Os anéis de graduação capacitivos estão entre os componentes mais mal compreendidos no projeto de buchas de parede de média tensão. Os engenheiros que passaram anos a especificar comutadores, transformadores e sistemas de proteção deparam-se frequentemente com anéis de gradação como um item de linha numa folha de dados de uma bucha - um anel metálico ligado à extremidade de alta tensão da bucha - e procedem com uma de duas suposições igualmente incorrectas: ou que o anel é um acessório puramente mecânico sem função eléctrica crítica, ou que a sua presença na bucha garante automaticamente a correta gradação do campo elétrico independentemente da geometria da instalação, das estruturas adjacentes ligadas à terra ou da configuração da tensão do sistema. Ambos os pressupostos estão errados e ambos conduzem ao mesmo resultado - falha prematura dos casquilhos, degradação acelerada do isolamento e, em projectos de modernização da rede em que os objectivos de fiabilidade são intransigentes, cortes não planeados dispendiosos que poderiam ter sido evitados com uma compreensão correta do que os anéis de classificação capacitivos realmente fazem e do que necessitam para o fazer corretamente. Este artigo aborda os equívocos específicos que os engenheiros praticantes levam para os projectos de atualização da rede, explica a física subjacente do nivelamento no terreno em termos de engenharia acessíveis e fornece a estrutura de seleção e instalação que garante que os anéis de nivelamento proporcionam o desempenho projetado durante toda a vida útil da bucha de parede.
Índice
- O que é um anel de classificação capacitivo e o que é que ele realmente faz?
- Quais são os equívocos de engenharia mais prejudiciais sobre a conceção de anéis de classificação?
- Como selecionar e especificar corretamente os anéis de classificação para aplicações de buchas de parede de atualização de grelha?
- Que erros de instalação e colocação em funcionamento prejudicam o desempenho do anel de classificação?
O que é um anel de classificação capacitivo e o que é que ele realmente faz?
A anel de classificação capacitivo - também referido como anel de controlo de tensão, anel corona ou elétrodo de classificação de campo - é um elétrodo metálico toroidal, normalmente fabricado em liga de alumínio ou aço inoxidável, instalado na extremidade do condutor de alta tensão de um casquilho de parede. Sua função é remodelar a distribuição do campo elétrico na região de maior tensão geométrica da bucha - a junção entre o condutor energizado e o corpo isolante - de uma distribuição perigosamente não-uniforme para uma distribuição controlada e graduada que mantém a tensão do campo local abaixo do limiar de início de descarga parcial do material isolante.
A física da razão pela qual os anéis de classificação são necessários:
Sem um anel de classificação, o campo elétrico na interface condutor-isolador de um casquilho de parede concentra-se nas descontinuidades geométricas - arestas vivas do condutor, cantos do flange e a junção tripla onde o condutor, o isolador e o ar se encontram simultaneamente. Nestes pontos, o campo elétrico local pode exceder o campo médio global por um fator de 3-8× dependendo da geometria. Para um casquilho de parede de 12 kV com um campo médio nominal de 2-3 kV/mm, o aumento do campo local cria concentrações de tensão de 6-24 kV/mm nas descontinuidades geométricas - muito acima do valor de descarga parcial1 de incepção do ar (cerca de 3 kV/mm) e aproximando-se do limiar de descarga superficial da resina epoxídica (cerca de 15-20 kV/mm).
O que é que o anel de classificação faz fisicamente:
O anel de classificação aumenta o raio de curvatura efetivo do elétrodo de alta tensão na interface condutor-isolador. Ao substituir a geometria do bordo agudo do condutor por uma superfície toroidal de grande raio, o anel distribui as linhas equipotenciais que se concentram no bordo agudo por uma área de superfície muito maior. O resultado é uma redução do pico de tensão do campo local por um fator de 2-5× na interface crítica - fazendo com que o campo local máximo seja inferior ao limiar de início de descarga parcial e eliminando a atividade corona que, de outro modo, iniciaria a degradação progressiva do isolamento.
