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Os equipamentos de média tensão falham quando as distâncias de isolamento estão incorretas. Não de forma dramática, mas silenciosamente, de modo que a falha só aparece meses após o comissionamento, após os testes de aceitação terem sido aprovados e após o prazo de garantia ter começado a contar. O culpado geralmente é uma aplicação incorreta das regras de distância de isolamento e fuga, em que o projetista presumiu que “comutador de 12 kV” significava um número, quando a norma realmente exigia outro, com base na altitude, poluição e material de isolamento.
A distância de fuga é o caminho mais curto entre duas partes condutoras, medido ao longo da superfície do material isolante. A distância de isolamento é a distância mais curta através do ar. Ambas existem para evitar a propagação de descargas elétricas, mas a física — e os cálculos da norma IEC 60664-1 — são fundamentalmente diferentes. Se a distância de fuga estiver incorreta em um isolador de epóxi em uma subestação costeira, a contaminação da superfície cria uma película condutora. Se a distância de isolamento estiver incorreta a 3.000 m de altitude, a densidade reduzida do ar permite a quebra em tensões que seriam seguras ao nível do mar.
Este guia fornece as fórmulas de trabalho, tabelas de consulta de classes de tensão e fatores de ajuste de campo necessários aos engenheiros para dimensionar corretamente a distância de fuga e a distância de isolamento para aplicações de 12 kV, 24 kV e 40,5 kV, sem precisar consultar as 200 páginas da norma IEC 60664-1 todas as vezes.
O desvio impede o rastreamento da superfície. A folga impede a ruptura do ar. Os mecanismos de falha são diferentes, portanto as distâncias necessárias são diferentes, mesmo para a mesma classe de tensão.
Distância de fuga depende de:
Liquidação depende de:
Um isolador de poste de 12 kV em uma subestação interna limpa (grau de poluição 1) pode exigir 20 mm de distância de fuga, mas apenas 10 mm de distância de isolamento. O mesmo isolador em uma fábrica de cimento (grau de poluição 3) precisa de 40 mm de distância de fuga, mas a distância de isolamento permanece em 10 mm, porque a ruptura do ar não é afetada pela contaminação da superfície.
Regra prática: Distância de fuga ≥ Distância de isolamento em todas as aplicações reais. Não é possível substituir a distância de isolamento pela distância de fuga. A cláusula 4.2 da norma IEC 60664-1 afirma explicitamente que a distância de fuga e a distância de isolamento são requisitos independentes; ambos devem ser satisfeitos.Compreensão Como funcionam os disjuntores a vácuo fornece contexto para explicar por que a coordenação adequada do isolamento é importante — mesmo pequenas deficiências de distância de isolamento podem levar a falhas de rastreamento que comprometem a confiabilidade do comutador.
A norma IEC 60664-1 fornece valores básicos de distância de fuga para diferentes graus de poluição e grupos de materiais. Para aparelhos de comutação de média tensão, Grupo de materiais IIIa (CTI 175–249, típico para resina epóxi preenchida) é o mais comum.
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Tabela 1: Distância mínima de fuga (mm) para grau de poluição 2
(Ambiente industrial interno, poluição não condutora com condensação ocasional)
| Tensão do sistema | Fase-terra (kV) | Fase a fase (kV) | Fuga (mm) – Material IIIa |
|---|---|---|---|
| 12 kV | 7,2 kV | 12 kV | 25 mm |
| 24 kV | 13,8–14,4 kV | 24 kV | 50 mm |
| 40,5 kV | 23–24 kV | 40,5 kV | 85 mm |
Fonte: IEC 60664-1:2020, Tabela F.4, interpolada para o Grupo de Materiais IIIa, Grau de Poluição 2, Categoria de Sobretensão III.[FIM DO BLOCO HTML]
Ajuste do grau de poluição:
Em nossas implantações em mais de 50 subestações costeiras, aplicamos consistentemente multiplicadores de grau de poluição 3 para qualquer ambiente externo ou marinho. Uma RMU externa de 12 kV que passa com 25 mm de distância de isolamento interno requer 40 mm no mínimo (25 × 1,6) em neblina salina costeira.
Os valores de distância de segurança dependem da altitude e da categoria de sobretensão. Ao nível do mar (≤1000 m), a norma IEC 60664-1 fornece valores de base. Acima de 1000 m, a distância de segurança deve aumentar para compensar a menor densidade do ar.
