Pretende-se com este artigo efectuar uma abordagem à temática dos isoladores MT/BT.
Os isoladores têm como função primordial evitar a passagem de corrente do condutor ao apoio ou suporte e sustentar mecanicamente os cabos, barramentos.
A escolha dos isoladores é condicionada pelo nível de poluição da zona onde a linha será implantada, uma vez que este é um parâmetro que agrava o perigo de contornamento, obrigando a um dimensionamento mais cuidado.[2]
Quanto ao tipo de isolador, este poderá ser um isolador rígido ou uma cadeia de isoladores. A FIG.1 representa de forma esquemática estes dois tipos de isoladores:
FIG.1
Tipos de isoladores. Lado esquerdo: isolador rígido; lado direito: isolador para acoplamento em cadeia [5]
Embora mais baratos, os isoladores rígidos têm caído em desuso uma vez que em caso de defeito no isolamento, é necessário substituir o isolador completo. Já nas cadeias de isoladores, apenas é necessário substituir a campânula que apresenta defeito.
As cadeias são constituídas por vários isoladores de material cerâmico, como porcelana, vidro ou resinas artificiais, por componentes metálicos e pelo material ligante que as une. Além destes componentes, podem também possuir anéis de guarda (também designados por anéis de Nicholson) ou hastes de descarga, colocadas num ou noutro extremo da cadeia, ou em ambos, de modo a assegurar uma proteção contra possíveis arcos elétricos e uma melhor repartição da potência pelos elementos da cadeia . As hastes de descarga são também utilizadas para proteger as cadeias de isoladores em situações de descarga atmosférica, uma vez que a corrente de descarga ao encaminhar-se pela superfície da cadeia pode originar a sua destruição e um curto-circuito à terra.
Independentemente da sua constituição ou configuração, os isoladores devem estar dimensionados de modo a resistirem aos esforços mecânicos atuantes, nomeadamente a ação do vento sobre os próprios isoladores e os esforços transmitidos pelos condutores.
Em linhas aéreas de alta tensão, aplicam-se dois tipos de cadeias de isoladores: cadeias de suspensão e cadeias de amarração.
As cadeias de suspensão são ligadas ao braço do apoio e dispõe-se na vertical, paralelas ao apoio, sendo o condutor suspenso na extremidade inferior. Num cantão (conjunto de vãos compreendidos entre dois apoios com cadeias de amarração), apesar de o comprimento dos vãos não ser igual, considera-se que a tensão mecânica é constante uma vez que o deslocamento transversal das cadeias de suspensão compensa eventuais diferenças de tensão mecânica [9]. São utilizadas em apoios de alinhamento e têm a vantagem de apenas ser necessário instalar uma cadeia por condutor.
As cadeias de amarração fazem a ligação entre o condutor e o apoio praticamente na horizontal, sendo normalmente utilizadas em apoios sujeitos a esforços elevados, nomeadamente em apoios de ângulo, fim de linha, reforço e derivação. Os deslocamentos deste tipo de cadeia são praticamente inexistentes perante a variação do estado atmosférico.
As Figuras 2 e 3 ilustram os dois tipos de cadeias de isoladores, as cadeias de suspensão e as cadeias de amarração[6].
FIG.2 e 3
Cadeia de isoladores em suspensão Cadeia de isoladores em amarração
Nas linhas de transmissão, os isoladores usados nas cadeias de suspensão e suporte isolam electricamente as linhas dos apoios, da terra e sustentam mecanicamente os cabos aéreos de transporte de energia fixados nas estruturas metálicas, de betão ou de madeira.
Podem-se enumerar alguns dos fenómenos mais frequentes (FIG.4,5,6 e 7) tais como:
Condutividade da massa do isolador – com os materiais actualmente utilizados no fabrico de isoladores, a corrente resultante é insignificante podendo ser desprezada.
FIG. 4
Perfuração da massa do isolador – Em baixa tensão este problema praticamente não se coloca, dada a pequena espessura do isolador é possível garantir a homogeneidade do material que o constitui. Em alta e muito alta tensão a espessura do isolador é grande, o que implica cuidadosos processos de fabrico de forma a evitar a existência de heterogeneidades no interior da massa do isolador, que conduzam ao perigo de perfuração.
