trabalho sobre isolantes elétricos

Atividades Práticas Supervisionadas

Introdução

No estudo aplicado de materiais eletroeletrônicos temos

diversas melhorias em equipamentos e em sistemas de proteção desses

equipamentos, sendo que dentro do universo aplicável de eletrônica temos os

isolantes eletrônicos que não deixa de ser um dos assuntos mais importantes

relacionado a eletricidade.

O isolante desde que foi inventada a eletricidade e que foi

repassado a primeira corrente elétrica teve como função proteger o ser humano

e a natureza de descargas e de altas tensão elétricas enviada de um polo ao

outro, no início os primeiros isolantes eletrônicos eram feitos com papel e um

tipo de cola ou resina que eram envolvidos os fios elétricos, porém não eram

muito eficaz em situações como incêndio pois em situações de grandes

descargas elétricas o calor que a corrente transmitia aquecia o papel com a

resina e ambos pegavam fogo.

Porem com as tecnologias avançadas no dia de hoje temos

isolantes elétricos muitos superiores ao do passado e com isso muito mais

proteção.

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Nas páginas a seguir demostraremos a história, a importância

e a melhoria dos isolantes nos sistemas elétricos e o que foi melhorado neste

importante componentes do sistema elétrico.

A HISTÓRIA DO ISOLANTE ELÉTRICO

Objetivo – informar a necessidade de sua utilização (o motivo

pelo qual foi criado) início da necessidade de isolar cabos (transmissão de

dados - telégrafos)

Para que Serve a Isolação?

A função básica da isolação é confinar o campo elétrico gerado

pela tensão aplicada ao condutor no seu interior. Com isso, é reduzido ou

eliminado o risco de choques elétricos e curtos-circuitos.

1. O que determina um material ser isolante – composição

química.

Em alguns tipos de átomos, especialmente os que compõem

os metais - ferro, ouro, platina, cobre, prata e outros -, a última órbita eletrônica

perde um elétron com grande facilidade. Por isso seus elétrons recebem o

nome de elétrons livres.

Estes elétrons livres se desgarram das últimas órbitas

eletrônicas e ficam vagando de átomo para átomo, sem direção definida. Mas

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os átomos que perdem elétrons também os readquirem com facilidade dos

átomos vizinhos, para voltar a perdê-los momentos depois. No interior dos

metais os elétrons livres vagueiam por entre os átomos, em todos os sentidos.

Devido à facilidade de fornecer elétrons livres, os metais são

usados para fabricar os fios de cabos e aparelhos elétricos: eles são bons

condutores do fluxo de elétrons livres.

Já outras substâncias - como o vidro, a cerâmica, o plástico ou

a borracha - não permitem a passagem do fluxo de elétrons ou deixam passar

apenas um pequeno número deles. Seus átomos têm grande dificuldade em

ceder ou receber os elétrons livres das últimas camadas eletrônicas. São os

chamados materiais isolantes, usados para recobrir os fios, cabos e aparelhos

elétricos.

Essa distinção das substâncias em condutores e isolantes se

aplica não apenas aos sólidos, mas também aos líquidos e aos gases. Dentre

3


os líquidos, por exemplo, são bons condutores as soluções de ácidos, de bases

e de sais; são isolantes muitos óleos minerais. Os gases podem se comportar

como isolantes ou como condutores, dependendo das condições em que se

encontrem Condutores e Isolantes.

2. Dados históricos – início das transmissões de dados –

primeiras eletrificações – primeiros materiais e processos utilizados

Histórico

Os primeiros cabos isolados de que se tem notícia datam de

1795, utilizados em uma linha telegráfica na Espanha e eram isolados em

papel. Seguiram-se os condutores cobertos por guta percha (uma planta nativa

da Índia), os cabos em papel impregnado em óleo, os cabos em borracha

natural (início do século XX), em borracha sintética (EPR) e PVC (ambos logo

após a Segunda Guerra Mundial).

Embora possuíssem excelentes características isolantes, os

cabos isolados em papel foram perdendo aplicações ao longo do tempo,

principalmente devido à dificuldade de manuseio durante a sua instalação,

sobretudo na realização de emendas e terminações. Isso propiciou a

popularização dos cabos com isolações sólidas, tais como o PVC.

A primeira experiência bem sucedida foi realizada pelo inglês

William Watson, em 1747, quando um condutor feito de juta e com pouco mais

de três quilômetros de extensão foi utilizado para transmitir informações entre

as margens do rio Tamisa, em Londres. Em 1795, o espanhol Dom Francisco

Salva aplicou, pela primeira vez na história dos condutores, papel para isolar

condutores metálicos usados também na transmissão telegráfica. Já a

invenção do primeiro cabo efetivamente isolado é creditada ao barão Von

Schilling que, entre 1812 e 1815, desenvolveu um condutor submarino que

4


cruzava o rio Sena para detonação de minas e era feito de fios de cobre e

isolado com um tipo de borracha indiana seca e envernizada.

Com o fim da guerra, Schilling convenceu o imperador russo

Nicolau a construir uma linha telegráfica entre São Petersburgo e Peterhoff, em

1836. As linhas eram formadas por cabos aéreos nus e subterrâneos que

foram isolados individualmente com seda envernizada, amarrados e

impregnados com asfalto.

A experiência deu certo e estimulou pesquisas de novos tipos

de isolação para os cabos de transmissão de dados e, em 1848, a isolação

com uma planta asiática chamada gutta percha foi aplicada em um cabo de

uma linha telegráfica subterrânea com mais de cinco quilômetros, localizada

entre as cidades de Berlim e Gross Berem, ambas na Alemanha.

A utilização da tecnologia dos condutores para a transmissão

de eletricidade se deve a dois fatores: à descoberta das células voltaicas por

Alessandro Volta, em 1800, que permitiu a reprodução repetitiva e contínua da

energia elétrica, e à criação do dínamo em anel por Zénobe Gramme, em 1871,

que possibilitou o uso do gerador de corrente contínua em alta tensão.