Principais parâmetros técnicos relevantes para a função do anel de calibragem:
- Tensão nominal: 12 kV / 24 kV / 35 kV (consoante a aplicação)
- Resistência à frequência de potência: 42 kV (classe 12 kV) / 65 kV (classe 24 kV) / 95 kV (classe 35 kV)
- Resistência a impulsos de relâmpagos: 75 kV / 125 kV / 170 kV
- Tensão de início PD (sem anel de classificação): Tipicamente 0,8-1,0 × Un nas descontinuidades geométricas
- PD Tensão de início (com anel de classificação correto): ≥ 1,5 × Un (objetivo de conceção)
- Diâmetro do tubo do anel de classificação: 20-80 mm (consoante a tensão e a geometria)
- Anel de classificação Diâmetro total: 100-400 mm (dependente da tensão e da geometria)
- Material: Liga de alumínio 6061-T6 / Aço inoxidável 316L
- Acabamento da superfície: Polimento liso (Ra ≤ 1,6 μm) - essencial para a eficácia da classificação no terreno
- Normas: IEC 60137, IEC 60270, IEC 60099-8
Onde os anéis de classificação são obrigatórios ou opcionais:
- Obrigatório: Todos os casquilhos de parede com uma classificação ≥ 24 kV; todos os casquilhos de 12 kV instalados em aplicações de atualização da rede com níveis de falha ≥ 20 kA; todos os casquilhos com uma distância condutor-flange < 150 mm
- Recomendado: Casquilhos de 12 kV em aplicações de alta frequência de comutação (energia renovável, controlo de motores industriais); qualquer casquilho em que estruturas adjacentes ligadas à terra reduzam a folga efectiva abaixo do mínimo de projeto
- Opcional: Casquilhos de 12 kV em aplicações normais de distribuição de serviços públicos com folgas normais e baixa frequência de comutação
Quais são os equívocos de engenharia mais prejudiciais sobre a conceção de anéis de classificação?
Os seguintes equívocos são os mais frequentemente encontrados nas especificações de projectos de modernização de redes, práticas de instalação e investigações pós-falha envolvendo anéis de classificação de buchas de parede. Cada equívoco é descrito com o seu mecanismo físico, a sua consequência de falha e o entendimento correto de engenharia que o substitui.
Equívoco 1 - “O anel de classificação é um acessório padrão - qualquer anel com aproximadamente o tamanho correto serve”
Este é o equívoco mais difundido e mais prejudicial. Os engenheiros que tratam o anel de classificação como um item de hardware genérico - selecionando apenas com base na compatibilidade do diâmetro do condutor - instalam consistentemente anéis que são geometricamente incorrectos para o design específico do casquilho. A eficácia da redistribuição de campo do anel de classificação é determinada por três parâmetros geométricos interdependentes: diâmetro do tubo (d), diâmetro total do anel (D) e posição axial em relação à interface condutor-isolador. Estes três parâmetros devem ser optimizados em conjunto através de elemento finito2 simulação do campo elétrico para a geometria específica do casquilho, classe de tensão e ambiente de instalação. Um anel com D correto, mas com d incorreto, ou com d e D corretos, mas com posição axial incorrecta, pode fornecer menos de 30% da redução de tensão de campo do anel corretamente especificado - enquanto parece visualmente idêntico ao desenho correto.