FIG. 5
Condutividade superficial – contornamento da parte exterior do isolador. Este contornamento é favorecido pela deposição de poeiras e sais na superfície do isolador e pela presença de humidade, gelo ou neve. Pode ser evitado dando ao isolador uma forma conveniente, de modo a tornar o mais longo possível o caminho da corrente de fuga (linha de fuga), procedendo à limpeza do isolador ou agradecendo ao deuses a queda de chuva. A linha de fuga normal é de 1,5 cm.kV-1 e a linha de fuga alongada vale 2,6 cm.kV-1.
FIG. 6
Descarga disruptiva e contornamento – arco entre o condutor e as partes metálicas dos suportes quando a rigidez dieléctrica do ar se apresenta com um valor bastante baixo, o que acontece sobretudo com chuva ou se o grau de humidade for elevado.Destacam-se entre causas possíveis ¾ rigidez dieléctrica do ar e ¾ sobretensões nas linhas
FIG. 7
Da análise dos pressupostos referidos anteriormente pode-se concluir que os isoladores deverão ter as seguintes características:
– Elevada resistividade
– Rigidez dieléctrica suficiente para que a sua tensão de perfuração seja muito superior à tensão de serviço, o que lhes permite suportar sobretensões que possam aparecer na linha sem risco de perfuração. Caso se verifique perfuração, a rigidez dieléctrica do isolador está definitivamente comprometida e a energia que se desenvolve no seu interior, devido ao arco resultante, poderá levar à explosão do isolador e à consequente queda do condutor.
– Forma adequada para em primeiro lugar diminuir a corrente de fuga até que seja praticamente desprezável e, em segundo, evitar as descargas de contornamento.
– Resistência mecânica suficiente para suportar os esforços exercidos pelos condutores.
– Resistência às variações buscas de temperatura.
– Preço baixo.[1]
Nas instalações eléctricas de MT/BT pode-se encontrar diversos tipos de isoladores (FIG.8,9,10,11) tais como:
Isoladores de suspensão de Porcelana Rígidos
FIG.8
Isoladores bastão
FIG.9
Isoladores pino
FIG.10
Isoladores pilar
FIG.11
Isoladores roldana
Nas figuras abaixo representadas (12,13,14) pode-se verificar alguns dos isoladores suspensos:
Isoladores de campânula simples
FIG.12
Isoladores de campânula simples anti-poluição
FIG.13
Cadeia de isoladores
FIG.14
Para tensões de serviço superiores a 60kV, e por vezes mesmo para tensões inferiores, os isoladores rígidos são difíceis de montar e demasiado frágeis devido às suas dimensões, logo pouco seguros. Assim, foi necessário desenvolver novos tipos de isoladores tendo surgido os isoladores suspensos compostos por vários elementos reunidos em forma de cadeia. Estes isoladores podem ser de porcelana ou vidro.
Basicamente existem 3 tipos diferentes de elementos que formam as cadeias de isoladores:
– isoladores de campânula simples;
– isoladores de campânula dupla;
– isoladores de tronco longo.
Uma cadeia de isoladores é formada por uma série de isoladores de campânula de porcelana ou vidro.
O número de isoladores que forma uma cadeia depende da tensão. Para a tensão de 120 kV usa-se de 6 a 8 isoladores enquanto para linhas de 500 kV são usados de 26 a 32 isoladores.
A tensão média por isolador é de 10 kV.
Cadeias de suspensão – Cadeias verticais ou em V são usadas em postes onde apenas há suspensão de linhas (postes de alinhamento) ou pequeno ângulo.
Cadeias de amarração – Cadeias horizontais são usadas em postes de amarração, de ângulo ou fim de linha.
As cadeias podem ser simples ou duplas(FIG.15,16,17 e 18) :
Suspensão simples
FIG.15
Amarração simples
FIG.16
Suspensão dupla em V
FIG.17
Amarração Dupla
FIG.18
No que diz respeito aos ensaios , os isoladores podem ser subdivididos quanto à natureza e condiçoes.
Quanto à natureza podem ser :
Ensaios eléctricos (frequência industrial, choque) têm por finalidade verificar quais os níveis de tensão que o isolador suporta sob determinadas condições, em que o isolador pode ser chamado a funcionar, sem que se verifique contornamento ou perfuração. No caso de existir contornamento avalia-se a resistência mecânica do isolador.
Em funcionamento normal, à tensão de serviço, podem surgir diferentes tensões de contornamento consoante as condições do ambiente tais como temperatura, humidade, depósitos salinos. Importa conhecer, à partida, qual o comportamento do isolador sob essas condições, uma vez que a capacidade de isolamento é afectada.
