BRPI0911792B1 - Isolador de alta tensão e linha de energia elétrica de alta tensão que utiliza dito isolador - Google Patents

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/42—Means for obtaining improved distribution of voltage; Protection against arc discharges
    • H01B17/48—Means for obtaining improved distribution of voltage; Protection against arc discharges over chains or other serially-arranged insulators

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Abstract

isolador de alta tensão e linha de energia elétrica de alta tensão que utiliza dito isolador o isolador de alta tensão para proteger um condutor de alta tensão em uma instalação elétrica ou em uma linha de energia elétrica compreende um núcleo de isolamento, a primeira extremidade a qual é usada para conectar-se mecanicamente a um condutor de alta tensão e/ou aos seus elementos de acoplamento, a segunda extremidade sendo provida com um elemento de fixação metálico para fixar o isolador à um suporte, tal como uma torre. no intuito de conferir propriedades de proteção de para-raios ao isolador, fornece-se adicionalmente com um sistema de múltiplos eletrodos incluindo m eletrodos que são fixados mecanicamente ao núcleo de isolamento e arranjados entre as extremidades do mesmo. os eletrodos são dispostos de tal modo a suportar uma formação de uma descarga elétrica entre os eletrodos adjacentes, entre o eletrodo adjacente a primeira extremidade do núcleo de isolamento e ao condutor de alta tensão ou aos ditos elementos de acoplamento, e entre o eletrodo adjacente a segunda extremidade do núcleo de isolamento e o elemento de fixação metálico fixado à torre. o isolador é provido com os elementos para compensar a redução da distância de escoamento do isolador causada pelo sistema de múltiplos eletrodos. a linha de energia elétrica que usa o isolador deste tipo não requer nenhum para-raios.

Description

“ISOLADOR DE ALTA TENSÃO E LINHA DE ENERGIA ELÉTRICA DE ALTA TENSÃO QUE UTILIZA DITO ISOLADOR” [001] CAMPO DA INVENÇÃO [002] A presente invenção refere-se a isoladores de alta tensão que podem ser usados para proteger condutores de alta tensão em instalações elétricas ou em linhas aéreas de energia elétrica e redes de energia. A presente invenção também se refere a linhas de energia elétrica de alta tensão (HEPLs) que empregam tais isoladores.
[003] ESTADO DA TÉCNICA [004] É conhecido um isolador de suporte de alta tensão que compreende um núcleo nervurado de isolamento (em particular, feito de porcelana) que possui saias e, em suas extremidades, flanges metálicos que servem para a fixação do isolador em um condutor de alta tensão e em uma estrutura de suporte (conforme “High voltage techniques”. Ed. D. V. Razevig, Moscow, Energiya Publishing House, 1976, p. 78).
[005] Uma desvantagem do isolador do estado da técnica consiste em que, em um momento de sobretensão de raio, um flashover (descarga elétrica) ocorre em um espaço de ar entre flanges metálicos, e então sob a influência de uma tensão de frequência operacional que é aplicada ao condutor de alta tensão, o flashover transforma-se em um arco de tensão da frequência operacional, o que pode danificar o isolador.
[006] É também conhecida uma solução técnica que visa proteger o isolador acima descrito de tal arco de tensão. Esta solução consiste em usar os chamados espaços de proteção (ver “High voltage techniques”. Ed. D. V. Razevig, Moscow, Energiya Publishing House, 1976, p. 287) que são formados com o uso de hastes metálicas, que são eletricamente conectadas paralelamente ao isolador, de modo que espaços de centelhadores de disparo se formam entre as hastes. O comprimento de cada centelhador de disparo é menor do que uma distância de escoamento ao longo da superfície do isolador, e menor do que um comprimento do flashover através do ar. Desse modo, no
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2/35 momento da sobretensão, o flashover forma-se não por sobre o isolador, mas no espaço de ar entre as hastes, de modo que o arco de tensão da frequência operacional se dissipa entre as hastes, e não sobre a superfície do isolador. Uma desvantagem do isolador que emprega tal espaço de proteção reside no fato de que o flashover no espaço resulta em um curto-circuito da rede de energia conectada, o que requer a paralisação emergencial da instalação de alta tensão que contém o isolador especificado.
[007] É também conhecida uma cadeia de isoladores compreendendo dois isoladores que têm hastes fixadas em seus terminais de conexão metálicos como meio de proteção contra a formação de arcos. Tal cadeia de isoladores, ao contrário do isolador descrito acima, compreende adicionalmente um terceiro eletrodo de haste intermediário fixado a uma conexão metálica na forma de um comprimento de corrente entre os isoladores (ver, por exemplo, a patente US4665460, H01T004/02, 1987). Assim, em tal cadeia de isoladores, em vez de um único espaço decentelhador, dois ditos espaços são formados. Esta característica tornou possível melhorar um pouco a capacidade de extinção de arcos da cadeia de isoladores equipada com as hastes de proteção de arco e para assegurar a extinção das correntes subsequentes (follow current) moderadas (da ordem de dez ampéres) em casos de curtos-circuitos únicos fase-terra. Entretanto, este dispositivo é incapaz de extinguir correntes que excedem 100 A, que são correntes típicas de curtos-circuitos bi ou trifásicos-terra em casos de sobretensão de raio.
[008] No que tange os aspectos técnicos, a anterioridade mais próxima da invenção é constituída por um isolador que tem um núcleo de isolamento cilíndrico e saias em espiral. Nas extremidades do núcleo de isolamento, primeiros e segundos eletrodos metálicos são fixados, enquanto que dentro do núcleo de isolamento é colocado um eletrodo de guia. Esse eletrodo tem uma saliência metálica situada na parte central do corpo cilíndrico que emerge à superfície do núcleo de isolamento e funciona como um eletrodo intermediário (conforme patente RU2107963, H01B17/14, 1998). Em um momento de
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3/35 sobretensão de raio em tal isolador, a descarga desenvolve-se por sobre a superfície do núcleo de isolamento cilíndrico, ao longo de um trajeto espiral do dito primeiro eletrodo metálico através do eletrodo intermediário até o dito eletrodo metálico secundário. Devido ao comprimento aumentado do trajeto do flashover, um arco de tensão não é formado pela tensão de frequência operacional, e desse modo, a planta elétrica que contém o isolador continua funcionando sem paralisação. Assim, adicionalmente a sua função primária, tal isolador também provê proteção contra raio, isto é, funciona como um pararaio.
[009] Entretanto, a eficácia do isolador do estado da técnica como para-raio é limitada porque em casos de substancial poluição atmosférica e/ou acúmulo de umidade, bem como em casos de grandes sobretensões (que excedam 200 kV), a descarga não se desenvolve ao longo do trajeto espiral longo, mas ao longo da trajetória mais curta, com uma ruptura dos espaços de ar entre as saias. Em tais circunstâncias, o isolador perde sua capacidade de funcionar como um para-raio porque, assim como em um isolador convencional, o flashover neste isolador transforma-se em um arco de tensão. Adicionalmente, a saliência de metal situada na parte central do núcleo de isolamento diminui a distância de escoamento e, desse modo, diminui a tensão permitida para tal isolador. Assim, sua eficácia como isolador fica igualmente limitada.
[010] São conhecidas também várias HEPLs que empregam combinações de isoladores de alta tensão (para fixar condutores aos suportes, tais como torres ou postes) e para-raios para proteger tais isoladores (conforme, por exemplo, a patente RU2248079, H02H9/06, 2005, cedida ao depositante da presente invenção). Em particular, são conhecidas HEPLs que compreendem para-raios que são configurados como vários supressores de surto e conectados em paralelo aos isoladores (ver, por exemplo, US5283709, H02H001/00, 1994, e RU2002126810, H02H9/06, 2004).
[011] Quanto à anterioridade mais próxima da solução técnica proposta, a HEPL que pode ser indicada é divulgada na patente RU2096882, H02G7/00,
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1997 (cedida ao depositante da presente invenção). A HEPL do estado da técnica compreende suportes, isoladores fixados aos suportes por meio de dispositivos de fixação metálicos, ao menos um condutor operando sob alta tensão, o condutor sendo conectado ao isolador por meio de meios de acoplamento, e meios para proteger os isoladores contra sobretensões de raios, ditos meios configurados como supressores de surto.
[012] Se os supressores de surto são corretamente selecionados e conectados, a HEPL do estado da técnica assegura uma proteção contra raio altamente confiável. Contudo, a necessidade de se usar uma grande quantidade de supressores de surto aumenta substancialmente a complexidade da HEPL, com um aumento correspondente de custos de fabricação e de montagem.
[013] DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO [014] O primeiro objetivo que é alcançado pela presente invenção consiste em desenvolver um isolador de alta tensão com custos de fabricação e operacionais moderados e capaz de executar de modo confiável e eficaz as funções de isolador e de para-raio. Configurado desse modo, o isolador da presente invenção será aplicável para proteger o elemento de linha de energia operando sob alta tensão, por exemplo, condutores de alta tensão HEPL, bem como fios ou cabos em subestações elétricas e em outros equipamentos elétricos.
[015] Correspondentemente, outro objetivo da presente invenção consiste em desenvolver uma linha de energia elétrica de alta tensão (HEPL) com características técnicas e econômicas melhoradas, tais como alta confiabilidade funcional ao operar sob sobretensões de raios e um design simplificado (com um menor custo correspondente) em comparação às HEPLs do estado da técnica. Outro resultado técnico da presente invenção maior confiabilidade na transmissão de energia.
