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ESPECIFICAÇÃO
TÉCNICA
ABNT
IEC/TS
60815-1
Primeira edição
15.12.2014
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Válida a partir de
15.01.2015
Seleção e dimensionamento de isoladores para
alta-tensão para uso sob condições de poluição
Parte 1: Definições, informações e princípios gerais
Selection and dimensioning of high voltage insulators intended for use in
polluted conditions
Part 1: Definitions, information and general principles
ICS 29.080.10
ISBN 978-85-07-05280-7
Número de referência
ABNT IEC/TS 60815-1:2014
56 páginas
© IEC 2008 - © ABNT 2014
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Sumário
Página
Prefácio Nacional................................................................................................................................iv
1
Escopo e objetivo................................................................................................................1
2
Referências normativas......................................................................................................2
3
Termos, definições e abreviações.....................................................................................2
3.1
Termos e definições............................................................................................................2
3.2
Abreviações.........................................................................................................................5
4
Abordagens propostas para a seleção e o dimensionamento de um isolador.............5
4.1
Introdução............................................................................................................................5
4.2
Abordagem 1.......................................................................................................................6
4.3
Abordagem 2 ......................................................................................................................6
4.4
Abordagem 3.......................................................................................................................6
5
Parâmetros de entrada para a seleção e dimensionamento de um isolador................8
6
Requisitos do sistema........................................................................................................9
7
Condições ambientais......................................................................................................10
7.1
Identificação dos tipos de poluição................................................................................10
7.1.1
Poluição tipo A..................................................................................................................10
7.1.2
Poluição tipo B.................................................................................................................. 11
7.2
Tipos gerais de ambientes............................................................................................... 11
7.3
Severidade da poluição....................................................................................................12
8
Avaliação da severidade da poluição local (SPL)..........................................................13
8.1
Severidade da poluição local...........................................................................................13
8.2
Métodos de avaliação da severidade da poluição local................................................13
8.3
Classes de severidade da poluição local (SPL).............................................................14
9
Seleção do isolamento e dimensionamento...................................................................19
9.1
Descrição geral do processo...........................................................................................19
9.2
Diretriz geral dos materiais..............................................................................................19
9.3
Diretriz geral dos perfis....................................................................................................20
9.4
Considerações quanto à distância de escoamento e quanto ao comprimento
do isolador.........................................................................................................................22
9.5
Considerações para aplicações ou ambientes excepcionais ou específicos.............22
9.5.1
Isoladores com núcleo oco..............................................................................................22
9.5.2
Regiões áridas...................................................................................................................23
9.5.3
Efeito de proximidade.......................................................................................................23
9.5.4
Orientação..........................................................................................................................23
9.5.5
Manutenção e métodos paliativos...................................................................................24
Anexo A (informativo) Fluxograma representando as abordagens de projeto..............................25
Anexo B (informativo) Mecanismos de descarga devido à poluição..............................................28
B.1
Descrição do mecanismo de descarga devido à poluição tipo A.................................28
B.2
Descrição do mecanismo de descarga devido à poluição tipo B................................29
B.2.1
Névoa condutiva................................................................................................................29
B.2.2
Fezes de pássaros em forma de fita................................................................................30
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B.3
Mecanismo de descarga devido à poluição em superfícies hidrofóbicas...................30
Anexo C (informativo) Medição de DDSE e DDNS............................................................................31
C.1
Introdução..........................................................................................................................31
C.2
Material necessário para medir o grau da poluição.......................................................32
C.3
Métodos de coleta de poluição para medição da DDSE e da DDNS............................32
C.3.1
Geral...................................................................................................................................32
C.3.2
Procedimento utilizando a técnica do esfregão.............................................................33
C.3.3
Procedimento usando a técnica da lavagem (isoladores tipo disco)..........................33
C.4
Determinação da DDSE e da DDNS.................................................................................34
C.4.1
Cálculo da DDSE...............................................................................................................34
C.4.2
Cálculo da DDNS...............................................................................................................36
C.5
Análise química dos poluentes........................................................................................37
Anexo D (normativo) Avaliação da severidade da poluição tipo B.................................................38
D.1
Introdução..........................................................................................................................38
D.2
Avaliação da SEL para poluição tipo B utilizando a medição da corrente de fuga....38
D.2.1
Medição da condutância superficial................................................................................38
D.2.2
Medição da corrente de fuga superficial.........................................................................38
D.2.3
Calibração pelo ensaio de névoa salina.........................................................................38
D.3
Avaliação da SEL para poluição tipo B pela medição da descarga disruptiva
devido ao estresse do isolador........................................................................................39
D.4
Como determinar a SPL para poluição tipo B................................................................39
Anexo E (normativo) Medições com o coletor do depósito direcional de poeira.........................41
E.1
Introdução..........................................................................................................................41
E.2
Procedimento de medição................................................................................................42
E.3
Determinação da classe da SPL a partir das medições com o CDDP.........................43
E.4
Correção para as influências climáticas.........................................................................44
Anexo F (normativo) Uso dos métodos de ensaio laboratoriais.....................................................45
Anexo G (normativo) Abordagens determinísticas e estatísticas para a severidade do
ensaio de poluição artificial e critério de aceitação......................................................47
G.1
Linhas gerais.....................................................................................................................47
G.2
Abordagem determinística...............................................................................................47
G.3
Abordagem estatística......................................................................................................48
Anexo H (informativo) Exemplo de questionário para coleta de informações sobre
o comportamento de isoladores em áreas poluídas.....................................................50
Anexo I (informativo) Fator de forma.................................................................................................54
Anexo J (informativo) Correspondência entre distância de escoamento específica e DEEU......55
Bibliografia..........................................................................................................................................56
Figuras
Figura 1 – Severidade da poluição local tipo A – Relação entre DDSE/DDNS e SPL
para o isolador de referência tipo disco.........................................................................16
Figura 2 – Severidade da poluição local tipo A – Relação entre DDSE/DDNS e
SPL para o isolador de referência tipo bastão...............................................................16
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Figura 3 – Severidade da poluição local tipo B – Relação entre SEL e SPL
para isolador de referência ou monitor...........................................................................17
Figura C.1 – Cadeias para medição da DDSE e da DDNS..............................................................32
Figura C.2 – Retirada de poluentes da superfície de isoladores...................................................33
Figura C.3 – Valor de b.......................................................................................................................35
Figura C.4 – Relação entre σ20 e Sa..................................................................................................35
Figura C.5 – Procedimento para medição da DDNS.......................................................................37
Figura E.1 – Coletores para depósito direcional de poeira............................................................41
Figura G.1 – Ilustração para projeto baseado na abordagem determinística..............................48
Figura G.2 – Conceito estresse/rigidez para o cálculo do risco de descarga sob poluição.......48
Figura I.1 – Fator de forma................................................................................................................54
Tabelas
Tabela 1 – As três abordagens para seleção e dimensionamento de isoladores..........................7
Tabela 2 – Parâmetros de entrada para seleção e dimensionamento de isoladores.....................8
Tabela 3 – Índice do recipiente para depósito direcional de poeira em relação
à classe de SPL.................................................................................................................17
Tabela 4 – Correção da classe da severidade da poluição local em função dos níveis de
DNS do RDDP....................................................................................................................17
Tabela 5 – Exemplos de ambientes típicos......................................................................................18
Tabela 6 – Perfis típicos e suas características principais............................................................20
Tabela E.1 – Índice de poluição obtido com medições do coletor direcional do depósito
de poeira em relação à classe da severidade local da poluição..................................43
Tabela E.2 – Fatores de correção da classe da severidade local da poluição
em função dos níveis de DNS medidos com o CDDP...................................................44
Tabela J.1 – Correspondência entre a distância de escoamento específica e
a distância de escoamento específica unificada...........................................................55
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ABNT IEC/TS 60815-1:2014
Prefácio Nacional
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o Foro Nacional de Normalização. As Normas
Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB), dos Organismos
de Normalização Setorial (ABNT/ONS) e das Comissões de Estudo Especiais (ABNT/CEE), são
elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas pelas partes interessadas no tema objeto da
normalização.
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Os Documentos Técnicos ABNT são elaborados conforme as regras da Diretiva ABNT, Parte 2.
A ABNT chama a atenção para que, apesar de ter sido solicitada manifestação sobre eventuais direitos
de patentes durante a Consulta Nacional, estes podem ocorrer e devem ser comunicados à ABNT a
qualquer momento (Lei nº 9.279, de 14 de maio de 1996).
Ressalta-se que Normas Brasileiras podem ser objeto de citação em Regulamentos Técnicos. Nestes
casos, os Órgãos responsáveis pelos Regulamentos Técnicos podem determinar outras datas para
exigência dos requisitos desta Norma, independentemente de sua data de entrada em vigor.
A ABNT IEC/TS 60815-1 foi elaborada no Comitê Brasileiro de Eletricidade (ABNT/CB-03),
pela Comissão de Estudo de Isoladores para Linhas Aéreas e Subestações (CE-03:036.01). O Projeto
circulou em Consulta Nacional conforme Edital nº 09, de 12.09.2014 a 13.10.2014, com o número
de Projeto 03:036.01-070.
Esta Especificação Tecnica é uma adoção idêntica, em conteúdo técnico, estrutura e redação,
à IEC/TS 60815-1:2008 Ed 1.0, que foi elaborada pelo Technical Committee Insulators (IEC/TC 36),
conforme ISO/IEC Guide 21-1:2005.
Esta parte da ABNT IEC/TS 60815 e a ABNT IEC/TS 60815-2 cancelam e substituem a
ABNT IEC/TS 60815:2005.
A ABNT IEC/TS 60815, sob o título geral “Seleção e dimensionamento de isoladores para alta-tensão
para uso sob condições de poluição”, tem previsão de conter as seguintes partes:
—— Parte 1: Definições, informações e princípios gerais;
—— Parte 2: Isoladores de porcelana e de vidro para sistemas de corrente alternada;
—— Parte 3: Isoladores poliméricos para sistemas de corrente alternada.
O Escopo desta Norma Brasileira em inglês é o seguinte:
Scope
ABNT IEC/TS 60815-1, which is a Technical Specification, is applicable to selection of insulators,
and the determination of their relevent dimensions, to be used in high-voltage systems with respect
to pollution. For the purpose of this specification, the insulators are divided into the following broad
categories, each dealt with in a specific part as follows:
—— ABNT IEC/TS 60815-2 – Ceramic and glass insulators for a. c. systems;
—— ABNT IEC/TS 60815-3 – Polymeric insulators for a. c. systems;
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ABNT IEC/TS 60815-1:2014
—— IEC/TS 60815-4 – equivalent to 60815-2 for d.c. systems1;
—— IEC/TS 60815-5 – equivalent to 60815-3 for d.c. systems1.
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This part of ABNT IEC/TS 60815 gives general definitions, methods for the evaluation of pollution site
severity (SPS) and outlines the principles to arrive at an informed judgement on the probable behaviour
of a given insulator in certain pollution enviroments.
This Technical Specifications is generally applicable to all types of external insulation, including
insulation forming part of others apparatus. The term “insulator” is used hereafter to refer to any type
of insulator.
CIGRE C4 documents [1], [2], [3]2 , form a useful complement to this Technical Specification for those
wishing to study in greater depth the performance of insulators under pollution.
This Technical Specification does not deal with the effects of snow, ice or altitude on polluted insulators.
Although this subject is dealt with by CIGRE [1], [4] current knowledge is very limited and practice is
too diverse.
The object of this technical specification is to
●●
understand and identify parameters of the system, application, equipment and site influencing the
pollution behaviour of insulators,
●●
understand and choose the appropriate approach to the design and selection of the insulator
solution, based on available data, time and resources,
●●
characterize the type of pollution at a site and determine the pollution severity (SPS),
●●
determine the reference unfied specific creepage distance (USCD) from the SPS,
●●
determine the corrections to the “reference” USCD to take into account the specific properties
(notably insulator profile) of the “candidate” insulators for the site, application and system type,
●●
determine the relative advantages and disadvantages of the possible solutions,
●●
assess the need and merits of “hybrid” solutions or palliative measures,
●●
if required, determine the appropriate test methods and parameters to verify the perfomance of
the selected insulators.
1
At the time of writing these projects have yet to be initiated.
2
References in square brackets refer to the bibliography.
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ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA
ABNT IEC/TS 60815-1:2014
Seleção e dimensionamento de isoladores para alta-tensão para uso sob
condições de poluição
Parte 1: Definições, informações e princípios gerais
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1 Escopo e objetivo
A ABNT IEC/TS 60815-1 é uma Especificação Técnica aplicável à seleção de isoladores, e na determinação de suas dimensões principais, a serem usados em sistemas de alta-tensão para áreas poluídas.
Para os efeitos desta Especificação Técnica, os isoladores são divididos nas seguintes categorias principais, cada uma com sua parte específica:
—— ABNT IEC/TS 60815-2 – Isoladores de porcelana e de vidro para sistemas de corrente alternada;
—— ABNT IEC/TS 60815-3 – Isoladores poliméricos para sistemas de corrente alternada;
—— IEC/TS 60815-4 – equivalent to 60815-4 for d.c. systems1
—— IEC/TS 60815-5 – equivalent to 60815-5 for d.c. systems.1
Esta Parte da ABNT IEC/TS 60815 fornece definições gerais, métodos para a avaliação da severidade
da poluição local (SPL) e ressalta os princípios que permitem uma avaliação consistente do provável
comportamento de um determinado isolador em um certo ambiente poluído.
Esta Especificação Técnica é geralmente aplicável a todos os tipos de isolamento para uso externo,
incluindo o isolamento que faz parte de outros equipamentos. O termo “isolador” é usado a seguir
como referência a qualquer tipo de isolador.
Os documentos do CIGRÉ C4 [1], [2], [3]2 se constituem em complemento útil para esta Especificação
Técnica para as pessoas que querem estudar, com maior profundidade, o desempenho de isoladores
sob poluição.
Esta Especificação Técnica não leva em consideração os efeitos de neve, gelo ou altitude nos isoladores poluídos. Embora esse assunto seja debatido pelo CIGRÉ [1], [4], o conhecimento atual é muito
limitado e a prática é bastante diversa.
O objetivo desta Especificação Técnica é
●●
entender e identificar parâmetros do sistema, aplicação, equipamentos e local que possam
influenciar o comportamento dos isoladores sob poluição;
●●
entender e escolher a melhor abordagem para o projeto e seleção do isolador mais indicado,
com base nos dados disponíveis, tempo e recursos;
●●
caracterizar o tipo da poluição em um local e determinar a severidade da poluição local (SPL);
●●
determinar a distância de escoamento específica unificada (DEEU) de referência a partir da SPL;
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1
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●●
determinar as correções para o valor de referência de DEEU, para levar em consideração
as propriedades específicas (principalmente o perfil do isolador) dos isoladores candidatos à
instalação em um determinado local, aplicação e tipo de sistema;1, 2
●●
determinar as vantagens e desvantagens relativas de possíveis soluções;
●●
estimar a necessidade e os méritos de soluções “híbridas“ ou medidas paliativas;
●●
se necessário, determinar os métodos de ensaio apropriados e os parâmetros para verificar
o desempenho dos isoladores selecionados.
2 Referências normativas
Os documentos relacionados a seguir são indispensáveis à aplicação deste documento.
Para referências datadas, aplicam-se somente as edições citadas. Para referências não datadas,
aplicam-se as edições mais recentes do referido documento (incluindo emendas).
IEC 60038, IEC standard voltages
NOTA BRASILEIRA
No Brasil, pode ser utilizada a ABNT NBR 6939.
IEC 60050-471, International Electrotechnical Vocabulary – Part 471: Insulators
NOTA BRASILEIRA
No Brasil, pode ser utilizada a ABNT NBR 5472.
