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O procedimento para escolher as tensões suportáveis em isolamento

Quais os símbolos usados nessa norma? Quais são as condições ambientais normais? Quais os níveis de isolamento normalizados para a faixa 1 (1 kV < Um ≤ 245 kV)? Qual a tensão suportável nominal normalizada de impulso atmosférico? Quais os espaçamentos em ar para assegurar a tensão suportável de impulso especificada para uma instalação? Essas perguntas estão sendo respondidas no texto sobre a coordenação do isolamento.

31/10/2018 - Equipe Target

NBR 6939 (ABNT/NB 679) de 10/2018: a coordenação do isolamento

A NBR 6939 (ABNT/NB 679) de 10/2018 - Coordenação do isolamento - Procedimento se aplica aos sistemas elétricos de corrente alternada, trifásicos, nos quais a tensão máxima dos equipamentos é superior a 1 kV. Especifica o procedimento para escolher as tensões suportáveis normalizadas para isolação fase-terra, isolação fase-fase e isolação longitudinal dos equipamentos e instalações utilizados nestes sistemas. Apresenta, também, listas de valores normalizados entre os quais as tensões suportáveis nominais devem ser escolhidas. Esta norma recomenda que as tensões suportáveis escolhidas sejam associadas à tensão máxima dos equipamentos.

Esta associação é destinada somente a fins de coordenação do isolamento. As prescrições referentes às regras de segurança para o ser humano não são cobertas por esta norma. Os princípios utilizados nesta norma se aplicam também às isolações das linhas de transmissão, porém os valores das suas tensões suportáveis podem ser diferentes das tensões suportáveis nominais normalizadas. Todas as regras de coordenação do isolamento apresentadas nesta norma são justificadas, em detalhes, na NBR 8186, em particular, no que concerne à associação das tensões suportáveis nominais normalizadas com a tensão máxima dos equipamentos. Quando mais de um conjunto de tensões suportáveis nominais normalizadas é associado a uma mesma tensão máxima dos equipamentos, é dada uma indicação para a seleção do conjunto mais apropriado.

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Quais os símbolos usados nessa norma?

Quais são as condições ambientais normais?

Quais os níveis de isolamento normalizados para a faixa 1 (1 kV < Um ≤ 245 kV)?

Qual a tensão suportável nominal normalizada de impulso atmosférico?

Quais os espaçamentos em ar para assegurar a tensão suportável de impulso especificada para uma instalação?

O procedimento para coordenação do isolamento consiste na seleção da tensão máxima do equipamento e no correspondente conjunto de tensões suportáveis nominais normalizadas que caracterizam a isolação do equipamento necessário para aplicação. Este procedimento é delineado na figura abaixo e e suas etapas são descritas em 5.1 a 5.5. A otimização do conjunto selecionado de Uw pode requerer reconsideração de alguns dados de entrada e a repetição de parte do procedimento.

As tensões suportáveis nominais devem ser selecionadas das listas de tensões apresentadas em 5.6 e 5.7. O conjunto de tensões normalizadas selecionado constitui o nível de isolamento nominal. Se as tensões suportáveis nominais normalizadas forem também associadas à mesma tensão Um, de acordo com 5.10, este conjunto constitui o nível de isolamento normalizado.

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As tensões e as sobretensões que solicitam a isolação devem ser determinadas em amplitude, forma e duração por meio de uma análise do sistema que inclui a seleção e a localização dos dispositivos de limitação e proteção contra sobretensão. Para cada classe de tensão e sobretensão, esta análise deve então determinar as tensões e as sobretensões representativas, levando em consideração as características da isolação com respeito aos diferentes comportamentos para as formas de onda das tensões ou sobretensões no sistema e para as formas de onda normalizadas das tensões aplicadas no ensaio de tensão suportável normalizada.

As tensões e sobretensões representativas podem ser caracterizadas por: um valor máximo assumido, ou um conjunto de valores de crista, ou uma distribuição estatística completa de valores de crista. No último caso, pode ser necessário considerar características adicionais das formas de onda da sobretensão.

Quando a adoção de um valor máximo assumido for considerado adequado, a sobretensão representativa das várias classes deve ser: para tensão contínua de frequência fundamental: uma tensão de frequência fundamental com valor eficaz igual à tensão máxima do sistema e com duração correspondente à vida útil do equipamento; para sobretensão temporária: uma tensão de frequência fundamental normalizada, de curta duração, com um valor eficaz igual ao valor máximo assumido das sobretensões temporárias, dividido pela raiz quadrada de dois; para sobretensão de frente lenta: um impulso de manobra normalizado com valor de crista igual ao valor de crista máximo assumido das sobretensões de frente lenta; para sobretensão de frente rápida: um impulso atmosférico normalizado com valor de crista igual ao valor de crista máximo assumido das sobretensões de frente rápida fase-terra;

Para GIS ou GIL com as três fases encapsuladas e níveis de isolamento escolhidos entre os menores valores para uma dada Um, as sobretensões fase-fase podem ser consideradas. Para sobretensão de frente muito rápida: as características para esta classe de sobretensão são especificadas pelas normas dos respectivos equipamentos. Para sobretensão fase-fase de frente lenta: um impulso de manobra combinado normalizado, com valor de crista igual ao valor de crista máximo assumido das sobretensões fase-fase de frente lenta.

