Introdução
Buchas elétricas são componentes cruciais para uma ampla gama de equipamentos elétricos, como transformadores de potência, reatores shunt, disjuntores e capacitores. Esses dispositivos, embora pareçam simples, desempenham a função crítica de conduzir corrente de alta tensão através de invólucros de equipamentos. Eles realizam essa função fornecendo uma barreira isolante entre o condutor energizado e o corpo metálico (condutor) do aparelho elétrico (que está em potencial de terra).
Transformador de Potência Buchas Destacadas
Classificação e Construção
As buchas elétricas podem ser amplamente divididas em duas categorias principais, dependendo de sua construção e montagem:
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Como Funcionam as Buchas Elétricas
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Buchas Tipo a Granel
Uma bucha do tipo a granel consiste em uma barra condutora central, geralmente fabricada de cobre ou alumínio, que é revestida por um isolador. O isolador circundante pode ser fabricado de porcelana ou borracha de silicone com resina composta.
Enquanto o isolador de porcelana tradicional oferece robustez mecânica e longa vida útil, a aplicação de borracha de silicone está se tornando cada vez mais popular devido ao seu menor custo, facilidade de manuseio e sua hidrofobicidade de superfície (que reduz o risco de descargas por poluição). Devido a limitações de resistência dielétrica, o uso de buchas do tipo a granel é restrito a tensões de sistema de 72 kV e abaixo.
Buchas Condensadoras
Em tensões de sistema mais altas, são utilizadas buchas condensadoras. Comparadas às buchas do tipo a granel, as buchas condensadoras são relativamente complexas em sua construção. Para lidar com as altas tensões de campo elétrico geradas em alta tensão, as buchas condensadoras são formadas por um núcleo isolado graduado por capacitância, que é sanduichado entre o tubo central condutor de corrente e o isolador externo.
O núcleo condensador consiste em camadas coaxiais de papel Kraft de grau elétrico e inserções de folha condutora de comprimentos variados. As inserções de folha estão localizadas em intervalos radiais fixos, o que ajuda a distribuir e estabilizar o campo elétrico através do isolamento da bucha. Essas inserções condutoras imitam os elementos capacitivos (conectados em série) que ligam o condutor de alta tensão da bucha ao terra. Por essa razão, buchas condensadoras são às vezes referidas como buchas graduadas por capacitância.
Seção Transversal de Bucha Condensadora
Para aumentar ainda mais a resistência dielétrica de uma bucha, o isolamento do condensador é saturado com óleo mineral ou resina epóxi curável; essas duas tecnologias são referidas como papel impregnado com óleo (OIP) e papel impregnado com resina (RIP), respectivamente.
O material do isolador externo é invariavelmente porcelana para condensadores OIP e borracha de silicone para condensadores RIP, ambos servindo ao mesmo propósito de limitar o fluxo de corrente de fuga e prevenir descargas externas. As buchas condensadoras OIP também são equipadas com uma câmara de expansão com mola para permitir flutuações de volume de óleo (expansão/contração) devido à variação de temperatura (um tanque conservador em um transformador de potência desempenha um propósito semelhante).
Bucha Condensadora Impregnada com Óleo
As flanges de montagem das buchas condensadoras são equipadas com um tap de teste (mais sobre isso abaixo) e espaço adicional para a instalação de um transformador de corrente (TC) tipo anel. Os terminais de conexão internos são equipados com escudos de tensão para limitar tensões de alto potencial dentro do invólucro preenchido com óleo.
Avaliação de Condição
O tap de teste é conectado à folha condensadora mais externa e é usado para realizar duas medições de referência importantes. Essas medições são capacitância (C) e fator de dissipação (tanδ); ambos os testes são usados para determinar a condição do isolamento de uma bucha.
Qualquer aumento nos valores de C e/ou tanδ indica deterioração do isolamento, ingresso de umidade e/ou curto-circuito das folhas condensadoras. Testes de resistência de isolamento, medições de descarga parcial e inspeções termográficas também são auxiliares úteis na avaliação da condição de uma bucha.
Aplicações
Na indústria de engenharia de potência, as aplicações mais comuns para buchas são:
- Ar-para-Óleo – usado em equipamentos de subestação isolada a ar (AIS) ao ar livre, como transformadores e reatores shunt, etc.
- Ar-para-Gás – usado em subestações isoladas a gás (GIS) e disjuntores SF6.
- Ar-para-Ar – usado para conexões externas para internas, por exemplo, buchas de parede.
Instalação de uma Bucha Condensadora Ar-para-Óleo de Transformador
Requisitos de Projeto
O projeto de qualquer tipo de bucha elétrica leva em consideração os seguintes requisitos e aspectos:
- O condutor central de uma bucha deve ser capaz de conduzir a carga prevista, ou correntes de falha, sem superaquecer o isolamento circundante (o que pode levar a uma perda anormal de vida útil).
- Para qualquer transformador dado, a barra condutora de uma bucha de baixa tensão (BT) é necessária para conduzir uma corrente mais alta do que sua contraparte de alta tensão (AT). Consequentemente, a barra condutora de uma bucha BT é sempre mais espessa (tem um diâmetro maior) do que sua contraparte AT.
- O isolamento interno de uma bucha deve ser capaz de suportar as tensões de campo elétrico nominais e ocasionais transitórias que lhe são impostas. Essas tensões surgem devido às diferenças de potencial entre o condutor energizado e os arredores externos aterrados. O isolamento interno de uma bucha também deve limitar o início de descargas parciais (DP), que podem causar deterioração progressiva do isolamento.
- O isolamento externo de uma bucha deve fornecer distância suficiente de arco seco para suportar raios e impulsos de comutação. O isolamento externo também deve fornecer distância de creep (fuga) adequada para evitar o fluxo excessivo de corrente de fuga; a corrente de fuga pode resultar de uma combinação de acúmulo de poluição (sujeira, areia, sal etc.) e/ou umidade ambiente.
Distância de Arco Seco e Creepage de Bucha
- A resistência ao pêndulo de uma bucha deve ser alta o suficiente para lidar com as tensões mecânicas previstas que serão impostas à bucha durante eventos sísmicos e de curto-circuito.
- O projeto e a construção de uma bucha devem ser robustos o suficiente para suportar os rigores do transporte, manuseio e instalação.
Recursos Adicionais
https://en.wikipedia.org/wiki/Bushing_(electrical)
https://electrical-engineering-portal.com/purpose-and-maintenance-of-transformer-bushings