[016] O primeiro objetivo acima especificado pode ser alcançado ao se desenvolver um isolador de alta tensão para proteção, tanto como um isolador
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5/35 único quanto como um componente de um empilhamento ou cadeia de isoladores, bem como um condutor de alta tensão em uma instalação elétrica ou em uma linha de energia elétrica. O isolador compreende um núcleo de isolamento e um dispositivo de fixação consistindo de primeiro e segundo elementos de fixação, ditos elementos de fixação são situados nas extremidades opostas ao núcleo de isolamento. O primeiro elemento de fixação é configurado para se conectar, tanto diretamente quanto via meios de acoplamento, ao condutor de alta tensão ou ao segundo elemento da fixação do isolador de alta tensão precedente do dito empilhamento ou cadeia de isoladores. O segundo elemento de fixação é configurado para se conectar tanto aos suportes da linha elétrica quanto ao primeiro elemento de fixação do isolador de alta tensão subsequente do dito empilhamento ou cadeia de isoladores. O isolador da invenção é caracterizado por compreender adicionalmente um sistema de múltiplos eletrodos (MES) consistindo de m (m > 5) eletrodos conectados mecanicamente com o núcleo de isolamento. Os eletrodos MES são posicionados entre as extremidades do núcleo de isolamento e, sob o impacto de uma sobretensão de raio, são configurados para formar uma descarga elétrica entre o primeiro elemento de fixação e um eletrodo ou eletrodos adjacentes a ele, entre os eletrodos adjacentes, e entre o segundo elemento de fixação e um eletrodo ou eletrodos adjacentes a ele.
[017] As distâncias entre os eletrodos MES adjacentes, isto é, os comprimentos g dos espaços de centelhadores de disparo, são selecionadas com base no valor de tensão de ruptura exigido para esses espaços. Mais especificamente, os comprimentos selecionados podem estar na faixa de 0,5 mm a 20 mm, dependendo da classe de tensão do isolador e em sua finalidade de uso, bem como dos tipos de sobretensões a serem tratadas ao se utilizar o isolador (isto é, sobretensões induzidas ou sobretensões resultantes de uma incidência de raio direta). Para uma ampla gama de aplicações práticas da invenção, o valor preferível de g corresponde a alguns milímetros.
[018] O número m de eletrodos MES é determinado levando em
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6/35 consideração vários fatores, incluindo a classe de tensão do isolador e a aplicação pretendida para tal isolador, bem como com que tipo de sobretensões o isolador terá que lidar, a faixa de correntes no arco de tensão que segue a sobretensão, e condições para extinguir tal arco (essas condições estão descritas, por exemplo, na RU2299508, H02H3/22, 2007). Conforme será explicado abaixo, é vantajoso fazer com que um número mínimo de eletrodos seja igual a 5, enquanto que, em momentos de correntes elevadas no arco, o número total de eletrodos no isolador da invenção pode ser aumentado para 200 ou mais. Contudo, (como deve ser evidente aos técnicos no assunto na técnica em questão), introduzir um grande número de eletrodos ao isolador resultará em uma redução substancial da distância de descarga do isolador, causando uma considerável deterioração de suas propriedades isolantes, incluindo uma diminuição da tensão máxima permitida com que o isolador pode ser empregado.
[019] A fim de evitar consequências indesejáveis da introdução do MES que contém um grande número de eletrodos, propõe-se que o isolador seja provido com meios adicionais que compensem a redução da distância de descarga do isolador causada pelo MES. Os meios de compensação são configurados preferivelmente com a distância de escoamento ao longo de uma superfície de isolamento ao menos entre uma parte dos eletrodos (formando k pares de eletrodos adjacentes, em que 3 < k < m - 1), com o comprimento da dita distância de escoamento excedendo a distância do espaço de descarga entre ditos eletrodos adjacentes e o comprimento de um dos eletrodos especificados. O escopo da invenção abarca várias configurações de meios de compensação. A seleção de um valor específico para k e de uma configuração específica dos ditos meios deve ser feita dependendo do isolador de alta tensão empregado e de suas condições de funcionamento específicas.
[020] De acordo com um modo de execução exemplificativo da presente invenção, os eletrodos MES possuem um perfil em forma de T. Em outras palavras, cada eletrodo é provido com um segmento estreito, pelo qual ele é
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7/35 unido ao núcleo de isolamento, e com uma extremidade larga orientada para o eletrodo adjacente. Os meios de compensação neste modo de execução são constituídos por partes do núcleo de isolamento compreendidas entre os segmentos dos eletrodos e por espaços de ar entre os eletrodos.
[021] Em um modo de execução alternativo, os eletrodos são encaixados no isolador, enquanto que os meios de compensação são formados por uma camada de um material isolante que separa os eletrodos de uma superfície do isolador, e por cortes (isto é, em forma de fendas ou aberturas circulares) formados entre os eletrodos adjacentes e que alcançam a superfície do isolador. No intuito de aumentar uma distância de descarga ao longo da superfície de isolamento entre os eletrodos adjacentes, a profundidade de cada corte excede preferivelmente a profundidade em que os eletrodos são encaixados. Com o mesmo propósito, as distâncias entre os lados opostos dos segmentos de cortes, que estão situados com maior profundidade do que os eletrodos, devem preferivelmente exceder a largura dos cortes perto da superfície do isolador, isto é, fazer cortes com a largura variando em uma direção radial.
[022] Alternativamente, os meios de compensação podem ser configurados com ao menos um dos elementos de isolamento situados na superfície do isolador (por exemplo, na superfície do núcleo de isolamento). O elemento de isolamento único ou cada um dos elementos de isolamento deve ser posicionado de tal modo a separar os eletrodos da superfície do isolador. De acordo com um modo de execução, cada elemento de isolamento contém um único eletrodo, assim, neste modo de execução há m elementos de isolamento em forma de projeções da superfície do isolador.
[023] Em outros modos de execução, um ou mais, de modo geral n elementos de isolamento (n > 1) podem ser formados como uma ou mais das saias de isolamento em espiral que se projetam da superfície do núcleo de isolamento. Eletrodos podem ser dispostos em uma ou mais saias de isolamento e/ou em elementos de isolamento remanescentes (em separado) (isto é, com cada
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8/35 elemento de isolamento remanescente contendo um único eletrodo). Neste caso, o número total máximo de elementos de isolamento é m + n.
[024] Se ao menos uma saia de isolamento em espiral é usada para conter um ou mais eletrodos, os eletrodos são dispostos na superfície da extremidade (ou parte frontal) da dita ao menos uma saia de isolamento em espiral múltipla ou unitária. Nesse caso, um corte na saia de isolamento deve ser preferivelmente formado entre cada par de eletrodos.
[025] A presente invenção pode ser implementada usando vários tipos de isoladores, incluindo isoladores que possuem núcleos de isolamento de forma substancialmente cilíndrica ou com formato de um cone truncado ou um disco chato. Se o isolador da invenção tem o núcleo de isolamento em forma de disco com ao menos uma saia de isolamento, dita saia é feita preferivelmente sendo projetada de uma superfície inferior do disco.
[026] O primeiro objetivo pode também ser alcançado pelo segundo modo de execução básico proposto do isolador de alta tensão para proteção, tanto como um isolador único quanto como um componente de um empilhamento de isoladores ou de uma cadeia de isoladores, bem como um condutor de alta tensão em uma instalação elétrica ou em uma linha de energia elétrica. O isolador compreende um núcleo de isolamento e um dispositivo de fixação consistindo de um primeiro elemento de fixação e de um segundo elemento de fixação, ditos elementos de fixação situados nas extremidades opostas ao núcleo de isolamento. O primeiro elemento de fixação é configurado para se conectar, tanto diretamente quanto via meios de acoplamento, ao condutor de alta tensão ou ao segundo elemento de fixação do isolador de alta tensão precedente no dito empilhamento ou cadeia de isoladores. O segundo elemento de fixação é configurado para se conectar ao suporte da linha de energia ou ao primeiro elemento de fixação do isolador de alta tensão subsequente do dito empilhamento ou cadeia de isoladores. O isolador da invenção é caracterizado por compreender adicionalmente um sistema de múltiplos eletrodos (MES) que consiste de m eletrodos (m > 5) que são conectados mecanicamente com o
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9/35 núcleo de isolamento e dispostos de modo a suportar uma formação de uma descarga elétrica entre os eletrodos MES adjacentes. O MES é disposto em um ângulo a direita da distância de escoamento do isolador, ao longo de uma ou mais linhas equipotenciais do campo elétrico da frequência operacional que cerca o isolador. O isolador compreende adicionalmente um primeiro e um segundo eletrodos de ligamento. Cada um desses primeiro e segundo eletrodos de ligamento é separado do núcleo de isolamento por um espaço de ar e é conectado eletricamente por sua primeira extremidade, galvanicamente ou através de um espaço de ar, respectivamente com o primeiro elemento de fixação e com o segundo elemento de fixação, e por sua segunda extremidade através de um espaço de ar respectivamente com a primeira extremidade e com a segunda extremidade do MES.
[027] Em um momento de sobretensão, um potencial de alta tensão é aplicado, por meio do primeiro eletrodo de ligamento, em uma extremidade do MES (isto é, em um de seus eletrodos da extremidade), enquanto que um baixo potencial é aplicado simultaneamente, por meio do segundo eletrodo de ligamento, a outra extremidade do MES.
[028] A posição do MES sendo perpendicular ao campo elétrico da frequência operacional, isto é, perpendicular à trajetória da distância de escoamento do isolador, praticamente não reduz a distância de descarga. Desse modo, a instalação do MES neste modo de execução básico não exige nenhum meio para compensar uma redução da distância de descarga, o que torna possível prover um isolador de baixo custo e ao mesmo tempo garantir uma alta confiabilidade na sua operação tanto como um isolador quanto como um pararaio.
[029] Se o isolador tem um núcleo de isolamento cônico, o MES deve ser disposto na superfície (plana) inferior do dito corpo (núcleo de isolamento). Se o isolador de disco (também denominado como um isolador de tampa e pino) for formado com saias concêntricas no lado inferior do núcleo de isolamento em forma de disco, é possível dispor o MES ao longo da periferia do núcleo de
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10/35 isolamento. Entretanto, o MES deve ser preferivelmente situado em uma das superfícies inferiores (planas) das ditas saias do núcleo.
[030] Em um modo de execução alternativo do isolador, o MES consiste de ao menos duas seções dispostas ao longo de ao menos duas linhas equipotenciais, as linhas sendo espaçadas entre si em uma direção orientada para o ângulo à direita da distância de escoamento do isolador. Estas seções de MES fazem interface entre si por meio de eletrodos de interface posicionados nas extremidades das ditas seções e não são conectadas com os elementos de fixação do dispositivo de fixação. Os pares de eletrodos de interface são interconectados galvanicamente ou por meio de um espaço de ar. Para implementar este modo de execução, um isolador com um núcleo de isolamento cônico também pode ser empregado. Entretanto, nesse caso é vantajoso usar um isolador de disco com saias concêntricas no lado inferior do núcleo de isolamento em forma de disco. Assim, cada seção do MES pode ser disposta na superfície da extremidade de uma das saias concêntricas.
