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Como lidar com a deterioração dos materiais isolantes em máquinas elétricas?

Fernanda Silva
Escrito por Fernanda Silva

Os materiais isolantes estão sujeitos a muitos efeitos que podem causar falhas e deterioração ao longo do tempo. Veja como lidar com esse problema!

O isolamento elétrico de equipamentos, geralmente, é composto por materiais isolantes selecionados para resistir às diferentes solicitações elétricas, mecânicas, térmicas e ambientais que ocorrem em diversas partes da estrutura.

Quando o sistema elétrico e o equipamento são novos, o isolamento elétrico costuma funcionar da melhor forma.

Fabricantes de fios, cabos e motores aprimoram continuamente esses materiais, a fim de oferecerem melhor resistência às suas aplicações.

Ainda assim, os materiais isolantes estão sujeitos a muitos efeitos que podem causar falhas e deterioração ao longo do tempo. Para saber como evitá-los, o primeiro passo é entender o que está causando o problema. Continue lendo e descubra as principais causas de falha no isolamento!

O que causa a deterioração de materiais isolantes?

O nível de manutenção exigido para o equipamento elétrico dependerá da eficácia do isolamento, da severidade das forças que atuam nele, dos materiais isolantes em si e do ambiente de serviço.

Portanto, a duração da vida útil do isolamento depende do arranjo de componentes individuais, das suas interações, da contribuição de cada componente para a integridade elétrica e mecânica do sistema e também do processo utilizado na fabricação do equipamento.

Como lidar com a deterioração dos materiais isolantes em máquinas elétricas?

Historicamente, a avaliação funcional das causas de deterioração do isolamento elétrico baseou-se principalmente em tensões térmicas. No entanto, com muitos tipos de equipamentos, outras tensões ou fatores de envelhecimento, como falha mecânica, elétrica ou fatores ambientais, podem acabar influenciando significativamente em sua vida útil.

Estas são as principais causas de degradação do isolamento e eventual falha:

1. Estresse mecânico

O estresse mecânico pode ser causado por correntes transientes que ocorrem em momentos de picos de energia  que dão origem a correntes de frequência de energia transitória, como ao ligar o equipamento.

No caso de um motor, essa corrente transitória pode ser tão alta quanto seis vezes a corrente de frequência normal. No caso de um transformador, a corrente de frequência de energia pode ser tão alta quanto 10 a 12 vezes a corrente normal.

As forças mecânicas induzidas magneticamente no equipamento são equivalentes ao quadrado da corrente transiente, portanto um motor experimenta forças mecânicas 36 ou mais vezes maior do que o serviço normal  e um transformador pode experimentar até 100 ou mais.

Se esses transientes ocorrerem com frequência, como partidas frequentes de motores ou energização de transformadores, e essas forças não puderem ser suportadas, isso poderá causar danos mecânicos. Além disso, o isolamento pode ser danificado por vibração mecânica,  expansão e contração na operação de frequência de energia.

Por exemplo, quando a corrente é aplicada, as voltas finais dos enrolamentos do motor ficam torcidas. Se a força de torção for forte o suficiente para romper a ligação do verniz isolante, as voltas do fio magnético se desgastarão umas contra as outras e causarão curto-circuito.

Como lidar com a deterioração dos materiais isolantes em máquinas elétricas?

Uma vez que as espiras são encurtadas, o aquecimento localizado é causado pela corrente induzida no circuito fechado. Esse calor degrada rapidamente o isolamento circundante e, com o tempo, destrói o isolamento.

2. Temperatura

O valor do coeficiente de resistência da temperatura de um material isolante é negativo e relativamente grande. Portanto, mesmo um pequeno aumento na temperatura causará uma grande diminuição na resistência do isolamento.

A distribuição de corrente sobre um determinado isolamento não é uniforme, portanto, a parte fraca do isolamento transporta mais corrente e aquecimento do que outras partes — desde que o isolamento ou as estruturas adjacentes possam conduzir o calor para longe tão rapidamente quanto é gerado, a temperatura permanecerá estável.

No entanto, se o calor não for dissipado tão rapidamente quanto gerado, os pontos mais fracos no isolamento se tornarão cada vez mais quentes até que ocorra a ruptura térmica.

3. Ambiente (umidade, produtos químicos, sujeira e óleos)

Os fatores ambientais que degradam o isolamento ao longo do tempo são umidade, sujeira, poeira, óleos, ácidos e álcalis. A umidade conduz energia porque contém impurezas. Quando os materiais isolantes absorvem ou são carregados com umidade, isso diminui a resistência do isolamento.

A umidade penetra as fissuras e poros do isolamento, especialmente se ele for antigo, e fornece caminhos de baixa resistência para correntes de fuga e fontes potenciais de falha dielétrica. Vapores químicos, como ácidos e álcalis, frequentemente encontrados no ambiente industrial, atacam diretamente o isolamento e reduzem permanentemente sua resistência de isolamento.

Como lidar com a deterioração dos materiais isolantes em máquinas elétricas?

Da mesma forma, os filmes de óleo cobrirão as superfícies internas de isolamento de uma máquina. O óleo pode vir do ambiente ou de um selo de rolamento com vazamento. Ele tenderá a diminuir a resistência, reduzir a capacidade de dissipar o calor e promover a sinalização térmica e eventual falha.

Sujeira e poeira, em combinação com a umidade, podem se tornar condutivas e, portanto, causar correntes de fuga e degradação do isolamento, bem como reduzir sua capacidade de dissipar o calor.

A vida útil do equipamento depende em grande medida do grau de exclusão de oxigênio, umidade, sujeira e produtos químicos do interior da estrutura isolante. A uma determinada temperatura, portanto, a vida útil da máquina pode ser maior se ela estiver adequadamente protegida do que se fosse exposta livremente a atmosferas industriais.

4. Tensões elétricas (corona, surtos e descargas parciais)

O equipamento elétrico está sempre sujeito a surtos de tensão e corrente gerados internamente ou externamente. Uma ruptura física de isolamento com a destruição de ligações moleculares pode ocorrer durante um surto de tensão devido à comutação de uma grande carga indutiva ou raio.

Esse potencial transitório acentua a estrutura molecular do material isolante causando a ionização e a falha do próprio material.

A descarga de corona é definida como a forma de descarga elétrica que ocorre quando a tensão crítica é atingida, causando a quebra do ar. O efeito, por si só, não é prejudicial ao isolamento, porém a corona produz ozônio, o que acelera a oxidação dos materiais orgânicos do isolamento.

Além disso, os óxidos de nitrogênio produzidos pela ionização do ar formam ácidos quando combinados com a umidade e também degradam os materiais isolantes.

As propriedades elétricas e mecânicas de materiais isolantes e sistemas de isolamento podem ser influenciadas de diferentes maneiras e em diferentes graus em função da temperatura e outros fatores.

Assim, quanto tempo o isolamento vai durar depende não só dos materiais isolantes utilizados, mas também da eficácia do suporte físico para o isolamento e da severidade das forças que tendem a perturbá-lo.

Saber escolher os materiais isolantes para cada instalação elétrica é essencial. Conheça os principais tipos de isolantes e suas aplicações!

Sobre o autor

Fernanda Silva

Fernanda Silva

Produtora de conteúdo no Gaveteiro.com.br.

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