Além deste ensaio é importante também conhecer o desempenho do isolador face a outro tipo de sobretensões, como as devidas ao fecho ou abertura de linhas e adescargas atmosféricas.
Os ensaios mecânicos (tracção, compressão, flexão, torção) servem para verificar a resistência do isolador às solicitações mecânicas, normais ou excepcionais, a que vão estar sujeitos em funcionamento como sejam as que resultam do peso dos condutores, da acção do vento, do peso da camada de gelo que porventura se deposite sobre os condutores.
Com os ensaios térmicos pretende-se verificar a resistência do isolador às variações mais ou menos bruscas da temperatura. Estes ensaios são realizados mergulhando o isolador alternadamente em água quente e água fria. No final dos ensaios o isolador não deverá apresentar qualquer fissura ou fenda. Qual o interesse? Linhas aéreas em zonas desérticas.
Quanto às condições podem ser:
Ensaios tipo (contornamento ao choque, frequência industrial) destinados a conhecer as características eléctricas do isolador, função da forma e dimensão. Estes ensaios são realizados apenas quando se cria ou altera um isolador e destinam-se a verificar se as características correspondem às projectadas.
Ensaios de rotina (aspecto exterior, mecânico, térmico, isolamento à frequência industrial) individuais e efectuados sobre a totalidade dos isoladores apresentados ao comprador. Destinam-se a eliminar os isoladores defeituosos.
Ensaiosderecepção(dimensões, porosidade, acessórios metálicos, térmico, mecânico, perfuração) efectuados na presença do comprador sobre alguns dos isoladores adquiridos.
Com a implementação das actuais normas de qualidade alguns destes ensaios tendem a desaparecer ou a ser realizados só em casos pontuais. Muitas das empresas tendem a ser empresas certificadas por institutos internacionais o que à partida confere credibilidade aos produtos fabricados. No entanto, as empresas compradoras têm também mecanismos de controlo sobre os produtos adquiridos. Mediante o fornecedor o controlo de recepção pode ser mais (controlo a 100%) ou menos apertado (sem controlo) [1].
Existem alguns aspectos relevantes a ter em conta relativamente ao desvio transversal das cadeias de isoladores de suspensão e contemplados na legislação:
Em geral, numa linha aérea de alta tensão aplicam-se dois tipos de cadeias de isoladores: cadeias em suspensão e cadeias em amarração. A ação do vento sobre os condutores faz com que as cadeias de suspensão se desviem, podendo aproximar de modo perigoso os condutores ao apoio.
Os apoios de ângulo podem ter cadeias de amarração ou de suspensão. Neste último caso, a aproximação das cadeias ao apoio é derivada ao desvio produzido pelo vento e também ao ângulo, o que aumenta o perigo de aproximação excessiva. Mesmo sem vento, as cadeias de suspensão nos apoios de ângulo tendem para uma posição desviada da vertical, ao contrário do que sucede nos apoios em alinhamento. Por este motivo, nos apoios de ângulo opta-se normalmente por cadeias de amarração [4] [RSLEAT].
Nos apoios em alinhamento são normalmente aplicadas cadeias de suspensão. Nestes casos é necessário proceder ao cálculo do máximo desvio transversal que a cadeia sofre, a fim de verificar se este não ultrapassa o máximo indicado no RSLEAT.
Distâncias de Segurança entre Condutores e Outros Objetos
No projeto de uma linha aérea, existem diversas normas de segurança que devem ser respeitadas. Estas normas definem distâncias mínimas de segurança para que sejam evitados contactos que possam levar a situações crítica para o sistema e para a saúde das pessoas.
De forma a evitar os contornamentos elétricos existem, de acordo com a norma IEC50341-1, cinco tipo de distâncias elétricas, são elas [7]:
- 𝐷𝑒𝑙 – Distância mínima para evitar uma descarga disruptiva entre condutores de fase e objetos que se encontrem ao potencial terra durante sobretensões de frente rápida ou lenta. 𝐷𝑒𝑙 Pode ser considerada uma distância interna tendo em conta a distância dos condutores à estrutura do poste, ou externa considerando a distancia dos condutores a obstáculos.
- 𝐷𝑝𝑝 – Distância mínima para evitar uma descarga disruptiva entre condutores de fase, durante sobretensões de frente rápida ou lenta. 𝐷𝑝𝑝 é uma distância interna.