- Consequência da falha: Concentração de campo residual acima do limiar de incepção da DP → erosão progressiva do isolamento → flashover no prazo de 2-5 anos
- Compreensão correta: A geometria do anel graduado é um parâmetro de conceção eléctrica de precisão - especifique pelo número de peça do casquilho e pela classe de tensão, e não apenas pelo diâmetro do condutor
Equívoco 2 - “Um anel de classificação maior proporciona sempre uma melhor classificação do campo”
Os engenheiros que compreendem que os anéis de classificação reduzem a concentração de campo concluem por vezes que um anel maior - maior diâmetro total - proporcionará sempre uma classificação de campo superior. Isto é incorreto. Um anel de classificação demasiado grande posicionado demasiado perto de estruturas adjacentes ligadas à terra (a flange da parede, o invólucro do painel ou o condutor ligado à terra de uma fase adjacente) cria um caminho de acoplamento capacitivo entre o anel de alta tensão e a estrutura ligada à terra que concentra a tensão do campo na extremidade da estrutura ligada à terra em vez de a eliminar. O resultado é um aumento do campo na estrutura aterrada que pode exceder o aumento do campo que o anel pretendia eliminar na interface do condutor - um resultado negativo líquido de um anel sobredimensionado.
- Consequência da falha: Aumento do campo na estrutura ligada à terra → descarga superficial na face da parede ou no painel do invólucro → rastreio e flashover na estrutura ligada à terra
- Compreensão correta: O diâmetro do anel de classificação deve ser optimizado para a geometria específica da instalação - a distância mínima entre a superfície do anel e qualquer estrutura ligada à terra deve ser ≥ 1,5 × a distância entre o anel e o condutor
Equívoco 3 - “Os anéis de classificação só são necessários em tensões de transmissão - não em 12 kV ou 24 kV”
Este equívoco é particularmente comum entre os engenheiros cuja experiência principal é o projeto de sistemas de distribuição, em que o equipamento de 12 kV tem sido historicamente especificado sem anéis de classificação em aplicações normais de serviços públicos. Este equívoco não tem em conta as condições específicas das aplicações de atualização da rede - níveis de defeito mais elevados, frequências de comutação mais elevadas, folgas reduzidas em concepções de comutadores compactos e a proximidade de múltiplas estruturas ligadas à terra em instalações modernas adjacentes ao GIS - que elevam a tensão de campo local na interface do condutor acima do limiar de incepção de DP, mesmo a 12 kV.
- Consequência da falha: Atividade de DP não detectada na interface do condutor de 12 kV → erosão cumulativa do isolamento → falha durante o primeiro evento de defeito de alta magnitude no serviço de atualização da rede
- Compreensão correta: A necessidade do anel de classificação é determinada pela magnitude da tensão do campo local e não apenas pela classe de tensão - calcular o pico do campo local na interface do condutor para a geometria específica da instalação antes de decidir omitir o anel de classificação
Equívoco 4 - “O acabamento da superfície do anel de classificação é uma especificação cosmética”
O acabamento da superfície do anel de classificação - especificado como Ra ≤ 1,6 μm (polido liso) em projectos em conformidade com a IEC - é tratado por muitos engenheiros de aquisições como um requisito cosmético ou de qualidade de aparência que pode ser relaxado para reduzir o custo. Isto é fisicamente incorreto. A rugosidade da superfície do anel de classificação cria um aumento do campo à microescala nas asperezas da superfície - uma superfície maquinada com Ra = 6,3 μm tem factores de aumento do campo local de 2-4× nas pontas das asperezas individuais, suficientes para iniciar uma descarga de corona a partir da própria superfície do anel à tensão de funcionamento. O efeito corona da superfície do anel de desbaste anula todo o objetivo do anel - introduz a atividade de DP que foi concebido para eliminar.
