Manual Técnico de Distribuição
ESPECIFICAÇÃO
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ISOLADOR POLIMÉRICO TIPO PINO
edição
vigência
Agosto/98
ESP
ESP - 600
aprovação
DDPP
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1. OBJETIVO
Esta Especificação fixa as exigências mínimas para os isoladores tipo pino polimérico utilizados nas
redes compactas com cabos cobertos, para distribuição de energia elétrica de sistemas com
tensões primárias nominais até 15kV.
2. NORMAS COMPLEMENTARES
Na aplicação desta Especificação pode ser necessário consultar:
ABNT EB 9
(NBR 5032)
Isoladores de porcelana ou vidro, para linhas aéreas e subestações de alta
tensão - Especificação
ABNT MB 22
(NBR 5049)
Isoladores de porcelana ou vidro para linhas aéreas e subestações de alta
tensão - Método de Ensaio
ABNT MB 1293
(NBR 6238)
Fios e cabos elétricos - Ensaio de envelhecimento térmico acelerado Método de Ensaio
ABNT MB 1370
(NBR 6241)
Tração à ruptura em materiais isolantes e coberturas protetoras extrudadas
para fios e cabos elétricos - Método de Ensaio
ABNT MB 1595
(NBR 7040)
Absorção de umidade - Método de Ensaio
ABNT MB 2525
(NBR 9512)
Fios e cabos elétricos - Intemperismo artificial sob condensação de água,
temperatura e radiação ultravioleta-B proveniente de lâmpadas
fluorescentes - Método de Ensaio
ABNT MB 1654
(NBR 7307)
Fios e cabos elétricos - Ensaio de fragilização - Método de Ensaio
ABNT MB 2825
(NBR 10296)
Material isolante elétrico - Avaliação de sua resistência ao trilhamento
elétrico e erosão sob severas condições ambientais - Método de Ensaio
ABNT MB 1535
(NBR 7291)
Fios e cabos elétricos - Ensaio de resistência a fissuração - Método de
Ensaio
ABNT TB 19.01
(NBR 5456)
Eletrotécnica e eletrônica - Eletricidade geral - Terminologia
ABNT TB 19.18
(NBR 5472)
Eletrotécnica e eletrônica - Isoladores e buchas - Terminologia
ABNT NB 309.1
(NBR 5426)
Planos de amostragem e procedimentos na inspeção por atributos Procedimento
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ABNT NB 309.2
(NBR 5427)
Guia para utilização da norma NBR 5426 - Procedimento
NBR 9335
Embalagem de madeira e de papelão ondulado para isoladores de pino Características dimensionais e estruturais - Padronização
NBR 6936
Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão - Procedimento
IEC 437
Radio interference test on high-voltage insulators
ASTM-D-150
Test methods A-C loss characteristics and permittivity (dielectric constant) of
solid electrical insulating materials
ASTM-D-638
Test method for tensile properties of plastics
ASTM-G-26
Light exposure apparatus (xenon-arc type) with and without water for
exposure of nonmetallic materials - Rec. and Practice for Operating
3. DEFINIÇÕES
Os termos técnicos utilizados nesta especificação estão definidos abaixo.
3.1 Isolador Tipo Pino Polimérico
Isolador convencional dotado de orifício roscado ou provido de pino, constituído por um único corpo
isolante, que para a fixação dos cabos cobertos, requer o uso de amarrações externas.
3.2 Saias do Isolador
Parte externa do isolador destinada a aumentar a distância de escoamento.
3.3 Trilhamento Elétrico (Tracking)
Degradação irreversível do isolador provocada pela formação de caminhos que se iniciam e se
desenvolvem na superfície de um material isolante, sendo condutivos mesmo quando secos.
3.4 Erosão
Degradação irreversível e não condutiva da superfície do isolador, que ocorre por perda de
material. Pode ser uniforme, localizada ou ramificada.
