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Materiais Elétricos Isolantes

Isolantes líquidos -Os isolantes líquidos têm, geralmente na prática, funções de isolamento e de refrigeração. -Como refrigerante, retira o calor gerado internamente ao elemento condutor, transferindo-o a radiadores, mantendo dentro de níveis admissíveis a temperatura de trabalho do equipamento. -Entre os isolantes líquidos destacam-se: • Óleo Mineral • Askarel • Óleos de silicone

Prof. Msc. Getúlio Tateoki


Isolantes líquidos

Óleo Mineral

-Obtido a partir da decomposição (cracking) do petróleo por destilação e é composto basicamente por:

• Metano ou óleos parafinados do qual se extrai de 3% a 8% de parafina sólida;

• Nafta;

• Mistura dos dois anteriores.



Isolantes líquidos Óleo Mineral -A temperatura de craking define os subprodutos do petróleo: • 40 a 150°C – benzina;

• 150 a 300°C – óleos leves e combustíveis;

• 300 a 350°C – óleos diesel;

• Acima de 350°C – óleos para aquecimento, matéria

prima para óleos lubrificantes, óleos isolantes, o resíduo do processo de destilação é o asfalto.



Isolantes líquidos Óleo Mineral -Os óleos para fins isolantes são processados através de rigorosa purificação e têm seu uso mais comum nos transformadores, cabos, capacitores, disjuntores e chaves a óleo. -Com o desenvolvimento de novos materiais com melhores características elétricas, o óleo vem sendo gradativamente substituído, mas ainda é muito utilizado. -Estes óleos devem ser altamente estáveis e ter baixa viscosidade, pois além de isolar por impregnação, devem transmitir bem o calor.



Isolantes líquidos Óleo Mineral -Este é um problema típico dos transformadores onde o óleo deve transferir para as paredes do tanque o calor gerado nos enrolamentos, caso em que óleos mais densos não se prestariam a esta função. -No caso de dispositivos de manobra e de comando, o óleo deve fluir rapidamente entre os contatos para extinguir o mais rapidamente possível o arco elétrico. -Em cabos e capacitores, o óleo também deve fluir facilmente de forma a impregnar adequadamente os dielétricos e também, por deslocamento, eliminar a presença do ar e umidade, comum em dielétricos fibrosos.



Isolantes líquidos Óleo Mineral -A viscosidade correspondente a cada aplicação é fixada por normas e está sempre relacionada à temperatura, sobretudo a temperatura máxima admissível. -O fator de perdas de óleos isolantes de qualidade a 20°C, deve ser de aproximadamente 0,001 e depende acentuadamente da temperatura. -Por exemplo, óleos para capacitores devem ter um fator de perdas inferir a 0,005 a 100°C, com um ρ = 25x1012 Ω.mm2/m em estado novo admitindo-se uma redução para 1/5 desse valor após um ensaio de envelhecimento de 40 horas.



Isolantes líquidos Óleo Mineral -A rigidez dielétrica, ou tensão de ruptura, para óleos novos e sem umidade, deve ser de 200kV/cm para temperaturas de -40°C a +50°C, no caso de transformadores e de 120kV/cm para disjuntores. -A rigidez dielétrica mínima também varia com a classe de tensão e o tipo de equipamento. Exemplos: de 80 a 140kV/cm para transformadores de rede ou para instrumentos, na classe de tensão de 34,5 a 220kV; de 40 a 80kV/cm para dispositivos de comando, na classe de tensão de 34,5 a 69kV.



Isolantes líquidos Óleo Mineral -Merece uma atenção especial o problema de envelhecimento dos óleos isolantes, razão pela qual deve ser providência de rotina uma sistemática de verificação da tensão de ruptura ou rigidez dielétrica. -Os sistemas de manutenção preveem a retirada periódica de amostras de óleo dos equipamentos para a verificação de suas características isolantes, pois, num período relativamente curto (em média 2 a 3 anos), nota-se uma sensível redução, da ordem de algumas vezes, da sua rigidez dielétrica.



Isolantes líquidos Óleo Mineral

-Dependendo dos valores encontrados, é necessário proceder a purificação ou filtragem ou, em casos críticos, a substituição do óleo envelhecido por óleo novo. -O uso de inibidores de envelhecimento é discutível, pois pode ocorrer ataque a outros componentes do equipamento, tendo ainda o inconveniente do alto custo. -A oxidação do óleo está sempre presente, pois depende da presença do oxigênio do ar e da elevação da temperatura.



Isolantes líquidos Óleo Mineral -Apesar do rigor dos processos de refinação, que elimina as matérias mais facilmente modificáveis, a oxidação via catalítica pode aparecer no equipamento à presença do cobre. -A luz do dia também pode ser um agente do processo de envelhecimento do óleo, motivo pelo qual o mesmo deve ficar protegido dos raios de luz. -Algumas cadeias típicas de carbono que compõe o óleo se oxidam com mais facilidade, dando origem a ácidos orgânicos, água e materiais voláteis.



Isolantes líquidos Óleo Mineral -A ação do campo elétrico e descargas internas ao equipamento, pode provocar decomposições moleculares progressivas, gerando produtos que irão separar-se do óleo, dando origem às chamadas lamas. -Como as lamas podem se formar em qualquer região do líquido isolante contido no equipamento e são mais densas que o óleo, tendem a se depositar no fundo do tanque, entretanto, em seu caminho descendente, este material pode depositar-se nos enrolamentos, núcleos e outras partes do equipamento.