- Consequência da falha: Corona da superfície do anel → geração de ozono → degradação acelerada da superfície de epóxi adjacente ao anel → escalada da DP → flashover
- Compreensão correta: Ra ≤ 1,6 μm é um requisito elétrico funcional, não uma especificação cosmética - verificar o acabamento da superfície com a medição do perfilómetro nos anéis entregues
Equívoco 5 - “Uma vez instalado, o anel de classificação não necessita de manutenção ou inspeção”
Os anéis de classificação são componentes metálicos instalados no ambiente exterior ou semi-exterior de uma subestação. Em ambientes industriais e costeiros, a superfície do anel desenvolve corrosão, depósitos de contaminação e - em projectos de alumínio - acumulação de camada de óxido que aumenta a rugosidade da superfície ao longo do tempo. Um anel com Ra = 1,2 μm na instalação pode ter Ra = 4-8 μm efetivo após 5 anos de serviço no exterior num ambiente industrial costeiro - suficiente para iniciar o efeito corona a partir da superfície do anel com a tensão de funcionamento. Além disso, o afrouxamento mecânico do hardware de montagem do anel sob ciclos térmicos e vibração pode deslocar a posição axial do anel para longe da sua localização de projeto, reduzindo a eficácia da classificação no terreno.
- Consequência da falha: Degradação progressiva da superfície do anel → início do efeito corona a partir do anel → envelhecimento acelerado do isolamento do casquilho
- Compreensão correta: Os anéis de classificação devem ser inspeccionados a cada 12-24 meses - o estado da superfície, o binário de montagem e a posição axial devem ser verificados
Equívoco 6 - “Os anéis de classificação em ambas as extremidades do casquilho são sempre melhores do que um único anel”
Alguns engenheiros, argumentando que a concentração de campo ocorre nas extremidades de alta e baixa tensão da bucha, especificam anéis de graduação em ambas as extremidades. Para projetos de buchas de parede padrão, isso é incorreto - a extremidade de baixa tensão (flange aterrada) da bucha já está no potencial de terra, e a distribuição de campo nessa extremidade é inerentemente graduada pela geometria do próprio flange. A instalação de um anel de graduação na extremidade ligada à terra introduz um elétrodo metálico adicional a um potencial intermédio que pode criar um aumento do campo entre o anel e a flange em vez de o reduzir.
- Consequência da falha: Elétrodo de potencial intermédio na extremidade ligada à terra → aumento do campo entre o anel e a flange → descarga superficial no corpo do casquilho entre o anel e a flange
- Compreensão correta: Para os modelos de casquilhos de parede normalizados, os anéis de graduação são especificados apenas na extremidade do condutor de alta tensão - as configurações de anel duplo são aplicáveis apenas a modelos específicos de casquilhos com graduação capacitiva quando o fabricante os especifica explicitamente
Resumo do impacto das ideias erradas
| Conceito errado | Erro físico | Modo de falha | Tempo até ao fracasso |
|---|---|---|---|
| Tamanho genérico do anel | D/D/posição incorrecta | PD → flashover | 2-5 anos |
| Maior é sempre melhor | Melhoramento do campo da estrutura ligada à terra | Seguimento da superfície na parede | 1-3 anos |
| Não é necessário a 12-24 kV | DP não detectada na interface do condutor | Evento de falha de flashover | 3-8 anos |
| O acabamento da superfície é cosmético | Corona da superfície do anel | Degradação de epóxi | 2-4 anos |
| Não necessita de manutenção | Degradação progressiva da superfície | Escalada do coronavírus | 5-10 anos |
| Os anéis duplos são sempre melhores | Aumento do potencial intermédio do campo | Descarga da superfície corporal | 1-3 anos |
História de um cliente - Projeto de modernização da rede, Sul da Ásia:
O empreiteiro EPC de um operador de rede nacional contactou a Bepto Electric depois de ter tido dois eventos de flashover de casquilhos de parede no espaço de 14 meses após a entrada em funcionamento de uma subestação de atualização da rede de 24 kV. Ambas as falhas ocorreram na interface condutor-isolador de casquilhos que tinham sido especificados com anéis de graduação - levando a equipa do projeto a concluir inicialmente que os anéis estavam defeituosos. A investigação pós-falha pela equipa técnica da Bepto revelou a verdadeira causa: os anéis de classificação tinham sido adquiridos a um fornecedor de hardware geral com base apenas na compatibilidade do diâmetro do condutor, sem referência à especificação geométrica do fabricante do casquilho. Os anéis instalados tinham o diâmetro total correto, mas o diâmetro do tubo era 40% inferior ao especificado - proporcionando um raio de curvatura insuficiente para reduzir o pico de tensão de campo abaixo do limiar de início de DP. A substituição por anéis de classificação especificados pela Bepto, correspondentes à geometria exacta dos casquilhos, eliminou todas as recorrências ao longo de 32 meses de operação subsequente de atualização da rede.