3.5 Rachadura (Cracking)
Fratura superficial de profundidade superior a 0,1 mm.
3.6 Fissura
Microfratura superficial de profundidade entre 0,01 a 0,1mm.
4. CONDIÇÕES GERAIS
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4.1 Identificação
4.1.1 Os isoladores devem ser identificados de forma legível e indelével com, no mínimo, as
seguintes informações:
a) nome e/ou marca comercial do fabricante;
b) mês e ano de fabricação.
4.1.2 A identificação sobre o corpo isolante não deve produzir saliências ou rebarbas que
prejudiquem o desempenho dos isoladores em serviço.
4.2 - Acabamento
4.2.1 A superfície externa do isolador deve ser completamente lisa isenta de rebarbas, impurezas,
porosidades, bolhas e incrustações que possam vir a comprometer o desempenho do material.
4.2.2 O isolador deve ser provido de um material, no interior do orifício para instalação do pino
roscado, de constante e rigidez dielétrica compatíveis com as do material do isolador, de modo a
preencher o espaço compreendido entre a cabeça do pino e o corpo do isolador, visando impedir a
formação de descargas parciais e consequentemente a erosão do material.
4.2.3 O isolador deve ser de coloração clara visando facilitar as inspeções de campo.
4.3 Acondicionamento
Os isoladores devem ser acondicionados obedecendo as seguintes condições:
a) de modo adequado ao meio de transporte (ferroviário, rodoviário, marítimo ou aéreo) e ao
manuseio;
b) em embalagens de acordo com a NBR 9335, com massa bruta não superior a 40 kg;
c) em volumes marcados de forma legível e indelével com, no mínimo, as seguintes informações;
- nome e/ou marca comercial do fabricante;
- identificação completa do conteúdo (tipo e quantidade);
- massa (bruta e líquida) e dimensões do volume;
- dados do comprador (nome, endereço, etc...);
- número da Ordem de Compra e da Nota Fiscal.
Nota: 1. O fornecedor brasileiro deve enumerar os diversos volumes e anexar à Nota Fiscal uma
relação descritiva do conteúdo de cada um.
2. O fornecedor estrangeiro deve encaminhar simultaneamente ao despachante indicado
pela concessionária, cópias da relação indicada anteriormente.
5. CONDIÇÕES ESPECÍFICAS
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5.1 - Características Dimensionais
5.1.1 As características dimensionais do isolador estão indicadas na Figura do Anexo B.
5.1.2 A parte roscada do orifício do isolador deve ser própria para instalação de pino padrão de 25
mm, conforme EB-9.
5.2 Requisitos Físicos e Elétricos
5.2.1 O composto isolante do isolador deve ser de polietileno de alta densidade ou outro material
polimérico que atenda aos requisitos deste Relatório, resistente ao trilhamento elétrico, às
intempéries e aos raios ultravioleta.
5.2.2 A Tabela 1 do Anexo A apresenta os requisitos físicos para o composto a ser utilizado na
confecção do isolador.
5.2.3 A Tabela 2 do Anexo A apresenta os requisitos elétricos para o isolador pronto, quando
utilizado com pino montado sobre o braço suporte tipo C da estrutura da rede compacta.
5.3 Requisitos Mecânicos
O isolador montado com um pino de aço adequado, deve resistir aos seguintes esforços de flexão
mínimos:
a) sem ruptura : 1500 daN
b) nominal
: 750 daN
6. INSPEÇÃO
6.1 Generalidades
6.1.1 O fornecimento do isolador deve ser condicionado à aprovação nos ensaios de tipo que, de
comum acordo entre fabricante e comprador podem ser substituídos por um certificado de ensaio
emitido por um laboratório oficial ou credenciado.
6.1.2 Os ensaios de tipo devem ser realizados em laboratórios designados de comum acordo entre
fabricante e comprador. Os ensaios de recebimento devem ser executados nas instalações do
fabricante, salvo acordo contrário entre fabricante e comprador.
