Os conjuntos de isoladores estão entre os componentes mais comuns nas redes de transmissão e sua qualidade e desempenho desempenham um papel vital na garantia de um fornecimento confiável de eletricidade. Uma parte fundamental disso é o seu comportamento quando expostos a um arco de energia. Um projeto deficiente em relação ao comportamento do arco de potência pode reduzir significativamente a vida útil do conjunto de isoladores e aumentar a probabilidade de interrupções no fornecimento.
Há uma grande variedade de opções de materiais isolantes e ambientes nos quais conjuntos de isoladores são usados. Como tal, os designs dos conjuntos de isoladores variam consideravelmente e podem até precisar ser adaptados para aplicações específicas. Mesmo as menores diferenças no projeto podem afetar o comportamento do arco de potência de uma corda. O teste físico é a maneira mais confiável de avaliar o comportamento do arco de potência de uma string e, portanto, as concessionárias exigem cada vez mais que os conjuntos de isoladores sejam submetidos a testes de arco de potência antes de se comprometerem a instalá-los em suas redes.
Nos últimos anos, os Laboratórios KEMA, em Praga, realizaram mais de 160 testes de arco de potência em conjuntos de isoladores de vários tipos. Estes testes foram realizados de acordo com a IEC 61467:2008. Além de revelar os modos de falha mais comuns para diferentes tipos de conjuntos de isoladores, esta visão geral contribuída por Robert Jech destaca um possível problema com a forma como a IEC 61467:2008 é definida atualmente. Esse é um problema que pode impactar o valor que as concessionárias derivam dos testes atuais. O conhecimento obtido com isso fornecerá aos fabricantes de conjuntos de isoladores informações úteis sobre a melhor forma de projetar strings para aumentar as chances de sucesso na primeira-vez nos testes e, assim, reduzir o tempo e o dinheiro gastos em redesenhos. Também pode estimular a discussão em torno da especificação do padrão para garantir que ele atenda igualmente às necessidades dos fabricantes e dos serviços públicos.
O teste de arco de potência de conjuntos de isoladores na KEMA é realizado de acordo com a norma IEC 61467:2008. Esta norma se aplica a cadeias de isoladores ou conjuntos compostos de cerâmica, vidro ou materiais compósitos que serão montados em postes metálicos ou torres e usados em linhas aéreas CA com tensão nominal acima de 1000 V.
A norma define métodos, parâmetros, circuitos, etc. para testes de arco de potência em conjuntos de isoladores e cadeias curtas. Diferentes arranjos de testes são permitidos dentro da norma e a escolha depende da aplicação final dos conjuntos de isoladores, de acordo com a necessidade do cliente. O circuito e a série de teste devem ser escolhidos com base em fatores como geometria e tipo de isolador, sua posição na linha e tipo de torre.
Arranjos de teste
A posição pretendida de um conjunto em uma linha determina se ele deve ser testado com um circuito de alimentação balanceado ou não balanceado e, dependendo dos parâmetros da linha, com a corrente de curto-circuito a ser usada durante o teste. Se o conjunto de isoladores for posicionado nos primeiros ou últimos 5% de uma linha, ele deverá ser testado com um circuito de alimentação desequilibrado, enquanto os conjuntos a serem localizados entre os pontos de 5% e 95% da linha requerem um circuito de alimentação balanceado para teste. Da mesma forma, os conjuntos para a seção intermediária (ou seja, de 24% a 76% do comprimento da linha) requerem apenas 20% da corrente nominal-de curto-circuito da rede. Conjuntos para uso em locais entre os pontos de 5% e 24% – ou pontos de 76% e 95% – requerem 50% e os conjuntos nos primeiros ou últimos 5% requerem a corrente de curto-circuito total da rede.