IEC 60305, Insulators for overhead lines with a nominal voltage above 1 000 V – Ceramic or glass
insulators units for a.c systems – Characteristics of insulator units of the cap and pin type
NOTA BRASILEIRA
No Brasil, pode ser utilizada a ABNT NBR 7109.
IEC 60433, Insulators for overhead lines with a nominal voltage above 1 000 V – Ceramic insulators
for a.c. systems – Characteristics of insulator units of the long rod type
NOTA BRASILEIRA
No Brasil, pode ser utilizada a ABNT NBR 12459.
IEC 60507:1991, Artificial pollution tests on high-voltage insulators to be used on a.c. systems
NOTA BRASILEIRA A edição em vigor atualmente é a IEC 60507:2013, ed. 3.0. No Brasil, pode ser
utilizada a ABNT NBR 10621.
IEC/TS 61245, Artificial pollution tests on high-voltage insulators to be used on d.c. systems
3 Termos, definições e abreviações
3.1 Termos e definições
Para os efeitos deste documento, aplicam-se os seguintes termos, definições e abreviações.
As definições abaixo são aquelas que não aparecem na IEC 60050-471 ou diferem daquelas dadas
na IEC 60050-471.
1
No momento em que esta Norma estava sendo escrita, os projetos estavam sendo iniciados.
2
Números entre colchetes se referem à bibliografia.
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3.1.1
isolador de referência tipo disco
isolador disco U120B ou U160B (de acordo com a IEC 60305), normalmente usado em cadeias
com 7 ou 9 isoladores para medir a severidade da poluição local
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3.1.2
isolador de referência tipo bastão
isolador bastão L100 (de acordo com a IEC 60433) com saias planas sem nervuras, usado para medir
a severidade da poluição local, tendo um ângulo de topo da saia entre 14° e 24° e um ângulo na parte
inferior da saia entre 8° e 16°, sendo necessárias pelo menos 14 saias
3.1.3
corpo
parte isolante central de um isolador, projetada para suportar as características mecânicas e da qual
se projetam as saias
NOTA
Também conhecido como tronco em isoladores de pequenas dimensões.
3.1.4
saia
parte isolante, que se projeta do corpo do isolador, destinada a aumentar a distância de escoamento
NOTA
Alguns exemplos típicos de perfis de saias podem ser vistos em 9.3.
3.1.5
distância de escoamento
menor distância, ou soma das menores distâncias ao longo do contorno da superfície externa
do corpo isolante do isolador, entre as partes que normalmente são submetidas à tensão de operação
do sistema
NOTA 1 A superfície de cimento ou de outro material de ligação não isolante não é considerada parte
integrante da distância de escoamento.
NOTA 2 Se um revestimento de alta resistividade for aplicado a seções da parte isolante de um isolador,
tais seções são consideradas superfícies efetivamente isolantes, e a distância entre elas é incluída na distância de escoamento.
[IEV 471-01-04, modificada]
3.1.6
distância de escoamento específica unificada
DEEU
distância de escoamento de um isolador dividida pelo valor eficaz da máxima tensão de operação
ao longo do isolador
NOTA 1 Esta definição difere da definição de distância de escoamento específica na qual o valor da tensão
fase-fase da máxima tensão de operação foi utilizado. Para isolamento fase-terra, essa definição implica em
valores que são 3 vezes maiores que os valores indicados pela definição de distância de escoamento
específica da ABNT IEC/TR 60815 (2005).
NOTA 2
Para ‘Um’, ver IEV 604-03-01 [5]
NOTA 3
Geralmente, expressa em mm/kV e, usualmente, expressa como um valor mínimo.
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3.1.7
parametros do isolador
conjunto de parâmetros geométricos que têm uma influência sobre o desempenho de poluição
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3.1.8
densidade de depósito de sal
quantidade de cloreto de sódio (NaCl) em um depósito artificial em uma determinada superfície de um
isolante (peças de metal e materiais de montagem não constam nesta superfície) dividida pela área
desta superfície, geralmente expressa em mg/cm2
3.1.9
densidade superficial de depósito de sal equivalente
DDSE
quantidade de cloreto de sódio (NaCl) que, quando dissolvida em água desmineralizada,
fornece a mesma condutividade volumétrica do depósito natural de poluente removido de uma dada
superfície do isolador dividida pela área dessa superfície, sendo geralmente expressa em mg/cm2
3.1.10
densidade superficial de depósito não solúvel
DDNS
quantidade de resíduos não solúveis removidos de uma dada superfície do isolador dividida pela área
dessa superfície, geralmente expressa em mg/cm2
3.1.11
salinidade equivalente local
SEL
valor da salinidade do ensaio de névoa salina de acordo com a IEC 60507 que fornece valores de pico
de corrente de fuga, em um isolador semelhante, como verificado sob mesma tensão, com poluição
natural no local, geralmente expressa em kg/m3
3.1.12
índice do depósito de poeira solúvel
IDPS
condutividade volumétrica, geralmente expressa em µS/cm, dos poluentes coletados por um recipiente
para coleta de depósito de poeira durante um determinado período de tempo, quando esses poluentes
estão dissolvidos em uma determinada quantidade de água desmineralizada
3.1.13
índice do depósito de poeira não solúvel
IDPN
massa de resíduos não solúveis coletados por um recipiente para coleta de depósito de poeira durante
um determinado período de tempo, geralmente expressa em mg
3.1.14
severidade da poluição local
SPL
valor máximo ou da relação DDSE/DDNS ou da SEL ou da relação IDPS/IDPN, registrado ao longo
de um determinado período de tempo
3.1.15
classe da severidade da poluição local
classificação da severidade da poluição em um local, de muito leve a muito pesada, em função da SPL
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3.2 Abreviações
CDDP
coletor do depósito direcional de poeira
IDPS
Índice do depósito de poeira solúvel
IDPN
Índice do depósito de poeira não solúvel
Ms
meses secos (para CDDP)
DDSE
densidade superficial de depósito de sal equivalente
Dn
dias de névoa (para CDDP)
Ff
fator de forma
DNS
depósito não solúvel
DDNS
densidade superficial de depósito não solúvel
IP
índice de poluição (para CDDP)
DDS
densidade superficial de depósito de sal
SEL
salinidade equivalente local
SPL
severidade da poluição local
ST
sobretensão temporária
DEEU
distância de escoamento específica unificada
4 Abordagens propostas para a seleção e o dimensionamento de um isolador
4.1 Introdução
A seleção adequada de isoladores a partir de um catálogo se baseia nos requisitos do sistema
e nas condições ambientais. Três abordagens (1, 2 e 3, na Tabela 1) são recomendadas. Essas abordagens também são mostradas no fluxograma do Anexo A.
A Tabela 1 mostra os dados e as decisões necessárias dentro de cada abordagem. A aplicabilidade
de cada abordagem depende dos dados disponíveis, tempo e recursos envolvidos no projeto. O grau
de confiabilidade de que o tipo e dimensões do isolador tenham sido corretamente selecionados varia
também de acordo com as decisões tomadas durante o processo. Observar que, caso atalhos tenham
sido utilizados durante o processo de seleção, então a solução resultante representa ou um super
dimensionamento ou um elevado risco de falha quando em operação.
Na realidade, o desempenho de um isolador sob poluição é determinado por interações complicadas
e dinâmicas entre o ambiente e o isolador. O Anexo B fornece um breve resumo do mecanismo
de centelhamento sob poluição.
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4.2 Abordagem 1
Na abordagem 1, tais interações são bem representadas em uma linha energizada ou em uma subestação e pode também ser representada em um laboratório de ensaio.
4.3 Abordagem 2
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Na abordagem 2, não é possível que estas interações sejam totalmente representadas por ensaios
de laboratório, por exemplo, os ensaios especificados nas IEC 60507 e IEC/TS 61245.
4.4 Abordagem 3
Na abordagem 3, tais interações somente podem ser representadas e atendidas em um grau limitado
pelos fatores de correção. A abordagem 3 pode ser simples e econômica para o processo de seleção
e dimensionamento mas pode levar a uma subestimativa da SPL ou a uma solução menos econômica
devido ao super dimensionamento. Os custos totais, incluindo as solicitações de desempenho
impostas, têm de ser considerados quando da escolha das três aproximações e abordagens.
Sempre que as circunstâncias permitirem, convém que as abordagens 1 e 2 sejam adotadas.
As escalas de tempo envolvidas nas três abordagens são as seguintes:
●●
para experiências operacionais (Abordagem 1), um período satisfatório de operação de cinco anos
a dez anos pode ser considerado aceitável. Esse período pode ser maior ou menor de acordo
com a frequência e severidade dos eventos climáticos e de poluição.
●●
para experiências com uma estação de ensaios (Abordagem 1), um período de investigação
de dois anos a cinco anos pode ser considerado como típico. Esse período pode ser maior
ou menor de acordo com o protocolo de ensaio e severidade.
●●
para medição da severidade local (Abordagens 2 e 3), um período de pelo menos um ano é necessário (ver 8.2).
●●
para estimativa da severidade local (Abordagens 2 e 3), é necessário realizar pesquisas quanto
ao clima e ao ambiente e procurar identificar e analisar todas as possíveis fontes de poluição.
Assim sendo, a estimativa não é necessariamente um processo imediato e pode requerer várias
semanas ou meses.
●●
para ensaios laboratoriais (Abordagem 2), o tempo necessário é questão de semanas ou meses
dependendo do tipo e escala dos ensaios.
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Tabela 1 – As três abordagens para seleção e dimensionamento de isoladores
Abordagem 1
(Usar experiências passadas)
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Método
•• Usar os dados de campo
existentes ou de uma estação
experimental
situada
no
mesmo local, em um local
próximo ou em um local com
condições similares
Abordagem 2
(Medida e ensaio)
•• Medir ou estimar a severidade da poluição local
•• Selecionar isoladores candidatos utilizando o guia de
perfis e distância de escoamento a seguir
•• Selecionar ensaios laboratoriais aplicáveis e critérios de
aprovação
•• Verificar/ajustar candidatos
Dados de
entrada
Decisões
•• Medir ou estimar a severidade da poluição local
•• Usar esses dados para
o tipo e dimensão do isolamento baseado no guia do
perfil e da distância de escoamento a seguir
•• Requisitos do sistema
•• Requisitos do sistema
•• Requisitos do sistema
•• Condições ambientais
•• Condições ambientais
•• Parâmetros do isolador
•• Parâmetros do isolador
•• Histórico de desempenho
•• Tempo e recursos disponíveis
•• Tempo e recursos disponíveis
•• Há tempo de medir a severidade da poluição local?
•• Há tempo de medir a severidade da poluição local?
•• O isolamento existente satisfaz os requisitos do projeto
e usa o mesmo projeto de isolamento?
SIM
NÃO
Usar o
Usar diferentes
mesmo
projetos de
projeto de
isolamento,
materiais ou
isolamento
dimensões. Usar
experiência para
pré-selecionar a
nova solução ou
dimensão
SIM
Medir
•• Se necessário, usar o guia
do perfil e da distância de
escoamento a seguir para
adaptar os parâmetros do
isolamento existente à nova
escolha utilizando as Abordagens 2 e 3
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•• Condições ambientais
•• Parâmetros do isolador
NÃO
Estimar
•• O tipo de poluição determina o método de ensaio de
laboratório a ser usado
SIM
Medir
NÃO
Estimar
•• A severidade local determina os valores do ensaio
•• Selecionar candidatos
Processo
de seleção
Abordagem 3
(Medida e projeto)
•• Ensaiar os candidatos se
os dados do desempenho
sob poluição não estiverem
disponíveis
•• Se necessário, ajustar
seleção/dimensões de acordo
com os resultados do ensaio
•• Usar o tipo de poluição e
clima para selecionar os perfis adequados usando o guia
a seguir
•• Usar o nível de poluição
e fatores de correção para
o projeto do perfil e material
de modo a dimensionar o
isolamento usando o guia a
seguir
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Tabela 1 (continuação)
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Precisão
Abordagem 1
(Usar experiências passadas)
Abordagem 2
(Medida e ensaio)
•• Uma seleção com boa
precisão
•• Uma seleção com uma
precisão variando de acordo
com o grau de erros e atalhos
na avaliação da severidade
da poluição local e com as
pressuposições e/ou limitações do ensaio laboratorial
selecionado
Abordagem 3
(Medida e projeto)
•• Possibilidade de subdimensionar ou sobredimensionar a solução comparando com as Abordagens 1 e 2.
•• Uma seleção com precisão variando de acordo com
o grau de erros e atalhos na
avaliação da severidade da
poluição local e na aplicabilidade dos fatores de correção
selecionados
As seções seguintes fornecem mais informações sobre os requisitos do sistema, condições ambientais
e determinação da severidade da poluição local.
Um exemplo do questionário que pode ser utilizado na Abordagem 1, de modo a se obter experiências
operacionais a partir de linhas ou subestações existentes, é dado no Anexo H.
Guias para uso em ensaios laboratoriais para a Abordagem 2 são descritos em termos gerais
no Anexo F. Tanto os métodos de projeto determinísticos quanto os estatísticos estão disponíveis para
projetar e selecionar o isolador apropriado com base na SPL e nos resultados de ensaios laboratoriais.
Uma curta descrição desses dois métodos é apresentada no Anexo G.
Para a abordagem 3, a distância de escoamento específica unificada mínima requerida e os fatores
de correção são mostrados nas seções desta Norma.
5 Parâmetros de entrada para a seleção e dimensionamento de um isolador
A seleção e o dimensionamento de isoladores para uso externo é um processo complexo. Um grande
número de parâmetros tem que ser considerado para se obter um resultado satisfatório. Para um
dado local ou projeto, os dados de entrada requeridos são de três categorias: solicitações do sistema,
condições ambientais do local e parâmetros do isolador obtidos no catálogo do fabricante. Cada
uma dessas três categorias contém um número de parâmetros como indicado na Tabela 2. Esses
parâmetros são melhor discutidos nas próximas seções.
Tabela 2 – Parâmetros de entrada para seleção e dimensionamento de isoladores
Requisitos do sistema
Parâmetros do isolador
Tipo de sistema:
Tipo de poluição e níveis:
Comprimento total:
Tensão máxima de operação
Chuva, névoa, neblina, neve e
gelo a
Tipo
Vento, tempestades
Material
Temperatura, umidade
Perfil
Altitude
Distância de escoamento
Parâmetros da coordenação de
isolamento
Requisitos de desempenho
impostas
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Condições ambientais
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Tabela 2 (continuação)
Requisitos do sistema
Distância de isolamento,
geometria imposta, dimensões
Trabalho em linha viva e a prática
da manutenção
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a
Condições ambientais
Parâmetros do isolador
Descargas atmosféricas, terremotos
Diâmetros
Vandalismo, animais
Distância de arco
Crescimento biológico
Projeto mecânico e elétrico
Parâmetros não relacionados com a poluição estão em itálico e não são abordados nesta especificação técnica;
contudo, eles podem influenciar ou limitar a escolha do tipo de isolador a ser usado.
6 Requisitos do sistema
Os requisitos do sistema devem ser levados em consideração para a seleção e o dimensionamento
do isolamento externo. Os seguintes pontos podem influenciar fortemente o dimensionamento e, portanto, precisam ser levados em consideração:
●●
Tipo de sistema (corrente alternada ou corrente contínua)
A partir dos resultados de ensaios de laboratório e das observações em campo, sabe-se que,
para as mesmas condições de poluição, o isolamento para corrente contínua pode requerer
um valor de distância de escoamento específica uificada mais elevado que o isolamento para corrente
alternada. Esse efeito deve ser visto em detalhes nas futuras partes da IEC 60815 com sistemas
de corrente contínua.