O uso dos condutores na transmissão de energia se

popularizou com o processo de iluminação pública iniciado por Thomas Alva

Edison, em 1882, quando o inventor utilizou dois grossos fios de cobre

separados por papel dentro de um tubo de ferro cheio de betume para conduzir

eletricidade para lâmpadas incandescentes, formando o primeiro sistema de

iluminação pública que se tem notícia.

O sistema funcionou com eficiência durante um ano e só foi

substituído porque o professor de engenharia elétrica John Hopkinson criou um

sistema de cabos trefilados para condução de corrente contínua que utilizava

50% menos cobre. Assim, o sistema usado por Edison foi trocado por outro que

usava dentro de cada tubo de ferro, ainda preenchido com betume, três fios de

cobre isolados individualmente com gutta percha e colocados em forma de

triângulo sobre outro condutor.

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Este tipo de condutor foi utilizado para a iluminação de diversas

cidades até meados de 1950, quando os cabos foram substituídos por

tecnologias mais parecidas com as conhecidas atualmente.

As primeiras isolações de condutores elétricos foram as

mesmas utilizadas nos cabos telegráficos, como a planta gutta percha. No final

do século XIX outras substâncias como gomas, fibra de vidro, areia e

compostos betuminosos foram usadas, mas um material, o papel – utilizado

pela primeira vez para isolação de fios e cabos em 1795 – é aplicado até hoje.

As propriedades isolantes do papel foram descobertas e aplicadas pelo

espanhol Francisco Salva, mas foi somente em 1836 que seu uso foi

conhecido, graças à apresentação sobre o tema do cientista Michael Faraday

na Academia Real de Londres.

As primeiras isolações de condutores elétricos foram as

mesmas utilizadas nos cabos telegráficos, como a planta gutta percha. No final

do século XIX outras substâncias como gomas, fibra de vidro, areia e

compostos betuminosos foram usadas, mas um material, o papel – utilizado

pela primeira vez para isolação de fios e cabos em 1795 – é aplicado até hoje.

As propriedades isolantes do papel foram descobertas e aplicadas pelo

espanhol Francisco Salva, mas foi somente em 1836 que seu uso foi

conhecido, graças à apresentação sobre o tema do cientista Michael Faraday

na Academia Real de Londres.

O uso do papel para a isolação foi difundido apenas em 1890,

também em Londres, e o material era impregnado de betume para reduzir a

perda da característica isolante devido à umidade. A isolação em papel facilitou

o aumento das tensões utilizadas em cabos, porém as descargas internas

começaram a provocar perfurações na isolação e o papel começou a perder

espaço no início do século XX.

Essas isolações que utilizam papel impregnado são chamadas

de estratificadas. De acordo com o gerente técnico comercial da Wirex Cable,

Carlos Finck, apesar de atualmente haver isolações melhores, ainda é possível

encontrar alguns condutores com isolação de papel impregnado em óleo fluido,

principalmente em média e alta tensão para a reposição de circuitos antigos.

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“Atualmente no país existem várias linhas de transmissão para tensões

superiores a 145 kV com cabos isolados em papel ainda em operação”,

completa o gerente de marketing de produtos da Prysmian, Rubens Bertim de

Campos.

Depois da isolação em papel, foram utilizadas isolações a óleo,

onde os cabos eram impregnados da substância e mantidos sob pressão por

vasos de compensação ligados a caixas de junção. Ainda no século XIX, foram

utilizados como isolantes a gutta percha, a borracha natural e a borracha

vulcanizada.

Em 1850, o esmalte começou a ser usado para isolação de fios

para enrolamentos de transformadores e motores e em 1910 passou a ser

produzido em larga escala. Este tipo de isolação é utilizado até hoje, mas sua

composição química mudou ao longo da evolução tecnológica, principalmente

com a chegada dos isolantes termoplásticos e termofixos, chamados de

isolação por materiais sólidos.

Os isolantes termoplásticos são o polietileno (PE – pouco

utilizado atualmente no Brasil) e o cloreto de polivinila, mais conhecido como

PVC, plásticos derivados de petróleo. Já os isolantes termofixos são o etileno-

propileno, chamado no mercado simplesmente de EPR, e o polietileno

reticulado, o XLPE.

3. Historia recente – os materiais utilizados nos dias de hoje ( pvc

/ epr / verniz ) ( historia – descoberta – vantagens e

desvantagens ), as normas com realação a utilização, cores

utilizadas , segurança na utilização ( incêndio – nivel isolação ).

Borracha

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Quando os espanhóis começaram a invadir a América do Sul,

sua atenção foi atraída pelo suco de uma planta com que os indígenas

formavam bolas, que saltavam no chão. Uma curiosidade de viajantes em

terras distantes deveria tornar-se, alguns séculos depois, a origem de uma

indústria colossal, a da borracha

Atualmente, a maior fonte desta matéria-prima não é mais o

Brasil, sua pátria de origem, mas a Indonésia, onde as sementes ou as mudas

da Hevea brasiliensis, foram levadas, pelo fim do século XIX

A borracha elástica é látex (isto é, uma substância

esbranquiçada, pegajosa, semelhante ao leite da figueira), segregado pela

casca de uma enorme planta da família das Euforbiáceas, a Hevea brasiliensis,

que cresce, espontânea, nas cálidas e úmidas florestas da América Meridional.

Um látex, com propriedades semelhantes, era extraído de várias outras

espécies vegetais.

A borracha assim obtida, borracha em bruto, deformável como

gesso, deve sofrer uma série de preparos para adquirir os requisitos da

elasticidade, dureza, resistência etc., que fazem dela um dos produtos de

consumo mais necessários no mundo moderno.

Ela é introduzida em máquinas especiais que funcionam mais

ou menos como moedoras de carne, chamadas mastigadoras: elas servem

para misturá-la e empastá-la, libertando-a do líquido e das impurezas. A este

ponto deve-se dizer que os indígenas costumam defumá-la, quando em estado

bruto, obtendo, assim, um produto bastante elástico e impermeável, mas

grudento e, por isso, não é prático para trabalhá-lo.

