MATERIAIS ELÉTRICOS ISOLANTES - PARTE 2

 

Tabela 4.1 - Classificação dos materiais isolantes em relação à sua estabilidade térmica em serviço (NBR 7034)

Classe	Temperatura máxima admissível em serviço
Y(O)	90°C (algodão, seda e papel sem impregnação)
A	105°C (idem impregnados)
E	120°C ( alguns vernizes, esmaltes e fibras)
B	130°C (mica, asbesto com aglutinante, EPR)
F	155° C (mica, fibra de vidro com algutinante)
H	180° C (elastômeros de silicato)
C	> 180°C (porcelana, vidro, quartzo, cerâmicas)

Reconhece-se que os materiais isolantes poderão não suportar as temperaturas a eles atribuídas na classificação se estas forem mantidas durante tempo ilimitado. Essas temperaturas todavia são tais que permitirão uma duração adequada do material se forem mantidas durante longos períodos de tempo com temperatura mais baixa.

As normas de equipamento elétrico especificam geralmente a elevação de temperatura permissível acima do ar ambiente ou de outro meio refrigerante.

4.3.1 - Isolantes gasosos

O isolante gasoso de maior uso é sem dúvida o ar, excetuando-se algumas aplicações de gases especiais, notadamente o SF6, hexafluoreto de enxofre.

O ar, como isolante, é amplamente usado entre todos os condutores sem isolamento sólido ou líquido, como, por exemplo, nas redes elétricas de transmissão e eventualmente de distribuição, onde os condutores são fixados a certa altura através de cruzetas, ou de braços, os quais, fixos a postes ou torres, são equipados com isoladores (de porcelana, vidro ou resina com borracha). Entre esses condutores nus, o isolamento é somente o ar, de tal modo que o afastamento entre os fios ou cabos é, entre outros fatores, conseqüência da rigidez dielétrica do ar. Esse valor varia acentuadamente com as condições de umidade, impurezas e temperatura. Seu valor a seco e limpo, a 20oC, é de 45kV/mm; decresce, entretanto, rapidamente, a 3kV/mm, sob ação da umidade, de contaminações provenientes de poluição, da pressão atmosférica e da temperatura, fatores normais no ambiente externo e, conseqüentemente, esse valor precisa ser considerado nos projetos.

O afastamento entre condutores não é, porém, apenas função das características elétricas, mas também das mecânicas e de agentes, tais como ventos e outros, que vão determinar, em conjunto, a menor distância entre dois cabos.

Outro gás de uso bastante recente é o já mencionado hexafluoreto de enxofre, cujas características são apresentadas a seguir:

Peso molecular: 146,05

Condutividade térmica à pressão atmosférica: 1,4W/cmK a 40°C

Viscosidade (em CP) à pressão atmosférica: 0,015 a 25°C

Capacidade de ruptura: 100A à 1 atm. de pressão

Fator de perdas: tg ơ < 10-3a – 50°C

tg ơ < 2 x 10-7a 25°C

Tensão de ruptura: 125kV a 2 atmosferas de pressão com afastamento de 10mm.

4.3.2 - Isolantes líquidos

Os isolantes líquidos atuam geralmente em duas áreas, ou seja a refrigeração e a isolação. Seu efeito refrigerante é o de retirar o calor gerado internamente ao elemento condutor, transferindo-o aos radiadores de calor, mantendo, assim, dentro de níveis admissíveis o

aquecimento do equipamento.

No uso diário destacam-se os isolantes líquidos enunciados a seguir.

Óleo mineral Obtenção: obtém-se o óleo mineral a partir do petróleo e, eventualmente, também de outros produtos sedimentares, sendo constituído basicamente de misturas de hidrocarbonatos, gorduras e outras deposições. Seu cheiro é desagradável, de coloração preto-azulada ou marrom, com uma composição dependente do local em que é encontrado. Fundamentalmente se compõe de:

- metana, ou óleos parafinados do qual se extrai 3 a 8% de parafina sólida;

- nafta;

- mistura de dois anteriores.

