Materiais Electrotécnicos

1. Materiais Electrotécnicos Utilizados em Aparelhos de Protecção

2. Evolução dos disjuntores de Média Tensão devido aos materiais 1950 1960 1970 1975 1995 Grande Volume de Óleo Pequeno Volume de Óleo SF6 Vácuo Cortesia Efacec

3. 1 - Isolamento dos aparelhos de protecção Os materiais isolantes são caracterizados por impedirem a passagem de corrente eléctrica por trajectos não desejados.

4. 1 - Isolamento dos aparelhos de protecção Materiais utilizados Cerâmicas (porcelanas) As pastas cerâmicas empregadas na electrotecnia são compostas de várias matérias-primas, como a argila e o caulino, os feldspastos, a sílica e a alumina. Características As características que interessam nos materiais cerâmicos para usos electrotécnicos são, nomeadamente: eléctricas, mecânicas, térmicas e químicas. O respectivo comportamento sob a acção dos agentes atmosféricos tem uma particular relevância para os isoladores de exterior usados em linhas aéreas.

5. 1 - Isolamento dos aparelhos de protecção Materiais utilizados Mica e derivados A mica é um dos isolantes usados em electrotecnia, continuando a ser insubstituível em determinadas aplicações, devido às qualidades que possui: bom comportamento a altas temperaturas, boa inércia química, elevada rigidez dieléctrica e baixas perdas dieléctricas a qualquer frequência. Existem algumas variedades de micas de estrutura e composição química diversa (moscovite, biotite, lepidolite, etc), mas com propriedades físicas e mecânicas semelhantes. Características Para além das propriedades dieléctricas, a clivagem da mica é uma das principais propriedade – é muito perfeita e pode ser obtida com várias espessuras.

6. 1 - Isolamento dos aparelhos de protecção Materiais utilizados Resinas epoxídicas Cortesia Efacec As resinas epoxídicas constituem uma família de materiais poliméricos termoendurecíveis, que não dão origem a produtos de reacção durante a sua cura (formação de ligações cruzadas). Os modos de fabrico destas resinas consiste nos usados nos polímeros, ou seja, em laboratório. As matérias primas são o petróleo (gás natural), e qualquer outra matéria onde abunde o carbono (madeira, álcool, carvão,…). Interruptor a SF6 com carcaça em Resina Epóxida Aplicações Nos sistemas de energia, estas resinas aplicam-se actualmente no isolamento de disjuntores, interruptores, travessias e ligações de linhas, entre outros.

7. 2 - Processos de eliminação do arco eléctrico • Dependendo dos valores da tensão no transporte e distribuição da energia eléctrica, existem diferentes disjuntores. • No domínio de alta tensão, actualmente são utilizados maioritariamente disjuntores a Hexafluoreto de Enxofre (SF6). • Na média tensão usam-se três tipos de materiais “extintores” do arco eléctrico: • Óleo; • SF6; • Vácuo. Cortesia Efacec Unidade Integrada de Protecção munida de autoalimentação e rearme automático – disjuntor topo de gama

8. 2 - Processos de eliminação do arco eléctrico Corte no Óleo Com o progressivo aumento do fluxo nas redes de transmissão e distribuição, as tensão acompanharam a evolução. A eliminação do arco pelo antigo método – Ar Comprimido – revelou-se menos eficaz pelo que se optou pelo Óleo Mineral. A quando do arco eléctrico, o óleo decompõe-se “formando” hidrogénio, aumentando assim o seu poder de eliminação do arco. O auge do óleo mineral deu-se aproximadamente na década de 80. A sua substituição não tardou devido à baixa de preços do SF6 e da tecnologia do emprego do vácuo

9. 2 - Processos de eliminação do arco eléctrico Corte em SF 6 A técnica SF6 desenvolveu-se rapidamente na muito alta tensão e, mais recentemente, em média tensão para a execução de interruptores, disjuntores, contactores; aparelhagem simples e de grande duração de vida. Disjuntor tripolar para média tensão utilizando o gás SF6 Cortesia Efacec