Na indústria moderna, ao invés, segue-se uma fase importante,

a da mistura, isto é, à borracha são ajuntadas substâncias especiais, capazes

de torná-la dura e elástica para tal fim, emprega-se enxofre ou seus

compostos; juntam-se, ainda, corantes e outras substâncias químicas, capazes

de orientar a reação. A borracha, agora, está pronta para ser utilizada dos

modos mais variados. É-lhe dada a forma definitiva, antes de submetê-la à

vulcanização, cujo processo final a tornará realmente tal qual nós a

conhecemos,

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Tal processo consiste em submeter o material, ao qual forma

acrescidas as substâncias mencionadas, a uma elevada temperatura (cerca de

160º), de maneira que, entre borracha bruta e enxofre, ocorram aquelas

complicadas reações, que dão as características químicas e físicas desejadas.

Misturada a uma quantidade maior de enxofre e levada a uma temperatura

ainda mais alta a borracha se transforma, em ebanite, uma substância dura,

que conhecemos.

As utilizações da borracha são infinitas, e vão das modestas

borrachinhas para apagar escritos (um dos seus usos mais remotos), aos

cabos elétricos, aos fios de tecido, aos tecidos impermeáveis, aos

pneumáticos, às cintas etc.

O consumo e a procura de tal matéria-prima, como é fácil

compreender, são tão grandes que as plantações do Brasil e da Ásia não mais

bastam para satisfazer a indústria. Hoje, se produz borracha sintética, em

quantidades sempre crescentes

PVC.

O que é o PVC?

O Policloreto de Vinila (PVC) é um dos plásticos mais antigos,

avançados, utilizados e estudados da atualidade.

Justus Von Liebig (Sintetizou o Cloreto de Vinila, base do PVC, em 1835)

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1835: O Cloreto de Vinila (VCM) é sintetizado pela primeira vez

em laboratório por Justus Von Liebig.

1839: Victor Regnault publica suas observações sobre a aparição de um pó

branco que se formava quando uma ampola fechada contendo VCM era

exposta a luz solar.

1860: Hoffman publica um informe sobre a obtenção de Polibrometo de Vinila.

1872: Barman sintetiza o Policloreto de Vinila.

1912: Fritz Klate descobre a base para a produção industrial do PVC.

1929: Os Estados Unidos elaboram o primeiro produto comercial de PVC.

1930: A industria alemã começa a produção do PVC.

1940: A comercialização do PVC começa na Inglaterra.

1950: Dá-se início à produção e à comercialização de produtos de PVC na

Argentina.

1956: Se inicia a produção de PVC na Solvay do Brasil (que se

chamava, à época, Eletrocloro). Atualmente, Solvay Indupa do Brasil.

1961: A Indupa S.

Poli (cloreto de vinila) - PVC: um breve histórico

O desenvolvimento das resinas de PVC teve início em 1835,

quando Justus von Liebig descobriu o monômero cloreto de vinila (VC), um gás

à temperatura ambiente com ponto de ebulição igual a -13,8oC. A descoberta

de Liebig fez-se por meio da reação do 1,2-dicloroetano com hidróxido de

potássio em solução alcoólica. Entretanto, foi um de seus alunos, Victor

Regnault, o responsável pela publicação de um trabalho, em 1839, relatando a

ocorrência de um pó branco após a exposição à luz solar de ampolas seladas

preenchidas com cloreto de vinila, o qual pensava-se tratar de poli(cloreto de

vinila) - PVC, mas estudos indicaram tratar-se do poli (cloreto de vinilideno) 1,2.

O primeiro registro da polimerização do cloreto de vinila e da obtenção do PVC

ocorreu em 1872.

Fritz Klatte descobriu na Alemanha o procedimento básico para

a produção do PVC

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Descobriu ainda, em 1915, a polimerização do cloreto de vinila

via radicais livres por meio de iniciadores do tipo peróxidos orgânicos. Porém, a

produção comercial na Alemanha ficou limitada às várias tentativas de se

construir equipamentos capazes de processar o PVC, devido à sua

instabilidade térmica.

Descobriu ainda, em 1915, a polimerização do cloreto de vinila

via radicais livres por meio de iniciadores do tipo peróxidos orgânicos. Porém, a

produção comercial na Alemanha ficou limitada às várias tentativas de se

construir equipamentos capazes de processar o PVC, devido à sua

instabilidade térmica.

No Brasil, a produção comercial do PVC teve início em 1954

em uma planta construída mediante a associação da B. F. Goodrich (EUA) e

das Indústrias Químicas Matarazzo, utilizando tecnologia da primeira.

Atualmente, o PVC é o segundo termoplástico mais consumido em todo o

mundo, com uma demanda mundial superior a 27 milhões de toneladas no ano

de 2001.

Fabricação e Características

O PVC contém 57% de cloro (derivado do cloreto de sódio –

sal de cozinha) e 43% de petróleo.

Através da eletrólise (passagem de uma corrente elétrica pela

água salgada) obtém-se o cloro e a soda cáustica.

O petróleo ao ser refinado, desde a destilaço do óleo cru,

passa por várias etapas até chegar ao etileno.

Ao se reagirem, o cloro e o etileno, ambos em fase gasosa,

dão origem ao DCE (dicloro-etano), representado quimicamente pela equação:

C2 + h2 (etileno) + CL2 (cloro) = 2h2CL2 (1,2-dicloroetano)

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e por um processo em um circuito fechado, o DCE sofre uma

transformação e obtem-se o MVC, também em estado gasoso, representado

por :

C2h2CL2 (DCE) = 2h2CL (monômero cloreto de vinila) + HCL.

Finalmente, através do agrupamento destes monômeros, mais

conhecido como processo de Polimerização, formam-se os polímeros,

moléculas gigantes de Policloreto de Vinila, o nosso conhecido PVC.

A resina de PVC é um pó muito fino na cor branca e totalmente

inerte.