Como selecionar e especificar corretamente os anéis de classificação para aplicações de buchas de parede de atualização de grelha?
A seleção correta do anel graduado para aplicações de casquilhos de parede de atualização da rede exige a integração da geometria do casquilho, do ambiente de instalação, da classe de tensão e da conformidade com as normas IEC numa única especificação coerente. A estrutura seguinte fornece o processo de seleção completo.
Passo 1: Determinar se é necessário um anel de classificação
Aplicar os seguintes critérios de decisão a cada posição de casquilho no projeto de atualização da grelha:
- Classe de tensão ≥ 24 kV: Anel de classificação obrigatório - sem excepções
- Classe de tensão 12 kV, nível de falha ≥ 20 kA: Anel de classificação fortemente recomendado
- Classe de tensão 12 kV, frequência de comutação > 5.000 operações/ano: Anel de classificação recomendado
- Distância entre o condutor e a estrutura mais próxima da terra < 150 mm: Anel de classificação obrigatório independentemente da classe de tensão
- Instalação compacta adjacente ao GIS com distância reduzida entre fases: Efetuar uma simulação de campo do MEF antes de tomar uma decisão - não confiar em tabelas de folgas normalizadas
Passo 2: Especificar a geometria do anel graduado por número de peça do casquilho
Nunca especificar os anéis graduados independentemente do desenho do casquilho. O processo de especificação correto é:
- Selecionar o modelo de casquilho de parede para a aplicação (classe de tensão, corrente nominal, distância de fuga, grau de proteção)
- Solicitar o número de peça do anel de calibração do fabricante para esse modelo específico de casquilho
- Verificar a simulação de campo FEM do fabricante que confirma a tensão de início da DP ≥ 1,5 × Un com o anel especificado instalado
- Especificar o casquilho e o anel de calibragem como um conjunto combinado - não permitir a substituição do anel de calibragem de um fornecedor diferente
Passo 3: Verificar os requisitos de folga para o anel instalado
Antes de finalizar a posição de instalação do casquilho, verificar:
| Parâmetro de folga | Valor mínimo | Consequência do incumprimento |
|---|---|---|
| Superfície do anel para a face da parede ligada à terra | ≥ 1,5 × distância entre o anel e o condutor | Aumento do campo na parede → descarga superficial |
| Superfície do anel para o condutor de fase adjacente | ≥ Distância fase a fase por iec 62271-13 | Risco de flashover fase a fase |
| Superfície do anel para a parede do armário do painel | ≥ 100 mm (12 kV); ≥ 150 mm (24 kV) | Descarga da superfície do invólucro |
| Ligação da superfície do anel ao barramento | ≥ Distância fase-terra de acordo com a norma IEC 62271-1 | Risco de flashover entre barramentos e anéis |
Passo 4: Verificar o acabamento da superfície e a especificação do material
Exigir o seguinte no caderno de encargos do anel de classificação:
- Acabamento da superfície: Ra ≤ 1,6 μm - verificar com o certificado de medição do perfilómetro nos anéis entregues
- Material: Liga de alumínio 6061-T6 (padrão) ou aço inoxidável 316L (ambientes costeiros/químicos)
- Tratamento da superfície: Anodizado (alumínio) ou electropolido (aço inoxidável) - aumenta a resistência à corrosão sem aumentar a rugosidade da superfície
- Tratamento dos bordos: Todas as arestas e cantos totalmente arredondados - sem arestas vivas em qualquer parte da superfície do anel
- Material de montagem: Fixadores de aço inoxidável com especificação de binário calibrado - os fixadores de alumínio não são aceitáveis devido ao risco de corrosão e escoriação
Passo 5: Exigir documentação de conformidade com IEC
| Documento | Padrão | O que verificar |
|---|---|---|
| Certificado de ensaio de tipo | iec 601374 | PD < 5 pC a 1,2 × Un com anel de classificação instalado |
| Relatório de simulação de campo FEM | Anexo IEC 60137 | Campo de pico < limiar de incepção PD em todas as interfaces |
| Certificado de acabamento de superfície | ISO 4287 | Ra ≤ 1,6 μm medido na superfície exterior do anel |
| Certificado de material | ASTM B209 / EN 573 | Confirmação do grau da liga e da têmpera |
| Relatório de controlo dimensional | Desenho do fabricante | d, D, e posição axial com um desvio de ± 1 mm da especificação |
Que erros de instalação e colocação em funcionamento prejudicam o desempenho do anel de classificação?