●●
Tensão máxima de operação através do isolamento
Usualmente, um sistema de corrente alternada é caracterizado pela tensão máxima de operação
Um (ver IEC 60038).
Para o isolamento fase-terra, deve ser considerada a tensão fase-terra Uph-e = Um/ 3 .
Para o isolamento fase-fase, deve ser considerada a tensão fase-fase Uph-ph = Um.
No caso de sistemas de corrente contínua, usualmente a tensão máxima de operação é igual
à máxima tensão fase-terra. No caso de formas de onda mistas, o valor eficaz da tensão pode
precisar ser usada.
●●
Sobretensões
O efeito de sobretensões transitórias não precisa ser considerado devido à sua curta duração.
Sobretensões temporárias (ST) podem ocorrer devido a uma rejeição súbita de carga de geradores
ou a falhas fase-fase ou fase-terra e não podem sempre ser ignoradas.
NOTA
A duração da ST depende da estrutura do sistema e pode durar até 30 min ou até mesmo mais
no caso de sistemas com neutro isolado. Dependendo da duração da ST e de sua probabilidade de ocorrência,
o efeito combinado da ST e da poluição no isolador pode ter de ser considerado. CIGRÉ 158 [1]
fornece informações sobre esse assunto e sobre outros riscos como chaveamento desenergizado.
●●
Requisitos de desempenho impostos
Isolamento longitudinal utilizado para sincronização pode ser estressado até o valor de 2,5 vezes
a tensão fase-terra.
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Alguns compradores podem requerer níveis de desempenho para isolamento externo, considerando
a eficácia, a sustentabilidade e a confiabilidade. Isso pode ser especificado, por exemplo,
como o número máximo de descargas devido à poluição permitidas por estação ou por 100 km
de linha, durante um determinado intervalo de tempo. Tais requisitos podem incluir também
o tempo máximo de saída de operação após uma descarga.
Em adição ao dimensionamento do isolador conforme as condições locais, essas solicitações
podem representar o fator controlador dos parâmetros do isolador.
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●●
Distâncias de isolamento, geometria imposta e dimensões
Podem existir diversos casos, ou uma combinação deles, onde soluções especiais para tipos
e dimensões de isolamento sejam requeridas.
Alguns exemplos são:
—— linhas compactas e subestações;
—— posição não usual do isolador;
—— projeto não usual de torres e subestações;
—— condutores isolados;
—— linhas e subestações com baixo impacto visual.
7 Condições ambientais
7.1 Identificação dos tipos de poluição
Existem dois tipos básicos de poluição do isolador que podem ocasionar uma descarga:
Tipo A: onde a poluição sólida com um componente não solúvel é depositada sobre a superfície
do isolador. Este depósito se torna condutivo quando úmido. Este tipo de poluição pode ser melhor
caracterizado pelas relações DDSE/DDNS e IDPS/IDPN. A DDSE de uma camada de poluição sólida
pode também ser avaliada pela condutividade superficial sob condições de umidificação controladas.
Tipo B: onde eletrólitos líquidos são depositados sobre a superfície do isolador com muito pouco
ou nenhum componente não solúvel. Esse tipo de poluição pode ser melhor caracterizado pela medição
da condutância ou da corrente de fuga.
Combinações desses dois tipos podem aparecer.
O Anexo B fornece uma descrição resumida do mecanismo de descarga devido à poluição para os
tipos A e B de poluição.
7.1.1
Poluição tipo A
A poluição tipo A está mais frequentemente associada com áreas do interior, desérticas ou com poluição
industrial (ver 7.2). A poluição tipo A pode também aparecer em áreas costeiras, nos casos onde uma
camada seca de sal cresce, e, então, rapidamente se umidifica pela ação de névoa, nevoeiro, neblina,
garoa ou chuvisco.
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A poluição tipo A possui duas componentes principais denominadas poluição solúvel, que forma uma
camada condutora quando umidificada, e poluição não solúvel, que forma uma camada de fixação
para a poluição solúvel. Essas componentes são descritas a seguir:
●●
Poluição solúvel
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A poluição solúvel é subdividida em sais com elevada solubilidade (ou seja, sais que se dissolvem
rapidamente na água) e sais com baixa solubilidade (isto é, sais que dificilmente se dissolvem).
A poluição solúvel deve ser medida em termos da densidade de depósito de sal equivalente
(DDSE), em mg/cm2.
●●
Poluição não solúvel
Exemplos de poluição não solúvel são poeira, areia, argila, óleos etc. A poluição não solúvel
é medida em termos de densidade de depósito não solúvel (DDNS), em mg/cm2.
NOTA
A influência da solubilidade dos sais na tensão suportável sob poluição não é levada em consideração nesta Especificação Técnica e está atualmente sob avaliação. Similarmente, a influência do tipo
de poluição não solúvel não é levada em consideração. Contudo, os componentes não solúveis podem
conter poluição condutiva (isto é, poluição com partículas metálicas condutivas).
A referência [1] fornece mais informações sobre a influência dos tipos de materiais ativos ou inertes.
7.1.2
Poluição tipo B
A poluição tipo B está mais frequentemente associada com áreas costeiras onde a água salgada
ou névoa condutiva se deposita sobre a superfície do isolador. Outras fontes de poluição tipo B são,
por exemplo, pulverização de culturas, névoa química e chuva ácida.
7.2 Tipos gerais de ambientes
Para os efeitos desta Especificação Técnica, os ambientes são separados em cinco tipos. Esses tipos
descrevem as características de poluição típica para a região. Exemplos do tipo de poluição (A ou B,
conforme 7.1) são mostrados no texto. Na prática, ambientes mais poluídos compreendem mais
de um desses tipos, por exemplo, regiões costeiras com praias com areia, em tais casos, é importante
determinar qual o tipo de poluição (A ou B) é dominante.
●●
Ambiente tipo “deserto”
Essas áreas são caracterizadas por solos arenosos com períodos prolongados de condição a seco.
Essas áreas podem ser extensas. A camada poluente nessas áreas normalmente compreende sais
que se dissolvem lentamente em combinação com um elevado nível de DDNS (tipo A). Os isoladores
são poluídos principalmente pela poluição carregada pelo vento. A limpeza natural pode ocorrer
sob períodos não frequentes de chuva ou pelo jateamento de areia provocado por fortes condições
de vento. Chuva não frequente combinada com sais de dissolução lenta, nesse tipo de poluição, causa
uma limpeza natural menos efetiva. Umidificação crítica, que vier a causar uma descarga disruptiva
no isolador, pode ocorrer, com relativa frequência, na forma de orvalho sobre os isoladores.
●●
Ambiente tipo “costeiro”
Essas áreas estão tipicamente na vizinhança direta da costa, mas, em alguns casos, dependendo
da topografia, pode estar tão longe quanto 50 km terra adentro (interior). A poluição é depositada sobre
os isoladores principalmente devido ao spray, vento e névoa. O crescimento da poluição é geralmente
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rápido, especialmente durante condições de spray ou névoa condutiva (tipo B). O crescimento
da poluição por um período longo pode também ocorrer por meio do depósito de partículas levadas
pelo vento, fazendo com que a camada poluente sobre os isoladores consista em sais de dissolução
rápida com um grau de componentes inertes (tipo A) que depende das características locais do solo.
A limpeza natural dos isoladores é tipicamente efetiva, pois a poluição ativa consiste principalmente
em sais de rápida dissolução.
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●●
Ambiente tipo “industrial”
Essas áreas estão localizadas bem próximas de uma fonte de poluição industrial e pode afetar
somente poucas instalações. A camada poluente pode ser constituída de partículas condutivas como
carvão, depósitos metálicos, gases dissolvidos como: NOx, SOx (tipo B) ou poluição que se dissolve
lentamente como cimento, gesso (tipo A). A camada poluente pode ter um meio com elevada parte
de componentes inertes (DDNS de médio a alto) (tipo A). A efetividade da limpeza natural em áreas
industriais pode variar bastante dependendo do tipo de poluição presente. A poluição é frequentemente
composta por partículas pesadas que se depositam em superfícies horizontais.
●●
Ambiente tipo “agrícola”
Essas áreas estão situadas na vizinhança de atividade agrícola. Tipicamente, essas áreas são
submetidas à aração (tipo A) ou pulverização de culturas (tipo B). A camada de poluente sobre
o isolador consiste principalmente em sais com dissolução rápida ou lenta, como produtos químicos,
fezes de pássaros, sais presentes no solo e produtos resultantes de queimadas. A camada poluente
pode ter um meio com elevada parte de componentes inertes (DDNS de médio a alto). A efetividade
da limpeza natural depende do tipo de sal depositado. A poluição é frequentemente composta
por partículas pesadas que se depositam em superfícies horizontais, mas pode ser também poluição
trazida pelo vento.
●●
Ambiente tipo “interior”
São áreas com baixo nível de poluição sem qualquer fonte de poluição claramente identificada.
7.3 Severidade da poluição
A medição da severidade da poluição no local (por exemplo, medidores, isoladores-padrão, monitores
de corrente etc.) é expressa em termos de:
—— DDSE e DDNS, para poluição tipo A,
—— salinidade equivalente local (SEL), para poluição tipo B,
—— IDPS e IDPN, para ambos os tipos de poluição.
A medição da severidade da poluição em isoladores naturalmente poluídos geralmente é expressa
em termos de
—— DDSE e DDNS, para poluição tipo A,
—— condutividade superficial para poluição tipo B.
NOTA
12
Em alguns casos, a medição do DDSE pode ser usada para a poluição tipo B.
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A severidade da poluição em ensaios de poluição artificial em isoladores geralmente é especificada
em termos de
—— DDS e DDNS, para o método da camada sólida,
—— salinidade da névoa (kg/m3) para o método da névoa salina.
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8 Avaliação da severidade da poluição local (SPL)
8.1 Severidade da poluição local
A severidade da poluição local (SPL) é o valor máximo ou da DDSE e DDNS ou da SEL ou IDPS/IDPN,
medido de acordo com os métodos apresentados nesta Especificação Técnica e registrado durante
um período de tempo adequado, ou seja, um ou mais anos, com um certo intervalo de medição. O
intervalo de medição (contínuo, cada mês, três meses, seis meses, todo ano etc. – ver Anexos C e D)
pode ser escolhido de acordo com o conhecimento do clima local e condições ambientais.
Se ocorrer chuva durante o período de medição, convém que a medição seja repetida em intervalos
apropriados, de modo a determinar o efeito da lavagem natural. O valor da SPL é, então, o maior valor
registrado durante esta série de medições.
NOTA 1 Ainda que o maior valor de DDSE e DDNS (ou IDPS/IDPN) não ocorra ao mesmo tempo, convém
que o valor da SPL seja considerado como uma combinação desses valores mais elevados.
NOTA 2 Quando não houver lavagem natural durante o período de medição, o valor máximo da DDSE
e da DDNS pode ser estimado a partir da curva da densidade de depósito como função do logaritmo do tempo,
considerando o valor do tempo em relação com a frequência de chuvas esperada.
NOTA 3 Quando uma quantidade suficiente de dados estiver disponível, o valor máximo pode ser substituído
por valores estatísticos (isto é 1 %, 2 %, 5 %).
8.2 Métodos de avaliação da severidade da poluição local
A avaliação da severidade da poluição pode ser feita com uma redução do grau de confiabilidade:
1) a partir de medições no local;
2) a partir de informações sobre o comportamento de isoladores de linhas e subestações em
operação, no local ou próximo a ele (ver Anexo H);
3) a partir de simulações que calculam o nível de poluição a partir do tempo ou outros parâmetros
ambientais (ver CIGRÉ 158 [1]);
4) se não houver outra possibilidade, qualitativamente a partir das indicações da Tabela 5.
Para medições no local, diferentes métodos são geralmente usados. Eles são:
●●
qualquer
DDSE e DDNS na superfície dos isoladores de referência (ver Anexo C) para locais com poluição
tipo A,
ou
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SEL a partir de corrente de fuga no local ou medição da condutância superficial de isoladores
de referência ou de um monitor (ver Anexo D) para locais com poluição tipo B;
ou
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IDPS/IDPN se o poluente coletado por meio de um CDDP (ver Anexo E) para poluições locais
tipo A e B.
●●
número total de descargas em isoladores de vários comprimentos;
●●
corrente de fuga ou condutância em isoladores de amostra.
NOTA 1
A referência [6] traz exemplos de soluções para monitoramento da poluição local.
Os três primeiros métodos de medição acima (DDSE, SEL ou IDPS) não requerem equipamentos
caros e podem ser facilmente executados. A relação DDSE/DDNS e SEL caracterizam a severidade
da poluição local com respeito a um isolador de referência. O método do CDDP fornece a medição da
quantidade de poluição ambiental. Em todos os casos, convém que informações sobre precipitação
pluviométrica e umidificação sejam obtidas separadamente usando os equipamentos meteorológicos
apropriados.
A precisão de todos esses métodos depende da frequência da medição e da duração do estudo.
A precisão pode ser melhorada usando dois ou mais métodos em combinação.
O método baseado no número total de descargas necessita de instalações caras de ensaio. Informação
confiável pode ser obtida a partir de isoladores ensaiados com comprimento próximo ao comprimento
projetado e descarregando com valores de tensão próximos ao valor da tensão de operação.
Os dois últimos métodos, que necessitam de uma fonte de tensão e equipamento de registro especial,
possuem a vantagem de que os efeitos da poluição sejam monitorados continuamente. Eles foram
desenvolvidos para estimar a magnitude do crescimento da taxa de poluição. Quando relacionado
com dados de ensaio, eles podem ser usados para indicar que a poluição está, ainda, em um nível
seguro ou assinalar que a lavagem ou outro método paliativo seja empregado. Esses dois métodos
permitem a determinação direta da DEEU mínima necessária para os isoladores ensaiados no local.
Quando as medições são executadas nos isoladores de referência, pode ser útil incluir isoladores
com outros perfis e orientações com a finalidade de estudar o depósito e os mecanismos de auto
limpeza presentes no local. Esta informação pode então ser usada para refinar a escolha de um perfil
apropriado.
Eventos relacionados com a poluição são frequentemente sazonais e relacionados com o clima;
contudo, o período de medição de pelo menos um ano deve ser necessário para levar em consideração
quaisquer efeitos sazonais. Períodos maiores podem ser necessários para levar em consideração
eventos de poluição excepcionais e identificar tendências. Igualmente, pode ser necessário medir
durante por pelo menos três anos em regiões áridas (ver 9.5.2).
NOTA 2 Convém que o desenvolvimento industrial futuro, a malha rodoviária etc. sejam levados em
consideração. É aconselhável o monitoramento contínuo da severidade da poluição após a instalação.
8.3 Classes de severidade da poluição local (SPL)
Para os efeitos de padronização, cinco classes de poluição, caracterizando a severidade da poluição
local, são qualitativamente definidas, de poluição muito leve para poluição muito pesada, como a seguir:
a) Muito leve;
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b) Leve;
c)
Média;
d) Pesada;
e) Muito pesada.
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NOTA 1 As letras das classes não correspondem diretamente ao número anterior das classes citado na
ABNT IEC/TR 60815.
NOTA 2 Na verdade, a mudança de uma classe para a outra é gradual, mesmo se medições estiverem
disponíveis. O atual valor da SPL, melhor que a classe, pode ser levado em consideração na determinação
das dimensões do isolador.
Para a poluição tipo A, as Figuras 1 e 2 mostram as faixas de valores de DDSE/DDNS que correspondem
a cada classe de SPL para os isoladores de referência tipo disco e tipo bastão, respectivamente.
Estes valores foram deduzidos de medições no campo, experiências e ensaios de poluição.
