral aplicada sobre a isolação de modo a evitar o ingresso de agua ou umidade no isolante de papel, que é muito sensível a agua (elevada higroscopia ) A tecnologia OF vem sendo substituída pela tecnologia dos cabos extrudados, isolados em XLPE (polietileno termofixo reticulado) Este tipo de isolamento dispensa o uso de óleo e dos tanques reguladores de óleo, pois é realizado pelo XLPE XLPE cabo  de 345 kV com XLPE cabo OF de 345 kV

62 Os circuitos da linha Xavantes—Bandeirantes (SP) receberam cabos OF de 345 kV, montados com condutores de cobre com seção de mm². As iniciais OF vêm do inglês Oil Filled (ou óleo fluido ) e indicam cabos cuja isolação é composta por  diversas camadas de papel sobrepostas e impregnadas com óleo, protegidos por uma cobertura metálica de alumínio. Também o condutor apresenta um canal interno preenchido com óleo, outro recurso que contribui para a estabilidade da isolação.

63 Óleos Isolantes Sintéticos
Dentre os óleos isolantes sintéticos desenvolvidos para substituírem os óleos isolantes minerais, o chamado Askarel , ocupou lugar de destaque. O  Askarel ou Ascarel é o nome comercial (Monsanto) do óleo isolante não inflamável, resultante de uma mistura de hidrocarbonetos derivados de petróleo, contendo : Alocloro 124, uma bifenila policlorada (PCB). Trata-se de uma substância altamente tóxica e persistente, cujo uso está sendo abolido, nos termos da Convenção de Estocolmo, em razão dos danos que pode causar à vida humana e ao meio ambiente. Estrutura química dos PCBs. bifenila policlorada Convenção de Estocolmo sobre Poluentes Orgânicos Persistentes.  A Convenção de Estocolmo é um tratado internacional assinado em 2001em Estocolmo, Suécia. Proibiu totalmente o uso de Askarel no Mundo. O Brasil é um de seus signatários.

64 O Ascarel ou Askarel é utilizado como óleo isolante sintético em equipamentos elétricos, sobretudo transformadores. A instalação de novos equipamentos que utilizem Ascarel foi proibida no Brasil em 1981, mas ainda existem muitos equipamentos (alguns ainda em uso ) abandonados contendo esse produto, notadamente em subestações e em edifícios industriais. O Ascarel contém cerca de 40-60% de PCB.  Os PCBs são considerados carcinogênicos, afetando sobretudo fígado, baço e rins. Além disso, podem causar danos irreversíveis ao sistema nervoso central.

65 Aroclor, Therminol Monsanto USA Interteen Westinghouse Electric USA
Outras denominações para o Askarel ( Trade Mark da Monsanto Chemical USA ) Aroclor, Therminol Monsanto  USA Interteen Westinghouse Electric USA Pyranol, Pyrenol General Electric  USA Chlorextol Allis-Chalmers  USA Dykanol Cornell-Dubilier USA Noflamol Wagner Electric USA Sovol, Sovtol Orgsteklo, Orgsintez  Rússia Kanechlor Kanegafuchi  Japão Santotherm Mitsubishi  Japão Clophen Bayer  Alemanha Orophene Deutsche Soda Verkm-VEB  Alemanha Pyralene, Phenoclor Prodolec  França Fenclor, Apirolio Caffaro  Itália Delorene, Delor, Hydelor outros fabricantes Em transformadores, o Askarel está sendo substituído por óleos sintéticos isolantes à base de silicone, por tecnologias de isolação a seco , a partir de resinas termofixas de elevada rigidez dielétrica e por óleos isolantes vegetais ecológicos (transformadores verdes )

66 Óleo isolante vegetal biodegradável
O óleo vegetal isolante (OVI) além de atender às características dielétricas e refrigerantes apresenta algumas vantagens em relação ao óleo mineral isolante (OMI), principalmente, por ser considerado fluido de segurança, ser biodegradável , não inflamável e ser proveniente de fonte renovável. A principal fonte vegetal utilizada atualmente para produção de óleo vegetal, como líquido dielétrico na indústria de transformadores tem sido a Soja.