[031] Para alcançar o segundo objetivo da invenção, propõe-se uma linha de energia elétrica de alta tensão (HEPL) que compreende suportes, isoladores únicos e/ou isoladores em empilhamentos ou em cadeias, e pelo menos um condutor de alta tensão que é conectado diretamente ou via meios de acoplamento aos elementos de fixação dos dispositivos de fixação compreendidos nos ditos isoladores únicos e/ou aos primeiros isoladores do empilhamento ou cadeia de isoladores. Cada isolador único ou cada empilhamento ou cadeia de isoladores é fixado em um dos suportes por meio de um elemento de fixação de seu dispositivo de fixação que está adjacente ao dito suporte. Ao menos um dos isoladores empregados na HEPL é o isolador de acordo com a invenção, correspondendo a qualquer um dos modos de execução acima descritos. Assim, o objetivo acima especificado de aumentar a confiabilidade funcional ao operar sob sobretensões de raio, com uma simultânea simplificação da configuração da HEPL, é alcançado devido ao fato de que ao menos um isolador (preferivelmente ao menos um isolador por cada
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11/35 suporte da HEPL) executa também, além de suas funções básicas, a função de proteção contra raio, de modo que não há necessidade de empregar para-raios separados.
[032] BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [033] Referência será feita agora aos desenhos de em anexo onde:
[034] A FIG. 1 mostra, em uma seção axial, o primeiro modo de execução do isolador com uma saia em espiral e com eletrodos em forma de placas metálicas com formato de T;
[035] A FIG. 2 é uma vista da seção transversal do isolador mostrado na FIG. 1;
[036] A FIG. 3 mostra, em uma seção axial, o segundo modo de execução do isolador com uma saia em espiral e com eletrodos em forma de cilindros metálicos curtos que são encaixados na saia;
[037] A FIG. 4 é uma vista da seção transversal do isolador mostrado na FIG. 3;
[038] A FIG. 5 é uma vista parcial ampliada de seção transversal de uma configuração da saia em espiral do isolador mostrado nas FIGS. 3 e 4;
[039] A FIG. 6 é uma vista parcial ampliada de seção transversal de outra configuração da saia em espiral do isolador mostrado nas FIGS. 3 e 4;
[040] A FIG. 7 é uma vista frontal de um isolador de haste com os elementos de isolamento dispostos na superfície de seu núcleo de isolamento;
[041] A FIG. 8 é uma vista parcial ampliada de seção transversal ao longo de uma linha de eletrodos do isolador mostrado na FIG. 7;
[042] A FIG. 9 é uma vista frontal, com seção parcial, de um isolador de disco com as saias em espiral no inferior de um núcleo de isolamento em forma de disco;
[043] A FIG. 10 é uma vista inferior do isolador mostrado na FIG. 9;
[044] A FIG. 11 é uma vista frontal parcial ampliada da seção transversal do isolador mostrado nas FIGS. 9 e 10;
[045] A FIG. 12 mostra, em uma vista frontal da seção transversal, a mesma
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12/35 parte do isolador como na FIG. 11;
[046] A FIG. 13 é uma vista frontal de um isolador cônico (apresentado, para maior clareza, com peças transparentes) com eletrodos intermediários dispostos ao longo de uma extremidade inferior de um núcleo de isolamento; [047] A FIG. 14 é uma vista inferior do isolador mostrado na FIG. 13;
[048] A FIG. 15 é uma vista em perspectiva de isoladores da invenção (apresentados, para maior clareza, com peças transparentes) constituindo uma parte de uma cadeia de isoladores para uma HEPL;
[049] A FIG. 16 é uma vista frontal, com seção parcial, de um isolador de disco com saias concêntricas no lado inferior de um núcleo de isolamento em forma de disco;
[050] A FIG. 17 é uma vista inferior do isolador mostrado na FIG. 16;
[051] A FIG. 18 é uma vista parcial simplificada de uma configuração de uma
HEPL da invenção;
[052] A FIG. 19 é uma vista parcial simplificada de outra configuração da HEPL da invenção.
[053] MELHOR MODO DE EXECUÇÃO DA INVENÇÃO [054] As FIGS. 1 e 2 mostram um único isolador cilíndrico de suporte (100) feito de um dielétrico duro (tal como porcelana) e que possui um núcleo de isolamento cilíndrico (2) com uma saia de isolamento em espiral (3). O isolador é usado para proteger um condutor de alta tensão (1) (um condutor submetido a uma alta tensão), por exemplo, em uma HEPL do tipo ilustrado na FIG. 18. Com o auxílio de um dispositivo de fixação metálico que consiste em um primeiro (superior) elemento de fixação (não mostrado) e em um segundo (inferior) elemento de fixação (15) o isolador é conectado respectivamente com um condutor de alta tensão (1) e com um suporte condutor aterrado (16) (ver FIG. 18).
[055] De acordo com um primeiro modo de execução principal da invenção, o isolador adicionalmente compreende um sistema de múltiplos eletrodos (MES) consistindo de m eletrodos (5). O valor mínimo para m pode ser
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13/35 apropriadamente determinado de acordo com um princípio que é planejado para um supressor de flashover longo do tipo laço avaliado em 10 kV (LFAL10). Esse supressor, amplamente empregado em linhas de energia elétrica de alta tensão, já vem com um MES de acordo com os ensinamentos da patente RU2299508, H02H3/22, 2007. A experiência de operação obtida com a utilização do supressor LFAL-10 confirmou que o supressor é capaz de assegurar uma proteção contra raios confiável contanto que seu MES compreenda não menos do que (15) eletrodos intermediários, com extinção de arco ocorrendo no momento de uma primeira transição de uma corrente subsequente para um valor zero. Levando em consideração que o isolador da invenção é para ser usado em linhas de energia que são projetadas para tensões de 3 kV ou mais, o valor de m para o isolador não deve ser menor que (5).
[056] De acordo com o primeiro modo de execução mostrado do isolador inventivo, os eletrodos (5) são fixados à superfície externa (periférica) da saia em espiral (3). Como indicado acima, os espaços entre os eletrodos adjacentes (5), isto é, os comprimentos g dos espaços de centelhadores de disparo, podem ser selecionados de uma faixa de 0,5 mm a 20 mm, com valores dos espaços preferíveis correspondendo a poucos milímetros. Nos momentos de tensões elevadas de surtos de descarga (da ordem de 100 kV ou mais) que podem ocorrer ao isolador em momentos de sobretensões de raios, ou quando é necessário extinguir um canal de descarga imediatamente após um surto de raio incidir (isto é, praticamente sem qualquer corrente subsequente na frequência operacional), um número necessário m de eletrodos (5) pode corresponder a cem ou mais. A posição dos eletrodos (5) da extremidade do MES (primeiros e últimos eletrodos) é selecionada preferivelmente de tal modo que os comprimentos dos espaços de centelhadores de disparo entre cada um desses eletrodos de extremidade e do primeiro ou segundo elemento adjacente de fixação sejam iguais ou substancialmente iguais a g.
[057] Quando uma sobretensão alta o suficiente de raio é aplicada ao
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14/35 condutor (1), uma ruptura do espaço de ar ocorre entre o primeiro elemento de fixação (não mostrado) conectado ao condutor (1) (ou ao seu meio de acoplamento, não mostrado) e o primeiro eletrodo (5) mais próximo ao condutor (1); em seguida, uma descarga se desenvolve como uma descarga em cascata, com rupturas sequênciais dos espaços dos centelhadores de disparo entre os eletrodos adjacentes (5) até que a descarga alcance o segundo elemento de fixação (15) conectado ao suporte aterrado (16). Desse modo, o condutor (1) conecta-se com o suporte aterrado (16) por um canal que consiste em uma seção de canal formada entre o primeiro elemento de fixação conectado com o condutor de alta tensão (1) e o primeiro eletrodo (5), mais uma pluralidade de segmentos curtos de canal formados entre os eletrodos (5), bem como uma seção de canal formada entre o último eletrodo (5) e o segundo elemento de fixação (15) conectado ao suporte (16).
[058] Uma chamada queda de tensão de cátodo de 50-100 V desenvolve-se na proximidade das superfícies negativamente carregadas dos eletrodos. Em sistemas de descarga convencionais que consistem de dois eletrodos (um cátodo e um ânodo), o efeito da queda de tensão de cátodo é imperceptível porque a tensão total de descarga é da ordem de kilovolts. Entretanto, devido ao fato de que o isolador da presente invenção compreende um número bem grande de eletrodos (por exemplo, para classe da tensão de 10 kV, quando a descarga deve ser extinta sem a corrente subsequente de frequência operacional, esse número é aproximadamente 100), a queda de tensão de cátodo tem uma importante função. Nesse caso, a parte principal da queda de tensão total na descarga através dos pequenos espaços entre os eletrodos ocorre na região do cátodo, de modo que grande parte da energia comum, que é liberada do canal de descarga durante a descarga entre os eletrodos é liberada apenas nesta região. Como consequência, os eletrodos são aquecidos e, deste modo, refrigeram os canais de descarga. Após a corrente de sobretensão de raio que atravessa os eletrodos cair a um nível zero, o canal esfria rapidamente, aumentando assim sua resistência. Ao mesmo tempo, a
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15/35 tensão na frequência operacional ainda permanece aplicada ao isolador. Entretanto, devido a uma grande resistência total do canal (6), a descarga não pode suportar a si mesma e por isso se extingue. Consequentemente, a HEPL que usa os isoladores da invenção continua a operar sem uma paralisação emergencial. Assim, o isolador de alta tensão da invenção executa eficazmente uma função de proteção contra raios, enquanto as HEPLs do estado da técnica precisam para este propósito para-raios especiais conectados em cada isolador.