III. 𝐷50𝐻𝑧_𝑝_𝑒 – Distância mínima para evitar uma descarga diruptiva à frequência industrial entre um condutor de fase e objetos que se encontrem ao potencial terra. 𝐷50𝐻𝑧_𝑝_𝑒 é uma distancia interna.
- 𝐷50𝐻𝑧_𝑝_𝑝 – Distância mínima para evitar uma descarga diruptiva à frequência industrial entre condutores de fase. 𝐷50𝐻𝑧_𝑝_𝑝 é uma distancia interna.
- 𝑎𝑠𝑜𝑚 – Valor mínimo de 𝑎50 – valor de uma linha. Menor valor da distancia em linha reta entre peças sobre tensão e peças ligadas à terra. [7]
Disposições regulamentares relevantes
O projecto e licenciamento das linhas aéreas, no caso ao nível da média tensão, é baseado nos Decretos Regulamentar nº 1/92 e Lei nº 26 852/36, estabelecendo o primeiro o Regulamento de Segurança de Linhas Aéreas de Alta Tensão e o segundo o Regulamento de Licenças para Instalações Eléctricas.
Na realidade, o primeiro Regulamento de Segurança de Linhas Aéreas de Alta Tensão foi aprovado pelo Decreto nº 46 847, de 27 de Janeiro de 1966, sendo apenas revisto duas vezes, pelos Decretos Regulamentares nos 14/77 e 85/84 [9]. Apesar de já se encontrarem a decorrer, na altura, as primeiras diligências com vista à revisão total do documento, entendeu-se ser necessário fazer alguns ajustes, nomeadamente ao nível da melhoria da qualidade de serviço, aumento de segurança e fiabilidade das instalações [10] e por forma a facilitar os trabalhos em tensão [11]. Os resultados práticos das revisões foram a actualização e nova redacção dos artigos 178º, 185º [10], 91º, 127º, 128º, 129º, 130º, 199º e 200º [11], relativos ao Decreto 46 847/66. A 14 de Maio de 1991, e atendendo à necessidade da revisão total do Regulamento de Segurança de Linhas Aéreas de Alta Tensão considerando a evolução técnica existente desde 1966, foi revogado o Decreto 46 847/66 por promulgação do DL 180/91 [9].
Data, assim, de 18 de Fevereiro de 1992 a publicação em Diário da República do Decreto Regulamentar nº 1/92, que se constitui, até à data, como o novo Regulamento de Segurança de Linhas Aéreas de Alta Tensão, contemplando agora as muito alta tensões, a generalização da técnica dos trabalhos em tensão e a evolução técnica verificada desde 1966 [12].
Relativamente ao licenciamento dos ramais MT, o processo é conduzido segundo a legislação aplicável a todos os tipos de instalações eléctricas, com particular relevância para o Decreto-Lei nº 26 852/36. Este último estabelece o RLIE e, como é de prever pela data de publicação, já foi alvo de diversas rectificações. Ainda assim, vigorou durante cerca de quarenta anos, até que em 1976 se procedeu à sua primeira actualização, pelo DL nº 446/76, onde diversos artigos foram novamente redigidos por forma a simplificar e tornar mais expedito o processo de licenciamento [13]. Já com o processo de revisão total do DL 26 852/36 a decorrer, foi o DL nº 517/80 que voltou a actualizá-lo, incluindo alguns artigos transitórios relativos à classificação das instalações eléctricas e ao exercício da actividade dos técnicos responsáveis [14]. Em 1992 e no ano seguinte surgiram, respectivamente, os DL nos 272/92 e 4/93, estabelecendo, o primeiro, a figura de “associações inspectoras de instalações eléctricas”, e revogando, o segundo, os pontos 1º e 2º do artigo 37º do RLIE [15-16]. Por fim, a alteração mais recente ao RLIE foi feita pelo DL 101/2007, sem que antes, em 2006, a Lei nº 30/2006 tivesse alterado uma série de artigos e aditado o artigo 58º-A, declarando a DGEG como a autoridade competente para a instauração, processamento, instrução e decisão dos processos de contra-ordenação [17]. Foi com o objectivo de, novamente, simplificar o processo de licenciamento, que surgiu o DL 101/2007, onde ficaram promulgadas a redução das categorias de instalações eléctricas de cinco para três tipos, a isenção de licenças de estabelecimento de linhas eléctricas quando são obtidas autorizações dos proprietários dos terrenos e não haja razões de segurança de pessoas e bens a garantir, e a revogação da tramitação de licenciamento relativa aos reclamos luminosos [18].