Um anel de nivelamento corretamente especificado que seja incorretamente instalado não proporciona qualquer benefício significativo de nivelamento no terreno - e, em algumas configurações, um anel incorretamente instalado cria uma pior distribuição no terreno do que nenhum anel. O seguinte protocolo de instalação e colocação em funcionamento evita os erros de instalação mais comuns.
Lista de controlo de verificação pré-instalação
- Confirmar o número de peça do anel corresponder ao modelo de casquilho que está a ser instalado - rejeitar qualquer anel que não possa ser identificado com a especificação do fabricante do casquilho para esse modelo exato de casquilho
- Inspecionar a superfície do anel sob iluminação adequada - rejeitar qualquer anel com riscos na superfície, marcas de maquinagem ou corrosão que possam aumentar a rugosidade efectiva da superfície acima de Ra 1,6 μm
- Verificar a geometria do anel de acordo com o desenho do fabricante - medir o diâmetro do tubo (d) e o diâmetro total do anel (D) com paquímetros calibrados - rejeitar se qualquer uma das dimensões estiver fora de ± 1 mm da especificação
- Inspecionar o hardware de montagem - verificar se os fixadores são de aço inoxidável, se a forma da rosca está correta e se não há danos na rosca
- Medir as folgas de instalação antes da instalação do anel - confirmar que todas as distâncias em relação a estruturas ligadas à terra cumprem os valores mínimos do passo 3 acima
Procedimento de instalação passo a passo
Passo 1: Posicionamento axial
- Posicionar o anel na localização axial especificada pelo fabricante relativamente à interface condutor-isolador - esta dimensão é crítica e deve ser verificada com uma régua calibrada ou um medidor de profundidade
- Desvio máximo admissível da posição axial: ± 2 mm em relação à especificação do fabricante
- Não estimar a posição axial a olho nu - medir e registar
Passo 2: Montagem do anel
- Instale primeiro os fixadores de montagem com os dedos - verifique se o anel está centrado no condutor antes de aplicar o binário
- Aperte os parafusos de montagem de acordo com as especificações do fabricante, utilizando uma chave dinamométrica calibrada - normalmente 8-15 N-m para parafusos inoxidáveis M8
- Aplicar um marcador de tinta de verificação do binário em todas as cabeças dos parafusos após a confirmação final do binário
- Verificar a concentricidade do anel após o aperto - o anel deve estar centrado no condutor com uma margem de ± 1 mm
Etapa 3: Verificação da folga pós-instalação
- Medir e registar todas as folgas entre a superfície do anel e as estruturas aterradas adjacentes com o anel na sua posição final de instalação
- Documentar as medições da folga no registo de entrada em funcionamento - estes valores constituem a base de referência para futuras comparações de inspeção
Etapa 4: Teste PD de Pré-Energização
- Efetuar a medição da descarga parcial por iec 602705 a 1,2 × Un antes de energizar o circuito de atualização da rede
- Critério de aceitação: PD < 5 pC (casquilho APG epoxídico com anel de calibração corretamente instalado)
- PD > 10 pC numa nova instalação com anel graduado indica geometria incorrecta do anel, posição axial incorrecta ou folga insuficiente para uma estrutura ligada à terra - investigar antes da energização
Protocolo de manutenção contínua dos anéis de nivelamento instalados
| Atividade de manutenção | Intervalo | Critério de aceitação | Ação em caso de falha |
|---|---|---|---|