6.1.3 Por ocasião do recebimento, para fins de aprovação do lote, devem ser executados todos os
ensaios de recebimento e os demais ensaios de tipo, quando exigidos pelo comprador.
6.1.4 A dispensa da execução de qualquer ensaio e a aceitação do lote não eximem o fabricante
da responsabilidade de fornecer os isoladores de acordo com este Relatório.
6.2 Inspeção Geral
Antes da execução dos ensaios deve ser efetuada uma inspeção geral verificando o seguinte:
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a) identificação, conforme item 4.1;
b) acabamento, conforme item 4.2;
c) acondicionamento, conforme item 4.3.
6.3 Ensaios de Tipo
6.3.1 Para o composto utilizado
a) resistência à tensão de trilhamento elétrico;
b) resistência ao intemperismo artificial;
c) ensaios físicos.
6.3.2 Para o isolador
a) verificação dimensional;
b) resistência mecânica a flexão;
c) tensão suportável à freqüência industrial sob chuva;
d) tensão suportável de impulso atmosférico;
e) perfuração;
f) radiointerferência;
g) compatibilidade elétrica.
6.4 Ensaios de Recebimento
Considera-se como ensaios de recebimento as alíneas “a” e “c” do item 6.3.1, as alíneas “a” e “b”
do item 6.3.2 e o item 6.2.
6.5 Descrição dos Ensaios
6.5.1 Ensaios do Composto de Polietileno Antes da Moldagem
6.5.1.1 Preparação de corpos de prova
a) para a obtenção dos corpos de prova, o fabricante deve dispor de ferramenta apropriada para
moldagem do material utilizado na confecção do isolador, com as dimensões padronizadas na NBR
10296, a partir do mesmo equipamento empregado na injeção do produto final;
b) caso os corpos de prova sejam produzidos a partir do produto acabado, poderá ser utilizado o
método apresentado no Anexo C ou outro processo acordado entre o fabricante e o comprador.
6.5.1.2 Ensaio de resistência à tensão de trilhamento elétrico
a) os corpos de prova do composto de material do isolador, preparados conforme 6.5.1.1, devem
ser submetidos à tensão de 2,75 kV sem apresentar ocorrência de trilhamento ou sinais de erosão;
b) o ensaio deve ser realizado conforme a NBR 10296, método 2, critério A.
6.5.1.3 Ensaio de Resistência ao Intemperismo Artificial
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a) 10 (dez) corpos de prova do isolador, preparados de acordo com o item 6.5.1.1, devem ser
divididos em dois grupos de 5 (cinco) amostras para a verificação de suas características
mecânicas antes e após o envelhecimento em câmara de intemperismo artificial durante 2000h;
b) os valores individuais de resistência e alongamento à ruptura do grupo das 5 (cinco) amostras
não envelhecidas devem ser registrados e atender aos requisitos apresentados na Tabela 1;
c) o outro grupo de 5 (cinco) amostras deve ser submetido ao envelhecimento acelerado,
adotando-se um dos seguintes critérios:
- quando for utilizada lâmpada xenônio, ensaiar conforme ASTM-G-26, método A;
- quando for utilizada lâmpada fluorescente, ensaiar conforme MB-2525, com ciclos de 8 h de
exposição à radiação UV-B a 60º C e 4h de exposição à condensação de água a 50º C.
d) os valores mínimo e máximo obtidos após o envelhecimento não devem variar mais do que 25%
em relação aos respectivos valores mínimo e máximo obtidos dos corpos de prova ensaiados sem
envelhecimento.
6.5.1.4 Outros Ensaios do Composto
a) os ensaios referentes aos demais requisitos físicos do material, indicados na Tabela 1 do Anexo
A, devem ser realizados em 5 (cinco) corpos de prova, preparados conforme item 6.5.1.1, para
cada ensaio;
b) todos os corpos de prova devem apresentar valores que atendam as especificações da Tabela
1. No caso dos ensaios mecânicos deve ser considerado o critério de aceitação indicado no item
6.5.1.3.