Esses valores são os valores máximos que podem ser obtidos a partir de medições regulares durante
um período mínimo de um ano. Essas figuras são somente aplicáveis aos isoladores de referência,
levando em consideração suas propriedades específicas de acumulação da poluição.
Se estiver disponível informação local ou nacional suficiente (isto é, mapas regionais de poluição,
associados com dados de desempenho da linha, monitoramento baseado na condutividade superficial,
DDSE, IDPS etc.), classes específicas adaptadas a essas informações podem ser sobrepostas nas
Figuras 1 e 2.
Para severidade de poluição local extrema, nas áreas hachuradas no topo do lado direito das
Figuras 1 e 2 e no lado direito da Figura 3, regras simples podem não mais ser usadas para garantir
o desempenho satisfatório sob poluição. Contudo, para valores muito elevados de DDNS relacionados
com o DDSE (área hachurada no topo do lado esquerdo das Figuras 1 e 2), a disponibilidade de dados
é bastante limitada. Estas áreas requerem um estudo cuidadoso e uma combinação de soluções
de isolamento e medidas paliativas se tornam necessárias (ver 9.5.5).
NOTA 3 Figuras separadas são fornecidas para os dois tipos de isoladores de referência, visto que,
no mesmo ambiente, eles não coletam a mesma quantidade de poluição. Usualmente, o isolador de referência
tipo bastão acumula menos poluição que o isolador de referência tipo disco. Contudo, convém notar que,
em algumas condições, com depósito rápido de poluição (ou seja com tempestades costeiras, furacões),
a relação de acumulação entre os dois tipos pode ser revertida temporariamente.
Para poluição tipo B, a Figura 3 mostra a correspondência entre as medições da SEL e a classe da SPL
para ambos os tipos de isoladores de referência.
A correspondência entre as medições com CDDP e a classe da SPL pertinente tanto à poluição tipo A
quanto à poluição tipo B pode ser vista nas Tabelas 3 e 4.
Os valores nas Figuras 1 a 3 são baseados no depósito natural de poluição sobre os isoladores
de referência. Essas figuras não podem ser usadas diretamente para determinar a severidade dos ensaios
laboratoriais. Correções são necessárias para a diferença entre a condição natural e as condições
de ensaio assim como para a diferença entre os tipos de isolador (ver Anexo F e [1])
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A transição de uma classe de SPL para outra não pode ser abrupta, portanto, os limites entre cada
classe nas Figuras 1 a 3 são hachurados (ver Nota 2 acima).
4
DDNS mg/cm2
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Atenção: Essa
figura não pode ser
usada diretamente
para determinar a
severidade dos
ensaios laboratoriais
Dados limitados
E7
e - Muito Pesada
E6
1
E4
d - Pesada
c - Média
b - Leve
0,1
a - Muito leve
E1
00,1
000,1
00,1
E7
E5
E3
E2
0,1
DDSE mg/cm2 1
IEC 1954/08
Figura 1 – Severidade da poluição local tipo A – Relação entre DDSE/DDNS e SPL
para o isolador de referência tipo disco
4
Dados limitados
DDNS mg/cm2
Atenção: Essa
figura não pode ser
usada diretamente
para determinar a
severidade dos
ensaios laboratoriais
E7
e - Muito Pesada
E6
1
d - Pesada
E4
c - Média
b - Leve
0,1
a - Muito leve
E1
00,1
000,1
E2
00,1
E5
E3
0,1
E7
DDSE mg/cm2 1
IEC 1955/08
Figura 2 – Severidade da poluição local tipo A – Relação entre DDSE/DDNS e
SPL para o isolador de referência tipo bastão
16
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Atenção: Essa figura não pode ser usada
para determinar a severidade de ensaios
laboratoriais
Muito leve
Leve
E2
5
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1
Média
Pesada
Muito pesada
E3
E5
E7
14
40
10
112
100
SEL kg/m3
E2 a E7 correspondem aos exemplos na tabela 5.
IEC 1956/08
Figura 3 – Severidade da poluição local tipo B – Relação entre SEL e SPL
para isolador de referência ou monitor
Tabela 3 – Índice do recipiente para depósito direcional de poeira em relação à classe de SPL
Índice da poluição (IP) do recipiente para depósito direcional
de poeira (considerar o valor mais alto) a
µS/cm
a
Classe da severidade
da poluição local
Valores de média mensal
durante um ano
Valores máximos mensais
durante um ano
< 25
< 50
a
Muito leve
25 a 75
50 a 175
b
Leve
76 a 200
176 a 500
c
Média
201 a 350
501 a 850
d
Pesada
> 350
> 850
e
Muito pesada
Se os dados climáticos para o local em questão estão disponíveis, então o índice de poluição do recipiente para
depósito direcional de poeira pode ser ajustado para levar em consideração a influência climática – ver Anexo E.
Tabela 4 – Correção da classe da severidade da poluição local em função dos níveis de
DNS do RDDP
Depósito não solúvel (DNS) recolhido pelo recipiente
para depósito direcional de poeira (considerar o valor mais alto)
gramas
Correção da classe
da severidade da poluição local
Valores de média mensal
durante um ano
Valores máximos mensais
durante um ano
< 0,5
< 1,5
Nenhuma
0,5 a 1,0
1,5 a 2,5
Aumentar uma classe
> 1,0
> 2,5
Aumentar uma ou duas classes e
considerar a mitigação (ver 9.5.5)
A Tabela 5 fornece, para cada nível de poluição, um exemplo e uma descrição aproximada de alguns
ambientes típicos correspondentes. A lista de ambientes não está completa, e convém que as
descrições não sejam usadas sozinhas, preferivelmente, para a determinação do nível da severidade
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da poluição de um local. Os exemplos E1 a E7 na Tabela 5 são reproduzidos nas Figuras 1, 2 e 3,
para mostrar níveis de SPL típicos. Algumas características de isoladores com o perfil, por exemplo,
possuem uma influência importante na quantidade de poluição depositada nos próprios isoladores;
contudo, esses valores típicos estão somente disponíveis para isoladores de referência tipo disco
e tipo bastão.
Tabela 5 – Exemplos de ambientes típicos
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Exemplo
E1
Descrição de ambientes típicos
> 50 km a do mar, deserto ou terra plana árida
> 10 km de fontes de poluição humana b
Dentro de uma distância das fontes de poluição menor que a mencionada acima, mas:
•• a direção prevalecente do vento não provém diretamente das fontes de poluição
•• e/ou lavagem mensal regular pela chuva
E2
10 a 50 km a do mar, deserto ou terra plana árida
5 a10 km de fontes de poluição humana b
Dentro de uma distância das fontes de poluição menor que a mencionada acima, mas:
•• a direção prevalecente do vento não provém diretamente das fontes de poluição
•• e/ou lavagem regular mensal pela chuva
E3
E4
E5
E6
3 a 10 km c do mar, deserto ou terra plana árida
1 a 5 km de fontes de poluição humana b
Dentro de uma distância das fontes de poluição menor que a mencionada acima, mas:
•• a direção prevalecente do vento não provém diretamente das fontes de poluição
•• e/ou lavagem regular mensal pela chuva
Mais longe das fontes de poluição que o mencionado em E3, mas:
•• neblina densa (ou chuvisco) ocorre frequentemente após uma longa estação de acumulação
de poluição seca (várias semanas ou meses)
•• e/ou a presença de chuva forte com elevada condutividade
•• e/ou existência de elevado valor de DDNS, entre 5 e 10 vezes o valor do DDSE
Menos de 3 km c do mar, deserto ou terra plana árida
Menos de 1 km de fontes de poluição humana b
Mais longe das fontes de poluição que o mencionado em E5, mas:
•• neblina densa (ou chuvisco) ocorre frequentemente após uma longa estação de acumulação
de poluição seca (várias semanas ou meses)
•• e/ou a presença de chuva forte com elevada condutividade
•• e/ou existência de elevado valor de DDNS, entre 5 e 10 vezes o valor do DDSE
Dentro da distância das fontes de poluição como mencionado para áreas com poluição
“pesada“, e:
•• diretamente submetida a borrifos de água do mar ou névoa salina densa
E7
a
b
c
18
•• ou submetida diretamente a contaminantes com elevada condutividade, ou poeira de cimento
com elevada densidade e frequente umidificação por névoa ou chuvisco
•• áreas desérticas com rápida acumulação de areia e sal e condensação regular
Durante uma tempestade, o nível de DDSE, nesta distância do mar, pode atingir um nível muito mais elevado.
A presença de uma cidade maior terá influência por uma distância maior, ou seja, a distância especificada para o mar,
deserto ou terras áridas.
Dependendo da topografia da área costeira e da intensidade do vento.
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9 Seleção do isolamento e dimensionamento
9.1 Descrição geral do processo
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O processo geral da seleção e dimensionamento do isolamento pode ser resumido como a seguir:
●●
determinação das Abordagens apropriadas 1, 2 ou 3 em função do conhecimento disponível,
tempo e recursos;
●●
coletar os dados de entrada necessários, principalmente quanto ao tipo de energização, alternada
ou contínua, tensão do sistema, tipo de isolamento aplicado (cadeia de isoladores, isolador tipo
suporte, bucha etc.);
●●
coletar os dados ambientais necessários, principalmente a severidade e a classe da poluição local.
Neste estágio, uma seleção preliminar dos possíveis isoladores adequados à aplicação e ao ambiente
pode ser realizada (ver 9.2 a 9.4).
●●
determinação da distância de escoamento específica unificada de referência para os tipos
de isolador e materiais ou utilizando as indicações pertinentes da parte 2 e nas demais partes
da IEC 60815 ou a partir de estações de ensaio ou dados operacionais no caso da Abordagem 1;
●●
modificação, onde necessário, da DEEU de referência devido a fatores que dependem do tamanho, perfil, orientação etc. dos isoladores candidatos;
●●
verificação de que os isoladores candidatos restantes satisfaçam outras solicitações do sistema
e da linha, conforme requisitos da Tabela 2 (isto é, geometria imposta, dimensões, aspectos
econômicos) e alterar a solução ou as exigências caso não haja isolador adequado disponível;
●●
verificação do dimensionamento, no caso da Abordagem 2, por ensaios laboratoriais (ver Anexo E).
NOTA
Diretrizes específicas para cada tipo de isolador mencionado acima são dadas na Parte 2 e nas
demais partes pertinentes da IEC 60815.
9.2 Diretriz geral dos materiais
A escolha do material pode ser dirigida inteiramente por restrições do ambiente ou do sistema.
Por outro lado, a seleção do material do isolador pode ser definida somente pela política econômica
do usuário. Os materiais tradicionais usados para isolamento externo são a porcelana vitrificada
e o vidro. O uso de polímeros, ou como um isolador completo ou como revestimento de um núcleo
de fibra de vidro, é uma alternativa ao vidro e à porcelana. Os vários perfis e tecnologia de materiais
associados com isoladores poliméricos indicam que o comportamento da poluição não necessariamente
segue os mesmos parâmetros utilizados em um isolamento tradicional.
A ABNT IEC/TS 60815-2 lida com a escolha e dimensionamento de isoladores fabricados com materiais
tradicionais. A ABNT IEC/TS 60815-3 lida com isoladores poliméricos. Ver também as referências [2]
e [3] para mais detalhes quanto ao trabalho do CIGRÉ neste assunto e as referências [7] e [8]
para informações sobre materiais poliméricos e molhabilidade.
NOTA
Outras partes equivalentes da IEC/TS 60815 estão previstas para lidar com corrente contínua.
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9.3 Diretriz geral dos perfis
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Tipos diferentes de isoladores e mesmos tipos diferentes de orientações do mesmo tipo de isolador
podem acumular poluição com diferentes taxas no mesmo ambiente. Além disso, variações na natureza
do poluente podem tornar algumas formas de isolador mais efetivas que outras. Um guia condensado
para a seleção de perfis é apresentado a seguir. Deve-se ter em mente que o comprimento total,
máximo ou mínimo, do isolamento é um importante parâmetro imposto, tanto para a coordenação
de isolamento quanto para a altura da torre. A Tabela 6 resume as características principais de cada
tipo de perfil.
Mais informações sobre perfis são apresentadas nas partes pertinentes da IEC 60815.
Tabela 6 – Perfis típicos e suas características principais
Perfis padronizados
Perfis padronizados são efetivos
para uso em áreas com poluição
de “muito leve“ a “média“ onde
uma distância de escoamento
grande ou perfis efetivamente
aerodinâmicos
não
são
necessários
Isolador
tipo disco padrão
Perfil de porcelana padronizado
para isoladores tipo bastão,
tipo suporte e isoladores ocos
Perfis aerodinâmicos
ou abertos
Perfis aerodinâmicos ou abertos
provam ser benéficos em áreas
onde a poluição é depositada sobre o isolador pelo vento, como
desertos, áreas com poluição industrial pesada ou áreas costeiras
que não estão diretamente expostas aos borrifos da água salgada.
Esse tipo de perfil deve ser especialmente efetivo em áreas que
são caracterizadas por extensos
períodos secos. Perfis abertos
possuem boas propriedades de
autolimpeza e permitem limpeza
fácil quando em manutenção
20
Isolador
tipo disco com perfil
aerodinâmico
Isolador polimérico tipo bastão,
isolador tipo suporte e isoladores
ocos
Isoladores de porcelana tipo
bastão,
tipo suporte e isoladores ocos
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Tabela 6 (continuação)
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Perfil antipoluição
O uso de perfil antipoluição com
saias íngreme ou perfis de saias
com nervuras profundas é benéfico para áreas expostas à névoa
salina, à borrifos salinos ou a outros poluentes quando dissolvidos.
Esse perfil pode também ser efetivo em áreas com uma particular
precipitação de poluição contendo
sais de dissolução lenta.
Esse perfil pode também ser efetivo em áreas com baixo valor de
DDNS e com sais de dissolução
lenta.
Isolador antipoluição
tipo disco com saias íngremes
Isolador antipoluição
tipo disco com nervuras profundas
Nervuras profundas em isoladores
de porcelana tipo bastão,
tipo suporte e isoladores ocos
Isoladores de porcelana com saias
íngremes tipo bastão,
tipo suporte e isoladores ocos
Isoladores poliméricos com saias
íngremes tipo bastão,
tipo suporte e isoladores ocos
Nervuras em isoladores
poliméricos tipo bastão,
tipo suporte e isoladores ocos
Perfis com saias alternadas
Arranjos com saias alternadas estão geralmente disponíveis para
todos os perfis, embora sejam
menos benéficos para isoladores
com saias íngremes. Esses perfis
oferecem o aumento da distância de escoamento por unidade
de comprimento sem reduzir o
desempenho sob chuva forte ou
neve. Benefícios similares aos
perfis abertos são também obtidos simplesmente alternando o
perfil
Isoladores de porcelana tipo bastão,
tipo suporte e isoladores ocos
Isolador
tipo disco com saias alternadas
Isoladores poliméricos tipo bastão,
tipo suporte e isoladores ocos
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9.4 Considerações quanto à distância de escoamento e quanto ao comprimento do
isolador
Tanto a escolha como o desempenho de um isolador para ambientes poluídos são muito frequentemente
expressos somente em termos da distância de escoamento necessária para suportar as condições
sob poluição com a tensão de operação do sistema. Isso pode levar a uma comparação de isoladores
em termos da distância de escoamento necessária por unidade de tensão. Contudo, o uso da distância
de escoamento sozinha para estabelecer regras de mérito não leva em consideração outros fatores
que dependem da distância de escoamento disponível por unidade de comprimento do isolador.