10. 2 - Processos de eliminação do arco eléctrico Corte em SF 6 Propriedades Em condições normais de pressão e temperatura, é um gás não inflamável, incolor sem cheiro, e não venenoso. Apresenta uma resistividade eléctrica 2,5 vezes maior que o azoto e uma rigidez dieléctrica  também 2,5 vezes maior que a do ar, ou seja, equivalente à dos melhores óleos isolantes. Cortesia Efacec Interruptor com câmara de SF6, construído de resina epóxida, para média tensão

11. 2 - Processos de eliminação do arco eléctrico Corte em SF 6 Injecção de SF no equipamento 6 Neste tipo de disjuntor o fluxo de gás é injectado na zona de formação do arco devido ao movimento do contacto móvel, que através de um cilindro e de um injector de gás produzem pressões da ordem das duas vezes a pressão existente na câmara de corte. Outro método consiste em ser o próprio arco a participar na elevação da pressão do gás. Tal consegue-se através dum campo magnético produzido por uma bobina existente na câmara de corte.

12. 2 - Processos de eliminação do arco eléctrico Corte em SF 6 ecológica Componente • O Hexafluoreto de Enxofre não contribui para o aumento do buraco da camada de Ozono. • Contribui para o Efeito de Estufa cerca de 0,1% (desprezável). • É reciclável; no caso dos disjuntores, é reaproveitado no local. • Pode ser reconvertido nos componentes originais: Flúor e Enxofre – por processos térmicos.

13. 2 - Processos de eliminação do arco eléctrico Corte em SF 6 Vantagens • Poupa muito espaço e material nas instalações de A.T. e M.T., nomeadamente em subestações e aparelhagem de corte e protecção. • Garante muito maior segurança de funcionamento dos sistemas, com muito menor probabilidade de ocorrência de defeitos, de evidente importância na economia e na qualidade de serviço. • Pode considerar-se como um meio isolante que não envelhece, pelas razões atrás apontadas.

14. 2 - Processos de eliminação do arco eléctrico Corte no Vácuo • A utilização de câmaras de vácuo para extinção do arco eléctrico tem vindo a aumentar nas últimas décadas. • Tal facto deve-se principalmente: • Às novas técnicas de soldagem estanque (controladas por μP); • À diminuição do volume e peso – para o transporte – dos aparelhos de corte. Disjuntor tripolar para média tensão a vácuo Cortesia Efacec

15. 2 - Processos de eliminação do arco eléctrico Corte no Vácuo Em determinados processos de extinção do arco eléctrico podem ocorrer falhas na extinção. Nos disjuntores a vácuo, se o contacto for uniforme e de material apropriado, garante-se o corte do arco eléctrico com danos insignificantes. Aumentando desta forma o tempo de vida útil do aparelho de corte. Câmara de vácuo de um disjuntor

16. 3 - Materiais dos contactos eléctricos dos disjuntores • Hoje em dia, graças ao desenvolvimento das ligas metálicas, é possível encontrar uma vasta gama de opções no fabrico de contactos eléctricos. • Os materiais utilizados nos contactos dos disjuntores são: • Cobre duro; • Cobre-alumínio; • Cobre-zinco-chumbo; • Cobre-estanho; • Cobre banhado a prata; • Cobre-tungsténio.

17. 3 - Materiais dos contactos eléctricos dos disjuntores 1 2 Cortesia Efacec 1 Tomada de corrente superior 3 2 Invólucro em resina epóxida 4 3 Contactos principais fixos 5 4 Contactos de arco fixos 6 5 Tubeira de sopragem 7 6 Contacto de arco móvel 8 7 Contactos principais móveis 9 8 Contactos deslizantes 10 9 Tubo de contacto móvel Tomada de corrente inferior 10 11 11 Bielas isolantes 12 Válvula de enchimento 12 13 Filtro Molecular absorvente 13 14 Membrana de Segurança 14 15 Base de pólo 15 Vista em corte de polo de disjuntor DIFLU para média tensão

18. 3 - Materiais dos contactos eléctricos dos disjuntores O material mais utilizado é o cobre duro. O tungsténio é usado em aplicações que se prevê um elevado número de manobras e uma grande elevação de temperatura no instante de corte. Este facto deve-se às suas principais características: elevado ponto de fusão e elevada condutância.

19. FIM Tecnologia da Electricidade Porto, Dezembro de 2002 Trabalho elaborado por: Victor Manuel Gonçalves Vaz Samuel Pereira da Silva Rui Miguel Estimado Garcia