Tabela 2: Distância mínima ao solo (mm) ao nível do mar (≤1000 m de altitude)
Categoria de sobretensão III (nível de distribuição, típico para comutadores de média tensão)
| Tensão do sistema | Tensão máxima de trabalho (kV) | Distância do chão (mm) | Folga entre fases (mm) |
|---|---|---|---|
| 12 kV | Pico de 10,2 kV | 14 mm | 18 mm |
| 24 kV | Pico de 20,4 kV | 28 mm | 36 mm |
| 40,5 kV | Pico de 34,5 kV | 50 mm | 65 mm |
Fonte: IEC 60664-1:2020, Tabela F.2, Categoria de sobretensão III, campo não uniforme.[FIM DO BLOCO HTML]
Correção de altitudePara cada 1000 m acima do nível do mar, multiplique a distância de segurança pelo fator de correção de acordo com a norma IEC 60664-1, Anexo A:
Fator de correção de altitude = 1 + (H – 1000) / 8500
Onde H = altitude em metros.
Exemplos:
• 2000 m de altitude: fator = 1,12 → a distância de 12 kV aumenta de 14 mm para 16 mm
• 3000 m de altitude: fator = 1,24 → a distância de segurança de 24 kV aumenta de 28 mm para 35 mm
• 4000 m de altitude: fator = 1,35 → a distância de segurança de 40,5 kV aumenta de 50 mm para 68 mm
Testes realizados em 75 instalações de mineração em alta altitude (2.500–4.200 m) confirmaram que ignorar a correção de altitude cria um risco mensurável de descarga elétrica. Observamos atividade de descarga parcial em barramentos de 24 kV com folga de 30 mm a 3.500 m — a folga corrigida deveria ter sido de no mínimo 37 mm.
Para aplicações de comutadores em altitudes elevadas, tanto o desvio quanto a folga requerem uma validação cuidadosa em relação às condições específicas do local.
Um sistema de 12 kV tem uma tensão linha a linha de 12 kV, mas apenas 7,2 kV fase a terra (12 / √3 ≈ 6,93 kV RMS, 9,8 kV pico). Se você especificar um isolador de fase a terra usando o valor de 12 kV, estará projetando em excesso em 70%, desperdiçando espaço e custos.
Por outro lado, especificar um isolador fase-fase usando a distância fase-terra é uma violação de segurança. Sempre confirme se a coordenada de isolamento é L-N ou L-L antes de consultar os valores de distância de fuga/distância de isolamento.
Verificação no localMeça a instalação real. Se um isolador de poste fizer a ponte entre a fase A e o terra, a tensão relevante é a fase-terra. Se separar as fases A e B, use os valores fase-fase.
A linguagem genérica de RFQ, como “isolador epóxi de 12 kV, uso interno”, não especifica o grau de poluição. Um fornecedor pode presumir o grau de poluição 1 (limpo), entregar uma peça com 15 mm de distância de fuga e, tecnicamente, atender à conformidade de “12 kV”, mas falhar no serviço se o ambiente real for de grau de poluição 2 ou superior.
Melhores práticasEspecifique explicitamente o grau de poluição nas solicitações de cotação:
Medimos falhas de rastreamento em 18 caixas de contato de 12 kV em uma fábrica de cimento após 14 meses. Causa principal: o fornecedor forneceu peças com classificação PD1 (distância de fuga de 15 mm) em vez de PD3 (40 mm). O pó de cimento + a umidade criaram caminhos condutores abaixo do limite de 15 mm.
As tabelas básicas da IEC 60664-1 assumem uma altitude ≤1000 m. Acima disso, a densidade do ar diminui ~12% por 1000 m, reduzindo proporcionalmente a tensão de ruptura. Um isolador de 12 kV com folga de 14 mm (especificação ao nível do mar) irá provocar uma descarga elétrica a uma tensão reduzida quando instalado a 3000 m de altitude, a menos que a folga seja aumentada para 17 mm (14 × 1,24).
Isso é particularmente crítico para instalações de disjuntores a vácuo em regiões mineradoras ou planaltos, onde a altitude pode ultrapassar os 4000 m e a distância ao solo deve ser aumentada em 35% ou mais.
Solução práticaSe você descobrir que a folga é insuficiente durante o comissionamento, as opções são limitadas — você não pode adicionar ar. Soluções:
As superfícies planas proporcionam o caminho de fuga mais curto. A adição de nervuras (barreiras verticais perpendiculares à direção da fuga) ou abrigos (discos salientes que forçam o caminho a subir e passar por cima) aumenta a distância de fuga efetiva sem aumentar proporcionalmente o tamanho da peça.
A norma IEC 60815-3 define regras para calcular o caminho de fuga efetivo quando há nervuras/abrigos. Pontos principais:
Para um isolador de poste externo de 12 kV que requer 40 mm de distância de fuga (Grau de Poluição 3), um projeto cilíndrico simples teria um diâmetro mínimo de 40 mm. Adicionar três abrigos de 5 mm permite a mesma distância de fuga de 40 mm em um corpo de 25 mm de diâmetro — uma economia significativa de espaço em um design compacto. projetos de componentes de comutação.
