Análise da Blindagem Eletrostática por Elementos Finitos de Dispositivo Tipo Gaiola de Faraday para Pinos de Isoladores de Disco
Data
2018
Autores
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Instituto de Tecnologia
Resumo
Isoladores de disco de alta tensão são equipamentos utilizados em redes de transmissão ou distribuição de energia, sendo úteis para sustentar os cabos condutores e ao mesmo tempo efetuar o isolamento elétrico entre os mesmos. Eles são constituídos por uma campânula metálica, um pino metálico e um disco de vidro ou porcelana. A ação conjunta da poluição atmosférica, umidade e intenso campo elétrico na superfície desses isoladores propiciam a incidência de descargas elétricas na região central dos pinos, catalisando o processo de corrosão e de ruptura dos mesmos, resultando em falhas catastróficas no sistema elétrico. Neste trabalho, desenvolveu-se um dispositivo de proteção eletrostática, denominado "Gaiola de Faraday para Pinos de Isoladores de Disco", com o objetivo de blindar a região intermediária dos pinos contra os efeitos do campo elétrico externo. Além disso, foi proposta a aplicação de um revestimento super-hidrofóbico sobre o disco de vidro dos isoladores, visando facilitar a remoção de contaminantes atmosféricos que induzem o surgimento de arcos voltaicos direcionados para a superfície dos pinos. Ensaios experimentais com um gerador de Van der Graaf foram realizados sob um pino protegido pelo primeiro protótipo do dispositivo. Além disso, simulações computacionais utilizando o Método dos Elementos Finitos foram conduzidas para analisar a distribuição do campo elétrico em modelos 2D de cadeias de isoladores submetidas a tensões de 69 kV. Os resultados experimentais e numéricos mostraram que o dispositivo conseguiu evitar a incidência de descargas elétricas na região mais suscetível à corrosão, demonstrando a eficácia da blindagem eletrostática.
Abstract
High-voltage disc insulators are devices used in power transmission or distribution networks, serving to support the conductive cables while simultaneously providing electrical insulation. These insulators consist of a metal cap, a metal pin, and a glass or porcelain disc. The combined effects of atmospheric pollution, humidity, and intense electric fields on these insulators facilitate the occurrence of electrical discharges on the central region of the pins, accelerating their corrosion and eventual rupture, which can lead to catastrophic failures in the electrical system. In this work, an electrostatic shielding device called the "Faraday Cage for Disc Insulator Pins" was developed to shield the intermediate region of the pins from the effects of external electric fields. Additionally, a super-hydrophobic coating was proposed for the glass surface of the insulators to facilitate the removal of atmospheric contaminants that induce the formation of voltaic arcs directed towards the pin surface. Experimental tests were conducted using a Van der Graaf generator on a pin protected by the first prototype of the device. Furthermore, computational simulations based on the Finite Element Method were performed to analyze the electric field distribution in 2D models of insulator chains subjected to 69 kV voltages. The experimental and numerical results demonstrated that the device effectively prevented electrical discharges in the pin’s most corrosion-prone area, confirming the efficiency of the electrostatic shielding.
Descrição
Palavras-chave
Blindagem Eletrostática, Método dos Elementos Finitos, Isoladores Elétricos, Corrosão, Gaiola de Faraday
Citação
SILVA, José Eduardo Ribeiro da. Análise da Blindagem Eletrostática por Elementos Finitos de Dispositivo Tipo Gaiola de Faraday para Pinos de Isoladores de Disco. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Processos) – Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2018.