Isolantes líquidos Óleo Mineral -As características dielétricas da lama são ruins e, caso venham a impregnar partes isolantes, irão formar pontos de possíveis descargas, levando gradativamente a isolação e deterioração provocando curtos-circuitos (entre espiras, no caso de transformadores), podendo vir a ocorrer a destruição parcial ou total do equipamento. -O calor gerado por efeito Joule, absolvido pelo óleo e transferido para as paredes do tanque do equipamento, provoca a solidificação da lama, a qual assume uma forma muito semelhante à do piche, que tem baixo coeficiente de transferência de calor.



Isolantes líquidos Óleo Mineral -Essa formação prejudica a ação refrigerante do óleo e provoca a elevação da temperatura do equipamento, podendo leva-lo à destruição. -Os óleos minerais têm o grave problema da inflamabilidade, não por contato com chama, mas por combustão espontânea quando é sobreaquecido, o que pode provocar graves acidentes. -Por tal motivo, o óleo mineral utilizado em equipamentos elétricos deve ter sua temperatura permanentemente controlada. Prof. Msc. Getúlio Tateoki


Isolantes líquidos Óleo Mineral -Para substituir o óleo mineral em algumas aplicações, foi desenvolvido, anteriormente aos óleos a base de silicone, o askarel. Askarel -É um pentaclorodifenil que se destaca por não ser inflamável, mas apresenta uma série de graves problemas: enquanto os óleos minerais são neutros, os askaréis, devido à presença do cloro, atacam o sistema respiratório e visual das pessoas que os manuseavam, e ainda manuseiam.



Isolantes líquidos

Askarel

-É extremamente agressivo ao meio ambiente quando descartado sem os devidos e onerosos cuidados necessários.

-os askaréis podem ainda atacar alguns produtos dos componentes de equipamentos elétricos.

Os askaréis tem a vantagem de não formarem subprodutos durante seu uso em serviço.



Isolantes líquidos Askarel -Sua temperatura de trabalho (110°C0 é um pouco superior à do óleo mineral. -O askarel, sendo um difenil associado ao cloro, pode apresentar produtos sólidos, à temperatura ambiente, e produtos líquidos que têm um ponto de solidificação não muito baixo. -Por este último motivo foi bem menos usado em países de invernos mais rigorosos, pois a baixas temperaturas o askarel perde a função de elemento transmissor de calor (motivo mela qual as multinacionais direcionaram as vendas desse óleo sintético1!).



Isolantes líquidos Askarel -O askarel também não pode ser aplicado quando sujeito a arcos voltaicos expostos, pois, por aquecimento externo, ocorrerá a quebra da cadeia de hidrogênio e cloro, provocando a liberação do cloro. -O emprego do askarel, de forma geral, restringiu-se a cabos e capacitores isolados em papel e tem seu uso proibido no Brasil desde 1980. -Deve ser manuseado e descartado com devidos cuidados, uma vez que ainda existem em operação muitos equipamentos que utilizam como óleo isolante.



Isolantes líquidos Askarel -O custo do askarel era da ordem de 10 vezes superior aos óleos minerais, o que, felizmente, restringiu seu emprego à época em que foi introduzido no mercado. -Alguns nomes comerciais que foram dados ao askarel: Clophen, Inerteen, Aroclor. -Todos os dielétricos líquidos são utilizados para garantir as características isolantes de dielétricos porosos e fibrosos, evitando a penetração de umidade, gases e vapores. Prof. Msc. Getúlio Tateoki


Isolantes líquidos Askarel -O custo do askarel era da ordem de 10 vezes superior aos óleos minerais, o que, felizmente, restringiu seu emprego à época em que foi introduzido no mercado. -Alguns nomes comerciais que foram dados ao askarel: Clophen, Inerteen, Aroclor. Óleos de Silicone -Os óleos de silicone [Si-O-Si] associado a grupos metílicos e fenólicos são incolores e transparentes e disponíveis em uma ampla faixa de viscosidades e pontos de ebulição.



Isolantes líquidos Óleos de Silicone -Têm ponto de chama elevado [acima de 300°C] e baixo ponto de solidificação [-100°C]. -A faixa de emprego situa-se entre 200°C e -60°C. -Sua viscosidade não varia proporcionalmente com a temperatura, comparativamente aos óleos minerais. -São recomendados para temperaturas de trabalho muito altas ou muito baixas.



Isolantes líquidos Óleos de Silicone -Devido às características do silício, os silicones permanecem neutros na presença da maioria de elementos, conferindo-lhes elevada estabilidade química e ausência de envelhecimento. -São repelentes à água e, portanto, evitam a perda das suas características isolantes em serviço.



Isolantes líquidos Óleos de Silicone -São solúveis em benzol, toluol, éter e álcoois de grau superior, sendo insolúveis em óleos minerais e álcoois de grau inferior. -O preço do óleo de silicone é bastante elevado em comparação ao óleo mineral. -Todos os dielétricos são utilizados para garantir as características isolantes de dielétricos porosos e fibrosos, evitando a penetração de umidade, gases e vapores.


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