67 Semente oleaginosa da Soja
Reação de Esterificação glicerol ácidos graxos gordura ou óleo ( Triacilglicerois ) Semente oleaginosa da Soja Triacilglicerol

68 No entanto, a soja é uma das principais commodities do agronegócio brasileiro utilizada na indústria de alimentos, tanto humana como animal. O Crambe (Crambe abyssinica ) surge neste contexto com elevado potencial supridor de óleo vegetal isolante (OVI), sendo esta uma cultura inovadora no setor do agronegócio brasileiro, não compete com oleaginosas utilizadas na alimentação e também não ocupa terras agricultáveis que poderiam ser utilizadas para produção de alimentos (Soja). Crambe (Crambe abyssinica )

69 O primeiro protótipo de transformador preenchido com óleo vegetal foi instalado em 1996.
Desde então, mais de transformadores de distribuição (transformadores de potência, são mais de 500) já foram instalados, em vários países. No Brasil, a concessionária de energia elétrica CPFL, implantou o Projeto “Transformador Verde”, que utiliza o óleo isolante vegetal ENVIROTEMP®FR3™, fabricado pela Cooper Power Systems.

70 Transformador (verde) (25 MVA) instalado na subestação da concessionária de energia CEMIG, preenchido com óleo isolante vegetal BIOTEMP®, produzido pela ABB (138kV)

71 Embora o custo dos transformadores verdes seja, em média, 5 a 10% mais elevado do que os equipamentos tradicionais, seus benefícios são compensatórios: A) O óleo isolante vegetal biodegradável utilizado nos transformadores verdes não é inflamável na temperatura de operação a que são expostos, devido a alta estabilidade térmica e ponto de combustão muito acima dos óleos minerais.

72 B) Apresenta melhor eficiência na troca térmica por ter características térmicas superiores , o que contribui para a ampliação da vida útil do equipamento permitindo também ampliar a potência do transformador, que passa a comportar mais kVA por quilo : 30% superior em relação a um equipamento tradicional, com notável redução das falhas técnicas.

73 O óleo isolante mineral se decompõe em 15 anos .
C) Além disso, sua principal vantagem se refere a eventuais casos de acidentes ambientais. Nestas situações, se houver vazamento do óleo vegetal biodegradável, o mesmo se decompõe naturalmente em apenas 45 dias, diminuindo assim os impactos causados ao meio ambiente. O óleo isolante mineral se decompõe em 15 anos . Norma ABNT para óleos isolantes novos de origem vegetal : NBR 15422, “Óleo Vegetal Isolante para Equipamentos Elétricos”. Essa norma especifica o OVI novo para uso como dielétrico e refrigerante em equipamentos elétricos novos ou usados

74 Rigidez Dielétrica kV/mm @ 25oC 42 ~ 48 45 9 ~10
Comparativo entre os óleos isolantes vegetais mais utilizados em isolação e refrigeração de transformadores de distribuição e de potência ( subestações) Propriedades Envirotemp FR3 Biotemp ABB OMI Rigidez Dielétrica kV/mm @ 25oC 42 ~ 48 45 9 ~10 Fator de dissipação 25oC 0,020 0,015 0,010 Resistividade W . cm 3x10 12 10 13 Permissividade 3.2 3.0 2.0 a 2.2 Flash point ( pto fulgor ) oC 310 ~330 330 145 Fire point ( pto.combustão) oC 350~360 360 165 Pour point (pto. Fluidez ) oC -24 ~ -21 -15 ~-25 -50 Conteúdo de PCB Não detectável Viscosidade cSt. 40oC 50 10 (Viscosidade Água 0.89cSt ) 1 centiPoise = 1 centiStocke PCB: Bifenila Policlorada

75 Exercício : Faça uma breve pesquisa sobre os isolantes líquidos conhecidos como vernizes ( resinas + solventes) , classificando-os como : Vernizes de impregnação Vernizes de colagem Vernizes de recobrimento ou revestimento