6.5.2 Ensaios no Isolador Pronto
6.5.2.1 Geral
O tipo de um isolador é definido eletricamente pela distância de arco a seco, pela distância de
escoamento e pela inclinação, diâmetro e espaçamento das saias e mecanicamente pelo tipo de
fixação, devendo os ensaios de tipo serem repetidos se pelo menos uma dessas características for
alterada, pelo projeto, matéria prima ou processo de fabricação.
6.5.2.2 Verificação Dimensional
a) as dimensões do isolador devem ser verificadas de acordo com a Figura do Anexo B;
b) pequenas variações nas partes não cotadas serão admissíveis desde que sejam mantidas as
características eletromecânicas do isolador;
c) no ensaio de verificação da rosca do isolador, deve ser utilizado o calibre indicado na EB-9.
6.5.2.3 Ensaio de Tensão Suportável à Freqüência Industrial Sob Chuva
a) o isolador deve suportar o valor especificado na Tabela 2 do Anexo A;
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b) o ensaio deve ser executado utilizando-se condutor nu, de acordo com as prescrições da MB-22
e atender às exigências da EB-9.
6.5.2.4 Ensaio de Tensão Suportável de Impulso Atmosférico a Seco
a) o isolador deve suportar o valor especificado na Tabela 2 do Anexo A;
b) o isolador deve ser submetido ao ensaio com onda de polaridade positiva e negativa (1,2 x 50
µs), conforme NBR 6936, procedimento B;
Devem ser aplicados 15 impulsos de cada polaridade e não devem ocorrer perfurações. No
entanto, são admissíveis duas descargas de contorno.
6.5.2.5 Perfuração
a) o isolador deve suportar o valor especificado na Tabela 2 do Anexo A, em freqüência industrial ,
de acordo com as prescrições da MB-22;
b) o ensaio será considerado satisfatório se não ocorrer perfuração com uma tensão menor ou
igual ao valor de tensão especificada.
Mediante acordo, a tensão poderá ser elevada até ocorrer a perfuração.
6.5.2.6 Radiointerferência
a) o isolador, quando submetido ao ensaio de radiointerferência com tensão de ensaio de 10 kV e
freqüência de 500 khz, não deve apresentar valores de T.R.I. superiores a 10 µV, referida a uma
impedância de 300Ω;
b) o ensaio deve ser executado de acordo com a NBR 7876, utilizando instrumentos de medição
conforme NBR 7875, ou de acordo com a IEC 437.
6.5.2.7 Ensaio de Ruptura Mecânica a Flexão
O isolador, montado com pino adequado para instalação em braço suporte tipo C da rede
compacta, deve ser submetido aos valores indicados no item 5.3, sem que ocorra ruptura mecânica
ou qualquer deformação permanente que impeça a continuação do ensaio.
6.5.2.8 - Ensaio de Compatibilidade Elétrica
a) para a realização do ensaio devem ser montado 3 (três) conjuntos independentes com “2
isoladores - 3 m de cabo coberto 15 kV por fase - amarrações”.
As características do cabo e amarrações devem ser objeto de acerto entre fornecedor e
comprador.
b) parâmetros para o ensaio:
- aplicação de corrente elétrica no condutor para a temperatura da superfície do cabo de 60º C;
- ciclos de aspersão de chuva de 5 (cinco) minutos seguido de 15 (quinze) minutos sem
aspersão;
- aspersão de 1 mm/minuto de água com condutividade de 750 µS / cm;
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- tensão aplicada de 2 Vo, sendo Vo a tensão ∅-T do sistema (igual a 16 kV).
c) nenhum material do conjunto deve apresentar trilhamento, erosão, fissuras ou rachaduras após
30 (trinta) dias de ensaio.