Como características principais podem citar:

Leve, com pêso específico variando de 1,30 a 1,70 g/cm³

Versátil, em função dos vários processos em que pode ser utilizado

Resistente ao fogo, não propaga as chamas – auto-extinguível

Inerte, não possuí cloro livres na sua fabricação final

Isolante, térmico, elétrico e acústico

Impermeável, resiste bem a diversos gases e líquidos

Resistente, possuí uma resistência boa a choques

Durável, em função do produto fabricado pode chegar a 50 anos

Reciclável, adequando-se perfeitamente a grande preocupação de nosso

planeta, que é a reciclagem de materiais plásticos.

PVC

Vantagens do PVC

Produzido a partir do Sal (NaCl) e principalmente do Petróleo, é

um dos plásticos mais utilizados da atualidade.

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A principal vantagem do PVC é a sua versatilidade:

Mediante a adição de aditivos podemos mudar as

características do produto final

Vantagens: O PVC tem grandes vantagens, pois comporta alto

teor de aditivos que lhe conferem excelentes propriedades de isolação térmica

e elétrica, grande resistência à água, a agentes químicos (ácidos e bases), a

óleos e hidrocarbonetos, além de alta flexibilidade. É também um produto com

excelente relação custo-benefício.

Processo de fabricação: Os fios e cabos são produzidos através do processo

de extrusão, pelo qual se consegue uma excelente isolação dos núcleos

metálicos ou dos feixes de cabos.

Peças com várias durezas (desde produtos rígidos como tubos

e conexões até produtos flexíveis como sandálias e mangueiras de jardim).

Esta versatilidade faz com que o PVC esteja presente em

nosso dia a dia nos mais diversos setores da economia:

Construção civil (forros, perfil de janelas, tubos, conexões,

tapetes de banheiro, fios e cabos, mangueiras de jardim, conduites, pisos,

juntas de dilatação e etc...)

Principais características do PVC

Durabilidade: Produtos confeccionados a partir do PVC têm

vida longa, viabilizando a sua aplicação em bens duráveis como tubos para

água e esgoto, fios e cabos, perfis industriais, janelas, forros e etc..

Não inflamável: devido ao cloro existente em sua molécula, o PVC não se

queima com facilidade nem inflama sozinho. Por esta razão é extensivamente

empregado para isolar e proteger cabos elétricos e para outros insumos na

indústria da construção, automobilística, eletrodomésticos, bens de uso, etc.

Estável quimicamente: De uma maneira geral o PVC tem boa resistência a

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ácidos e bases o que viabiliza a sua utilização na indústria médico/hospitalar,

alimentícia e industrial. Devido a sua inércia química a embalagem de PVC

preserva as propriedades organoléticas do produto embalado.

Recuperação de energia: o PVC tem um alto valor energético.

Nos sistemas modernos de valorização energética de resíduos, onde as

emissões são muito controladas, o PVC pode fornecer energia e calor na

indústria, residências ou em outros lugares.

Fácil de processar: trabalhando com equipamentos

adequados, o PVC é transformado na maioria dos processos industriais de

transformação de materiais termoplásticos (injeção, extrusão, calandragem,

sopro e etc...)

Fácil de reciclar: Devido ao fato de ser uma resina

termoplástica o PVC é 100% reciclável.

Propriedades de barreira: baixa permeabilidade ao oxigênio e ao gás

carbônico o que viabiliza sua aplicação na indústria de alimentos.

Fonte: www.planetaplastico.com.br

Principais Características das Isolações Sólidas

De um modo geral, as isolações sólidas possuem uma boa

resistência ao envelhecimento em serviço, uma reduzida sensibilidade à

umidade e, desde que necessário, podem apresentar um bom comportamento

em relação ao fogo. Vejamos a seguir as principais características específicas

do composto isolantes mais utilizados atualmente: o PVC.

Cloreto de Polivinila (PVC)

• é, na realidade, uma mistura de cloreto de polivinila puro

(resina sintética), plastificante, cargas e estabilizantes;

• sua rigidez dielétrica é relativamente elevada, sendo possível

utilizar cabos isolados em PVC até a tensão de 6 kV;

• sua resistência a agentes químicos em geral e a água é

consideravelmente boa;

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http://www.planetaplastico.com.br/


• possui boa característica de não propagação de chama.

Em relação à tensão elétrica, como vimos anteriormente, o

PVC está limitado a 6 kV, o que o torna recomendado para emprego em cabos

de baixa tensão, seja de potência, de controle, de sinal ou para ligação de

equipamentos.

A principal característica construtiva dos cabos associada com

a tensão elétrica é a espessura da isolação. Ela varia de acordo com a classe

de tensão do cabo e da qualidade do material utilizado e é fixada pelas

respectivas normas técnicas aplicáveis. Em geral, quanto maior a tensão

elétrica de operação do cabo, maior a espessura da isolação.

A Corrente Elétrica

É sabido que todo condutor elétrico percorrido por uma

corrente aquece. E também é sabido que todos os materiais suportam, no

máximo, determinados valores de temperatura, acima dos quais eles começam

a perder suas propriedades físicas, químicas, mecânicas, elétricas etc.

Desse modo, a cada tipo de material de isolação correspondem

três temperaturas características que são:

• Temperatura em Regime Permanente

É a maior temperatura que a isolação pode atingir continuamente em serviço

normal. É a principal característica na determinação da capacidade de

condução de corrente de um cabo.

• Temperatura em Regime de Sobrecarga

É a temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de sobrecarga.

Segundo as normas de fabricação, a duração desse regime não deve superar

100 horas durante doze meses consecutivos, nem superar 500 horas durante a

vida do cabo.

• sua resistência a agentes químicos em geral e a água é

consideravelmente boa;

• Temperatura em Regime de Curto-circuito

É a temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de curto-

circuito. Segundo as normas de fabricação, a duração desse regime não deve

superar 5 segundos durante a vida do cabo.

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A tabela 3 indica as temperaturas características das isolações

em PVC e EPR.

