História e evolução dos isolantes elétricos

Atividades Práticas Supervisionadas
Introdução
No estudo aplicado de materiais eletroeletrônicos temos
diversas melhorias em equipamentos e em sistemas de proteção desses
equipamentos, sendo que dentro do universo aplicável de eletrônica temos os
isolantes eletrônicos que não deixa de ser um dos assuntos mais importantes
relacionado a eletricidade.
O isolante desde que foi inventada a eletricidade e que foi
repassado a primeira corrente elétrica teve como função proteger o ser humano
e a natureza de descargas e de altas tensão elétricas enviada de um polo ao
outro, no início os primeiros isolantes eletrônicos eram feitos com papel e um
tipo de cola ou resina que eram envolvidos os fios elétricos, porém não eram
muito eficaz em situações como incêndio pois em situações de grandes
descargas elétricas o calor que a corrente transmitia aquecia o papel com a
resina e ambos pegavam fogo.
Porem com as tecnologias avançadas no dia de hoje temos
isolantes elétricos muitos superiores ao do passado e com isso muito mais
proteção.
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Nas páginas a seguir demostraremos a história, a importância
e a melhoria dos isolantes nos sistemas elétricos e o que foi melhorado neste
importante componentes do sistema elétrico.
A HISTÓRIA DO ISOLANTE ELÉTRICO
Objetivo – informar a necessidade de sua utilização (o motivo
pelo qual foi criado) início da necessidade de isolar cabos (transmissão de
dados - telégrafos)
Para que Serve a Isolação?
A função básica da isolação é confinar o campo elétrico gerado
pela tensão aplicada ao condutor no seu interior. Com isso, é reduzido ou
eliminado o risco de choques elétricos e curtos-circuitos.
1. O que determina um material ser isolante – composição
química.
Em alguns tipos de átomos, especialmente os que compõem
os metais - ferro, ouro, platina, cobre, prata e outros -, a última órbita eletrônica
perde um elétron com grande facilidade. Por isso seus elétrons recebem o
nome de elétrons livres.
Estes elétrons livres se desgarram das últimas órbitas
eletrônicas e ficam vagando de átomo para átomo, sem direção definida. Mas
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os átomos que perdem elétrons também os readquirem com facilidade dos
átomos vizinhos, para voltar a perdê-los momentos depois. No interior dos
metais os elétrons livres vagueiam por entre os átomos, em todos os sentidos.
Devido à facilidade de fornecer elétrons livres, os metais são
usados para fabricar os fios de cabos e aparelhos elétricos: eles são bons
condutores do fluxo de elétrons livres.
Já outras substâncias - como o vidro, a cerâmica, o plástico ou
a borracha - não permitem a passagem do fluxo de elétrons ou deixam passar
apenas um pequeno número deles. Seus átomos têm grande dificuldade em
ceder ou receber os elétrons livres das últimas camadas eletrônicas. São os
chamados materiais isolantes, usados para recobrir os fios, cabos e aparelhos
elétricos.
Essa distinção das substâncias em condutores e isolantes se
aplica não apenas aos sólidos, mas também aos líquidos e aos gases. Dentre
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os líquidos, por exemplo, são bons condutores as soluções de ácidos, de bases
e de sais; são isolantes muitos óleos minerais. Os gases podem se comportar
como isolantes ou como condutores, dependendo das condições em que se
encontrem Condutores e Isolantes.
2. Dados históricos – início das transmissões de dados –
primeiras eletrificações – primeiros materiais e processos utilizados
Histórico
Os primeiros cabos isolados de que se tem notícia datam de
1795, utilizados em uma linha telegráfica na Espanha e eram isolados em
papel. Seguiram-se os condutores cobertos por guta percha (uma planta nativa
da Índia), os cabos em papel impregnado em óleo, os cabos em borracha
natural (início do século XX), em borracha sintética (EPR) e PVC (ambos logo
após a Segunda Guerra Mundial).
Embora possuíssem excelentes características isolantes, os
cabos isolados em papel foram perdendo aplicações ao longo do tempo,
principalmente devido à dificuldade de manuseio durante a sua instalação,
sobretudo na realização de emendas e terminações. Isso propiciou a
popularização dos cabos com isolações sólidas, tais como o PVC.
A primeira experiência bem sucedida foi realizada pelo inglês
William Watson, em 1747, quando um condutor feito de juta e com pouco mais
de três quilômetros de extensão foi utilizado para transmitir informações entre
as margens do rio Tamisa, em Londres. Em 1795, o espanhol Dom Francisco
Salva aplicou, pela primeira vez na história dos condutores, papel para isolar
condutores metálicos usados também na transmissão telegráfica. Já a
invenção do primeiro cabo efetivamente isolado é creditada ao barão Von
Schilling que, entre 1812 e 1815, desenvolveu um condutor submarino que
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cruzava o rio Sena para detonação de minas e era feito de fios de cobre e
isolado com um tipo de borracha indiana seca e envernizada.