[059] Para assegurar que o isolador de acordo com a invenção execute de modo confiável sua função principal de isolamento com uma tensão de frequência operacional continuamente aplicada a ele, mesmo quando há poluição e/ou umidade em sua superfície, os Regulamentos de Instalações Elétricas da Rússia (Electrical Installations Regulations - EIR) estabeleceram uma distância de descarga eficaz específica (que corresponde a uma distância de descarga eficaz de um isolador ou de uma cadeia de isoladores suficiente para garantir seu funcionamento confiável, dividida pela maior queda de tensão contínua permitida Uperm). De acordo com os EIR, o valor da distância de descarga eficaz específica (lsp), que é necessária à cadeia de isoladores de suporte empregada na HEPL 6-750 kV e para isoladores do tipo de pino utilizados em suportes metálicos, depende do tipo de linha de energia e da classe da tensão (bem como do grau de poluição) e encontra-se na faixa de 1,4 cm/kV a 4,2 cm/kV (ver Kuchinsky G. S. et al. Insulation of high-voltage installations, Moscow, Energoatomizdat Publishing House, 1987, p. 145). Logo, o comprimento total do trajeto de escoamento entre o condutor (1) e o elemento de fixação aterrado (15) (isto é, conectado com o suporte aterrado) do isolador não deve ser menor do que o determinado de acordo com a seguinte expressão:
[060] Lz = Uperm x lsp (1) [061] A distância de descarga total é a soma de: o comprimento (lieaki) da distância de escoamento entre o primeiro elemento de fixação do isolador que
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16/35 é conectado com o condutor (1) (ou com seus meios de acoplamento (17)) e o eletrodo (5) que está mais próximo ao condutor (1); o comprimento da distância de escoamento entre m eletrodos (5) (este comprimento é igual a (n?-1) x heako ,onde heako é o comprimento da distância de escoamento entre os eletrodos adjacentes (5), ver FIGS. 1 e 2); e o comprimento (heakm) da distância de escoamento entre o último (n?-th) eletrodo (5) e o segundo elemento de fixação (aterrado) (15).
[062] Se heaki = heako = heakm, então, (1) pode ser escrito como:
[063] (m + 1) IleakO = Uperm X Isp- (2) [064] Como já fora mencionado acima, o número de eletrodos m é selecionado para assegurar a extinção da corrente subsequente. Quando m é conhecido, o comprimento mínimo permitido do trajeto de escoamento entre dois eletrodos intermediários adjacentes heako pode ser determinado a partir de (2) como segue:
[065] (3) [066] Como pode ser visto da (3), heako é determinado pela tensão máxima permitida na linha de energia, Uperm, pela distância de escoamento eficaz específica, lsp, e pela quantidade de eletrodos m.
[067] Em um isolador convencional, o comprimento de um trajeto de escoamento do isolador que está em uma trajetória espiral ao longo da superfície (plana) inferior da saia de isolamento (3) excede o comprimento do menor trajeto de escoamento do condutor (1) ao segundo elemento de fixação (15) ao longo de uma espiral formada no núcleo de isolamento cilíndrico (2). Contudo, dispor os eletrodos MES (5) na superfície periférica da saia de isolamento (3) do isolador (100) resulta no encurtamento do trajeto de escoamento ao longo da espiral formada nessa superfície. Se o número total de eletrodos (5) é alto, um comprimento desse trajeto de escoamento pode se tornar menor do que aquele do trajeto de escoamento mais curto acima mencionado. Perceber-se-á a partir da expressão (3) que tal situação resultará
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17/35 na diminuição da tensão permitida Uperm, isto é, em uma certa deterioração da capacidade de isolamento do isolador (100). Para evitar essa indesejável consequência, partes dos eletrodos (5) que se projetam da saia (3) têm preferivelmente, como mostrado na FIG. 2, um perfil em forma de T, isto é, cada um deles tem um segmento estreito (4), por meio do qual o eletrodo é fixado à saia (3), e uma extremidade larga (8). Como resultado, meios para compensar a redução do trajeto de escoamento do isolador induzida pelo MES são constituídos neste modo de execução do isolador da invenção por segmentos da saia em espiral (3) e espaços de ar formados entre os segmentos (4) dos eletrodos (5). Adicionalmente, por conta dos segmentos (4) dos eletrodos serem estreitos, sua presença resulta apenas em uma pequena redução do comprimento total de isolamento da saia em espiral (3).
[068] Com os eletrodos MES (5) no formato conforme descrito, a distância de descarga lieako entre os eletrodos adjacentes (5) excede um comprimento g do espaço de centelhador de disparo (ver FIG. 2). Desse modo, o trajeto em espiral ao longo do núcleo de isolamento cilíndrico (2) (e não ao longo da saia em espiral (3)) permanece sendo o trajeto de escoamento mais curta do condutor (1) até o segundo elemento de fixação (15). Ou seja, o isolador (100) adquire propriedades de um para-raios, ao mesmo tempo em que conserva totalmente suas propriedades de isolamento. Além disso, no caso de requisitos moderados para as propriedades de isolamento do isolador 100, a forma descrita em T (o que complica a configuração de eletrodos (5)) pode ser dada não a todos os pares de eletrodos adjacentes, mas somente a um determinado número (k) de tais pares, com valor de k dependendo da relação entre as distâncias de descarga ao longo do núcleo de isolamento e ao longo da saia em espiral. Em situações práticas, o melhor valor de k encontra-se na faixa de 3 < k < m - 1. Os eletrodos restantes (5) podem ter formatos de placas, barras ou cilindros mais fáceis e simples de serem produzidos.
[069] Uma vantagem do modo de execução do isolador descrito acima consiste em que pode ele ser usado em regiões com grande poluição
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18/35 atmosférica, porque a sujeira não se acumula nas aberturas entre os eletrodos. [070] As FIGS. 3 e 4 ilustram o segundo modo de execução exemplificativo do isolador de acordo com a invenção, o isolador (100) tendo outra vez a forma cilíndrica com um dispositivo de fixação que consiste em dois elementos de fixação (na FIG. 3 somente o segundo elemento de fixação (15) é mostrado), com a saia em espiral (3) e com os eletrodos MES (5) associados à saia. Entretanto, neste modo de execução os eletrodos (5) têm a forma de pequenas peças metálicas de formato no geral cilíndrico. Contrariamente ao modo de execução precedente, os eletrodos MES são posicionados não do lado de fora, mas dentro do isolador (100) (mais especificamente, dentro de sua saia em espiral (3)). Adicionalmente, cortes (7), por exemplo, com formato de fendas com uma profundidade b (que excede uma profundidade de uma posição dos eletrodos 5) e uma largura a > g (g sendo uma largura dos espaços entre os eletrodos) são feitos na saia em espiral (3), de modo que os eletrodos (5) fiquem separados uns dos outros pelos pequenos espaços de centelhadores de disparo (com o g preferencialmente correspondendo a diversos milímetros).
[071] Conforme claramente mostrado (em uma escala maior) na FIG. 5, neste modo de execução os meios de compensação (que aumentam a distância de descarga lieako entre os eletrodos) são constituídos por uma combinação de uma camada de um material da saia de isolamento (3), a camada separando os eletrodos (5) da superfície da saia de isolamento (3), e do corte (7). Este modo de execução tem a vantagem de ser mais fácil de ser fabricado. Adicionalmente, é possível obter uma distância de descarga necessária lieako simplesmente variando a profundidade c do corte (7), que é uma profundidade daquela parte da profundidade b total do corte que está situada em uma direção radial mais próxima ao eixo do isolador, e/ou variando a espessura do material que separa os eletrodos da superfície da saia. Adicionalmente, como pode ser visto na FIG. 5, outra possibilidade de aumentar lieako consiste em fazer a largura a dos cortes (7) maior do que g.
[072] Conforme mostrado (em uma escala maior) na FIG. 6, a distância de
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19/35 escoamento lieako também pode ser aumentada ao serem dados formatos apropriados aos cortes (7). Por exemplo, partes dos cortes (7) situadas a uma profundidade maior do que os eletrodos (5) podem ter a forma de um cilindro circular ou alguma outra forma apropriada para que as distâncias formadas entre lados opostos do corte (7) abaixo dos eletrodos (5) excedam a largura g do corte perto da superfície da saia (3). Evidentemente, formas deste tipo também produzem um lieako aumentado, melhorando assim a eficácia dos meios para compensar a redução da distância de escoamento do isolador (100) que resulta do uso dos eletrodos (5).
[073] Cumpre observar adicionalmente que, dependendo dos requisitos específicos do isolador (100) e de uma relação entre seus outros parâmetros (tais como o diâmetro do núcleo de isolamento, o comprimento total da saia em espiral, etc.), apenas uma parte dos cortes (7) pode ter as formas especiais descritas acima (que são formas mais difíceis de se fabricar). Do mesmo modo, somente uma parte dos cortes (7) pode ter a profundidade b aumentada.
[074] As FIGS. 7 e 8 ilustram o terceiro modo de execução exemplificativo do isolador de acordo com a invenção. Neste modo de execução, o isolador é um isolador de haste (101) fixo em um suporte (16) por meio de seu segundo elemento de fixação (15) com o formato de uma haste. Na superfície de um núcleo de isolamento em forma de sino (2), ao longo de uma linha espiral, estão posicionados m elementos de isolamento (9). Neste modo de execução, os elementos de isolamento (9) funcionam como os meios de compensação que alongam um trajeto de escoamento entre os eletrodos (5), que estão fixados no interior dos elementos de isolamento (9) e que daí se projetam. Os elementos de isolamento (9), por exemplo, com formato de placas, barras ou cilindros, podem ser feitos, por exemplo, de borracha de silicone e ser colados ao núcleo de isolamento (2).