Tempe

ratura em Regime (°C)

Temperat

ura em Sobrecarga (°C)

Temperatu

ra em curto-circuito (ºC)

70 100 160

Temperaturas Características do PVC

Tempe

ratura em Regime (°C)

Temperat

ura em Sobrecarga (°C)

Temperatu

ra em curto-circuito (ºC)

70 100 160

Tabela 4: Principais características do PVC

Figura 2: Tipos de cabos elétricos de potência em baixa tensão

www.ipce.com.br/introducao.php

EPR

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Resumo: Materiais poliméricos dielétricos como os elastômeros

a base de poli (etileno/propileno/1,4-hexadieno). também denominados EPDM

ou borrachas EPR, são usualmente empregados no isolamento elétrico de

cabos de alta tensão. A rigidez dielétrica destes materiais é uma das

propriedades mais significativas na avaliação do seu comportamento, em

função das condições de operação (gradiente elétrico e temperatura) e do

ambiente. Trabalhos anteriores revelaram que as descargas elétricas

destrutivas não ocorrem ao acaso: as perfurações se encontram,

preferencialmente, em determinadas regiões do dielétrico. Isto sugeriu que

alguma não uniformidade pudesse existir no isolamento, talvez em sua

composição química. Para verificar esta hipótese, foi realizada a análise da

distribuição de alguns componentes da borracha EPDM em amostras de cabo

(138 kV). No monitoramento dos ingredientes foram exploradas diversas

técnicas de análise físico-química, como: espectroscopia foto-acústica,

fluorescência de raios-X, espectrometria de massa e termogra- vimetria. Os

resultados mostraram flutuações de composição da borracha em alíquotas

colhidas em diferentes pontos do dielétrico, algumas dessas variações relativas

foram: caulim 5,7%, óxido de chumbo (mínimo) 8.7%, óxido de zinco 13.8% e

perda de parafina de 20% a 40% em massa. O caulim é uma carga de reforço

e enchimento, os óxidos de chumbo e de zinco e o antioxidante são agentes

estabilizantes da borracha e a parafina é um agente de processo. Estas

variações foram atribuídas a: i) alterações na composição do composto

dielétrico, de ponto a ponto; ii) alteração nas propriedades termofisicas do

composto, ponto a ponto. As flutuações de composição e de propriedades

térmicas do composto causam flutuações na constante dielétrica, de ponto a

ponto. Em consequência, alguns pontos do isolante estão sujeitos a gradientes

de potencial elétrico maiores que outros, sendo mais sujeitos á ruptura

dielétrica. Os resultados obtidos permitem que se planeje um outro trabalho, no

qual seja verificada a hipótese de correlação entre sitios de maior frequência de

perfuração e sítios com defeito ou excesso de um ou mais constituintes do

composto.

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O polietileno reticulado, conhecido no mercado como XLPE,

em sua reticulação passa por um processo interno de transformação parecido

com a vulcanização de uma borracha, com isso, o material deixa de estar

sujeito a fissuras que poderiam ocorrer na utilização da resina em seu estado

original. A reticulação também otimiza o comportamento mecânico do

polietileno e aumenta a resistência à intempéries e ao fogo.

Temperaturas Características do EPR

Cobertura

Em algumas aplicações, é necessário que a isolação seja

protegida contra agentes externos tais como impactos, cortes, abrasão,

agentes químicos, etc.

Nesses casos, os cabos elétricos são dotados de uma

cobertura e são então chamados de cabos unipolares ou multipolares.

A escolha do material de cobertura deve levar em conta os

diversos agentes externos, sendo que para aplicações de uso geral, com

solicitações externas “normais”, o material mais utilizado como cobertura é o

PVC, cujas características principais encontram-se nas tabelas 4 e 5.

Características mecânicas M

B

Nível de perdas dielétricas R

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Resistência as intempéries B

Resistência a propagação de chama B

Resistência ao ozônio E

Resistência ao calor B

Resistência ao óleo B

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Cabos de média tensão epr 3,6/6kV a 20/35kV

Características Construtivas cabos de média tensão EPR

Condutor encordoado formado por fios de cobre eletrolìtico

nú, têmpera mole, encordoamento classe 2.

Blindagem do condutor: composto termofixo semi-condutor (exceto para

classe de tensão 3,6/6KV)

Isolação em composto termofixo à base de borracha Etileno Propileno (EPR).

Blindagem da isolação em composto termofixo semicondutor (exceto para

classe de tensão 3,6/6KV)

Fios coloridos de identificação.

Blindagem metálica em fios de cobre nú, t êmpera mole, aplicados

helicoidalmente.

Fita poliester separadora.

Cobertura: composto termosplástico à base de PVC do tipo ST2, na cor preta.

ESPECIFICAÇÕES APLICÁVEIS: ABNT NBR 7286, 6251 e 6880.

EMPREGO: Cabos de média tensão epr são utilizados em circuitos de

alimentações e distribuição de energia elétrica, em subestações, instalações

industriais e comerciais, podendo ser instalado ao ar livre, eletrodutos

metálicos, canaletas ou mesmo diretamente enterrados no solo. Não são

atacados por umidade, água doce ou salgado, acídos, álcais, sais, óleo ou

graxas.

TEMPERATURA MÁXIMA DO CONDUTOR

Em regime contínuo: 90ºC.

Em regime de sobrecarga: 130ºC (100 horas por ano e um total de 500

horas ao longo da vida do cabo).

Em regime de curto-circuito: 250ºC.

NOTA: Os Cabos de média tensão epr, podem também ser

produzidos com condutores de aluminio.


Características gerais dos cabos elétricos de potência em baixa tensão

Resistência à chama

Um cabo elétrico pode apresentar um volume significativo de

material combustível na isolação, na cobertura (quando ela existir) e,

eventualmente, em outros componentes. Assim, é importante que, quando da

ocorrência de um incêndio, os cabos não sejam agentes propagadores da

chama, colocando em perigo as pessoas e o patrimônio.