Existem mais dois documentos importantes, os quais importa apresentar. O primeiro é o Decreto Regulamentar nº 31/83, que surgiu dada a necessidade de legislar a actividade dos técnicos responsáveis pela elaboração de projectos, execução e exploração de instalações eléctricas de serviço particular, sendo conhecido pelo Estatuto do Técnico Responsável por Instalações Eléctricas de Serviço Particular [19]. Este documento sofreu, em 2006, alterações instituídas pelo DL nº 229/2006, que ditou a reformulação de diversos artigos do mesmo e teve como uma das principais novidades o técnico responsável apenas ter de estar inscrito na Ordem dos Engenheiros com vista ao exercício das suas funções [20].
Outra das condicionantes que envolvem o estabelecimento de qualquer tipo de instalações eléctricas é a exposição das pessoas aos campos electromagnéticos. Apesar de ter sido o DL nº 11/2003 a definir os mecanismos para fixação dos níveis de referência relativos à exposição da população a campos electromagnéticos, as restrições básicas e a fixação dos respectivos valores foram apenas promulgadas com a Portaria nº 1421/2004 [21][22].
Refira-se que se considera pertinente a consulta de alguns documentos técnicos da EDP DISTRIBUIÇÃO, que passo a citar: DMA C66 (materiais para linhas aéreas), DMA C13-520 (isoladores de suporte AT e MT) e DMA C66-140N.
Em modo de conclusão, é previsível que os materiais utilizados nos isoladores sofram uma evolução tecnológica, pelo que o mercado adaptar-se-á com o objetivo de garantir uma maior segurança e eficiência.
Referências bibliográficas:
José Rui Ferreira 2004 “Linhas de Transmissão”- Apontamentos de Sistemas Eléctricos de Energia [1]
Rui Emanuel Póvoas Duarte de Almeida “Otimização da Metodologia de Projeto de Linhas Aéreas de Alta-Tensão com Modelização do Traçado Real em 3D”,2016 [2]
CENELEC, “EN 50341-3-17 – Aspetos Normativos Nacionais para Portugal,” 2001 [3]
D.L 1/92 de 18 de Fevereiro- Regulamento de Segurança de Linhas Eléctricas de Alta Tensão [4]
Galvão, Paulo, Redes eléctricas de média e baixa tensão – Aspectos de projeto, licenciamento e exploração em contexto operacional, Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, 2010 [5]
Luís Filipe Soares Rocha- “Projeto de Linha Aérea de Alta Tensão – Estudo sobre a utilização de Cabo de Guarda” Junho 2014 [6]
EN 50341-1 Overhead eletrical lines exceeding AC 45 kV Part 1: General requirements – Common specifications, 2001 [7]
Hugo Pedreira –“Linhas Elétricas Aéreas: Estudo do Movimento das Cadeias de Isoladores em Suspensão e Determinação dos Limites Técnicos para a sua Aplicação”, 2013 [8]
Decreto-Lei nº 180/91, Ministério da Indústria e Energia 180, 1991 [9]
Decreto Regulamentar nº 14/77, Ministério da Indústria e Tecnologia 14, 1977 [10]
Decreto Regulamentar nº 85/84, Ministério da Indústria e Energia 85, 1984 [11]
Decreto Regulamentar nº 1/92, Ministério da Indústria e Energia 1, 1992 [12]
Decreto-Lei nº 446/76, Ministério da Indústria e Tecnologia 446, 1976 [13]
Decreto-Lei nº 517/80, Ministério da Indústria e Energia 517, 1980 [14]
Decreto-Lei nº 272/92, Ministério da Indústria e Energia 4, 1992 [15]
Decreto-Lei nº 4/93, Ministério da Indústria e Energia 4, 1993 [16]
Lei nº 30/2006, Assembleia da República 30, 2006 [17]
Decreto-Lei nº 101/2007, Ministério da economia e da Inovação 101, 2007 [18]
Decreto Regulamentar nº 31/83, I. Ministérios do Trabalho, Energia e Exportação 31, 1983 [19]
Decreto-Lei nº 229/2006, Ministério da Economia e da Inovação 229, 2006 [20]
Portaria nº1421/2004, Presidência do conselho de ministros 1421, 2004 [21]
Cláudio Galvão- “Redes eléctricas de média e baixa tensão -Aspectos de projecto, licenciamento e exploração em contexto operacional”,2014 [22]