Características

· Ponto de chama: aquecendo-se o óleo gradativamente até temperaturas mais elevadas, começam a aparecer vapores. Por ponto de chama se caracteriza uma certa temperatura, à qual os vapores formam uma chama, se desses vapores aproximarmos uma chama de ignição. A chama formada nos vapores porém, se extingue imediatamente após o afastamento da chama de ignição.

· Ponto de queima: esse é um ponto térmico superior ao anterior, no qual a chama já não se extingue mais, após afastada a chama de ignição. Seu valor costuma ser 30 a 50 oC superior ao ponto de chama.

· Ponto de ignição: é o valor de temperatura, no qual os vapores se incandescem por si mesmos.

· Ponto de solidificação: é o valor de temperatura, em que o óleo deixa de escorrer sob a ação do seu peso próprio, tornando-se denso. O ponto de solidificação é um valor característico a baixas temperaturas.

· Viscosidade: entende-se por viscosidade a resistência existente entre duas camadas adjacentes de um líquido. O uso dos óleos para determinadas aplicações técnicas depende acentuadamente do seu valor de viscosidade. Assim, devem ser pouco viscosos, os óleos destinados a máquinas leves e de alta velocidade, bem como os óleos para transformadores e dispositivos de comando (disjuntores, interruptores). Já em equipamentos que trabalham com pressões elevadas, é necessário o uso de óleos pesados (ou de maior viscosidade). Óleos para máquinas de refrigeração e óleos isolantes, usados em equipamentos ao ar livre, precisam ainda ter adequada viscosidade quando da queda da temperatura ambiente.

· Coeficiente de acidez e de neutralização: É a medida para ácidos orgânicos livres, existentes no óleo, indicando a quantidade de KOH por miligrama (mg) que é necessária para neutralizar a acidez de 1 g de óleo.

· Coeficiente de saponificação: Indica a quantidade de KOH (em mg) necessária para eliminar ácidos e ésteres livres ligados a ácidos, para cada grama de óleo (1 g óleo). O número de saponificação é uma referência para determinar o envelhecimento ocorrido no óleo, ou senão, pode servir para constatar a existência de óleos gordurosos no óleo mineral.

· Coeficiente de oxidação: É outro valor indicativo do envelhecimento. Seu valor não deve ultrapassar 0,1%. O coeficiente de oxidação depende do regime térmico em que o óleo vai trabalhar, da ação de metais sobre as características do óleo e de outros agentes.

Os óleos minerais isolantes são processados através de uma rigorosa purificação. Seu uso está concentrado nos transformadores, cabos, capacitores e chaves a óleo. 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. 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 não podem atender a essas condições. No caso dos dispositivos de comando, o óleo deve fluir rapidamente entre os contatos entreabertos, para extinguir rapidamente o arco voltaico. Em cabos e capacitores, o óleo deve também fluir com facilidade, para impregnar totalmente o papel isolante empregado, deslocando e eliminando assim a presença de água e de bolsas de ar em produtos fibrosos, como é o caso dos papéis. Para esse problema, a tensão superficial do líquido também deve ser suficientemente baixa, tensão essa cujo valor depende do grau de purificação. Quanto maior o grau de purificação, maior a tensão superficial.

A viscosidade recomendada em cada aplicação consta de normas técnicas, devidamente relacionada com a temperatura, sobretudo a temperatura máxima admissível. Assim, o ponto de chama varia de 130 a 145°C.

No caso de óleo para cabos, distinguem-se os papéis impregnados com óleo (óleos grossos) e os cabos em óleo fluido (O.F.) (óleos finos). A Tab. (4.2) apresenta alguns valores característicos desses óleos.

O fator de perdas de bons óleos isolantes, a 20°C, é de aproximadamente 0,001, dependendo porém acentuadamente da temperatura. Para os cabos, o tg ơ deve ser baixo, para não provocar aquecimento excessivo da isolação do cabo. O mesmo vale para capacitores.