Radiations ionisantes :[13][14][15][16][17]

Y* *Materiais fibrosos a base de celulose ou seda,

não imersos em líquidos isolantes: 90

A* *Materiais fibrosos a base de celulose ou seda

impregnadas com líquidos isolantes 105

E* *Fibras orgânicas sintéticas e outros; 120

B

Materiais à base de poliéster e poli-imídicos aglutinados com materiais orgânicos ou impregnados com estes;

130

F

Materiais à base de mica, amianto e fibra de vidro aglutinado com materiais sintéticos, usualmente silicones, poliésteres ou epóxi;

155

H

Materiais à base de mica, arbesto ou fibra de vidro aglutinada tipicamente com silicones de alta estabilidade térmica;

180

C Mica, vidro, cerâmica e quartzo sem

aglutinante. >180

* Estes tipos de materiais não são de uso corrente;

** Como temperatura característica entende-se o limite absoluto superior de temperatura na qual a isolação pode desempenhar por um período suficientemente longo sua função precípua.

A experiência mostra que a isolação tem uma longa durabilidade, quando sua temperatura de operação for mantida abaixo de certo limite cujo valor é menor que aquele prejudicial ao isolante. Este depende do tipo de material empregado, e refere-se ao ponto mais quente da isolação.

Adicionalmente, deve-se destacar que esta temperatura está associada a todo o enrolamento, ou seja, à temperatura média do mesmo.

Evidentemente, ocorrendo um ponto fraco no interior da bobina, o enrolamento fica danificado, ou ainda, com o decorrer do tempo, ou devido a um distúrbio qualquer, o isolante pode ficar enfraquecido. Neste sentido, devem ser respeitados para cada tipo de isolante, os seus limites de temperatura, ou seja, a máxima temperatura a que pode estar sujeito. Este valor máximo é função da temperatura ambiente e da elevação de temperatura característica de cada classe de isolamento.

Quanto à temperatura ambiente, quando não se têm maiores informações do local de instalação do transformador, tal valor é assumido como sendo 40 oC.

Com vistas a uma maior compreensão sobre o tema discutido, a figura 2.1 apresenta as classes de isolamento com suas respectivas elevações médias de temperatura, além dos acréscimos necessários para se avaliar a temperatura no ponto mais quente.

40 60 5 5 10 15 15 40 40 40 40 75 80 100 125 A E B F H

Acréscimo para o ponto mais quente Elevação média de temperatura (Método da Resistência)

Temperatura Ambiente Máxima

Figura 2.1 - Elevações da temperatura máxima de acordo com a classe de isolamento.

Vale ressaltar que o termo “elevação média da temperatura” está associado ao valor da temperatura do enrolamento, obtida através da medição das variações nos valores da resistência elétrica do mesmo.

Obviamente os valores apresentados na figura 2.1, são valores médios e não retratam as temperaturas nos pontos mais quentes que existem no enrolamento e, o material usado como isolante do transformador aqui focalizado se enquadra na categoria classe F.

Para estimar o ponto mais quente (“hot spot”), as normas sugerem um acréscimo na temperatura de aproximadamente 5 oC a 15 oC.

Com vistas a ilustrar a utilização do gráfico anterior, seja, por exemplo, um transformador a seco com classe de isolamento F cuja temperatura ambiente seja igual a 40 oC. Pode-se afirmar que a temperatura média que a isolação do enrolamento suporta, sem que suas características dielétricas sejam alteradas, é da ordem de 140 oC. Para uma estimativa da temperatura do ponto mais quente, deve-se acrescentar 15 oC, obtendo-se 155 oC.

Vale enfatizar que a confiabilidade da isolação é avaliada em função da influência de fatores internos e externos que atuam sobre seu dielétrico. Os fatores externos que influenciam a isolação são: tipo de instalação, temperatura ambiente, umidade, solicitação mecânica, atmosfera agressiva, dentre outros.

Estes fatores são variáveis para cada instalação e dificilmente se consegue quantificar a influência de cada um, visto que todos podem afetar simultaneamente o sistema de isolamento durante a vida útil do mesmo.

Quanto aos fatores internos, estes podem ocorrer devido a causas puramente elétricas (diferença de potencial) ou causas térmicas (elevação da temperatura).

No primeiro caso, a ruptura da camada isolante ocorre, por exemplo, quando o limite de tensão suportável pela isolação é ultrapassado ou devido às impurezas no dielétrico, decorrentes do próprio material e imperfeições do processo de fabricação do mesmo. Estes problemas alteram o valor inicial da rigidez dielétrica, resultando na sua degradação por meio de descargas parciais.

Estas descargas aumentam progressivamente com o tempo e com o esforço elétrico, atingindo uma área cada vez maior, até a ruptura do isolante.

No segundo caso, um aumento da temperatura acima do admissível pela isolação, pode ocasionar fissuras, amolecimento, carbonização e outras modificações na matéria-prima do material isolante que, por representarem mudanças estruturais, têm como conseqüência a perda de certas propriedades, entre as quais, o seu poder de isolação. Assim, um aumento, por exemplo, de aproximadamente 7 a 10 oC, acima da temperatura nominal da isolação [18- 19], resulta em uma redução da vida útil do transformador pela metade.

Neste sentido, a título de exemplificação, pode-se fixar as condições exigíveis, aplicadas aos transformadores de potência a secos enclausurados ou não, tais como:

• Temperatura do ar de resfriamento (temperatura ambiente) não superior a 40 oC e temperatura média em qualquer período de 24 horas não superior a 30 oC;

• Altitude não superior a 1000 m;

• Tensões de alimentação senoidais e equilibradas.

A tabela 2.2 apresenta os limites de temperatura, de acordo com a classe de isolamento, para materiais isolantes aplicados em enrolamentos de transformadores a seco.

Quaisquer condições do local de instalação, que possam causar restrições ao ar de resfriamento ou produzir temperaturas elevadas, devem ser especificadas ao comprador.

Tabela 2.2 - Limite da elevação de temperatura.

PARTE [O C] PONTO MAIS QUENTE [OC] MÉTODO DA VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA [OC] CLASSE DE TEMPERATURA MÍNIMA DO MATERIAL TEMPERATURA DE REFERÊNCIA [OC] Enrolamentos 65 80 90 115 140 180 55 70 80 105 130 150 A E B F H C 75 75 115 115 115 115

Finalmente, deve-se ressaltar o forte inter-relacionamento existente entre o tipo de isolamento empregado no transformador a seco, sua temperatura de operação e a sua subseqüente expectativa de vida útil.