Por exemplo, uma cadeia com isoladores tipo disco com passo de 146 mm pode ter o desempenho
similar sob poluição que uma cadeia, de mesmo comprimento, com isoladores tipo disco com passo
de 170 mm com maior distância de escoamento, devido ao maior número de isoladores com passo
de 146 mm na cadeia. Esse ponto merece ser levado em consideração quando da escolha
de isoladores, principalmente para aplicações onde o comprimento do isolador é uma restrição
de menor importância.
Reciprocamente, se o comprimento do isolador ou sua altura constituem em um elemento de restrição
importante, o aumento da distância de escoamento no espaço disponível pode não fornecer uma
completa melhoria esperada no desempenho, devido à reduzida eficiência do perfil. Adicionalmente,
para materiais poliméricos, tanto um aumento na distância de escoamento como uma redução
no espaçamento entre saias podem resultar em um agravamento dos efeitos do envelhecimento.
9.5 Considerações para aplicações ou ambientes excepcionais ou específicos
9.5.1
Isoladores com núcleo oco
Isoladores poliméricos ou de porcelana com núcleo oco são utilizados como isoladores para
equipamentos, buchas e também como isoladores tipo suporte. Eles são usados, por exemplo,
como invólucro para capacitores, para-raios, suporte e câmaras de disrupção de arco de disjuntores,
terminações de cabos, buchas de parede, buchas de transformadores, transformadores de medição
e outros equipamentos para medição.
O desempenho sob poluição de isoladores com núcleo oco completos não é somente em função
do perfil, da distância de escoamento e do diâmetro, mas também em função da uniformidade
da distribuição da tensão. Os dois parâmetros principais que afetam a distribuição de tensão
são componentes internos e externos e a umidificação desigual (ver 9.5.1.1. e 9.5.1.2).
Recomenda-se que cuidados sejam tomados ao projetar desta maneira, especialmente com níveis
mais baixos de poluição, onde o efeito da não uniformidade é mais crítico e pode reduzir o desempenho
à descarga disruptiva e pode também aumentar o risco de perfuração.
9.5.1.1
Componentes internos e externos
A presença de condutores, blindagem ou equipamentos para homogeneizar o campo elétrico dentro
ou fora do invólucro do isolador pode afetar bastante o desempenho elétrico do conjunto. Em adição
às diferenças de desempenho conhecidas entre invólucros vazios e unidades completas durante
ensaios de impulso e ensaios em frequência industrial, a seco e sob chuva, pode-se observar diferenças
similares quando invólucros vazios e unidades completas são submetidos aos ensaios de poluição.
O efeito de uma distribuição de tensão não uniforme deve ser mais evidente em baixos níveis
de poluição (DDSE de 0,01 a 0,03 mg/cm2), porque as correntes de fuga resistivas mais fracas
não conseguem compensar, corrigir ou retificar suficientemente a não uniformidade da distribuição
de tensão.
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Para níveis de poluição mais elevados, as correntes resistivas superficiais se tornam mais dominantes
e, portanto, reduzem o efeito da não uniformidade da distribuição de tensão. Esse efeito é observado
durante os ensaios de laboratório, onde resultados similares são obtidos tanto em invólucros
de isoladores vazios quanto em invólucros de isoladores cheios.
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O melhor desempenho (tensão de descarga elevada e baixo risco de perfuração) é geralmente
obtido em invólucros com uma distribuição de tensão axial e radial uniforme, típica de equipamentos
com distribuição equilibrada das capacitâncias. O projeto de um isolador que privilegia a distribuição
total da tensão e então leva em consideração os componentes internos associados é, portanto,
vantajoso.
9.5.1.2
Umidificação não uniforme e depósito desigual de poluentes
A proteção de edifícios ou outros equipamentos contra a chuva pode causar umidificação desigual
de uma bucha ou do invólucro de um isolador. Em algumas posições, a temperatura operacional
de uma bucha pode induzir a uma umidificação não uniforme pela simples secagem de parte
da superfície. Portanto, depósitos desiguais de poluentes podem ocorrer em condições naturais.
Contudo, mesmo com níveis de poluição elevados, o cancelamento do efeito da não uniformidade
na distribuição de tensão pode não ser efetivo em alguns equipamentos, como buchas de parede
montadas horizontalmente.
9.5.2
Regiões áridas
Regiões áridas apresentam dificuldades particulares quando da seleção e do dimensionamento
dos isoladores. Longos períodos secos podem levar a níveis extremos de DDSE e DDNS mesmo em
áreas não diretamente vizinhas à costa. Isto porque a areia ao redor pode ter um elevado teor salino.
O uso de perfis aerodinâmicos “autolaváveis” pode ajudar a reduzir o impacto do depósito de poluentes
destes casos assim como o uso de isoladores poliméricos. Igualmente, a camada semicondutora
de isoladores de porcelana fornece um fluxo contínuo de corrente de aproximadamente 1 mA,
que ajuda a evitar a formação de orvalho.
9.5.3
Efeito de proximidade
Quaisquer isoladores cujos eixos estão em estreita proximidade, por exemplo, disjuntor com tanque
energizado, banco de capacitores, alguns seccionadores e cadeias de isoladores múltiplas podem ter
um efeito adverso quanto ao comportamento sob poluição. Isto é causado pela distribuição de potencial decorrente de diferentes distribuições de campo elétrico durante atividade de descarga induzida
pela poluição.
9.5.4
Orientação
O efeito da orientação do isolamento quanto ao desempenho sob descarga não está geralmente
sujeito a regras simples. O tipo do isolador e seu tamanho afetam diretamente o desempenho
do isolamento poluído em diferentes orientações. Em adição, a severidade da poluição no local
e o tempo decorrido para o crescimento da poluição atingir os níveis máximos podem determinar um efeito
de orientação. A natureza do processo de umidificação e o mecanismo de descarga (isto é, a descarga
na superfície do isolador ou entre saias) são também fatores importantes que influenciam na orientação
e na dimensão do isolamento.
Então, a suportabilidade à descarga de diferentes tipos e orientações de isoladores é um equilíbrio
entre os vários processos que influenciam diretamente tal desempenho.
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A informação nesta Especificação Técnica diz respeito principalmente ao isolamento vertical.
Mais informações sobre o efeito de orientação pode ser obtido em [1].
9.5.5
Manutenção e métodos paliativos
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Em casos excepcionais, problemas relacionados à poluição não podem ser solucionados economicamente
pela escolha do isolador mais adequado. Por exemplo, em áreas com poluição muito severa
ou com baixa taxa anual de precipitação pluviométrica, a manutenção do isolador pode ser necessária.
Isso pode também ocorrer quando o ambiente de uma subestação (ou linha) já construída muda devido
a novas fontes de poluição.
Manutenção e métodos paliativos podem ser um ou mais dos seguintes:
●●
Limpeza e lavagem, Esses métodos podem ser aplicados manualmente ou automaticamente,
sendo que alguns métodos de lavagem automáticos podem ser aplicados em isoladores energizados e podem reduzir a poluição acumulada sobre os isoladores.
●●
Aplicação de cobertura hidrofóbica, isto é, borracha de silicone RTV ou graxa de silicone.
As propriedades hidrofóbicas dessas coberturas melhoram o desempenho do isolador sob poluição.
●●
Instalação de componentes e aditivos, isto é, defletores de chuva ou extensor de distância
de escoamento. Os defletores de chuva melhoram o desempenho do isolador, principalmente pelo
efeito de barreira e pela redução do curto-circuito das saias pelas gotas de água, e o extensor
aumenta a distância de escoamento.
Esses métodos têm sido amplamente usados com boa experiência. A escolha da manutenção
e dos métodos paliativos depende das condições do local, do tipo do isolador, praticidade e razões
econômicas. Mais informações podem ser encontrados em [1] e [2].
24
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Requisitos do sistema (ver Seção 6)
Tipo de sistema
Tensão máxima de operação
Sobretensão
Experiências operacionais (ver anexo G)
Abordagem 1
Usar a experiência existente do campo ou
de uma estação de ensaio, para o mesmo
local, para um local próximo ou para um
local com condições similares.
Desempenho imposto
Distâncias de isolamento
Tipos e níveis de poluição
Chuva, névoa, neblina, neve
O isolamento existente satisfaz
às exigências do projeto?
Não
Vento, tempestade
Temperatura, umidade
Parâmetros do isolador
Comprimento total / tipo / material
Perfil / distância de escoamento
Sim
É o mesmo material,
tipo e perfil a ser usado?
Não
Usar experiências e, se necessário, o guia de
perfil e de distância de escoamento para
adaptar os parâmetros do isolamento existente
à nova escolha usando as Abordagens B ou C.
O guia de perfil e da distância de escoamento é
apresentado nas seções mais importantes, ou
seja, escolha do perfil, DEEU básica e seus
fatores de correção, da ABNT IEC TS 60815-2
e IEC TS 60815-3 ou quaisquer partes
equivalentes às ABNT IEC TS 60815-2 e
ABNT IEC/TS 60815-3 para sistemas de
corrente contínua.
Diâmetro / distância de arco
Sim
Usar o mesmo projeto de isolamento
25
ABNT IEC/TS 60815-1:2014
Seleções
Usar projeto de isolamento diferente
ou dimensão diferente.
Anexo A
(informativo)
Condições ambientais (ver Seção 7)
Fluxograma representando as abordagens de projeto
Dados de entrada
Os seguintes fluxogramas mostram as Abordagens 1, 2 e 3 da Seção 4 em forma gráfica.
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Dados de entrada
Requisitos do sistema (ver Seção 6)
Tipo de sistema
Tensão máxima de operação
Existe tempo para medir a
severidade da poluição local?
Não
Sobretensão
Desempenho imposto
Distâncias de isolamento
Sim
Estimativa (8.2)
Medição (8.1)
Condições ambientais (ver Seção 7)
Tipos e níveis de poluição
Chuva, névoa, neblina, neve
Vento, tempestade
Temperatura, umidade
Determinar SPL (Tabela 3, Figuras 1 e 2 de 8.3)
Parâmetros do isolador (ver Seção 8)
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Abordagem 2
Comprimento total / tipo / material
Perfil / distância de escoamento
Selecionar isoladores candidatos
Diâmetro / distância de arco
Escolher os ensaios laboratoriais aplicáveis
e o critério de aprovação (ver Anexo F)
Guia do perfil e da distância de escoamento
O guia do perfil e da distância de escoamento é mostrado
nos aspectos principais, isto é, escolha do perfil,
DEEU básica e seus fatores de correção e das futuras
normas pertencentes ao conjunto da IEC 60815.
Avaliação / ensaio
Se necessário, ajustar seleção/tamanho
de acordo com os resultados do ensaio.
Aceitável
Seleções
Inaceitável
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Abordagem 3
Dados de entrada
Requisitos do sistema (ver Seção 6)
Tipo de sistema
Tensão máxima de operação
Sobretensão
Existe tempo para medir a
severidade da poluição local?
Não
Desempenho imposto
Distâncias de isolamento
Condições ambientais (ver Seção 7)
Tipos e níveis de poluição
Sim
Medição (8.1)
Estimativa (8.2)
Chuva, névoa,
snowneblina,
and ice neve
Vento, tempestade
Temperatura, umidade
Determinar SPL (Tabela 3, Figuras 1 e 2 de 8.3)
Parâmetros do isolador (ver Seção 8)
Comprimento total / tipo / material
Perfil / distância de escoamento
Diâmetro / distância de arco
Selecionar o perfil apropriado
Guia do perfil e da distância de escoamento
O guia do perfil e da distância de escoamento é mostrado
nos aspectos principais, isto é, escolha do perfil,
DEEU básica e seus fatores de correção e das futuras
normas pertencentes ao conjunto da IEC 60815.
Dimensões do isolador
Seleções
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Anexo B
(informativo)
Mecanismos de descarga devido à poluição
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B.1
Descrição do mecanismo de descarga devido à poluição tipo A
Para facilidade de compreensão do processo de descarga devido à poluição pré-depositada (tipo A),
este é dividido em seis fases descritas separadamente a seguir. Na realidade, essas fases não são
distintas com tendência a se misturar.
O processo de descarga devido à poluição em isoladores é bastante afetado pelas propriedades
superficiais dos isoladores. Duas condições superficiais são reconhecidas: hidrofílica e hidrofóbica.
A superfície hidrofílica está geralmente associada com isoladores de vidro ou porcelana, enquanto que
uma superfície hidrofóbica está associada com isoladores poliméricos, especialmente os de silicone.
Sob condições de umidificação – como chuva, névoa etc., superfícies hidrofílicas se umidificarão
completamente, de modo que uma película de eletrólitos cobre a superfície do isolador. Em uma
superfície hidrofóbica, ocorre o contrário, pois a água se dispersa em gotículas distintas sob tais
condições de umidificação.
O processo de descarga devido à poluição é também significantemente afetado pela forma de onda
da tensão, corrente alternada ou corrente contínua. Em corrente alternada, a propagação do arco através
da superfície do isolador pode levar vários ciclos e, por este motivo, o arco é submetido a um processo
de extinção e re-ignição quando a corrente passa pelo zero.
Um processo complexo é a disrupção do ar entre pontos vizinhos do perfil do isolador (isto é,
entre nervuras ou saias), reduzindo o desempenho sob descarga por meio do curto-circuito de partes
da superfície do isolador. Além disso, gotas ou fluxo d’água facilitam a redução do desempenho.
O processo descrito a seguir é observado em superfícies hidrofílicas, como em materiais cerâmicos.
Fase 1: O isolador permanece coberto com uma camada de poluição. Se a poluição for não condutiva
(alta resistência) quando seca, algum processo de umidificação (fase 2) é necessário antes que a
descarga ocorra.
Fase 2: A superfície do isolador poluído se torna umidificada. A umidificação de um isolador pode
ocorrer devido aos seguintes processos: pela absorção da umidade, condensação e precipitação.
Chuva forte (precipitação) pode lavar os eletrólitos que compõem parte ou toda a camada poluente
sem iniciar outras fases do processo de descarga ou pode provocar a descarga curto-circuitando
a distância de isolamento entre saias. A absorção da umidade ocorre durante períodos com umidade
relativa elevada (> 75 % UR) quando a temperatura do isolador e a ambiente são as mesmas.
A condensação ocorre quando a umidade do ar se condensa em uma superfície cuja temperatura
é inferior ao ponto de orvalho. Essa condição usualmente ocorre ao nascer do sol ou pouco antes.
Fase 3: Uma vez que um isolador energizado está coberto por uma camada de poluição condutiva,
correntes de fuga superficiais fluem e o efeito de aquecimento provocado por elas se inicia em
poucosciclos de tensão em frequência industrial, secando partes da camada de poluição. Isso ocorre
onde a densidade de corrente é mais elevada, ou seja, onde o isolador é mais fino. Isso resulta
na formação de um evento conhecido como bandas secas.
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Fase 4: A camada de poluição nunca seca uniformemente, devido aos locais onde o caminho condutor
está interrompido pelas bandas secas que interrompem o fluxo da corrente de fuga.
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Fase 5: Uma tensão fase-terra aparece através das múltiplas bandas secas (que podem ter somente
poucos milímetros de largura) causando uma disrupção no ar e curto-circuitando a banda seca por
arcos que estão eletricamente em série com a resistência das porções não secas e condutivas
da camada poluente. Isto causa o aparecimento de uma corrente de fuga cada vez que uma banda
seca na superfície do isolador é curto-circuitada.
Fase 6: Se a resistência da parte ainda úmida e condutiva da camada poluente for muito baixa,
os arcos que curto-circuitam as bandas secas são sustentados e podem, finalmente, continuar
a se extender ao longo do isolador, curto-circuitando cada vez mais a sua superfície. Isto, por sua
vez, diminui a resistência em série com os arcos, aumentando a corrente e permitndo o curto-circuito
de mais partes da superfície do isolador. Finalmente, a superfície é completamente curto-circuitada,
e uma descarga fase-terra é estabelecida.