Enquanto isso, o tipo de torre determina a escolha de um circuito de retorno balanceado ou não balanceado durante o teste. Os conjuntos a serem usados na janela de fase central de uma torre requerem testes com um circuito de retorno balanceado (referido como série de testes X). Para posições externas na torre ou onde não há janela de fase central, um circuito de retorno não balanceado é usado (referido como série de testes Y). Além disso, o número de testes a serem realizados depende se o cliente pretende que o mesmo tipo de conjunto seja utilizado em toda a linha (caso em que são realizados os testes completos da série X ou Y) ou apenas em parte da linha. A Fig. 1 mostra um arranjo de teste atípico para um conjunto de cordas V- com isolador composto. Este arranjo de teste compreende circuitos balanceados de alimentação e retorno. O arranjo mostrado simula uma posição de conjunto de isoladores entre os pontos de 5% e 95% da linha na janela de fase central da torre.
Dependendo do tipo de conjunto de isoladores, a norma IEC 61467:2008 também pode exigir que ele seja submetido a testes de verificação além do teste de arco de potência, sendo o principal o teste de carga de falha mecânica (MFLT). Isso é realizado nas unidades isolantes para garantir que elas possam suportar forças mecânicas após a aplicação de um arco de potência. Os conjuntos de isoladores também podem ser obrigados a passar por um teste de descarga de frequência de energia seca (DPFF) para garantir que o isolador não sofra perfurações em tensões abaixo da tensão de descarga. Testes elétricos adicionais podem ser realizados nas conexões e condutores dentro do conjunto de isoladores para verificar a capacidade de resistência.
Visão geral estatística dos testes
A análise dos resultados dos testes realizados em 162 conjuntos de isoladores durante um período de cinco{1}}anos é mostrada abaixo:
Tipos de conjuntos e componentes de isoladores
Os conjuntos de isoladores vêm em vários tipos de designs e materiais isolantes diferentes, dependendo da aplicação pretendida. Os conjuntos de isoladores testados durante o período de cinco{1}}anos compreenderam:
• 92 conjuntos de suspensão
• 49 conjuntos de tensão
• 17 cordas em "V"
• 4 isoladores-de braços cruzados
Em termos do material isolante utilizado e do projeto do isolador, os conjuntos de isoladores testados incluíram:
• 81 compostos
• 34 copos, tampa e alfinete
• 12 copos, tampa e alfinete (corda curta)
• 27 porcelanas, haste longa
• 8 porcelanas, tampa e alfinete
Componentes Críticos
Os números acima dão uma indicação da qualidade dos conjuntos de isoladores disponíveis atualmente e da necessidade sustentada de testes antes da instalação. No entanto, talvez mais esclarecedor seja o conhecimento dos principais modos de falha dos conjuntos de isoladores. Esta visão destaca áreas às quais os fabricantes devem prestar especial atenção ao projetar novos conjuntos de isoladores.
Conjuntos-de isoladores de haste longa
Para conjuntos-de hastes longas, foram identificados três problemas potenciais específicos. As partes metálicas da unidade isoladora podem derreter se não forem bem projetadas. Além disso, um projeto inadequado pode levar à quebra dos galpões próximos a essas peças metálicas. Finalmente, o arco pode fazer com que o metal evapore do encaixe protetor do conjunto, causando 'poça'.
Conjuntos de isoladores compostos
A borracha de silicone usada em isoladores compostos apresenta alta resistência a testes de arco elétrico. No entanto, o ponto crítico para esses conjuntos é onde o núcleo de fibra de vidro se conecta às conexões metálicas.
Conjuntos de isoladores de tampa e pino (vidro ou porcelana)
Os isoladores de tampa e pino apresentam alta resistência mecânica após testes de arco de potência. As principais preocupações desses conjuntos são a possibilidade de quebra de galpões e, no caso de conjuntos de vidro, o resfriamento das unidades cap & pin
Acessórios de proteção:Carga-Proteção de acessórios de rolamento e acessórios de direção do arco
Os testes de arco elétrico impõem uma tensão mecânica e térmica muito maior nessas conexões do que os testes de{0}curto-circuito. Isto deve ser levado em consideração ao projetar acessórios de proteção de conjuntos de isoladores de todos os tipos.