Fórmula simplificada para o deslizamento do galpão:
Distância total de fuga = Σ (altura vertical + 2 × comprimento da saliência) para cada galpão.
Exemplo: 3 telhas, cada uma com 5 mm na vertical e 6 mm de saliência:
Fuga = 3 × (5 + 2×6) = 3 × 17 = 51 mm
Em nossas implantações em subestações marítimas, os designs com nervuras/shed apresentam desempenho consistentemente superior ao das superfícies lisas em condições de névoa salina. O rastreamento da superfície ocorreu com menos frequência nos isoladores do tipo shed em comparação com o epóxi liso equivalente, mesmo quando o desvio nominal era idêntico.
O desvio e a folga não podem ser testados eletricamente durante a aceitação de rotina — ou você mede a distância física ou não. Mas você pode verificar a conformidade:
1. Medição física
Use calibradores para a folga (distância aérea em linha reta). Use um fio flexível ou corda para a distância de fuga (siga o trajeto real da superfície, incluindo ao redor de nervuras/abrigos). Compare os valores medidos com os desenhos do projeto e os requisitos da norma IEC 60664-1.
2. Validação do grau de poluição
Confirme se o grau de poluição presumido corresponde ao ambiente real de instalação. Se a solicitação de cotação especificou PD2, mas o local tem muita poeira ou névoa salina, a peça pode estar abaixo das especificações, mesmo que as dimensões estejam corretas.
3. Verificação da altitude
Verifique a altitude do local e confirme se os valores de folga foram corrigidos se forem superiores a 1000 m. Isso é frequentemente esquecido nos fluxos de trabalho dos fabricantes de painéis, onde projetos padrão são copiados para projetos em diferentes altitudes.
4. Teste de descarga parcial (PD) (opcional, mas recomendado para instalações críticas)
Aplique 1,5× a tensão nominal e meça a atividade de DP. Se a DP exceder 10 pC na tensão nominal, é provável que haja distância de isolamento ou espaço livre insuficientes. A norma IEC 60270 define os métodos de medição.
Um guia completo de aceitação em campo é fornecido na norma IEC 60694 (cláusulas comuns para comutadores de alta tensão). Para testes específicos de isoladores, a norma IEC 60660 abrange isoladores de poste e a norma IEC 61462 abrange isoladores compostos ocos.
O caminho de fuga e a distância de isolamento não são parâmetros “suficientemente próximos”. São binários: cumprem a norma ou falham em serviço. Um isolador de 12 kV com um caminho de fuga de 20 mm em vez de 25 mm pode funcionar durante meses ou anos em ambientes interiores, até que a humidade aumente, a poluição se acumule ou a instalação seja transferida para um ambiente mais adverso. Nessa altura, ocorre uma fuga, um flash e uma falha.
As tabelas deste guia fornecem valores de trabalho para aplicações de 12 kV, 24 kV e 40,5 kV, mas três variáveis sempre exigem ajustes específicos para cada local: grau de poluição, altitude e coordenada de tensão real (L-N vs L-L). Ignore qualquer uma dessas variáveis e o cálculo estará errado.
A coordenação adequada do isolamento começa com o dimensionamento correto da distância de fuga e da folga. Quando feito corretamente, os isoladores são invisíveis. Quando feito incorretamente, eles são a causa principal de flashovers misteriosos que nenhum teste previu — porque os testes validaram valores de projeto que não correspondiam às condições reais de instalação.
P1: Qual é a diferença entre distância de fuga e folga?
A distância de fuga é o caminho mais curto entre duas partes condutoras, medido ao longo da superfície do material isolante. A distância de isolamento é a menor distância em linha reta através do ar. A distância de fuga evita o rastreamento da superfície causado pela poluição e pelo acúmulo de umidade; a distância de isolamento evita a ruptura do ar. Ambos são requisitos independentes de acordo com a norma IEC 60664-1 — não é possível substituir um pelo outro. As aplicações típicas de média tensão exigem distâncias de fuga 2 a 4 vezes maiores do que a distância de isolamento, pois a contaminação da superfície é um risco maior a longo prazo do que a ruptura do ar sob tensão operacional normal.
P2: Como posso determinar o grau de poluição correto para a minha aplicação?
A norma IEC 60664-1 define quatro graus de poluição: (1) Interior limpo, sem poluição condutiva; (2) Interior industrial, poluição não condutiva com condensação ocasional; (3) Poluição condutiva ou condensação frequente (costeira, indústria pesada); (4) Exterior extremo com poluição condutiva persistente. Para a maioria dos comutadores MV: subestações internas usam PD2, instalações externas ou costeiras usam PD3, climas desérticos/extremos usam PD4. Em caso de dúvida, especifique um grau acima dos casos limítrofes — subestimar o grau de poluição é a causa #1 de falhas de rastreamento em serviço. Levantamentos do local que mostram acúmulo de poeira, padrões de umidade e proximidade com água salgada ou emissões industriais fornecem evidências concretas para a seleção do grau.