Com o objetivo de garantir que os cabos sejam resistentes à

chama, eles são ensaiados de modo a comprovar que uma chama não possa

se propagar indevidamente pelo cabo, mesmo em casos de exposições

prolongadas ao fogo.

Para os cabos isolados em PVC, é previsto o Ensaio de

queima vertical (fogueira), conforme a NBR 6812: trata-se de submeter um

feixe de cabos de 3,5 m de comprimento à chama produzida por um queimador

padrão, durante 40 minutos. Ao final da exposição, o dano provocado pelo fogo

deve estar limitado a um certo comprimento da amostra ensaiada.

Os condutores isolados que superam o ensaio de queima

vertical são designados por BWF e os cabos unipolares ou multipolares são

chamados de resistentes à chama.

Mais do que estética, a identificação por cores dos condutores

em uma instalação elétrica tem como finalidade facilitar a execução das

conexões, emendas e todas as intervenções em geral para manutenção. Além

disso, a correta identificação aumenta em muito a segurança das pessoas que

lidam com o sistema.

XLPE

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O XLPE também é resistente às deformações térmicas em até

250 ºC e tem desempenho satisfatório quando opera em baixas temperaturas,

mantendo sua estabilidade química.

Os condutores com XLPE são comumente utilizados em baixa

e média tensão, mas sua aplicação em instalações com tensão superior a 15

kV exige cautela, pois esse tipo de isolação possui dispersão alta da rigidez

dielétrica e pode apresentar treeing. Esse tipo de isolação só não é

recomendada para aplicações em que os cabos serão submetidos a algum tipo

de umidade, como instalações subterrâneas ou em canaletas. “Sem os

cuidados adequados de projeto e processo, a isolação em XLPE apresenta

uma maior propensão à formação de arborescência”, completos Campos.

Mais proteção

Além da isolação, os condutores podem ter em sua

composição um fino revestimento de metal ou liga para evitar corrosão do

metal e até mesmo a degradação pela presença de atmosfera agressiva no

ambiente da instalação. O fio estanhado, por exemplo, possui essa

característica.

A cobertura pode ser composta dos mesmos materiais usados

na isolação, sendo que o mais utilizado é o PVC, mas não possui a mesma

composição do polímero usado na isolação, pois não tem função isolante, mas

sim de resistência mecânica e/ou química. Também podem ser usados na

cobertura o neoprene e o hypalon, que são geralmente aplicados em cabos

para instalações que exigem desempenhos mecânico e/ou químico específicos,

como plataformas de petróleo.

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O Dimensionamento dos Cabos em Função da Isolação

As duas principais solicitações a que a camada da isolação

está sujeita são o campo elétrico (tensão) e a temperatura (corrente).

NORMAS BRASILEIRAS PARA ISOLACOES ELETRICAS

A norma brasileira de instalações de baixa tensão (NBR

5410/97) faz recomendações claras a respeito da maneira adequada para se

identificar os componentes em geral e os condutores em particular.

A seguir, são destacados os itens da Norma Brasileira relativos

à identificação dos condutores.

Condutor Neutro

“6.1.5.3.1 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de

cabo multipolar utilizado como condutor neutro deve ser identificado conforme

essa função”. Em caso de identificação por cor, deve usada a cor azul-claro na

isolação do condutor isolado ou da veia do cabo multipolar, ou na cobertura do

cabo unipolar.

“NOTA - A veia com isolação azul-claro de um cabo multipolar

pode ser usada para outras funções, que não a de condutor neutro, se o

23


circuito não possuir condutor neutro ou se o cabo possuir um condutor

periférico utilizado como neutro.”

Observe que a norma não obriga o uso de cores para

identificar um condutor, uma vez que ela diz: "Em caso de identificação por

cor ....". Em alternativa às cores, podem ser utilizadas gravações numéricas

aplicadas na isolação do cabo ou também podem ser empregados sistemas

externos de identificação tais como anilhas, adesivos, marcadores, etc.(figura

2).

Outro ponto importante está destacado na Nota anterior, onde

se permite o uso da cor azul-clara para outra função apenas no caso da veia de

um cabo multipolar. Ou seja, mesmo que uma instalação não possua o neutro,

caso se utilizem condutores isolados e/ou cabos unipolares, o azul-claro não

poderá ser utilizado em nenhuma hipótese.

Condutor de proteção

“6.1.5.3.2 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de

cabo multipolar utilizado como condutor de proteção (PE) deve ser identificado

de acordo com essa função”. Em caso de identificação por cor, deve ser usada

a dupla coloração verde-amarelo (cores exclusivas da função de proteção), na


cabo unipolar.

“NOTA - Na falta da dupla coloração verde-amarelo, admite-se,

provisoriamente, o uso da cor verde.”

Nesse caso, não se admite utilizar, sob nenhuma hipótese, as

cores verde-amarela e verde para outra função que não a de proteção. Quanto

ao termo " admite-se, provisoriamente...", não há nenhuma data limite

estabelecida para se eliminar o uso da cor verde como proteção. Aliás, é mais

comum encontrar-se no mercado o cabo totalmente verde do que o verde-

amarelo.

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Condutor PEN

Trata-se aqui do condutor com dupla função: proteção (PE) e

neutro (N). Lembre-se que seu uso ocorre nos sistemas de aterramento tipo

TN-C e que há limitações quanto à seção nominal mínima desses condutores

(ver item 6.4.6.2 da NBR 5410/97). Sobre a identificação do PEN, temos:

"6.1.5.3.3 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de

cabo multipolar utilizado como condutor PEN deve ser identificado de acordo

com essa função. Em caso de identificação por cor, deve ser usada a cor azul-

claro, com anilhas verde-amarelo nos pontos visíveis ou acessíveis, na


cabo unipolar."

Os " pontos visíveis ou acessíveis..." mencionados ocorrem,

por exemplo, no interior dos quadros, caixas de passagem e de ligações.

