Desenvolvimento de isolador polimérico inteligente

Abstract

Resumo: O presente trabalho baseia-se no desenvolvimento de um isolador elétrico polimérico inteligente. Materiais inteligentes são aqueles que possuem a capacidade de alterar alguma propriedade física de forma controlada. No caso do isolador desenvolvido, a propriedade a ser alterada foi a cor. O objetivo principal é que o mesmo indique, através da alteração da sua cor, quando está em condição de falha, facilitando, assim, a manutenção do sistema, pois, um dos maiores problemas dos isoladores poliméricos é identificação da sua degradação ou falha, antes que eles causem o desligamento da rede elétrica devido ao curto circuito gerado pelo defeito. Após a análise da condição de falha dos isoladores utilizados em sistemas de energia elétrica, foi definido que seria utilizada a propriedade termocrômica no isolador a ser desenvolvido, ou seja, a falha, devido ao efeito joule, aqueceria o material e isso deveria fazer com ele alterasse a sua cor, indicando que está com problema. Com isso, foi realizada a modelagem térmica do isolador, através de ensaios em corpo de prova, simulações computacionais e foi proposta uma metodologia alternativa para a modelagem térmica que contemplasse o período transitório térmico. Durante a modelagem foi encontrado o valor do coeficiente de transferência de calor da superfície do isolador desenvolvido (21 W/m2K). Após a modelagem, foi confeccionado um isolador com pigmento termocrômico. A temperatura de mudança de cor deveria estar acima da temperatura ambiente, para caracterizar uma falha, assim foi aplicada a temperatura de ativação de 47 ºC, e verificou-se através de ensaios que, sob uma condição de falha interna, o isolador não mudaria de cor na sua superfície e, por se tratar de um material opaco, não seria possível identificar essa condição, contudo, para resolver esse problema, foi proposta a inserção de uma pastilha de óxido de zinco no seu interior, o que gerou bons resultados e tornou viável tecnicamente a utilização da propriedade termocrômica no isolador polimérico inteligente.

Abstract: This work is based on the development of a intelligent polymeric electrical insulator. Intelligent materials are those that have the ability to change some physical property in a controlled manner. In the case of the developed insulator property to be modified is the color. The main objective is that it indicates, by changing its color when it is in fault condition, thereby facilitating system maintenance because one of the major problem of polymeric insulators is identifying its degradation or failure before they cause the shutdown of the power grid due to the short circuit generated. After the analysis of insulators under fault condition used in electrical power systems, it was decided that it would be used the thermochromic property of the insulator to be developed, due to the Joule effect of the failure to heat the material, the heat would change its color, indicating its failure. Thus it was carried out a thermal modeling of the insulator, through testing specimen, computer simulations and was proposed an alternative methodology for thermal modeling contemplating the thermal transitional period. During the modeling has been found the value of heat transfer coefficient of the surface of the insulator (21 W/m2K). After, it was made an insulator with a thermochromic pigment. The color change temperature should be above of room temperature to characterize a failure, so it was applied at 47 °C activation temperature, and it was found by tests that, on an internal fault condition, the insulator not change color in his surface, due it is an opaque material, it would not be possible to identify this fault condition, however, to solve this problem, it was proposed the inclusion of zinc oxide inside, which generated good results and made it technically feasible to use thermochromic property in intelligent polymeric insulator.