Também existe o risco de o material destas conexões derreter nas unidades isolantes. Também deve ser tomado cuidado para garantir que os acessórios de proteção não se movam durante o arco, o que pode fazer com que a raiz do arco fique apoiada nos acessórios de suporte de carga-.
Acessórios de proteção: anéis corona, anéis de classificação
Esses acessórios não são designados principalmente para correntes de arco, mas influenciam a posição da arcroot e como ela se move. Tal como acontece com outros acessórios de proteção, os fatores de risco aqui incluem o derretimento do material nas unidades isolantes e o movimento dos acessórios, fazendo com que a raiz do arco se afaste da posição pretendida. Além disso, alterações nos contornos dessas conexões podem causar descarga corona excessiva e ruído de rádio.
Comportamento do arco de potência durante os testes
A realização dos testes revisados acima oferece uma oportunidade de estudar de perto o comportamento dos arcos de potência durante os testes. Dois comportamentos básicos distintos foram observados. No primeiro caso, o arco de potência corre entre os acessórios de proteção projetados para definir seu caminho (isto é, os chifres de arco, os anéis de arco, etc.). Este é o comportamento pretendido do arco elétrico e significa que a maior parte da tensão do arco é exercida sobre os acessórios de proteção e conjuntos de isoladores, com impacto apenas limitado no próprio material isolante. Crucialmente, este tipo de comportamento tem pouco impacto na torre e nos condutores.
No entanto, um segundo comportamento pode ocorrer quando o arco viaja ao longo do condutor de linha ou da torre. Neste caso, o impacto no conjunto de isoladores é muito menor com tensões muito menores nos acessórios de proteção e nas unidades de isoladores. Entretanto, há um impacto negativo muito maior na torre ou condutor que conduz o arco.
Atualmente, a IEC61467:2008 não especifica o comportamento do arco durante o teste. Também normalmente não é especificado nos documentos de concurso para projetos de instalação ou atualização da rede. Isto poderia representar um problema real para concessionárias e fabricantes de conjuntos de isoladores. Se o projeto do conjunto de isoladores fizer com que o arco se comporte da segunda das duas maneiras descritas acima, é provável que o conjunto de isoladores passe no teste de arco de potência, pois o arco não está próximo do isolador e, portanto, não pode danificá-lo. No entanto, se tal conjunto for usado em campo, quaisquer arcos ocorridos viajariam ao longo da torre ou do condutor da linha, causando danos. Além disso, danos a estes componentes seriam mais caros de reparar e levariam a interrupções mais longas.
Resumo
O estudo estatístico dos resultados dos testes de arco de potência permitiu identificar os pontos críticos de vários tipos de conjuntos de isoladores. Isso oferece informações valiosas para os fabricantes ao projetar novos conjuntos de isoladores.
Além disso, a experiência adquirida com estes testes destacou um possível problema com a norma IEC 61467:2008 tal como é especificada hoje. Como a norma não especifica o comportamento do arco durante o teste, ela poderia permitir que conjuntos de isoladores potencialmente perigosos passassem no teste. Isso poderia dar às concessionárias uma falsa sensação de segurança nos conjuntos de isoladores que estão comprando. Para garantir que a norma atenda às necessidades das concessionárias, fornecedores de materiais isolantes e fabricantes de acessórios isolantes, esta questão deve ser abordada. Para fazer isso, o comportamento do arco durante os testes deve ser especificado através de uma atualização para IEC61467:2008 ou rotineiramente em documentos de licitação das concessionárias. O último curso exigiria que todas as empresas de serviços públicos se tornassem mais conscientes desta questão.
https://www.inmr.com/power-conjuntos de-teste de arco-isoladores-/