[075] De acordo com este modo de execução, os eletrodos (5) são feitos com formatos de cilindros circulares (isto é, comprimentos de fio) e são isolados um do outro por pequenos espaços de centelhadores de disparo g (selecionados
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20/35 em uma faixa de um até vários milímetros). Devido ao uso dos meios de compensação representados pelos elementos de isolamento (9), a distância de escoamento leako do trajeto entre os eletrodos adjacentes (5) é determinada (segundo as indicações da FIG. 8) por uma soma das distâncias de escoamento ao longo dos elementos de isolamento adjacentes (9) e de um trajeto de escoamento ao longo da superfície do núcleo de isolamento entre os elementos adjacentes (9), que é lieako = 2c + a. Em tal configuração, lieako é substancialmente maior do que o comprimento g do espaço de ar e maior do que um comprimento de qualquer um dos eletrodos (5). Considerando que a força de ruptura do espaço de ar em que uma tensão de frequência operacional é aplicada excede substancialmente as tensões de descarga ao longo de uma superfície de isolamento poluída e/ou molhada, montar os eletrodos nos elementos de isolamento compensa eficazmente uma redução de uma distância de escoamento total ao longo da linha da posição dos eletrodos (5) e, deste modo, impede qualquer enfraquecimento das propriedades de isolamento do isolador enquanto simultaneamente melhora suas características de para-raios. O modo de execução do isolador acima apresentado é de especial interesse prático pelo fato de que isoladores padrão de porcelana do tipo em haste de produção em massa podem ser usados para sua execução.
[076] Entretanto, uma necessidade de se fixar à superfície do núcleo de isolamento (2) uma quantidade de elementos de isolamento complica um pouco a fabricação do isolador de alta tensão de acordo com a invenção. Desse modo, parece vantajoso combinar tais elementos em um único elemento de isolamento alongado ou em diversos elementos de isolamento alongados que se projetam da superfície do núcleo de isolamento (2). Por exemplo, tal elemento alongado (ou elementos) pode ser em forma de uma saia de isolamento em espiral (ou n tais saias).
[077] O quarto modo de execução do isolador de acordo com a invenção mostrado nas FIGS. 9 a 12 corresponde a uma modificação de um isolador de disco de suspensão e é para ser usado como um componente de uma cadeia
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21/35 de isoladores de suspensão consistindo em isoladores similares. Em uma superfície inferior de um núcleo de isolamento em forma de disco (2) do isolador em disco (102), são formadas duas saias de isolamento em espiral. Uma delas (uma saia (10)) executa somente a função de isolamento, isto é, serve para assegurar um valor necessário de uma distância de escoamento mínima na presença do MES. No corpo da segunda saia de isolamento (a saia (3)) vários eletrodos (5) são encaixados. Os eletrodos são divididos pelos cortes (7), os quais podem ter o formato como mostrado nas FIGS. 5 e 6 ou, alternativamente, como aberturas circulares (ver FIGS. 10 e 12). A fim de aumentar a eficácia deste modo de execução como um para-raios, câmaras de descarga de gás são formadas entre os eletrodos.
[078] Quando um surto de sobretensão ocorre, uma descarga irá se desenvolver de uma tampa de isolador (11) (isto é, de seu primeiro elemento de fixação), que está em contato com um condutor de linha (não mostrado) ou seus meios de acoplamento, ou com um pino (um segundo elemento de fixação) de um isolador precedente da cadeia de isoladores ao longo de uma superfície superior do núcleo de isolamento (2) até o primeiro eletrodo (5) do MES (ver FIG. 9). Em seguida, (conforme mostrado na FIG. 10) a descarga produzirá rupturas sequenciais dos espaços entre os eletrodos (5) até alcançar o pino (12). Uma direção na qual a descarga se desenvolve é indicada por setas nas FIGS. 9 e 10. Depois que um canal de descarga é criado, ele se desenvolve se alargando com uma velocidade de ultrassom. Com os volumes das câmaras de centelhador de disparo formadas entre os eletrodos (5) sendo bem pequenos, uma alta pressão é criada dentro delas. Sob essa pressão, os canais de centelhador de disparo formados entre os eletrodos (5) são empurrados para a superfície do núcleo de isolamento e então impulsionados no ar circunvizinho. Esta força de impulsão aumenta substancialmente a eficácia da supressão do arco em comparação com os modos de execução ilustrados nas FIG. 1 a 8. Por outro lado, os cortes em forma de câmaras de descarga a gás são propensos ao acúmulo de poluição. Por essa razão, os cortes desse tipo, quando usados
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22/35 no modo de execução do isolador das FIG. 9 e 10, devem preferencialmente ser usados em regiões caracterizadas por uma baixa poluição atmosférica. [079] A eficácia do isolador de acordo com o primeiro modo de execução básico da invenção, o isolador que combina as funções de isolamento e de para-raios, foi confirmada por testes comparativos. Dois isoladores para a classe de tensão de C.C. de 3 kV foram testados, nomeadamente: (1) um isolador de suspensão de porcelana L 3036-12 com uma saia em espiral manufaturado pela companhia tcheca Elektroporcelan Louny a.s., e (2) o isolador de acordo com a invenção foram testados. O isolador (2) foi produzido com base isolador L 3036-12, adicionalmente provendo-o com elementos de isolamento posicionados ao longo da saia em espiral e com um MES. Os elementos de isolamento e os eletrodos que formam o MES eram similares respectivamente aos elementos (9) e aos eletrodos (5) descritos acima com referências à FIG. 8. Mais especificamente, seções de fio de aço inoxidável de 2 mm cortadas no comprimento de 10 mm foram usadas como os eletrodos. Foram introduzidas nos elementos de isolamento com comprimento de 7 mm cortados de uma barra de borracha de silicone com uma largura de 10 mm e uma altura de 8 mm. Os elementos de isolamento tinham uma parte superior semicircular e foram colados à superfície da extremidade da saia em espiral por um adesivo especial de silicone.
[080] Os parâmetros principais de ambos os isoladores são apresentados na Tabela 1.
[081] Tabela 1. Principais parâmetros dos isoladores testados
Parâmetros Isolador L 3036 12 Isolador da invenção baseado no L 3036 12
Comprimento Total, mm 262 262
Comprimento da parte de porcelana, mm 154 154
Diâmetro máximo da saia em espiral, mm 125 125 + 2·81= 141
Diâmetro do pino, mm 76 76
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23/35
Número de voltas feitas pela saia em espiral 6 6
Massa ±10%, kg 3,3 3,5
Tensão CA máxima permitida, Kv Tempo seco 95 95
Chuva 50 50
Tensão de descarga de impulso, 1,2/50 ps, kV 170 150
Trajetória de descarga Através do ar, ao longo do menor trajeto Ao logo de uma espiral passando através dos eletrodos
Tensão remanescente2, kV ~ 0 4
[082] Notas:
[083] (1) Uma altura dos elementos de isolamento colados à saia em espiral de isolamento foi de 8 mm.
[084] (2) Tensão mínima aplicada ao isolador depois de seu flashover causado por um impulso de raio.
[085] Um comprimento da superfície de extremidade da saia em espiral era aproximadamente de 2500 mm. O número total de eletrodos foi de 240. Um comprimento g de um espaço de ar entre os eletrodos foi de 0,5 mm. Assim, um comprimento total dos espaços de ar correspondeu a G = (n?+1) x g = (240+1) x 0,5 = 120 mm. De acordo com os EIR acima mencionados, uma distância de escoamento específica /sp pode ser selecionada, dependendo de um nível de poluição atmosférica, na faixa de 1,4 a 4,2 cm/kV, de modo que, para a classe de tensão CC de U = 3 kV, uma distância de escoamento deverá ser calculada por [086] Liegk = U - Vã -lsp =3- J3~-(1,4 + 4,2) = 7,3 22cm [087] Pode-se concluir dos cálculos acima que a introdução do MES pode encurtar a distância de descarga a um valor inaceitável. Entretanto, como foi
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24/35 descrito acima, empregando, de acordo com a invenção, elementos de isolamento como meios para compensar a redução da distância de escoamento, uma distância de descarga entre os eletrodos adjacentes será determinada de acordo com a expressão: lieako = 2c + a. No modo de execução testado, a = c = 2,5 mm, de modo que lieako = 7,5 mm, e a distância de escoamento total entre os eletrodos ao longo do trajeto que corresponde a saia em espiral é L = (m + 1) x lym o = (240 + 1) x 7,5 = 1807,5 mm ~ 181 cm. Assim, o isolador da invenção tem Ly > Leak praticamente para todas as regiões independente de seu nível de poluição.
[088] Os testes de ambos os isoladores foram conduzidos aplicando a eles a tensão de frequência operacional e os surtos de raios. Os resultados principais dos testes também são apresentados na Tabela 1. Quando somente a tensão de frequência operacional era aplicada, as características de descarga de ambos os isoladores eram praticamente idênticas. Isto significa que a instalação dos eletrodos não prejudicou as propriedades de isolamento do isolador para a tensão de frequência operacional.
[089] Sob um impacto de surto de raio, um flashover no isolador do estado da técnica forma-se através do ar, ao longo do trajeto mais curto, em que um registro de oscilógrafo atesta que a tensão cai praticamente ao nível zero, o que significa que a resistência de um canal de descarga é bem baixa. Após o flashover de raio formar-se em tal isolador instalado em uma linha de energia, a corrente subsequente fluirá através do canal de flashover, que significa que um curto-circuito da linha aconteceu necessitando uma paralisação de emergência de uma rede correspondente.
[090] Quanto ao isolador da invenção, seu flashover desenvolve-se ao longo de uma linha espiral passando através de uma pluralidade de eletrodos, de modo que a tensão não cai ao nível zero. Pelo contrário, permanece uma tensão substancial de aproximadamente 4 kV, a qual excede a tensão operacional que corresponde a 3 kV. Isto significa que não pode haver nenhuma corrente subsequente em outras palavras, o isolador opera
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25/35 eficazmente como um para-raios: ele desvia a sobretensão de raio de tal modo que nenhuma corrente subsequente é gerada, impedindo assim a paralisação da rede.
[091] Os modos de execução e as modificações acima divulgadas da HEPL e do isolador da invenção foram descritos somente para esclarecer os princípios de sua configuração e operacionalização. Deve ficar claro para os técnicos no assunto que diversas alterações nos exemplos acima apresentados podem ser feitas.