Pode-se resumir todo o processo como uma interação entre o isolador, poluentes, condições de umidificação e tensão aplicada (e, no laboratório, impedância da fonte de tensão).
Existe uma verossimilhança entre o aumento da descarga e o aumento da corrente de fuga e isto é
devido, principalmente, à resistência da camada superficial que determina a magnitude da corrente.
Pode-se concluir, portanto, que a resistência da camada superficial seja o fator básico na determinação
se ocorrerá ou não uma descarga em um isolador, de acordo com o modelo acima descrito. A resistência
da camada superficial pode ser calculada, considerando uma camada de poluição e uma umidificação
uniformes, usando o fator de forma (ver Anexo I).
A descarga devido à poluição pode ser um problema em áreas muito secas como, por exemplo,
um deserto. A explicação frequentemente reside no “retardo térmico“ ao nascer do sol, entre a temperatura
na superfície do isolador e a rápida elevação da temperatura ambiente. Essa diferença na temperatura
necessita somente de poucos graus centígrados para a ocorrência de uma substancial condensação,
mesmo com valores de umidade relativa bem baixos. A capacidade térmica e a condutividade térmica
do material isolante controla a taxa com a qual a superfície se aquece.
Mais informações sobre o processo de descarga devido à poluição e os modelos estão disponíveis
na publicação CIGRÉ 158 [1].
B.2
B.2.1
Descrição do mecanismo de descarga devido à poluição tipo B
Névoa condutiva
A “poluição instantânea“ tipo B refere-se a uma poluição com elevada condutividade que se deposita
rapidamente na superfície do isolador, fazendo com que o isolador mude da condição aceitavelmente
limpa, com baixo estado condutivo, para centelhamento em um curto período de tempo (< 1 h)
e depois retorna ao estado de baixa condutividade anterior, quando o evento termina.
Para facilitar a compreensão do mecanismo de descarga devido à poluição instantânea, o mesmo
processo descrito em B.1 se aplica. Contudo, a poluição instantânea é normalmente depositada em
uma camada altamente condutiva de eletrólitos líquidos, ou seja, névoa salina ou névoa industrial
ácida. O processo começa, então, na fase 3 descrita em B.1, e pode progredir rapidamente para a
fase 6. Na realidade, essas fases não são distintas, podendo se misturar. Isto somente se refere às
superfícies hidrofílicas. As áreas com maior risco se situam próximo a fábricas químicas ou áreas
próximas à costa com uma história bem conhecida de inversões térmicas.
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B.2.2
Fezes de pássaros em forma de fita
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Este caso particular da poluição tipo B é devido às fezes de pássaro em forma de fita. Esse tipo
de excremento de pássaros forma uma fita contínua, altamente condutiva (20 kΩ/m a 40 kΩ/m),
com um comprimento suficiente para reduzir a distância de isolamento e causar uma descarga
disruptiva. Neste caso, a geometria do isolador e suas características são de pouca importância,
e a melhor solução pode ser empregar métodos de dissuasão ou poleiros alternativos, apropriados
para a fauna local e o projeto da estrutura.
B.3
Mecanismo de descarga devido à poluição em superfícies hidrofóbicas
Devido à natureza dinâmica da superfície hidrofóbica, da complexa interação com os poluentes – tanto
condutores como não condutores – e com os agentes de umidificação, não existe, atualmente, um modelo
geralmente adotado para o mecanismo de descarga devido à poluição para a superfície hidrofóbica
de um isolador. Contudo, um quadro qualitativo para o mecanismo de descarga devido à poluição está
aparecendo e envolve elementos como a migração do sal em gotas d’água, instabilidade das gotas
d’água, formação de filamentos líquidos superficiais e desenvolvimento de descarga entre filamentos
e gotas quando o campo elétrico é suficientemente elevado.
Contudo, quando em operação, os materiais hidrofóbicos são submetidos a um processo dinâmico
de depósito de poluentes, umidificação, descargas localizadas ou elevado campo elétrico que podem
se combinar para tornar parte ou toda a superfície temporariamente mais hidrofílica. Portanto,
muito da física do processo de descarga em superfícies hidrofílicas também se aplica, seja localmente
seja por períodos limitados de tempo, aos materiais ou superfícies denominadas “hidrofóbicas“.
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Anexo C
(informativo)
Medição de DDSE e DDNS
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C.1
Introdução
A severidade local da poluição pode ser determinada pela medição tanto da densidade do depósito
de sal equivalente (DDSE) quanto da densidade do depósito de materiais não solúveis (DDNS)
nos isoladores de referência provenientes de instalações existentes e/ou de estações de ensaio
de campo. Adicionalmente, se possível, a medição da DDSE e da DDNS em um determinado isolador
a ser selecionado fornece informações diretas para determinar a distância de escoamento requerida
para o isolador. Também a análise química dos poluentes é, ás vezes, útil. Esse anexo descreve
como medir a DDSE e a DDNS e como realizar a análise química dos poluentes.
Para o propósito da medição da severidade da poluição local, as medições são padronizadas
pelo uso de uma cadeia com 7 isoladores tipo disco de referência (preferivelmente 9 isoladores
para evitar o efeito das extremidades) ou com um isolador tipo bastão de referência com pelo menos
14 saias. A cadeia com isoladores tipo disco ou com o isolador tipo bastão deve estar desenergizada
e deve ser posicionada em uma altura a mais próxima possível dos isoladores da linha ou do barramento. Cada isolador tipo disco da cadeia ou saia do isolador tipo bastão deve ser monitorada
em intervalos definidos ou seja, a cada mês (disco 2 / área 1), a cada três meses (discos 3, 4 e 5 /
áreas 2, 3 e 4), a cada seis meses (disco 6 / área 5), a cada ano (disco 7 / área 6) e após dois anos
(disco 8 / área 7) etc. antes de chuva, névoa e outros agentes ambientais.
NOTA
Para aplicações de corrente continua, pode ser útil medir a parte superior e inferior de superfície
DDSE e DDNS separadamente.
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Disco 9
Disco 8
Área 7
Disco 7
Área 6
Área 5
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Disco 6
Área 4
Disco 5
Área 3
Disco 4
Área 2
Área 1
Disco 3
Disco 2
Disco 1
Isoladores tipo disco
Isolador tipo bastão
IEC 1957/08
Figura C.1 – Cadeias para medição da DDSE e da DDNS
C.2
Material necessário para medir o grau da poluição
Os seguintes equipamentos são necessários para a medição tanto da DDSE quanto da DDNS.
●●
Água destilada/água desmineralizada
●●
Condutivímetro
●●
Cilindro de medição
●●
Termômetro
●●
Luvas cirúrgicas
●●
Filtro de papel
●●
Revestimento plástico aderente
●●
Funil
●●
Recipiente etiquetado
●●
Forno para secagem / desidratação
●●
Bacia para lavagem
●●
Balança com escala
●●
Algodão absorvente/escova/esponja
C.3
Métodos de coleta de poluição para medição da DDSE e da DDNS
C.3.1
Geral
Não convém que as superfícies do isolador sejam tocadas para evitar qualquer perda da poluição.
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Usar luvas cirúrgicas limpas.
A bacia, o cilindro de medição etc. devem ser bem lavados para remover quaisquer eletrólitos antes
das medições.
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C.3.2
Procedimento utilizando a técnica do esfregão
●●
Água destilada em um volume de 100 cm3 a 300 cm3 (ou mais se requerido) deve ser colocada
no recipiente etiquetado, e o algodão absorvente deve ser imerso na água (outros materiais como
uma escova ou uma esponja, podem ser usados). A condutividade da água com o algodão imerso
deve ser inferior a 0,001 S/m.
●●
Os poluentes devem ser retirados da área superficial do isolador, excluindo quaisquer ferragens
integrantes ou material de montagem (cimentação), esfregando-a com o algodão, após espremer
o líquido nele retido. No caso de isolador tipo disco, as superfícies do topo e do fundo podem
ser medidas separadamente, se necessário, para se obterem informações úteis para avaliação,
como podem ser vistas na Figura C.2. No caso do isolador tipo bastão ou isolador tipo suporte,
os poluentes devem ser usualmente coletados a partir de parte das saias.
●●
O algodão com o poluente retirado deve ser colocado de volta no recipiente etiquetado.
Os poluentes são então dissolvidos na água, espremendo e agitando o algodão na água.
●●
Deve-se continuar a esfregar o algodão nas superfícies do isolador até que não haja mais poluente
nestas. Caso o poluente continue aderido à superfície, mesmo após esfregar várias vezes,
o poluente deve ser removido com uma espátula e colocado na água dentro do recipiente etiquetado.
●●
Convém que cuidados sejam tomados para não perder qualquer parcela da água. Ou seja,
a quantidade não pode mudar muito antes e após a coleta do poluente.
Topo
Bottom
Fundo
IEC 1958/08
Figura C.2 – Retirada de poluentes da superfície de isoladores
C.3.3
Procedimento usando a técnica da lavagem (isoladores tipo disco)
O seguinte procedimento deve ser seguido:
●●
Cobrir a campânula e o pino, respectivamente, com revestimento plástico aderente sem cobrir
a superfície do isolador.
●●
Garantir que a bacia na qual o disco seja lavado esteja limpa.
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●●
Medir um volume de 500 cm3 a 1 000 cm3 (ou mais se necessário) de água destilada
(< 0,001 S/m) e colocar na bacia.
●●
Colocar o isolador com sua campânula na água e lavar a superfície no topo do isolador com pinceladas suaves até a borda.
●●
Colocar o isolador incluindo o seu pino na bacia e lavar delicadamente a poluição sob a superfície
da água com movimentos suaves da mão.
●●
Despejar a água em um recipiente e cuidar para que os depósitos continuem na bacia.
C.4
C.4.1
Determinação da DDSE e da DDNS
Cálculo da DDSE
A condutividade e a temperatura da água que contém o poluente devem ser medidas. As medições
devem ser realizadas após agitações sucessivas da água. Um pequeno tempo de agitação, isto é,
poucos minutos, deve ser necessário para poluentes com alta solubilidade. Poluentes com baixa
solubilidade geralmente necessitam de um tempo de agitação maior, ou seja, 30 min a 40 min.
A correção da condutividade deve ser realizada usando a Equação (C.1). Esse cálculo é baseado
em 16.2 e Seção 7 da IEC 60507:1991.
σ 20 = σ θ [1 − b (θ − 20)]
(C.1)
onde
θ
é a temperatura da solução, (°C);
σθ é a condutividade volumétrica na temperatura de θ °C, (S/m);
σ20 é a condutividade volumétrica na temperatura de 20 °C, (S/m);
b é o fator dependente da temperatura θ, como obtido pela Equação C.2 e cujos valores são
apresentados na Figura C.3.
b = −3200 × 10 −8 × θ 3 + 1032 × 10 −5 × θ 2 − 8272 × 10 −4 × θ + 3544 × 10 −2
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(C.2)
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b (fator dependente da temperatura)
0,030
0,025
0,020
0,015
10
5
15
20
25
30
35
θ (temperatura da solução) °C
IEC 1959/08
Figura C.3 – Valor de b
O valor da DDSE na superfície do isolador deve ser calculada pelas Equações (C.3) e (C.4).
Esse cálculo é baseado em 16.2 da IEC 60507:1991. A relação entre σ20 e Sa (salinidade em kg/m3)
é apresentada na Figura C.4.
Sa = (5, 7σ 20 )1,03
(C.3)
DDSE = Sa × V A
(C.4)
sendo
σ20
a condutividade do volume na temperatura de 20 °C (S/m);
DDSE
a densidade de depósito de sal equivalente (mg/cm2);
V
o volume de água destilada (cm3);
A
a área da superfície do isolador para coleta de poluentes (cm2)
1
Sa (kg/m3)
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0,035
0,1
0,01
0,001
0,001
0,01
0,1
σ20 (S/m)
IEC 1960/08
Figura C.4 – Relação entre σ20 e Sa
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Se forem feitas medições separadas da DDSE superior e inferior, a DDSE média pode ser calculada
como a seguir. A equação (C.5) também pode ser usada para calcular o valor da DDNS média.
DDSE = (DDSEt × At + DDSEb × Ab ) A
(C.5)
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sendo
DDSEt
o DDSE na área superior (mg/cm2);
DDSEb
o DDSE na área inferior (mg/cm2);
At
a área referente à parte superior da superfície do isolador (cm2);
Ab
a área referente à parte inferior da superfície do isolador (cm2);
A
a área total da superfície do isolador (cm2).
NOTA 1 Para uma medição da DDSE na faixa de 0,001 mg/cm2, recomenda-se utilizar água com condutividade muito baixa, ou seja, inferior a 10-4 S/m. Água destilada/desmineralizada normal, com valor de condutividade inferior a 0,001 S/m, também pode ser usada para este propósito subtraindo a quantidade de sal
equivalente da própria água da quantidade de sal equivalente, medida na água que contém o poluente.
NOTA 2 A quantidade de água destilada/desmineralizada depende do tipo e da quantidade de poluente.
Grande quantidade de água é recomendada para medições com poluição muito pesada ou poluente com
baixa solubilidade. Na prática, 2 L a 10 L de água por m2 de superfície a ser limpa pode ser usada. Para evitar
subestimar a quantidade de poluente, a quantidade de água pode ser aumentada enquanto sua condutividade
for menor ou próxima de 0,2 S/m. Se for medida uma condutividade muito elevada, pode haver alguma
dúvida sobre os poluentes remanescentes que não se dissolveram devido à pouca quantidade de água.
NOTA 3 O tempo de agitação antes da medição da condutividade depende do tipo do poluente. Para poluentes com baixa solubilidade, a condutividade tem que ser medida após um intervalo de tempo entre 30 min e
40 min e é determinada quando as medições realizadas se estabilizarem. Para dissolver rapidamente os poluentes, métodos especiais como o aquecimento da água ou o método ultrassônico podem ser utilizados.
C.4.2
Cálculo da DDNS
A água contendo o poluente, após a medição da DDSE, deve ser filtrada utilizando um funil e filtro
de papel pré-seco e pesado (graduação GF/A 1,6 µm ou similar).
O filtro de papel contendo os poluentes (resíduo) deve ser seco e pesado como apresentado na
Figura C.5.
O valor da DDNS deve ser calculado pela Equação C.6.
DDNS = 1000 (Wf − Wi ) A
(C.6)
sendo
36
DDNS
a densidade de depósito de material não solúvel (mg/cm2);
Wf
o peso do filtro de papel contendo poluentes, na condição a seco (g);
Wi
o peso inicial do filtro de papel, na condição a seco (g);
A
a área da superfície do isolador para coleta de poluentes (cm2).
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Filtro de papel
Filtro de papel
Resíduo
Secagem
Solução poluente
Resíduo
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Pesagem
IEC 1961/08
Figura C.5 – Procedimento para medição da DDNS
C.5
Análise química dos poluentes
Uma análise química quantitativa pode ser realizada nos poluentes para uma avaliação mais apurada
das condições da poluição. A análise pode ser útil para identificar componentes químicos de sais
solúveis. A análise química de sais solúveis pode ser feita usando a solução após a medição da DDSE
por meio da cromatografia com troca de íons (CI), espectrometria analítica com emissão de plasma
ótico indutivo acoplado (PIA) etc. A análise resultante pode mostrar a quantidade de íons positivos,
ou seja, Na+, Ca2+, K+, Mg2+, e íons negativos, ou seja, Cl-, SO42-, NO3-.