6.6 Relatório dos Ensaios
Devem constar do relatório de ensaio as seguintes informações mínimas:
a) nome e/ou marca comercial do fabricante;
b) identificação do laboratório de ensaio;
c) tipo e quantidade de material do lote e tipo e quantidade ensaiada;
d) identificação completa do material ensaiado;
e) relação, descrição e resultado dos ensaios executados e respectivas normas utilizadas;
f) certificados de aferições dos aparelhos utilizados nos ensaios , com validade máxima de 24
meses;
g) número de Ordem de Compra;
h) data de início e de término de cada ensaio;
i) nomes legíveis e assinaturas dos respectivos representantes do fabricante e do inspetor do
comprador e data de emissão do relatório.
7. ACEITAÇÃO E REJEIÇÃO
7.1 Para a análise da aceitação ou rejeição de um lote deve-se inspecionar as peças de acordo
com os critérios de aceitação da Tabela 3 do Anexo A, para o produto acabado, além dos corpos
de prova para os ensaios do composto previsto nos itens 6.5.1.2 e 6.5.1.4 .
7.2 A comutação do regime de inspeção ou qualquer outra consideração adicional deve ser feita de
acordo com as recomendações da NBR 5426 e NBR 5427.
8. ANEXOS
ANEXO A Tabelas
ANEXO B Figura
ANEXO C Preparação de Corpos de Prova para Ensaios do Composto a Partir do Produto
Acabado
ANEXO A - TABELAS
Tabela 1 - Requisítos Físicos do Polietileno de Alta Densidade
Método de Ensaio
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Descrição do Ensaio
Ensaio de tração sem envelhecimento;
Unidade
Valor
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ASTM-D-150
ASTM-D-1693
NBR-7291
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NBR 7307
- resistência a tração, mínima;
- alongamento à ruptura, mínimo;
Ensaio de tração após envelhecimento em estufa a ar:
0
- temperatura (tolerância ± 2 C);
- duração;
- variação máxima permissível da resistência a tração e
do
alongamento à ruptura.
Permitividade relativa
Rachadura (Cracking):
- temperatura ambiente, durante 48 horas
Resistência a fissuras
0
- temperatura de 50 C, durante 48 horas (método B)
Absorção de água, método gravimétrico, temperatura de
0
85 +2 C
Temperatura de fragilização
Mpa
%
12,5
300
0
C
dias
110
14
%
+25
-
=3
sem
fraturas
sem
fissuras
%
0
C
=0,25
=-15
Tabela 2 - Requisítos Elétricos do Isolador
Item
1
2
3
4
5
6
Requisito Elétrico
Unidade
Distância de escoamento mínima
mm
Tensão máxima de operação
kV
Tensão suportável em frequência industrial sob chuva (mínimo)
kV
Tensão suportável de impulso atmosférico a seco (mínimo), onda positiva
kV
Tensão suportável de impulso atmosférico a seco (mínimo), onda
kV
negativa
Tensão de perfuração (mínimo)
kV
Valor
280
15
34
110
140
195
Tabela 3 - Planos de Amostragem para os Ensaios de Recebimento e Inspeção Geral
Tamanho
do
Lote
151 a 280
281 a 500
501 a 1.200
1.201 a 3.200
3.201 a 10.000
10.001 a 35.000
35.001 a 150.000
acima de 150.001
Nota: Am
Ac
Re
Inspeção Geral
Nível 1
NQA 10 %
Am
Ac
Re
13
3
4
20
5
6
32
7
8
50
10
11
80
14
15
125 21
22
125 21
22
125 21
22
Verificação
Dimensional
Nível 1
NQA 1,5 %
Am
Ac
Re
8
0
1
32
1
2
32
1
2
50
2
3
80
3
4
125
5
6
200
7
8
315
10
11
Resistência
a Flexão
Nível S4
NQA 2,5 %
Am
Ac
Re
20
1
2
20
1
2
20
1
2
32
2
3
32
2
3
50
3
4
80
5
6
80
5
6
Físicos do Composto
e Trilhamento Elétrico
Nível S4
NQA 10 %
Am
Ac
Re
5
1
2
5
1
2
5
1
2
8
2
3
8
2
3
13
3
4
20
5
6
20
5
6
- Tamanho da amostra
- número de unidades defeituosas que ainda permite aceitar o lote
- número de unidades defeituosas que implica na rejeição do lote
ANEXO B - FIGURA
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FIGURA - ISOLADOR TIPO PINO POLIMÉRICO
NOTA: No interior da rosca deve existir uma massa polimérica ou elastomérica visando preencher o espaço
existente entre o pino de aço e o corpo do isolado
ANEXO C - PREPARAÇÃO DE CORPOS DE PROVA PARA ENSAIOS DO COMPOSTO
A PARTIR DO PRODUTO ACABADO
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1. Aplicação
O procedimento para obtenção de placas, através da fusão de materiais, pode ser aplicado a
polímeros termoplásticos, tais como polietileno, polipropileno, etc.