[092] Por exemplo, os eletrodos intermediários mostrados nas FIGS. 1 e 2 podem não ter a forma em T, mas uma forma em L, que é a forma mais fácil de se manufaturar. Para aumentar a distância de escoamento, as superfícies laterais dos eletrodos podem ser cobertas por uma camada de isolamento. No modo de execução mostrado nas FIGS. 9 e 10, o MES pode ser instalados em ambas as saias de isolamento (3) e (10) (em vez de somente na saia (3) tal como mostrado nas FIGS. 9 e 10). Neste caso, sob o impacto da sobretensão de raio, ambas as ramificações de MES funcionarão, de modo que a corrente subsequente seja dividida entre elas, e assim será mais fácil extinguir esta corrente. Em vez de um único isolador, isto é, um dos isoladores mostrados nas FIGS. 1 a 6, e 18, empilhamentos de isoladores contendo dois ou mais desses isoladores podem ser usados. Ademais, o isolador da invenção pode ser empregado, como um único isolador ou como um componente dos empilhamentos (ou cadeias) de isoladores não somente nas HEPLs, mas também em várias instalações de alta tensão, onde possa ser usado para proteger não somente vários condutores, mas também barramentos.
[093] Nas FIGS. 13 e 14, o segundo modo de execução básico do isolador da invenção é ilustrado como um isolador (150) que possui um núcleo de isolamento cônico (21) e um dispositivo de fixação que consiste do primeiro elemento de fixação em forma de uma haste metálica (12) e do segundo elemento de fixação em forma de uma tampa (11). Isoladores desse tipo têm boas propriedades aerodinâmicas e, por este motivo, sua taxa de poluição é
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26/35 baixa. Portanto, podem ser usados em regiões com níveis elevados de poluição atmosférica. Ao longo da extremidade inferior do núcleo de isolamento, são posicionados os eletrodos intermediários (22) separados por espaços (26) de comprimento g, a pluralidade dos eletrodos que formam um MES (25). O MES (25) cobre uma grande parte do perímetro do isolador. A parte menor restante desse perímetro fica livre dos eletrodos intermediários, de modo que um espaço (29) de comprimento G existe entre as extremidades do MES. Um primeiro (inferior) eletrodo de ligamento (24) é associado com uma extremidade do MES (na FIG. 14 essa extremidade é situada à esquerda do eixo vertical do isolador). O primeiro eletrodo de ligamento (24), que é conectado eletricamente com a haste (12) do isolador, forma com o primeiro eletrodo intermediário (22) um espaço de centelhador (28) de comprimento S2. Um segundo (superior) eletrodo de ligamento (23) é associado com outra extremidade do MES (25) (na FIG. 14 essa extremidade é localizada à direita do eixo vertical do isolador). O segundo eletrodo de ligamento (23), que é conectado eletricamente com a tampa (11) do isolador, forma com o último eletrodo intermediário (22) um espaço de centelhador (27) de comprimento S1.
[094] A FIG. 15 mostra uma parte de uma cadeia (300), a parte consistindo de dois isoladores (150) montados pela conexão do segundo elemento de fixação (a tampa) (11) do primeiro (inferior) isolador com o primeiro elemento de fixação (a haste) (12) do segundo (superior) isolador. Uma tampa do isolador superior pode ser conectada com um suporte de HEPL (veja FIG. 19) ou com uma haste de um próximo (adjacente) isolador (no caso da cadeia compreender ao menos mais de um isolador semelhante), enquanto a haste do isolador inferior é conectada com um condutor de uma HEPL de alta tensão. Para melhor compreensão, os corpos de isolamento de ambos os isoladores são representados como sendo transparentes.
[095] Uma sobretensão aplicada ao isolador (150) provoca uma ruptura das aberturas de ar (27) e (28) (veja FIG. 13), de modo que a sobretensão seja aplicada ao MES (25), onde inicia rupturas sequenciais dos espaços de
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27/35 centelhadores (26) entre os eletrodos intermediários (22). Como resultado, a tampa (11) e a haste (12) do isolador (150) ficam conectadas eletricamente através de um canal de descarga consistindo de uma pluralidade de pequenas seções, e tal estrutura da descarga é muito útil para sua efetiva extinção assim que uma corrente da sobretensão cai a zero. Vale à pena observar que a adição do MES da invenção, devido a sua posição na extremidade inferior do isolador, praticamente não muda as características de isolamento do isolador original devido ao MES ser posicionado ao longo de uma linha concêntrica equipotencial do campo elétrico que cerca o isolador, tal linha é perpendicular a uma distância de escoamento mais curto. Uma distância de escoamento (a distância ao longo da superfície superior e inferior do isolador da tampa (11) à haste (12)) é encurtada somente por uma largura de um eletrodo intermediário. Por exemplo, o isolador PSK-70 tem uma distância de escoamento de 310 mm, enquanto que uma largura de um eletrodo intermediário atinge somente 5 mm, de modo que a distância de escoamento é encurtada somente por 5/310 = 1,6%. Isto é verdadeiro mesmo em casos de alta contaminação e alto índice de umidade, quando os eletrodos intermediários (22) são interconectados pela sujeira condutora. Os eletrodos de ligamento (23) e (24) são posicionados a uma distância de vários centímetros das superfícies superior e inferior do isolador respectivamente, de modo que não encurtam a distância de escoamento do isolador. Uma trajetória da descarga no isolador (150) é indicada nas FIGS. 13 a 15 por setas. Quando a cadeia de isoladores (300) é utilizada, o impacto de uma sobretensão causa inicialmente uma ruptura dos espaços de centelhadores do primeiro (no modo de execução presente o mais baixo) isolador (150) conectado ao condutor de alta tensão de HEPL; em seguida, a sobretensão é aplicada ao segundo isolador, de modo que seus espaços de centelhadores também se rompem. No caso da cadeia compreender mais de dois isoladores, o processo descrito de ruptura é repetido para cada isolador subsequente.
[096] Conforme explicado acima, o número total de eletrodos intermediários
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28/35 (22) que constituem o MES será não menor do que (5). Uma quantidade específica m de eletrodos intermediários, assim como valores específicos de comprimentos g, G, S1, S2, respectivamente para os espaços de centelhadores (26) entre os eletrodos intermediários, a abertura (29) entre as extremidades do MES (25), e os espaços (27), (28) entre os eletrodos de ligamento (23), (24) e os eletrodos intermediários mais externos (22) serão selecionados de tal modo que sob o impacto da sobretensão o flashover do isolador (150) desenvolve-se de acordo com a situação acima descrita, sem um flashover do espaço (29). Desse modo, uma tensão da descarga para o espaço (29) deverá exceder tal tensão para m espaços de centelhadores g, que significa que o comprimento G do espaço (29) deverá exceder substancialmente o comprimento total dos m espaços g (G > m x g). Os comprimentos S1 e S2 dos espaços (27) e (28) respectivamente são selecionados por meio de um experimento.
[097] Por exemplo, os estudos e testes conduzidos mostraram que, quando submetido a surtos de raios 1,2/50 ps com tensão máxima de 300 kV, o isolador da invenção (produzido na base de isoladores da série PSK 70 com um núcleo de isolamento tendo um diâmetro D = 330 mm) assegura a função necessária de proteção quando tem os seguintes parâmetros: G = 90 mm; S1 = S2 = 20 mm; g = 0,5 mm e m = 140.
[098] As FIGS. 16 e 17 ilustram um modo de execução do isolador de acordo com a invenção baseada no isolador de disco mais largamente empregado com saias concêntricas (10) no lado inferior de um núcleo de isolamento em forma de disco (21). Semelhante ao modo de execução do isolador descrito acima e ilustrado nas FIGS. 13 e 14, o isolador (200) mostrado nas FIGS. (16) e (17) compreende uma pluralidade de eletrodos intermediários que constituem um MES (25). Neste modo de execução, o MES é dividido em três seções (25-1), (25-2) e (25-3), com cada seção situada na superfície da extremidade (inferior) de uma de três saias concêntricas (10). Entretanto, dependendo das condições particulares para que o isolador é pretendido, as condições incluem um valor predeterminado de sobretensão e um número total correspondente de
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29/35 eletrodos intermediários (22), uma configuração de MES disposta, por exemplo, somente em uma única, ou seja, externa, saia de isolamento concêntrico ou uma configuração de MES dividida em duas seções dispostas em qualquer par de saias de isolamento concêntrico (10) também pode ser usada. Em qualquer caso, todos os eletrodos intermediários (22) do MES (25) no isolador (200) também são dispostos ao longo de linhas equipotenciais do campo elétrico CA que cerca o isolador (200), isto é, ao longo de uma linha perpendicular à distância de escoamento do isolador. A extremidade esquerda (aqui e abaixo os termos “esquerdo” e “direito” são usados com relação às partes do isolador mostrado na FIG. 17) da primeira seção (25-1) do MES (25) instalado na saia concêntrica externa (10) do isolador (200) é associada com um eletrodo de ligamento (23) superior (segundo) conectado com uma tampa (11) do isolador. Na extremidade direita dessa seção (25-1) do MES (não diretamente conectada a qualquer elemento de fixação), um eletrodo de interface (30) é fixado. Na extremidade direita da segunda seção (25-2) do MES (25) (adjacente a dita extremidade direita da primeira seção (25-1) do MES) disposto na saia de isolamento concêntrica mediana (10), o eletrodo de interface (31) é similarmente fixado, com um primeiro espaço de centelhador de disparo (32) de comprimento Sp sendo formado entre dois eletrodos de interface (30) e (31). Um ou mais eletrodos de interface (33) é fixado na extremidade esquerda da seção (25-2) do MES.
[099] Do mesmo modo, outro eletrodo de interface (34) é fixado na extremidade esquerda da terceira seção (25-3) do MES (adjacente à dita extremidade esquerda da segunda seção (25-2) do MES) disposto na saia concêntrica interna (10), com o primeiro eletrodo de ligamento (24) sendo associado com a extremidade direita da terceira seção (25-3) do MES. O segundo espaço de centelhador (35) de comprimento Sp é formado entre os eletrodos de interface (33) e (34), com o semelhante terceiro segundo espaço de centelhador (35) de comprimento SP sendo formado entre o eletrodo de ligamento (24) e uma haste (12) do isolador (200).