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Anexo D
(normativo)
Avaliação da severidade da poluição tipo B
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D.1
Introdução
A contaminação marinha local, usualmente pertence ao tipo de poluição instantânea que ocorre
próxima à costa. A duração do evento poluente pode ser desde pouco menos de 1 h a mais de 24 h.
Para determinar a severidade da poluição, neste caso, medições periódicas (por exemplo, de 30 min
a 1 h) ou medições contínuas da corrente superficial de um isolador podem ser usadas. Alternativamente,
medições das descargas no isolador podem ser adotadas (ver Seção D.3). Para esses casos,
as medições obtidas são comparadas com valores obtidos em um ensaio de névoa salina para
determinar a salinidade equivalente local (SEL).
Em alguns casos, principalmente quando o crescimento do sal seco é esperado, os métodos para
avaliação da SPL para uma poluição tipo A são empregados em uma poluição tipo B. Um guia sobre
este método pode ser visto na Seção D.4.
D.2 Avaliação da SEL para poluição tipo B utilizando a medição da corrente de
fuga
D.2.1
Medição da condutância superficial
Esta medição periódica é realizada com baixa tensão em um isolador com forma de saia simples
ou em um isolador de referência tipo disco ou tipo bastão. A tensão aplicada (intervalo de 2 min)
deve ser bastante baixa (por exemplo, 700 Vrms por metro da distância de escoamento) para evitar
a formação de arcos de bandas secas. Os valores atuais devem ser adequadamente registrados.
NOTA
A condutância não é um parâmetro comparável para isoladores diferentes. A condutância de um
dado isolador pode ser convertida em condutividade superficial com a ajuda do fator de forma (ver Anexo I).
D.2.2
Medição da corrente de fuga superficial
Essa medição contínua é realizada em uma cadeia com isoladores de referência tipo disco ou com um
isolador de referência tipo bastão. Convém que a tensão utilizada mantenha o isolador em condição
de suportabilidade para uma classe da severidade local da poluição esperada, ou seja, não convém
que nenhuma descarga disruptiva devido à poluição ocorra no período de ensaio. Os valores atuais
devem ser adequadamente registrados.
D.2.3
Calibração pelo ensaio de névoa salina
Em ambos os casos acima, a calibração para os valores atuais é realizada pelo ensaio de névoa salina,
de acordo com a IEC 60507, no mesmo isolador e com a mesma condição de tensão. Os ensaios são
realizados com o aumento da salinidade a cada ensaio, até que o valor de pico da corrente de fuga
(Ipico máx) seja semelhante ao obtido nas medições no local. A salinidade correspondente é o valor
da SEL.
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NOTA 1 Ipico máx é o maior valor medido da corrente de fuga em um isolador sob condições de suportabilidade
durante um período de ensaio suficiente (ou seja, um ano ou mais no caso de uma estação de ensaios
ou 1 h no caso de ensaio de névoa salina de acordo com a IEC 60507).
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NOTA 2 Se isoladores poliméricos forem utilizados para a medição da SEL, em vez de os isoladores
de referência definidos nesta Especificação Técnica, observar que isoladores hidrofóbicos, submetidos ao
ensaio de névoa salina segundo a IEC 60507, podem apresentar desempenho inferior ao esperado quando
em operação devido à perda temporária da hidrofobicidade causada pelo processo de precondicionamento.
D.3 Avaliação da SEL para poluição tipo B pela medição da descarga disruptiva
devido ao estresse do isolador
Essa medição contínua é executada em uma cadeia de referência com isoladores tipo disco
ou tipo bastão em uma estação de ensaio ao ar livre e fornece resultados os mais próximos possíveis
da experiência quando em operação. A descarga disruptiva devido à tensão aplicada no isolador
é o valor da tensão disruptiva dividida ou pelo comprimento do isolador ou pela distância de escoamento.
Resultados obtidos durante certo período podem ser apresentados como a tensão de descarga mínima
devido à tensão aplicada ou como a relação entre a descarga devido à tensão aplicada e a frequência
de descargas. O procedimento de ensaio usualmente envolve curto-circuitar alguns isoladores
em uma cadeia com fusíveis tipo explosão, de modo que, após a descarga disruptiva, a cadeia
retorne automaticamente ao seu comprimento original (para mais informação, ver CIGRÉ 158 [1]).
A distância de descarga mínima devido à tensão aplicada pode ser então diretamente calibrada a partir
dos ensaios de névoa salina realizados de acordo com a IEC 60507 no mesmo isolador de referência
para obter o valor da SEL para a estação de ensaio. Desse modo, a severidade da poluição local
(SPL) pode ser relacionada com a SEL, para o isolador de referência (ver Figura 3), onde a descarga
disruptiva, melhor que a corrente de fuga, é o critério de desempenho. Adicionalmente, outras medições
da severidade da poluição (isto é, DDNS, a condutância superficial, as correntes de fuga superficiais)
podem também ser relacionadas com a SPL para o isolador de referência no local do ensaio.
NOTA
A SEL representa um ensaio apropriado de suportabilidade sob névoa salina, segundo a IEC 60507,
para o isolador de referência e não convém que seja diretamente usado para determinar a severidade
de um ensaio de poluição artificial para outros projetos de isoladores (ver [2] para mais informações).
D.4
Como determinar a SPL para poluição tipo B
O fluxograma no Anexo A representa a abordagem geral para a estimativa da SPL para um local com
poluição tipo B. A análise das fontes potenciais de contaminação e da frequência de umidificação são
importantes no estabelecimento da SPL. Dados provenientes de numerosas medições da severidade
da poluição ajudarão na determinação da correta SPL para um local. Por exemplo, a SPL para um
local costeiro, sendo a água salina ou a névoa condutiva depositada sobre a superfície do isolador e
depósitos não solúveis podem ser importantes ou não, pode ser obtida da experiência em operação,
DDSE, DDNS, condutividade superficial ou resultados da medição da corrente de fuga. Os pontos
fortes e fracos de cada método necessitam ser considerados quando da interpretação dos resultados
(ver CIGRÉ 158 [1] para mais informações).
Contudo, no exemplo acima, de local costeiro, no qual depósitos não solúveis são desprezados e
ocorre a umidificação regular do isolador de referência, as medições da DDSE são provavelmente
baixas devido à limpeza regular da superfície do isolador. Sob estas circunstâncias, uma abordagem
estatística é solicitada para analisar os dados coletados, e uma estimativa de máxima verossimilhança
da função de distribuição deve ser usada. Os valores superiores a 2 %, com limite de confiabilidade
de 95 %, por exemplo, podem então ser usados como parâmetro no dimensionamento da SPL,
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como compensação pelos valores de medição muito baixos ou pouco numerosos (ver [2] para mais
informações). Essa abordagem seria particularmente importante quando do projeto de isolamento
para instalações críticas.
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Anexo E
(normativo)
Medições com o coletor do depósito direcional de poeira
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E.1
Introdução
O coletor de poeira, como mostrado na Figura E.1, consiste em quatro tubos verticais, com uma fenda
lateral formando um conjunto com cada coletor tubo para um respectivo ponto cardeal da bússola,
Norte, Sul, Leste e Oeste. Um recipiente removível, para coleta dos depósitos soprados pelas fendas,
é fixado na extremidade inferior de cada tubo.
Para facilitar a comparação internacional dos resultados, as dimensões da fenda, como mostradas
na Figura E.1, devem ser utilizadas. As dimensões nominais são uma fenda com 40 mm de largura
com 20 mm de raio em cada extremidade. A distância entre os centros dos raios é de 351 mm
(o comprimento total da fenda é de 391 mm). O tubo possui pelo menos 500 mm de comprimento com
75 mm de diâmetro externo. A distância do topo do tubo para da fenda é de 30 mm. Os tubos são
montados com a parte inferior da fenda a aproximadamente 3 m do solo; isto mantém o coletor fora
do alcance de eventuais curiosos, mas os recipientes de coleta podem ser facilmente e seguramente
trocados. O coletor pode ser montado mais baixo se as condições do terreno assim o permitir.
A intervalos mensais, esses recipientes de coleta são removidos, e o conteúdo coletado misturado
com 500 mL de água desmineralizada. Qualquer detrito macroscópico óbvio (folhas, insetos
etc.) deve ser removido e a condutividade dessa solução medida. O índice de poluição é definido
como a média da condutividade dos quatro coletores, expressa em µS/cm, e normalizada em um intervalo de 30 dias.
Tubo de
Coleta
40 mm
Tirante de
ajuste
30 mm
Recipiente
de coleta
351 mm
500 mm
Colunasuporte
3m
IEC 1962/08
Figura E.1 a – Coletor instalado
IEC 1963/08
Figura E.1 b – Dimensões da fenda
Figura E.1 – Coletores para depósito direcional de poeira
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A vantagem desta técnica é a simplicidade e o fato de que ela pode ser usada em locais desenergizados,
sem a necessidade de isoladores ou outros recursos além dos necessários para montar os coletores.
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A maior desvantagem do coletor de poeira é que os isoladores não são usados e, portanto, não
é possível avaliar as suas propriedades de autolimpeza e o efeito do perfil da saia no processo
de depósito de poluentes na superfície do isolador. Em áreas com elevada precipitação pluviométrica,
um índice mais elevado pode ser tolerado, mas em áreas com baixa precipitação pluviométrica,
com ocorrência constante de névoa, a severidade real deve ser maior que a indicada pelos coletores.
O fator climático para a região é utilizado para ajudar a corrigir esse fenômeno.
E.2
Procedimento de medição
O procedimento de medição mensal é o seguinte:
No local:
1)
Remover os quatro recipientes de coleta posicionados nas extremidades dos tubos e fechar
as extremidades com as tampas adequadas.
2)
Registrar a data da retirada na etiqueta fixada em cada recipiente de coleta.
3)
Colocar quatro novos recipientes de coleta nos tubos, preenchendo a etiqueta neles existente
com a data de instalação, o local e a direção.
No local de medição:
1)
Colocar 500 mL de água desmineralizada em cada recipiente de coleta. A resistividade da água
deve ser inferior a 5 µS/cm. Caso o recipiente contenha água da chuva, preencher o recipiente
com água destilada até atingir o volume de 500 mL. Caso, devido a chuvas intensas, o volume
de água no recipiente for superior a 500 mL, não é necessário adicionar mais nenhuma quantidade
de água.
2)
Agitar suavemente o recipiente de coleta com a água destilada para garantir que qualquer depósito
solúvel seja totalmente dissolvido.
3)
Medir a condutividade da solução, preferivelmente com um condutivímetro que automaticamente
corrige a leitura realizada na temperatura ambiente para a temperatura de 20 °C. Se o condutivímetro
não for compensado para 20 °C, medir a temperatura da solução.
4)
Se o volume da solução não for 500 mL, por exemplo, no caso de chuvas excessivas acumuladas
no recipiente de coleta, medir o volume atual.
5)
Calcular a condutividade corrigida para cada direção, sendo esta condutividade a 20 °C expressa
em µS/cm, para um volume normalizado de 500 mL e uma coleta mensal a cada 30 dias. O valor
normalizado da coleta do depósito direcional de poeira é calculado usando a seguinte equação:
CDDP = σ 20 ×
Vd 30
×
500 D
(E.1)
sendo
42
CDDP
a condutividade da coleta do depósito direcional em µS/cm;
D
o número de dias nos quais o coletor ficou instalado.
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Se a leitura do condutivímetro não for compensada para a temperatura, o valor medido pode ser corrigido para 20 °C usando as Equações (C.1) e (C.2).
6)
Calcular o índice de poluição (IP) para o mês por meio da média das quatro medições corrigidas
de condutividade realizadas, expressa em µS/cm, ou seja:
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IP =
CDDPNorte + CDDPSul + CDDPLeste + CDDPOeste
4
(E.2)
NOTA 1 Alguma poluição pode ser coletada pela parte interna do tubo e ser lavada dentro do recipiente
de coleta quando chover. Os índices de poluição para os meses chuvosos podem, portanto, mostrar valores
um pouco mais elevados que aqueles quando não houve precipitação. Como as leituras são a média sobre
um período de tempo, então isso não faz diferença. Se um quadro mensal muito apurado for necessário,
então as paredes internas do tubo podem ser lavadas com água desmineralizada aspergida por uma garrafa
tipo squeeze antes que o recipiente de coleta seja retirado para análise.
NOTA 2 Para informações mais detalhadas sobre a natureza e/ou a fonte de poluição, o recipiente
de coleta pode ser enviado para um laboratório para realizar uma análise química detalhada.
Se uma avaliação do depósito não solúvel for necessária, após a medição da condutividade,
a solução deve ser filtrada usando um funil e um papel-filtro, previamente seco e pesado, de graduação
GF/A 1,6 mm ou similar. O filtro deve ser novamente secado e pesado. A diferença de peso,
em gramas, representa o depósito não solúvel (DNS).
E.3
Determinação da classe da SPL a partir das medições com o CDDP
A relação entre a classe da severidade da poluição local (SPL) e o índice de poluição,
medido preferivelmente sobre o período de pelo menos um ano, é apresentada na Tabela E.1.
A Tabela E.2 indica a correção para os níveis de DNS medidos com o CDDP.
Tabela E.1 – Índice de poluição obtido com medições do coletor direcional do depósito
de poeira em relação à classe da severidade local da poluição
Índice de poluição, IP, obtido com medições
do coletor direcional do depósito de poeira
µS/cm
(considerar o valor mais alto)
Classe da severidade local da poluição
Valor da média mensal
durante um ano
Valor máximo mensal
durante um ano
< 25
< 50
a
Muito leve
25 a 75
50 a 175
b
Leve
76 a 200
176 a 500
c
Média
201 a 350
501 a 850
d
Pesada
> 350
> 850
e
Muito pesada
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Tabela E.2 – Fatores de correção da classe da severidade local da poluição
em função dos níveis de DNS medidos com o CDDP
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DNS medido com o coletor do depósito
direcional de poeira (gramas)
(considerar o valor mais alto)
E.4
Correção da classe da severidade
local da poluição
Valor da média mensal
durante um ano
Valor máximo mensal
durante um ano
< 0,5
< 1,5
Nenhum
0,5 a 1,0
1,5 a 2,5
Aumento de uma classe
> 1,0
> 2,5
Aumento de uma ou duas classes
e considerar a mitigação
(isto é, a lavagem)
Correção para as influências climáticas
Se os dados climáticos do local em questão estão disponíveis, então o índice de poluição obtido
com medições do coletor direcional do depósito de poeira pode ser ajustado para levar
em consideração as influências climáticas. Isso é feito pela multiplicação do valor do índice de poluição (IP),
como determinado acima pelo fator climático (Fc).
O fator climático é obtido por:
DN MS
+
20
3
Fc =
2
sendo
(E.3)
DN o número de dias de névoa (≤ 1 000 m de visibilidade horizontal) por ano;
MS o número de meses secos (< 0 mm de precipitação) por ano.
NOTA
A relação mostrada na Equação (E.3) é baseada nas descobertas realizadas na África do Sul
medidas em 80 locais por mais de 4 anos.
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Anexo F
(normativo)
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Uso dos métodos de ensaio laboratoriais
Os métodos de ensaio mais importantes a serem usados devem ser selecionados de acordo com
o tipo de poluição no local, o tipo do isolador e o tipo de energização. Os ensaios apresentados na
IEC 60507 e na IEC/TS 61245 são aplicáveis diretamente a isoladores de vidro e de porcelana. Até
o momento, não há ensaio normalizado aplicável diretamente a isoladores poliméricos. Como regra
geral, o método de ensaio da camada sólida é recomendável para a poluição tipo A e o método de
ensaio da névoa salina para a poluição tipo B.