No caso de polímeros termofixos, tais como silicone, XLPE, EPR, etc, este processo não é
aplicável na confecção das placas para os corpos de prova, sendo a melhor alternativa o emprego
de processos mecânicos, como corte, plaina, torneamento, etc.
2. Obtenção da Matéria-Prima
A matéria prima, a ser ensaiada, deve ser obtida por corte das peças amostradas (produto
acabado).
Deve ser cortado material suficiente para preencher o molde com algum excesso. Cuidar para não
contaminar o material durante o corte, como por exemplo, com tinta ou partículas metálicas
provenientes do instrumento de corte, graxa ou óleos presentes no ambiente da execução da
atividade.
3. Molde
Deve ser utilizado um molde fabricado em metal, pouco aderente ao polímero. Para o polietileno
pode-se utilizar aço inoxidável ou alumínio.
É importante que as superfícies sejam planas e sem marcas.
O molde deve ser composto por três placas nas dimensões de 150 x 150 mm.
a) Placa superior e inferior : espessura aproximada de 1mm;
b) Placa intermediária : espessura de 8 mm, vazada por um quadrado de 130 130 mm, centrado
com as bordas da placa.
Para facilitar a desmoldagem do corpo de prova, deve ser utilizado um filme de poliéster
(transparência para retroprojetor) entre o material a ser derretido e as placas superior e inferior.
1 mm
8 mm
130mm
150 mm
1 mm
4. Prensa
Utilizar prensa hidráulica com placas de aquecimento termostatizada com precisão de ± 5º C.
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5. Procedimento
As placas da prensa devem ser aquecidas em torno de 10º C acima da temperatura de fusão do
polímero a ser testado.
O molde completo deve ser então ser colocado sobre as placas da prensa e aquecido. Quando
tiver atingido a temperatura adequada, colocar o filme de poliéster sobre a placa inferior.
A seguir, repor a placa vazada e finalmente, depositar o material polimérico no interior da área
vazada.
Colocar a tampa superior do molde e encostar, sem pressão, as placas da prensa.
Aguardar que o material funda (em torno de 10 minutos) e aplicar pressão, entre 10 e 20 kgf/cm2.
O tempo de moldagem não deve ser superior a 20 minutos, buscando-se a melhor temperatura de
trabalho. Os 10º C acima da temperatura de fusão, anteriormente citado, servirá de orientação
inicial (este acréscimo de temperatura não deve ser excessivo para não causar deterioração do
material polimérico).
Transcorrido o tempo definido para a fabricação dos corpos de prova, o molde deve ser retirado da
prensa e permitido o resfriamento natural para evitar empenamentos.
Após a desmoldagem, o corpo de prova deve ser preparado conforme norma do ensaio a ser
realizado.