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30/35 [0100] Um impacto de sobretensão causa inicialmente uma ruptura do espaço (27) entre o eletrodo de ligamento superior (23) e o eletrodo intermediário esquerdo mais externo (22) da primeira seção (25-1) do MES (veja FIG. 17). Essa ruptura é seguida de rupturas sequenciais de todos os espaços de centelhador da primeira seção do MES. Após isso, o espaço (32) entre os eletrodos de interface (30) e (31) da primeira e segunda seções (25-1) e (25-2) do MES se rompe, seguido de rupturas de: todos os espaços de centelhador da segunda seção (25-2) do MES; o espaço de centelhador (35) entre os eletrodos de interface (33) e (34) da segunda e terceira seções (25-2) e (25-3) do MES; todos os espaços de centelhador da terceira seção (25-3) do MES; e, finalmente, o espaço de centelhador (35) entre o primeiro eletrodo de ligamento (24) e a haste (12). Um trajeto do flashover é indicado por setas nas FIGS. 16 e 17. A tampa (11) e a haste (12) do isolador (200) ficam conectadas eletricamente através de um canal de descarga dividido em uma pluralidade de pequenas seções, com tal estrutura de descarga sendo muito útil para uma extinção eficaz da descarga após a corrente de sobretensão cair a um nível zero tal como foi descrito acima.
[0101] O modo de execução descrito acima do isolador de acordo com a invenção com os eletrodos intermediários posicionados em duas ou mais saias de isolamento concêntricas é preferível para prover um maior número possível de eletrodos intermediários com o objetivo de aumentar a eficácia de extinção dos canais de descarga de sobretensão. Devido a todos os eletrodos intermediários (22) do MES (25) no isolador (200) serem dispostos ao longo das linhas equipotenciais do campo elétrico da frequência operacional que cerca o isolador (200), isto é, em um ângulo à direita da distância de escoamento mais curta no isolador, a introdução do MES resulta no encurtamento da distância de escoamento do isolador somente por uma largura de um eletrodo intermediário multiplicada por um número de seções de MES (dito número no presente modo de execução é igual a (3)).
[0102] Obviamente, no caso de somente duas seções do MES (por exemplo,
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31/35 as seções (25-1) e (25-2)) serem usadas, dois eletrodos de interface (33) e (34) tornam-se desnecessários, uma vez que o primeiro eletrodo de ligamento (24) será conectado com essa extremidade do MES (25) que não é conectada com o segundo eletrodo de ligamento (23). De modo semelhante, se o MES (25) é disposto somente em uma única saia de isolamento concêntrico (10) (por exemplo, na externa), não há então necessidade de se usar quaisquer eletrodos de interface. Em tais modos de execução, o encurtamento da distância de escoamento do isolador corresponderá respectivamente a duas larguras e a uma largura do eletrodo intermediário.
[0103] A eficácia do isolador de acordo com o segundo modo de execução básico da invenção que combina funções de isolamento de proteção contra raios foi também confirmada por testes comparativos. Dois isoladores para a classe de tensão CA de 10 kV foram preparados para tais testes: um isolador de suspensão de vidro PSK-70 com um núcleo de isolamento cônico liso, e o isolador da invenção. Este isolador foi produzido com base no isolador PSK70, mas foi adicionalmente provido com eletrodos intermediários (22) dispostos na extremidade inferior do núcleo de isolamento cônico de modo similar àquela descrita acima com referências às FIGS. 13 à 15. As porcas M2.5 serviram como os eletrodos intermediários. As porcas foram coladas à superfície do núcleo do isolador por um adesivo especial de cola epoxy. Os comprimentos g dos espaços de ar (26) entre os eletrodos (isto é, as distâncias entre lados paralelos das porcas) eram iguais a 0,5 mm. A distância entre as extremidades do MES (isto é, o comprimento (G) do espaço 29) era 90 mm; os comprimentos S1 e S2 dos espaços (27) e (28) eram iguais a 20 mm. Outros parâmetros essenciais do isolador são apresentados na Tabela 2.
[0104] Tabela 2. Parâmetros principais dos isoladores testados e resultados dos testes
Parâmetros Isolador PSK-70 Isolador da invenção baseado no PSK-70
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32/35
Diâmetro externo, mm 330 3341
Número m de eletrodos intermediários 0 140
Tensão máxima utilizável em condições de chuva, kV 40 40
Tensão de descarga de impulso, 1,2/50 ps, kV 90 70
Trajetória de descarga Através do ar, ao longo do menor trajeto Através do MES
Tensão remanescente2, kV ~ 0 6
[0105] Notas:
[0106] (1) As porcas afixadas à superfície do isolador têm uma espessura de mm.
[0107] (2) A tensão mínima aplicada ao isolador após seu flashover por um impulso de raio.
[0108] Os testes de ambos os isoladores foram conduzidos aplicando a eles a tensão de frequência operacional e os surtos de raios. Os resultados principais dos testes são também apresentados na Tabela 2.
[0109] Quando somente a tensão de frequência operacional era aplicada, as características de descarga de ambos os isoladores eram praticamente idênticas. Isto significa que a instalação dos eletrodos não danificou as propriedades de isolamento do isolador para a tensão de frequência operacional.
[0110] O isolador da invenção tem uma tensão de descarga de impulso de 70 kV, que é menor do que uma tensão da descarga de impulso (90 kV) para o isolador básico, porque o flashover no isolador da invenção se desenvolve ao longo do MES, e não ao longo da superfície do núcleo como no isolador do estado da técnica. Portanto, o isolador da invenção pode ser usado como um para-raios quando conectado paralelamente a um isolador convencional.
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33/35 [0111] Sob um impacto de surto de raio, um flashover no isolador do estado da técnica se forma através do ar, ao longo do menor trajeto, em que um registro do oscilógrafo atesta que a tensão cai praticamente ao nível zero, significando que a resistência de um canal de descarga é bem baixa. Após a formação do flashover de raio em tal isolador instalado em uma linha de energia, uma corrente subsequente fluirá através do canal do flashover, significando que um curto-circuito da linha aconteceu necessitando uma paralisação de emergência de uma rede correspondente.
[0112] No caso do isolador da invenção, seu flashover se desenvolve ao longo do MES, através de uma pluralidade de eletrodos, de modo que a tensão não cai a nível zero. Pelo contrário, permanece uma tensão substancial de aproximadamente 6 kV. Em uma HEPL designada para 10 kV de tensão nominal, cadeias de dois isoladores de suspensão são usadas. No caso desses isoladores serem isoladores da invenção baseados no isolador PSK-70, uma tensão remanescente total será de 6 kV + 6 kV = 12 kV. Este valor excede substancialmente a maior tensão de fase Upi = Unom x 1,2/1,73 = 10 x 1,2/1,73 = 7 kV. Isto significa que não pode haver corrente subsequente; em outras palavras, o isolador opera eficazmente como um para-raios: ele desvia a sobretensão de raio de tal modo que nenhuma corrente subsequente é gerada, e assim evita a paralisação da rede.
[0113] Os modos de execução básicos acima apresentados do isolador de acordo com a invenção e suas modificações foram descritos somente para esclarecer os princípios de suas configurações e operação. Deve ficar claro para os técnicos no assunto que diversas alterações nos exemplos acima apresentados podem ser feitas. Por exemplo, no intuito de evitar um deslocamento do arco ao longo dos eletrodos de ligação, eles podem ser cobertos por uma camada de isolamento. No modo de execução mostrado nas FIGS. 13 e 14, o MES pode ser disposto ao longo de diversos círculos concêntricos, que aumentará o número de eletrodos intermediários e assim aumentará a eficácia da extinção da corrente subsequente (tal modificação,
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34/35 entretanto, aumentará um pouco o custo do isolador). Pequenos deslocamentos das posições intermediárias dos eletrodos da linha equipotencial (se necessário para simplificar a fabricação do isolador da invenção) são igualmente permissíveis.
[0114] A FIG. 18 ilustra um modo de execução de uma HEPL de 10 kV (denotados como (110)) que emprega o modo de execução do isolador mostrado nas FIGS. 1 e 2. A maioria das paralisações das HEPLs da classe de 10 kV é devido às sobretensões induzidas. Como foi mencionado acima, os para-raios LFAL-10 são usados na Rússia para proteger as HEPLs de tais paralisações. Tal tipo de para-raios é geralmente instalado em cada poste com para-raios adjacentes associados com diferentes fases. Por exemplo, cada um dos para-raios instalados em cada um do primeiro, segundo e terceiro postes é associado respectivamente com uma fase A, B e C. Como ilustrado na FIG. 18, os isoladores da invenção, por exemplo, os isoladores (100) com a saia em espiral mostrado nas FIGS. 1 à 6 ou os isoladores de haste (101) mostrados nas FIGS. 7 e 8 pode ser instalado de modo semelhante correspondendo a um isolador por poste com a conexão dos isoladores adjacentes às diferentes fases. Os isoladores restantes (18) podem ser de uma configuração convencional. Alternativamente, uma fase pode ser suportada por uma cadeia de isoladores de disco (102) da invenção (mostrado nas FIGS. 9 à 12).
[0115] A FIG. 19 mostra a um fragmento de uma HEPL de 35 kV de acordo com a invenção. A HEPL compreende três condutores (1) transmitindo altatensão correspondendo a três fases diferentes. Cada um dos condutores (1) é conectado mecanicamente às cadeias de isoladores cônicos. As cadeias de isoladores são fixadas aos suportes da HEPL (somente um fragmento de um de tais suportes (16) é ilustrado na FIG. 19). No modo de execução da HEPL da FIG. 19, a cadeia de isoladores (300) protegendo um condutor superior de HEPL é formada pelos isoladores da invenção (correspondendo ao modo de execução ilustrado nas FIGS. 13 à 15). Armações de fios de proteção contra raios são convencionalmente usadas para assegurar a proteção das HEPLs de
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35/35 kV contra raios. Quando os isoladores da invenção são usados para formar uma cadeia de isoladores para o condutor de fase superior, tais armações tornam-se desnecessárias. Durante descargas de raios o flashover da cadeia de isoladores (300) da invenção ocorre, de modo que a corrente de raio flui através do isolador MES e, devido a um grande número de eletrodos intermediários, o flashover não se transforma em um arco da corrente subsequente de frequência operacional, de modo que a HEPL continua a operar sem uma paralisação. Cumpre observar que o condutor (1) da fase superior funciona como um fio de proteção contra raios para as fases mais baixas, isto é, o condutor (1) impede que raios atinjam diretamente essas fases mais baixas.