A severidade da poluição usada nos ensaios laboratoriais é determinada em três etapas:
1)
O tipo de poluição presente e a severidade da poluição local são determinados pela estimativa
da poluição em um local, como descrito na Seção 8 e nos Anexos C, D e E.
2)
O nível da severidade da poluição local deve ser corrigido para qualquer deficiência ou imprecisão
na determinação da SPL. Os fatores de correção devem compensar:
—— diferenças entre o isolador usado para a coleta da poluição, para a medição da severidade
da poluição local, e o isolador a ser ensaiado, isto é, a influência do perfil da saia e diâmetro;
—— diferenças no tipo de energização aplicada no isolador usado para medição da severidade
da poluição local e no isolador a ser ensaiado, isto é, a corrente alternada ou corrente contínua;
—— outras influências de importância.
3)
A severidade da poluição requerida, que é a severidade na qual os ensaios laboratoriais são
relizados, é derivada da severidade da poluição suportável coordenada de modo a compensar
as diferenças entre as condições operacionais atuais do isolamento e aquelas dos ensaios de
suportabilidade normalizados. Esses fatores de correção de severidade devem compensar para:
—— diferenças no tipo de poluição depositada no local e no ensaio;
—— diferenças na uniformidade do depósito da poluição no local e no ensaio;
—— diferenças nas condições de umidificação quando em operação e quando em ensaio;
—— diferenças na montagem do arranjo do equipamento no campo e sob ensaio.
Outras influências de importância podem incluir:
—— o efeito do envelhecimento na coleta da poluição e na umidificação do isolamento durante
o tempo de expectativa de vida do isolador;
—— a incerteza estatística do desempenho de um limitado número de ensaios para verificar
o nível necessário da severidade da poluição suportável.
Esses são os princípios gerais deste processo. A escolha de valores para os fatores de correção
é dependente das condições locais e da experiência em operação. Os fatores de correção são
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conhecidos para alguns tipos de isoladores e outros estão sendo disponibilizados com a experiência
que está sendo ganha. Sempre que possível, valores típicos dos fatores são apresentados na parte
pertinente da IEC 60815.
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O uso de métodos laboratoriais para ensaio de poluição, não normalizados ou adaptados, pode ser
aceito mediante acordo entre as partes interessadas. Mais informações sobre estes métodos podem
ser obtidas na publicação 158 do CIGRÉ [1].
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Anexo G
(normativo)
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Abordagens determinísticas e estatísticas para a severidade do
ensaio de poluição artificial e critério de aceitação
G.1
Linhas gerais
Dois métodos para a severidade do ensaio de poluição artificial e critério de aceitação estão em uso:
um método estatístico e um método determinístico. Vários dos procedimentos aplicados são, contudo,
uma mistura de ambos os métodos. Por exemplo, alguns dos fatores usados no método determinístico
foram derivados de considerações estatísticas ou algumas variações estatísticas foram negligenciadas
nos métodos estatísticos
G.2
Abordagem determinística
A abordagem determinística tem sido amplamente utilizada para o projeto de muitos componentes
elétricos e mecânicos, equipamentos e sistemas. Tipicamente, o nível de isolamento é baseado
na análise do pior caso da severidade local e em fatores de segurança para cobrir imprevistos.
Assume-se que existe um valor máximo definitivo da severidade local que pode estressar o isolador,
mostrado como o estresse ambiental f(γ) na Figura G.1. Assume-se também que a rigidez do isolamento
P(γ) pode ser descrita por um valor mínimo para a suportabilidade da severidade da poluição, abaixo
do qual uma descarga disruptiva nunca ocorrerá, determinado ou pelo desempenho em operação
ou pelos ensaios laboratoriais. O valor mínimo do isolamento para a suportabilidade da severidade
da poluição é então selecionado de modo que ele exceda o estresse máximo de uma margem
de segurança que é escolhida para cobrir somente incertezas na avaliação do projeto considerando
os parâmetros de rigidez e de estresse.
Esse método requer a determinação precisa da severidade do local para escolher o nível máximo
de estresse. É possível superestimar ou subestimar a severidade do local ou fazer suposições incorretas quanto à relação entre a severidade do ensaio e a severidade local.
No passado, o sucesso deste método tem sido principalmente devido ao fato de que ensaios artificiais
em laboratório geralmente fornecem resultados conservativos.
É necessário preparar ensaios cuidadosamente para levar em consideração todos os fatores
que determinam a relação entre a severidade local e as condições laboratoriais, fornecendo então
uma estimativa correta do desempenho suportável.
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Rigidez atual
P (γ)
Rigidez: Probabilidade de descarga
Estresse atual
f (γ)
Estresse: densidade de ocorrências
Medições de
poluição
SPL
determinada
Selected Margin
Margem
selecionada
Margem inferior
Margem superior
Severidade da poluição (γ)
IEC 1964/08
Figura G.1 – Ilustração para projeto baseado na abordagem determinística
G.3
Abordagem estatística
O dimensionamento estatístico de isoladores implica na seleção da rigidez dielétrica de um isolador,
com respeito à tensão e a estresses ambientais (conceito estresse/rigidez), para preencher a exigência
de disponibilidade específica. Isto é feito pela avaliação do risco de descarga das opções de potenciais
isolamentos selecionando aquelas que indicaram um desempenho aceitável.
Rigidez P(γ)
Estresse f(γ)
Rigidez: Probabilidade de descarga
Estresse: densidade de ocorrências
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f(γ) × P(γ)
Risco de descarga
Severidade da poluição (γ)
IEC 1965/08
Figura G.2 – Conceito estresse/rigidez para o cálculo do risco de descarga sob poluição
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Com referência à Figura G.2, o risco de descarga pode ser calculado como a seguir:
●●
Uma função de distribuição cumulativa P(γ) descrevendo a rigidez dielétrica do isolador,
isto é, obter uma probabilidade de descarga como função da mesma severidade γ utilizada
para descrever o estresse devido à poluição (DDSE). A DDS para ensaios laboratoriais deve ser
determinada a partir da DDSE em operação usando os princípios apresentados no Anexo F.
●●
A função P(γ) é então convertida a partir da representação de um único isolador, para representar
o desempenho de m isoladores em uma linha inteira ou seção de linha, exposta ao mesmo
número de eventos de poluição.
●●
As duas funções f(γ) e P(γ) são subsequentemente multiplicadas para fornecer a densidade
de probabilidade de descarga e a área sob esta curva expressa o risco de descarga durante
um evento de poluição.
●●
Se o número de eventos de poluição por ano for conhecido (isto é, tempestades salinas em áreas
costeiras ou chuva leve ou névoa no interior), o risco de descarga por ano pode ser calculado.
Este método requer uma determinação precisa dos parâmetros estatísticos que descrevem a severidade do local assim como aqueles que descrevem a característica de descarga do isolador.
A última característica tem de ser determinada para cada tipo de isolador pela determinação laboratorial do valor de U50 e do desvio-padrão com vários níveis de poluição (no mínimo 2).
Programas computacionais estão disponíveis para essa abordagem estatística.
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Anexo H
(informativo)
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Exemplo de questionário para coleta de informações sobre
o comportamento de isoladores em áreas poluídas
Companhia:
País:
Identificação do projeto e/ou local:
Linha ou subestação:
Pessoa de contato para informações complementares:
(endereço, telefone, e-mail, fax)
1 Dados/requisitos do sistema (ver Seção 6)
⇒⇒ Tensão nominal do sistema e tensão máxima de equipamento
⇒⇒ Valor e duração das sobretensões temporárias
⇒⇒ Importância estratégica
⇒⇒ Data da construção
⇒⇒ Data da energização
⇒⇒ Tipo do sistema
⇒⇒ Limpeza
sim/não
frequência:
⇒⇒ Manutenção (não envolvendo renovação/
troca de isoladores)
⇒⇒ Lavagem
sim/não
frequência:
⇒⇒ Engraxamento
sim/não
frequência:
Para linhas aéreas
Subestações
⇒⇒ Tipo de torre ou estrutura (incluir esboço)
⇒⇒ Tipo de aparelhagem
⇒⇒ Número de circuitos
⇒⇒ Distância de isolamento da cadeia à terra
⇒⇒ Tipo de cadeias de isoladores
⇒⇒ Distância de isolamento
⇒⇒ Dispositivos de proteção dos isoladores
2 Condições ambientais e de poluição (ver Seção 7)
Informações gerais
⇒⇒ Mapa das regiões cortadas pela linha, sua rota e altitudes
⇒⇒ As diferentes zonas climáticas cortadas pela linha
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⇒⇒ Para subestações, orientação e altitude (mostrar a orientação das buchas de parede com respeito ao regime de ventos que prevalecem)
⇒⇒ Vegetação da área, característica e estrutura geológica
Clima
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⇒⇒ Tipo de clima: temperado, tropical, equatorial, continental...
⇒⇒ Tempo sem chuva, em meses
⇒⇒ Índice pluviométrico anual (mm):
Índice pluviométrico mensal (se possível)
⇒⇒ Vento predominante: direção e velocidade
média (km/h):
Dados mensais (se possível)
⇒⇒ Orvalho:
sim/não
frequência
⇒⇒ Nevoeiro:
sim/não
frequência
⇒⇒ Umidade: Pico mensal e média (se possível)
Tipos de poluição
Tipo A
⇒⇒ Poluição com base de areia ou poeira proveniente do solo (por exemplo: deserto)
⇒⇒ Poluição industrial com grande quantidade de partículas sólidas (exceto cimento)
⇒⇒ Poluição industrial com grande quantidade de cimento (ou outros sais de dissolução lenta)
⇒⇒ Poluição industrial ou química, fumaça
⇒⇒ Agricultura
Tipo B
⇒⇒ Poluição marítima – pequena quantidade de partículas não solúvel
⇒⇒ Poluição salina não marítima – pequena quantidade de partículas não solúveis
⇒⇒ Poluição industrial ou química, gases, chuva ácida
Combinação dos tipo A e tipo B
⇒⇒ Indicar os componentes principais e sua frequência relativa
Níveis de poluição (SPL)
⇒⇒ Classe da SPL de acordo com a ABNT IEC/TS 60815-1
⇒⇒ Método usado para avaliar a SPL
⇒⇒ Tipo de isoladores de referência, outros isoladores
⇒⇒ Frequência das medições
⇒⇒ Duração do estudo
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⇒⇒ Valores máximos das medições anuais da DDSE, DDNS, SEL ou CDDP (se possível, dados
mensais)
Outros agentes
⇒⇒ Descargas atmosféricas
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⇒⇒ Atividade sísmica
⇒⇒ Vandalismo
3 Parâmetros do isolador
Abordagens utilizadas para definir o isolamento
⇒⇒ Abordagem 1, ABNT IEC/TS 60815-1
⇒⇒ Abordagem 2, ABNT IEC/TS 60815-1
○○ Com medição local?
○○ Método/resultados confirmados
⇒⇒ Abordagem 3, ABNT IEC/TS 60815-1
○○ Com medição local?
Para linhas aéreas
Subestações
⇒⇒ Posição e tipo da cadeia
⇒⇒ Posição do isolador
⇒⇒ Tipo de isolador
⇒⇒ Tipo do isolador (suporte, bucha etc.)
⇒⇒ Material do isolador
⇒⇒ Material do isolador
⇒⇒ Comprimento total da cadeia, diâmetro(s)
⇒⇒ Comprimento total, diâmetro(s)
⇒⇒ Perfil
⇒⇒ Perfil
⇒⇒ Distância de escoamento unitária/total
⇒⇒ Distância de escoamento total
⇒⇒ Distância de arco a seco
⇒⇒ Distância de arco a seco
4 Detalhes de incidentes
Informações gerais
⇒⇒ Data e hora
⇒⇒ Localização da torre ou estrutura, aparelhagem, subestação
⇒⇒ Condições meteorológicas antes/durante o(s) incidente(s):
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○○ Umidade relativa
○○ Tempestade
○○ Chuva
○○
Vento (direção, média e pico de velocidade)
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○○ Orvalho
○○ Tempo entre a última ocorrência de
precipitação pluviométrica e a falha
○○ Nevoeiro
○○
Outros
○○ Temperatura
Tipo de incidente e observações
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⇒⇒ Descarga disruptiva
⇒⇒ Forte corrosão das partes metálicas
⇒⇒ Perfuração, trilhamento ou erosão do dielétrico
⇒⇒ Outros danos visíveis
⇒⇒ Localização do dano no isolador
⇒⇒ Quaisquer outras observações ou comentários
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Anexo I
(informativo)
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Fator de forma
O fator de forma (Ff) é um número adimensional que representa o comprimento (l) da distância
de escoamento parcial dividida pela largura integrada (p). Para isoladores, o comprimento é na direção
da distância de escoamento e a largura é a circunferência do isolador como mostrado abaixo.
r(l)
l
L
Ff =
dl
∫ p (l )
0
sendo I o comprimento total ao longo da
superfície (distância de escoamento) e
p(l) = 2.π.r(l)
Figura I.1 – Fator de forma
Neste caso, Ff .é igual à integral do valor recíproco da circunferência do isolador vezes a distância
de escoamento parcial, medida a partir da extremidade superior do isolador até o ponto de contato.
O fator de forma é somente dependente da forma da superfície e não dependente do tamanho.
Ver IEC 60507.
A superfície que contém uma camada condutora uniformemente distribuída possui uma condutividade
total dependente de
●●
condutividade específica da superfície,
●●
Ff.
O fator de forma Ff fornece uma relação exata entre a resistividade/condutividade de uma superfície
uniformemente condutiva, por exemplo, a superfície de um isolador uniformemente poluída e umidificada, e a resistência/condutância total da mesma superfície.
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Anexo J
(informativo)
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Correspondência entre distância de escoamento específica e DEEU
Distância de escoamento específica (DEE), como usada na edição anterior da ABNT IEC/TR 60815,
era baseada na tensão do sistema. Para sistemas de corrente alternada, era a tensão fase–fase.
A DEEU refere-se à tensão através do isolador, ou seja, para sistemas de corrente alternada,
é a tensão fase–terra. Tanto a distância de escoamento específica quanto a DEEU são especificadas
como o valor mínimo.
A Tabela J.1 fornece uma correspondência entre os valores comumente usados de DEE e DEEU.
Tabela J.1 – Correspondência entre a distância de escoamento específica e
a distância de escoamento específica unificada
Distância de escoamento específica para
sistemas de corrente alternada trifásicos
DEEU
12,7
22,0
16
27,8
20
34,7
25
43,3
31
53,7
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Bibliografia
[1] CIGRE Taskforce 33.04.01 – Polluted insulators: A review of current knowledge, CIGRE brochure
N° 158-2000.
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[2] CIGRE WG C4.303 – Outdoor insulation in polluted conditions: Guidelines for selection and
dimensioning – Part 1: General principles and the AC case, CIGRE Technical Brochure N° 3612008.
[3] CIGRE WG C4.303 – Development of guidelines for the selection of insulators with respect to
pollution for EHV – UHV DC: State of the art and research needs, Paper C4-101, CIGRE 2008.
[4] CIGRE Taskforce 33.13.07 – Influence of ice and snow on the flashover perfomance of outdoor
insulators – Part 1: Effects of Ice, ELECTRA N° 187, December 1999, and Part 2: Effects of Snow,
ELECTRA n° 188, February 2000.
[5] IEC 60050-604, International Eletrotechnical Vocabulary – Part 604: Generation, transmission
and distribution of electricity – Operation
[6] CIGRE Taskforce 33.04.03 – Insulator pollution monitoring, Electra 152, February 1994
[7] ABNT IEC/TR 62039, Guia de seleção de materiais poliméricos para uso externo sob alta-tensão
[8] ABNT IEC/TS 62073, Guia da medição da hidrofobicidade nas superfícies de isoladores
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