| Inspeção visual da superfície | A cada 12 meses | Sem corrosão, corrosão por picadas ou danos na superfície | Limpar ou substituir o anel |
| Verificação do binário de montagem | A cada 24 meses | Dentro de ± 10% do binário especificado | Reapertar de acordo com as especificações |
| Medição da posição axial | A cada 24 meses | Dentro de ± 2 mm da posição especificada | Reposicionar e reapertar |
| Medição da folga | A cada 24 meses | Todas as folgas ≥ valores mínimos | Investigar os movimentos estruturais |
| Medição de DP | A cada 24 meses | < 5 pC a 1,2 × Un | Investigar o estado e a posição do anel |
| Avaliação da rugosidade da superfície | De 5 em 5 anos | Ra ≤ 3,2 μm (limite em serviço) | Substituir o anel se Ra > 3,2 μm |
Erros críticos de instalação que prejudicam o desempenho do anel de classificação
- Instalação do anel numa posição axial estimada a olho nu em vez de medida: Um erro de 5 mm na posição axial pode reduzir a eficácia da classificação no terreno em 40-60% - medir e registar sempre a posição axial em relação à dimensão especificada pelo fabricante
- Permitir que a tinta, o vedante ou a contaminação se depositem na superfície do anel durante a instalação: Qualquer revestimento na superfície do anel que aumente a rugosidade efectiva da superfície acima de Ra 1,6 μm inicia o efeito corona a partir do anel - mascarar a superfície do anel durante quaisquer operações de pintura ou vedação nas proximidades
- Apertar os parafusos de fixação do anel com uma chave de impacto: O aperto por impacto cria uma força de aperto desigual que altera a concentricidade do anel - utilize sempre uma chave dinamométrica calibrada para a montagem do anel
- Omissão do teste PD de pré-energização após a instalação do anel: O teste PD é a única medida de entrada em funcionamento que confirma diretamente o desempenho correto do anel de calibragem - se não for realizado, a primeira indicação de uma instalação incorrecta será uma falha no terreno
Conclusão
Os anéis de graduação capacitiva são componentes eléctricos de precisão cujo desempenho é determinado pela geometria, acabamento da superfície, posição axial e folga de instalação - não pelo tamanho, aparência ou pelo simples facto da sua presença no casquilho. Os conceitos errados que os engenheiros levam para os projectos de atualização da rede - tratando os anéis como hardware genérico, assumindo que maior é sempre melhor, acreditando que o acabamento da superfície é cosmético e omitindo a verificação do DP pós-instalação - são a causa direta de falhas prematuras dos casquilhos de parede na infraestrutura da rede que foi especificada e instalada de boa fé. Na Bepto Electric, todos os casquilhos de parede que fornecemos para aplicações de modernização da rede são entregues como um conjunto combinado de casquilho e anel de classificação, com confirmação de simulação de campo FEM, certificação de teste de tipo IEC 60137, documentação de acabamento de superfície e orientação de instalação completa - porque um anel de classificação que não seja corretamente especificado, corretamente instalado e corretamente mantido não está a fornecer a proteção contra arco que a sua infraestrutura de modernização da rede exige.
Perguntas frequentes sobre o design do anel de classificação capacitiva para aplicações de atualização da grelha de buchas de parede
P: Em que classe de tensão é que um anel de classificação capacitivo se torna obrigatório para instalações de casquilhos de parede em aplicações de subestações de atualização da rede de média tensão?