[0116] Se a HEPL passa através de uma região com um solo com uma resistência específica elevada, o uso do fio de proteção contra raio torna-se ineficaz porque, devido à alta resistência do circuito aterrado de suporte, quando um raio atinge o cabo para-raios ou o suporte (10), um flashover reverso do suporte ao condutor ocorre. Nesses casos, é vantajoso usar os isoladores da invenção para as três cadeias de isoladores. Desse modo, uma proteção confiável da HEPL contra sobretensões de raio será assegurada. [0117] Todos os modos de execução e modificações da presente invenção descritos acima estão dentro do escopo do quadro reivindicatório em anexo.

Claims (5)

  1. REIVINDICAÇÕES
    01. Um isolador de alta tensão para (100, 101, 102, 150, 200) proteger, como um isolador único ou como um componente de um empilhamento ou cadeia de isoladores, um condutor de alta tensão em uma instalação elétrica ou (1) em uma linha de energia elétrica, o isolador compreendendo um núcleo de isolamento (2) e um dispositivo de fixação incluindo um primeiro elemento de fixação e em um segundo elemento de fixação (15), ditos elementos de fixação localizados nas extremidades opostas do núcleo de isolamento, em que o primeiro elemento de fixação é configurado para se conectar, diretamente ou via meios de conexão, a um condutor de alta tensão (1) ou ao segundo elemento de fixação (15) do isolador de alta tensão precedente do dito empilhamento ou cadeia de isoladores e o segundo elemento de fixação é configurado para se conectar a um suporte da linha de energia (16) ou ao primeiro elemento de fixação do isolador de alta tensão subsequente do dito empilhamento ou cadeia de isoladores, em que o isolador compreende:
    um sistema de múltiplos eletrodos (MES) (25) incluindo m eletrodos (5), em que m > 5, conectados mecanicamente ao núcleo de isolamento (2) e posicionados entre as suas extremidades, os eletrodos configurados para formar, sob o impacto de uma sobretensão de raio, uma descarga elétrica entre o primeiro elemento de fixação e um eletrodo ou eletrodos (5) adjacentes a ele, entre eletrodos adjacentes, e entre o segundo elemento de fixação (15) e um eletrodo ou eletrodos (5) adjacentes a ele;
    o isolador é caracterizado por compreender adicionalmente meios para compensar a redução da distância de escoamento do isolador causada pelo sistema de múltiplos eletrodos (25), em que os eletrodos têm um perfil em forma de T, com um segmento estreito (4), pelo qual cada um dos eletrodos (4) é unido ao núcleo de isolamento (2), e com uma extremidade (8) larga que é orientada para o eletrodo adjacente (5), em que os meios de compensação são constituídos por partes do núcleo de isolamento que estão compreendidas entre os segmentos
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  2. 2/5 (4) dos eletrodos (5) e por espaços de ar entre os eletrodos (5); e/ ou os eletrodos são encaixados no isolador, em que os meios de compensação são formados por uma camada de material isolante que separam os eletrodos (5) da superfície do isolador, e pelos cortes (7) formados entre os eletrodos adjacentes (5) e que alcançam a superfície do isolador.
    02. O isolador (100) de acordo com a reivindicação 01, caracterizado por os meios de compensação serem configurados para prover um trajeto de escoamento ao longo de uma superfície de isolamento entre os eletrodos de κ pares de eletrodos adjacentes (5), em que 3 < κ < m - 1, com um comprimento do dito trajeto de escoamento excedendo o comprimento associado de um espaço de ar de descarga entre ditos eletrodos adjacentes (5) e o comprimento do eletrodo único (5).
    03. O isolador (100) de acordo com a reivindicação 01, caracterizado pelos cortes (7) serem configurados como fendas de aberturas circulares.
    04. O isolador (100) de acordo com a reivindicação 01, caracterizado por a profundidade de cada corte (7) exceder a profundidade com que os eletrodos são encaixados.
    05. O isolador (100) de acordo com a reivindicação 04, caracterizado pelas distâncias entre lados opostos das partes de cortes situados em uma profundidade maior do que a excedida pelos eletrodos, serem selecionadas para exceder a largura dos cortes próximos a superfície do isolador.
    06. O isolador (101) de acordo com a reivindicação 01, caracterizado por os meios de compensação serem configurados com ao menos um elemento de isolamento (9) situado na superfície do isolador em que o elemento único de isolamento (9) ou uma combinação de elementos de isolamento (9) separam espacialmente os eletrodos da superfície do isolador.
    07. O isolador (101) de acordo com a reivindicação 06, caracterizado por compreender m elementos de isolamento (9), em que cada elemento de isolamento contém um único eletrodo.
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  3. 3/5
    08. O isolador (101) de acordo com a reivindicação 06, caracterizado por compreender n elementos de isolamento (9), em que n > 1, com cada um dos elementos de isolamento (9) configurados como uma saia de isolamento em espiral (3) projetando-se de uma superfície do núcleo de isolamento.
    09. O isolador (101) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender m + n elementos de isolamento (9), em que n elementos de isolamento (9) são configurados como saias de isolamento em espiral (3) projetando-se de uma superfície do núcleo de isolamento, enquanto que cada um dos m elementos de isolamento restantes contém um único eletrodo.
    10. O isolador (101) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelos eletrodos (5) serem situados na superfície da extremidade de ao menos uma saia de isolamento.
    11. O isolador (101) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelos cortes (7) serem formados na saia de isolamento (3) entre cada par de eletrodos adjacentes (5).
    12. O isolador (100, 101) de acordo com a reivindicação 01, caracterizado por o núcleo de isolamento (2) ter um formato substancial de cilindro ou de um cone truncado ou de um disco.
    13. O isolador (102) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o núcleo de isolamento (2) ter um formato substancial de um disco plano, o primeiro elemento de fixação ser configurado como uma tampa de isolador (11), o segundo elemento de fixação (15) ser configurado como um pino (12) e ao menos uma das saias de isolamento (3) em espiral se projetar do lado mais baixo da superfície do disco.
    14. Um isolador (150) de alta tensão para proteger, como um isolador único ou como um componente de um empilhamento ou cadeia de isoladores, um condutor (1) de alta tensão em uma instalação elétrica ou em uma linha de energia elétrica, o isolador compreendendo um núcleo de isolamento (2) e um dispositivo de fixação incluindo um primeiro elemento de fixação (12) e em um segundo elemento de fixação (11), ditos elementos de fixação situados nas
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  4. 4/5 extremidades opostas do núcleo de isolamento (21), em que o primeiro elemento de fixação (12) é configurado para se conectar, diretamente ou via meios de conexão, a um condutor de alta tensão (1) ou ao segundo elemento de fixação (11) do isolador de alta tensão precedente do dito empilhamento ou cadeia de isoladores (300), e o segundo elemento de fixação (11) é configurado para se conectar a um suporte da linha de energia (16) ou ao primeiro elemento de fixação (12) do próximo isolador de alta tensão do dito empilhamento ou cadeia de isoladores, caracterizado por o isolador compreender adicionalmente:
    um sistema de múltiplos eletrodos (MES) (25) incluindo m eletrodos (5), em que m > 5, conectados mecanicamente ao núcleo de isolamento (2) e dispostos de modo a suportar uma formação de descarga elétrica entre os eletrodos adjacentes MES (25), em que o MES (25) é disposto em um ângulo a direita com relação a um trajeto de escoamento do isolador, ao longo de uma ou mais linhas equipotenciais de campo elétrico da frequência operacional que cerca o isolador; e um primeiro e um segundo eletrodo de conexão (23, 24), em que cada um do primeiro e segundo eletrodo de conexão (23, 24) é separado espacialmente do núcleo de isolamento por um espaço de ar e é conectado eletricamente por sua primeira extremidade, galvanicamente ou através de um espaço de ar, respectivamente ao primeiro elemento de fixação (12) e ao segundo elemento de fixação (11), e por sua segunda extremidade através de um espaço de ar respectivamente à primeira extremidade e à segunda extremidade do MES (25).
    15. O isolador (150) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por ter um núcleo de isolamento cônico (21), em que o MES (25) é situado em uma superfície superior ou inferior do núcleo do isolador (21).
    16. O isolador (200) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por ser configurado como um isolador de disco com saias concêntricas no lado mais
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  5. 5/5 baixo de um núcleo de isolamento em forma de disco (21), em que o MES (25) é situado na superfície da extremidade de uma das saias (10).
    17. O isolador (200) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o MES (25) incluir ao menos duas seções dispostas ao longo de pelo menos duas linhas equipotenciais, as linhas sendo espaçadas mutuamente em um sentido orientado em um ângulo à direita com relação ao trajeto de escoamento do isolador, em que as seções do MES (25) são interconectadas por meio de eletrodos de interconexão posicionados nas extremidades das ditas seções não conectadas com os elementos do dispositivo de fixação, pares de eletrodos de interconexão sendo interconectados galvanicamente ou através de um espaço de ar.
    18. O isolador (200) de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por ser configurado como um isolador de disco com saias concêntricas no lado mais baixo de um núcleo de isolamento (21) em forma de disco, em que cada seção do MES (25) é disposta na superfície da extremidade de uma das saias (10).
    19. Uma linha de energia elétrica de alta tensão compreendendo suportes, isoladores únicos e/ou isoladores configurados em empilhamentos ou em cadeias de isoladores, e ao menos um condutor de alta tensão conectado diretamente ou via meios de acoplamento aos elementos de fixação de dispositivos de fixação compreendidos nos ditos isoladores únicos e/ou nos primeiros isoladores do empilhamento ou cadeia de isoladores, em que cada isolador único ou cada empilhamento ou cadeia de isoladores é fixado em um dos suportes por meio de um elemento de fixação de seu dispositivo de fixação, que está adjacente ao dito suporte, caracterizado por ao menos um dos isoladores ser um isolador (100, 101, 102, 150, 200) configurado de acordo com qualquer das reivindicações 01 a 18.
BRPI0911792-0A 2008-03-27 2009-03-26 Isolador de alta tensão e linha de energia elétrica de alta tensão que utiliza dito isolador BRPI0911792B1 (pt)

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