Condutor Fase

"6.1.5.3.4 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de

cabo multipolar utilizado como condutor de fase deve ser identificado de acordo

com essa função. Em caso de identificação por cor, poderá ser usada qualquer

cor, observadas as restrições estabelecidas em 6.1.5.3.1, 6.1.5.3.2 e 6.1.5.3.3.

NOTA - Por razões de segurança, não deve ser usada a cor da

isolação exclusivamente amarela, onde existir o risco de confusão com a dupla

coloração verde-amarelo, cores exclusivas do condutor de proteção."

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Resumidamente, os fases podem ser de qualquer cor, exceto

azul-claro, verde ou verde-amarela.

Cobertura dos cabos de baixa tensão uniu ou multipolares

Analisando-se os itens anteriores, verificamos que, no caso de

identificação por cores, as coberturas dos cabos unipolares devem ser azul-

claro para o condutor neutro e PEN, verde ou verde-amarela para o PE e de

qualquer outra cor que não as anteriores para os fases

Já para os cabos multipolares, em princípio, a cobertura pode

ser de qualquer cor, uma vez que as prescrições referem-se apenas às veias

no interior do cabo. Uma recomendação sensata, no entanto, é não se utilizar

coberturas de cabos multipolares nas cores azul-clara, verde ou verde-amarela,

para que não haja confusão com as funções de neutro e proteção.

Maneiras de instalar recomendadas para cabos de potência em

baixa tensão

A instalação de cabos de potência em baixa tensão no Brasil é

normalizada pela NBR 5410 - Instalações Elétricas de Baixa Tensão.

Ela prevê que os cabos devem ser instalados em função do

seu tipo construtivo, ou seja, considerando-se se eles são condutores nus,

condutores isolados, cabos unipolares ou cabos multipolares, conforme a

tabela 6.

Método de InstalaçãoTipo de Cabo Eletroduto Moldura Diretamente

fixados Badejaescadaparacabosprateleira

Suporte Calha Direto(semfixação)

SobreIsoladores

Cond. Isolados + + - - - + - +

Cabos + + + + + + + +

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Unipolares

Cabos Multipolares

+ 0 + + + + + 0

Condutor Nu - - - - - - - +

Escolha do tipo de linha elétrica

AS NORMAS

A norma ABNT NBR NM 280 apresenta a construção

padronizada de condutores elétricos, em que constam as chamadas classes de

encordoamento. As classes 1 e 2 são chamadas de rígidas e as classes 4, 5 e

6 são flexíveis. Por razões fabris, a classe 3 praticamente não é produzida. Os

condutores flexíveis mais utilizados são os de classe 4 e 5, sendo que os de

classe 6, por serem extremamente flexíveis, são aplicados em instalações

especiais, como as metroviárias e de mineração.

O condutor isolado é um tipo de fio ou cabo que possui apenas

a isolação. Já os fios e cabos nus não possuem revestimento, isolação ou

cobertura, sendo compostos apenas da parte metálica que conduz eletricidade.

São geralmente instalados em locais de difícil acesso, em que a ausência de

camadas protetoras não represente risco elevado para pessoas e

equipamentos, como linhas de transmissão e distribuição. “As redes elétricas

que empregam cabos nus são largamente utilizadas, mas apresentam um risco

maior do que as redes isoladas, principalmente quando a construção das

cidades é desordenada e as redes elétricas, mesmo as de média tensão, ficam

próximas das edificações e, consequentemente, das pessoas

O cabo unipolar é composto por isolação e cobertura e é

conhecido como cabo 0,6/1 kV unipolar. Podem ser fabricados com isolação

em PVC, EPR ou com isolação e cobertura compostas de materiais livres de

halogênio. Podem ser utilizados em todos os tipos de instalação de potência

em condutos abertos ou fechados.

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Os cabos multipolares, como o próprio nome já diz, são

formados por dois ou mais condutores isolados, sendo que cada um deles é

chamado de veia e os condutores podem ser nomeados como bipolar, tripolar e

tetrapolar, de acordo com o número de veias contido nos cabos. Os cabos

multipolares devem possuir, pelo menos, cobertura e são conhecidos como

cabos 0,6/1 kV multipolares. Assim como os condutores unipolares, os

multipolares podem ser usados em condutos abertos e fechados e podem ser

isolados com EPR ou PVC, ou ainda possuir cobertura e isolação livres de

halogênio.

Os cabos multipolares começaram a ser utilizados com maior

intensidade no Brasil após a produção em larga escala dos condutores

flexíveis. Quando predominava o uso do condutor rígido, os cabos multipolares

eram pouco utilizados devido à dificuldade de instalação.

Um cabo multipolar composto por um condutor centralizado e

por camadas isoladas de condutores colocados concentricamente, é chamado

de cabos concêntricos. Os cabos multipolares podem também ser chamados

de cabos secos quando sua isolação é composta apenas por substâncias

sólidas.

Os cabos multiplexados são compostos de dois ou mais

condutores isolados colocados de forma helicoidal e não possuem cobertura.

Os multiplexados do tipo auto-sustentado, também conhecido como cabo pré-

reunido, contam com um condutor ou outro elemento de sustentação que pode

ser isolado. Os condutores que formam os cabos multiplexados também são

chamados de veias.

Há ainda as cordoalhas, constituídas por um condutor muito

flexível e em forma de tecido de fios metálicos, e os cordões, que são cabos

também flexíveis, compostos de alguns condutores isolados torcidos ou em

paralelo, usados para ligação de equipamentos portáteis.

Os fios ou cabos nus, cobertos ou isolados, cabos

multiplexados, unipolares ou multipolares ou cordões são considerados cabos

de potência, pois são destinados à condução de corrente em locais de geração,

transmissão e distribuição de energia, além de alimentação de equipamentos

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elétricos. Os cabos de potência podem apresentar seções de 1,5 mm2 a até

mais de 1.000 mm2 e podem ser classificados por diferentes características,

tais como classe de tensão, material de isolação, tipo de condutor, tipo de

proteção externa, etc.