P3: Preciso ajustar o caminho de fuga e a distância de isolamento para instalações em altitudes elevadas?
A folga deve ser aumentada acima de 1000 m de altitude, pois a densidade do ar diminui, reduzindo a resistência à ruptura. O fator de correção é: 1 + (altitude – 1000) / 8500. A 3000 m, multiplique a folga ao nível do mar por 1,24; a 4000 m, multiplique por 1,35. A distância de fuga não requer correção de altitude — o rastreamento da superfície é independente da densidade do ar. Essa assimetria é crítica: um isolador de 24 kV a 3500 m precisa de uma distância de 28 mm × 1,29 = 36 mm, mas a distância de fuga permanece 50 mm (Grau de Poluição 2, Material IIIa). As correções de altitude se aplicam a todas as instalações externas e internas acima de 1000 m de altitude.
P4: Posso usar o mesmo valor de distância de isolamento para isoladores fase-terra e fase-fase?
Não. A tensão fase-fase é √3 vezes a tensão fase-terra (para um sistema de 12 kV: 12 kV L-L vs 7,2 kV L-N). A distância de fuga é proporcional à tensão, portanto, um isolador fase-fase requer aproximadamente 1,7 vezes a distância de fuga de um isolador fase-terra na mesma classe de tensão do sistema. Para 12 kV Grau de Poluição 2: fase-terra requer ~25 mm de distância de fuga, fase-fase requer ~40 mm. Sempre confirme a coordenada de tensão real que o isolador ponteia — medir a geometria instalada é mais confiável do que supor a partir de desenhos, especialmente em retrofits ou montagens de painéis onde as especificações podem ser ambíguas.
P5: O que acontece se meu equipamento tiver distância de fuga insuficiente?
A distância de fuga insuficiente permite o rastreamento da superfície — uma erosão gradual do material isolante causada por corrente de fuga na presença de umidade e poluição. O processo é progressivo: a contaminação cria microcaminhos, a corrente de fuga aquece a superfície, formam-se depósitos de carbono, a condutividade aumenta e, eventualmente, ocorre uma descarga elétrica. O tempo de falha típico varia de 6 meses a 5 anos, dependendo da gravidade. As correções em campo são limitadas: você pode aplicar revestimentos conformados para aumentar a distância de fuga efetiva em 10-20%, limpar as superfícies regularmente para retardar o acúmulo de contaminação ou substituir os isoladores por peças com classificação correta. A redução da classe de tensão é um último recurso que pode não ser viável para instalações existentes.
P6: Como as nervuras e os abrigos aumentam a distância de fuga efetiva?
As nervuras (barreiras verticais) e os telhados (discos salientes) forçam o caminho de fuga a subir, passar por cima e contornar os obstáculos, em vez de seguir uma linha reta pela superfície. A norma IEC 60815-3 define regras de contagem: as nervuras devem ter ≥1 mm de profundidade, os telhados devem ter ≥2 mm de saliência e o espaçamento deve ser ≥3 mm para evitar o acúmulo de umidade. Uma fórmula simples para o caminho de fuga da saliência: total = Σ(altura vertical + 2 × saliência) por saliência. Exemplo: 3 saliências com 5 mm de altura, 6 mm de saliência = 3 × (5 + 12) = 51 mm de distância de fuga efetiva. Isso permite projetos compactos — um isolador com nervuras de 25 mm de diâmetro pode atingir a mesma distância de fuga que um cilindro liso de 40 mm, o que é fundamental para painéis MV com espaço limitado.
P7: Que grupo de materiais devo especificar para isoladores epóxi em comutadores MV?
O Grupo de Materiais IIIa (CTI 175-249 conforme IEC 60112) é padrão para resinas epóxi preenchidas usadas em componentes de comutadores MV — caixas de contato, isoladores de poste, buchas de parede. O Grupo I (CTI ≥600) é para cerâmicas de alto desempenho, raramente necessárias em tensões MV. O Grupo IIIb (CTI 100-174) é para plásticos de qualidade inferior, inadequados para isolamento primário de média tensão. Quando as especificações da solicitação de cotação omitem o grupo de materiais, os fornecedores podem usar o Grupo II (CTI 400-599) como padrão, que requer menos distância de fuga do que o IIIa, mas custa mais e não oferece nenhum benefício funcional para aplicações típicas de MV. Especificar explicitamente “Grupo de materiais IIIa de acordo com a norma IEC 60664-1” garante que as tabelas de distância de fuga corretas sejam aplicadas e evita custos desnecessários.