Para sobretensão longitudinal de frente lenta (ou frente rápida): uma tensão combinada, consistindo em um impulso de manobra (ou atmosférico) normalizado e em uma tensão de frequência fundamental, cada uma com valor de crista igual aos respectivos valores de crista máximos assumidos, e com o instante do valor de crista do impulso coincidindo com o da crista da tensão de frequência fundamental de polaridade oposta. A determinação das tensões suportáveis de coordenação consiste em estabelecer os valores mínimos das tensões suportáveis da isolação que atendem ao critério de desempenho, quando a isolação é sujeita às sobretensões representativas sob condições de serviço.

As tensões suportáveis de coordenação da isolação têm a forma das sobretensões representativas da respectiva classe, e seus valores são obtidos pela multiplicação dos valores das sobretensões representativas por um fator de coordenação. O valor do fator de coordenação depende da exatidão na obtenção das sobretensões representativas e de uma avaliação empírica, ou estatística, da distribuição das sobretensões e das características da isolação.

As tensões suportáveis de coordenação podem ser determinadas como tensões suportáveis assumidas convencionais ou tensões suportáveis estatísticas. Isto afeta o procedimento de determinação e os valores do fator de coordenação. As simulações das sobretensões em combinação com a avaliação simultânea do risco de falha, usando as características da isolação pertinentes, permitem a determinação direta das tensões suportáveis de coordenação estatísticas sem o passo intermediário de determinação das sobretensões representativas.

A determinação das tensões suportáveis especificadas da isolação consiste em converter as tensões suportáveis de coordenação às condições de ensaio normalizadas apropriadas. Isto é obtido pela multiplicação das tensões suportáveis de coordenação por fatores que compensem as diferenças entre as condições reais de serviço da isolação e aquelas dos ensaios normalizados de tensão suportável.

Os fatores a serem aplicados devem compensar as condições atmosféricas, por meio do fator de correção atmosférico Kt, e os efeitos listados abaixo por meio de um fator de segurança Ks; diferenças na montagem do equipamento; dispersão da qualidade do produto; qualidade da instalação; envelhecimento da isolação durante a vida útil prevista; outras influências desconhecidas.

Se, entretanto, estes efeitos não puderem ser avaliados individualmente, um fator de segurança geral, derivado da experiência, deve ser adotado (ver ABNT NBR 8186). O fator de correção atmosférico Kt é aplicável somente à isolação externa, levando em conta as diferenças entre as condições atmosféricas normalizadas de referência e aquelas esperadas em serviço. Para a correção da altitude, o fator Ka, que considera somente a pressão atmosférica média correspondente à altitude, deve ser aplicado, qualquer que seja a altitude.

A seleção do nível de isolamento nominal consiste na seleção do conjunto mais econômico de tensões suportáveis nominais normalizadas (Uw) da isolação suficientes para garantir que todas as tensões suportáveis especificadas sejam atendidas. A tensão máxima do equipamento é escolhida como o próximo valor normalizado Um igual ou maior que a tensão máxima do sistema onde o equipamento será instalado.

Para equipamentos a serem instalados sob condições ambientais normais, relativas à isolação, Um deve ser no mínimo igual a Us. Para equipamentos a serem instalados fora das condições ambientais normais, relativas à isolação, Um pode ser escolhido maior do que o próximo valor normalizado de Um, igual ou maior que Us, de acordo com as necessidades especiais envolvidas.

Como exemplo, a seleção de um valor de Um maior do que o próximo valor normalizado de Um, igual ou maior que Us, pode ocorrer quando o equipamento for instalado em uma altitude maior que 1.000 m para compensar o decréscimo da tensão suportável da isolação externa. A normalização dos ensaios, bem como a seleção das respectivas tensões de ensaio, para garantir a conformidade com Um, é realizada pelas respectivas normas de equipamentos (por exemplo, ensaios de poluição ou ensaios de tensão de início de descargas parciais).

As tensões suportáveis a serem utilizadas nos ensaios para garantir que as tensões suportáveis especificadas temporárias, de frente lenta ou de frente rápida, sejam atendidas para isolação fase-terra, fase-fase e longitudinal, podem ser selecionadas com a mesma forma de onda que a tensão suportável especificada, ou com uma forma de onda diferente, explorando, para o caso desta última, as características intrínsecas da isolação.

O valor da tensão suportável nominal é então selecionado da lista de tensões suportáveis nominais normalizadas relacionadas em 5.6 e 5.7, como o valor mais próximo, igual ou maior que: a tensão suportável especificada, no caso da mesma forma de onda; a tensão suportável especificada, multiplicada pelo fator de conversão do ensaio pertinente, no caso de forma de onda diferente. Isto pode permitir a adoção de uma única tensão suportável nominal normalizada, para garantir o atendimento a mais de uma tensão suportável especificada, dando assim a possibilidade de reduzir o número de tensões suportáveis nominais normalizadas que poderiam definir um nível de isolamento normalizado (ver 5.10).

Para equipamentos a serem usados em condições ambientais normais, o nível de isolamento nominal deve ser preferencialmente selecionado das Tabelas 2 e 3 (disponíveis na norma), correspondentes à tensão máxima aplicável ao equipamento, tal que as tensões suportáveis nominais sejam atendidas. A seleção da tensão suportável nominal normalizada para garantir o atendimento à tensão suportável de frente muito rápida especificada deve ser considerada pelas respectivas normas de equipamentos.

FONTE: Equipe Target

Baseado nos documentos visitados

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