Os cabos de potência também podem ser isolados a óleo, ou

gás, sob pressão quando um fluido com função isolante mantém sua isolação

em uma pressão mais elevada que a encontrada na atmosfera. Esse tipo de

cabo é comumente usado em distribuição e transmissão em altas potências,

como no caso das redes de concessionárias.

Os cabos elétricos também podem ser classificados como

cabos de controle, que são multipolares usados na transmissão de sinais para

o controle de sistemas e equipamentos, principalmente em processos

industriais. Eles possuem uma composição similar aos cabos multipolares de

potência, mas como transmitem apenas sinais, apresentam seções menores,

de no máximo 10 mm2 e, geralmente, um número maior de condutores do que

os cabos de potência, podendo passar de 50 condutores em um mesmo cabo.

Segurança em incêndios

É comum que condutores elétricos interliguem dois andares de

um mesmo prédio ou duas áreas de uma mesma edificação, por exemplo, e em

caso de incêndio o cabo elétrico não pode ser um caminho para as chamas se

espalharem. Isto porque os materiais isolantes convencionais podem emitir

grande quantidade de fumaça e gases tóxicos quando são consumidos pelas

chamas e podem, em alguns casos, dificultar a saída e a respiração de

pessoas na área do incêndio.

Sendo assim, em alguns tipos de instalação os materiais da

isolação e/ou da cobertura dos cabos elétricos devem ser não halogenados.

Esta característica é garantida por meio de aditivação dos polímeros utilizados

na isolação e/ou na cobertura dos cabos. Os cabos que recebem esses

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materiais são chamados de cabos livres de halogênios, com baixa emissão de

fumaça e gases tóxicos. Além dessas características, tais cabos não devem

propagar a chama Um exemplo de material não halogenado utilizado em cabos

é o Etileno Vinil Acetato (EVA).

Inicialmente, estes materiais (não halogenados) foram

desenvolvidos para aplicações especiais, como submarinos, navios e metrô,

mas atualmente podem ser utilizados em todos os tipos de instalações

elétricas. A ABNT NBR 5410 e a ABNT NBR 13570 já obrigam a sua aplicação

em locais de grande afluência de público, como shoppings, aeroportos e

hospitais, além de prédios altos, em que a fuga em caso de incêndio possa ser

dificultada.

Os condutores e cabos isolados podem ser classificados em

diferentes categorias, de acordo com seu comportamento quando expostos ao

fogo. Os condutores que queimam rapidamente mesmo quando em contato

com o fogo por pouco tempo são chamados de propagadores de chama. O

XLPE e o EPR estão nessa categoria e continuam a queimar mesmo quando

não há mais contato com o fogo. Já os condutores com propagação reduzida

da chama dependem do tempo de contato e intensidade do fogo, como os

cabos de cobre isolados com PVC do tipo BW.

Os condutores ainda podem ser resistentes à chama, ou seja,

não propagam o fogo mesmo quando expostos a ele por longos períodos.

Porém, muitos materiais resistentes à chama são halogenados e para se

adequarem aos condutores usados em instalações em locais com grande

afluência de público devem ser fabricados e ensaiados conforme a ABNT NBR

13248.

Normas técnicas

• ABNT NBR NM 247-3 – cabos isolados com PVC para

tensões nominais até 450 V / 750 V

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• ABNT NBR1 3249 – cabos e cordões flexíveis para tensões

até 750 V

• ABNT NBR 6524 – fios e cabos de cobre duro e meio duro

com ou sem cobertura protetora para instalações aéreas

• ABNT NBR 7270 – cabos de alumínio com alma de aço para

linhas aéreas

• ABNT NBR 7271 – cabos de alumínio para linhas aéreas

• ABNT NBR 7285 – cabos de potência com isolação sólida

extrudada de XLPE para tensão de 0,6/1 kV – sem cobertura


extrudada de EPR para tensões de 1 kV a 35 kV


extrudada de XLPE para tensões de 1 kV a 35 kV


extrudada de PVC ou PE para tensões de 1 kV a 6 kV

• ABNT NBR 8182 – cabos de potência multiplexados auto-

sustentados com isolação extrudada de PE ou XLPE para tensões até 0,6/1 kV

• ABNT NBR 8344 – cabos de potência com isolação de papel

impregnado para tensões de 1 kV a 35 kV

• ABNT NBR 8661 – cabos de formato plano com isolação

sólida extrudada de PVC para tensões até 750 V

• ABNT NBR 9024 – cabos de potência multiplexados auto-

sustentados com isolação sólida extrudada de EPR ou XLPE para tensões de

10 kV a 35 kV

• ABNT NBR 9113 – cabos flexíveis multipolares com isolação

sólida extrudada de borracha sintética para tensões até 750 V

• ABNT NBR 9375 – Cabos de potência com isolação sólida

extrudada de EPR blindados, para ligações móveis de equipamentos para

tensões de 3 kV a 25 kV

• ABNT NBR 10298 – cabos de alumínio liga para linhas aéreas

• ABNT NBR 10712 – cabos de aço-alumínio nus para linhas

aéreas

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• ABNT NBR 13248 – cabos de potência e controle e

condutores isolados sem cobertura, com isolação extrudada e com baixa

emissão de fumaça para tensões até 1 kV

• ABNT NBR 13249 – cabos e cordões flexíveis para tensões

até 750 V

Fonte: Portal O setor elétrico.com.br

CONCLUSÃO

Concluímos que o estudo dos isolantes neste trabalho

realizado, sabemos compreender e definir a importância de uma isolação

elétrica e também quais materiais são utilizados para realização e fabricação

de um isolante.

É preciso uma boa isolação elétrica para que não tenha-se

perdas em um sistemas e que deixarmos um determinado ponto sem isolação

corre-se o risco de altas tensões e até possíveis acidentes no local da falta de

isolação.

Conhecendo a história dos isolantes e a sua importância para a

elétrica nos dias de hoje podemos afirmar que a isolação elétrica é tão

importante quanto a própria corrente elétrica e a eletricidade

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Education

trabalho sobre isolantes elétricos