A: Os anéis de classificação são obrigatórios para todas as instalações de buchas de parede a 24 kV e superiores. A 12 kV, os anéis de classificação são obrigatórios quando os níveis de defeito excedem 20 kA, quando a distância entre o condutor e a estrutura ligada à terra é inferior a 150 mm ou quando a frequência de comutação excede 5.000 operações por ano - condições que são comuns em aplicações de atualização da rede, mesmo a níveis de tensão de distribuição.
P: Porque é que o diâmetro do tubo do anel de calibragem é tão importante como o diâmetro total do anel para uma correta calibragem do campo elétrico num casquilho de parede?
A: O diâmetro do tubo determina o raio de curvatura da superfície do anel - o parâmetro que controla diretamente o pico do campo elétrico local na superfície do anel. Um anel com o diâmetro total correto mas com um diâmetro de tubo insuficiente tem uma superfície de raio pequeno que concentra a tensão do campo em vez de a distribuir, podendo iniciar o efeito corona a partir do próprio anel. Tanto o diâmetro do tubo como o diâmetro total devem corresponder à especificação do fabricante para o projeto específico do casquilho.
P: Qual é o nível de descarga parcial após a instalação que confirma que um anel de nivelamento está corretamente posicionado e a desempenhar a sua função de nivelamento no terreno concebida num casquilho de parede de atualização de grelha?
A: PD < 5 pC a 1,2 × Un por IEC 60270 confirma o desempenho correto do anel de classificação numa bucha de parede epóxi APG. PD acima de 10 pC em uma nova instalação com um anel de classificação instalado indica geometria incorreta do anel, posição axial incorreta ou folga insuficiente para uma estrutura aterrada adjacente - todos os quais requerem investigação e correção antes da energização.
P: Como é que a rugosidade da superfície num anel de classificação afecta o desempenho do casquilho de parede e qual é o valor Ra máximo aceitável para um anel de classificação numa aplicação de atualização de grelha?
A: A rugosidade da superfície cria um aumento do campo à microescala nas pontas das asperezas na superfície do anel. Ra > 1,6 μm introduz uma tensão de campo local suficiente para iniciar uma descarga corona a partir da superfície do anel à tensão de funcionamento - gerando ozono que acelera a degradação do epóxi e introduzindo a atividade PD que o anel foi concebido para eliminar. Ra ≤ 1,6 μm é a especificação obrigatória para novos anéis de classificação; Ra ≤ 3,2 μm é o valor máximo aceitável em serviço antes de ser necessária a substituição do anel.
P: É correto especificar anéis de classificação nas extremidades de alta e baixa tensão de um casquilho de parede para melhorar o desempenho da classificação de campo numa aplicação de atualização da rede?
A: Não - para projectos de casquilhos de parede padrão, os anéis de graduação são especificados apenas na extremidade do condutor de alta tensão. A extremidade de baixa tensão (flange ligada à terra) já está no potencial de terra e a sua distribuição de campo é inerentemente gerida pela geometria da flange. A instalação de um anel na extremidade ligada à terra introduz um elétrodo de potencial intermédio que cria um aumento do campo entre o anel e a flange em vez de o reduzir. As configurações de anel duplo aplicam-se apenas a projectos específicos de casquilhos graduados capacitivamente quando o fabricante os especifica explicitamente.
-
Descarga eléctrica localizada que faz uma ponte parcial no isolamento entre condutores. ↩
-
Método numérico para resolver problemas físicos complexos como a distribuição de campos eléctricos. ↩
-
Especificações técnicas comuns para normas de aparelhagem de alta tensão. ↩
-
Norma abrangente para casquilhos isolados utilizados em sistemas de energia. ↩
-
Norma internacional de ensaio para a medição de descargas parciais em aparelhos eléctricos. ↩