Com o fim da guerra, Schilling convenceu o imperador russo
Nicolau a construir uma linha telegráfica entre São Petersburgo e Peterhoff, em
1836. As linhas eram formadas por cabos aéreos nus e subterrâneos que
foram isolados individualmente com seda envernizada, amarrados e
impregnados com asfalto.
A experiência deu certo e estimulou pesquisas de novos tipos
de isolação para os cabos de transmissão de dados e, em 1848, a isolação
com uma planta asiática chamada gutta percha foi aplicada em um cabo de
uma linha telegráfica subterrânea com mais de cinco quilômetros, localizada
entre as cidades de Berlim e Gross Berem, ambas na Alemanha.
A utilização da tecnologia dos condutores para a transmissão
de eletricidade se deve a dois fatores: à descoberta das células voltaicas por
Alessandro Volta, em 1800, que permitiu a reprodução repetitiva e contínua da
energia elétrica, e à criação do dínamo em anel por Zénobe Gramme, em 1871,
que possibilitou o uso do gerador de corrente contínua em alta tensão.
O uso dos condutores na transmissão de energia se
popularizou com o processo de iluminação pública iniciado por Thomas Alva
Edison, em 1882, quando o inventor utilizou dois grossos fios de cobre
separados por papel dentro de um tubo de ferro cheio de betume para conduzir
eletricidade para lâmpadas incandescentes, formando o primeiro sistema de
iluminação pública que se tem notícia.
O sistema funcionou com eficiência durante um ano e só foi
substituído porque o professor de engenharia elétrica John Hopkinson criou um
sistema de cabos trefilados para condução de corrente contínua que utilizava
50% menos cobre. Assim, o sistema usado por Edison foi trocado por outro que
usava dentro de cada tubo de ferro, ainda preenchido com betume, três fios de
cobre isolados individualmente com gutta percha e colocados em forma de
triângulo sobre outro condutor.
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Este tipo de condutor foi utilizado para a iluminação de diversas
cidades até meados de 1950, quando os cabos foram substituídos por
tecnologias mais parecidas com as conhecidas atualmente.
As primeiras isolações de condutores elétricos foram as
mesmas utilizadas nos cabos telegráficos, como a planta gutta percha. No final
do século XIX outras substâncias como gomas, fibra de vidro, areia e
compostos betuminosos foram usadas, mas um material, o papel – utilizado
pela primeira vez para isolação de fios e cabos em 1795 – é aplicado até hoje.
As propriedades isolantes do papel foram descobertas e aplicadas pelo
espanhol Francisco Salva, mas foi somente em 1836 que seu uso foi
conhecido, graças à apresentação sobre o tema do cientista Michael Faraday
na Academia Real de Londres.
As primeiras isolações de condutores elétricos foram as
mesmas utilizadas nos cabos telegráficos, como a planta gutta percha. No final
do século XIX outras substâncias como gomas, fibra de vidro, areia e
compostos betuminosos foram usadas, mas um material, o papel – utilizado
pela primeira vez para isolação de fios e cabos em 1795 – é aplicado até hoje.
As propriedades isolantes do papel foram descobertas e aplicadas pelo
espanhol Francisco Salva, mas foi somente em 1836 que seu uso foi
conhecido, graças à apresentação sobre o tema do cientista Michael Faraday
na Academia Real de Londres.
O uso do papel para a isolação foi difundido apenas em 1890,
também em Londres, e o material era impregnado de betume para reduzir a
perda da característica isolante devido à umidade. A isolação em papel facilitou
o aumento das tensões utilizadas em cabos, porém as descargas internas
começaram a provocar perfurações na isolação e o papel começou a perder
espaço no início do século XX.
Essas isolações que utilizam papel impregnado são chamadas
de estratificadas. De acordo com o gerente técnico comercial da Wirex Cable,
Carlos Finck, apesar de atualmente haver isolações melhores, ainda é possível
encontrar alguns condutores com isolação de papel impregnado em óleo fluido,
principalmente em média e alta tensão para a reposição de circuitos antigos.
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“Atualmente no país existem várias linhas de transmissão para tensões
superiores a 145 kV com cabos isolados em papel ainda em operação”,
completa o gerente de marketing de produtos da Prysmian, Rubens Bertim de
Campos.
Depois da isolação em papel, foram utilizadas isolações a óleo,
onde os cabos eram impregnados da substância e mantidos sob pressão por
vasos de compensação ligados a caixas de junção. Ainda no século XIX, foram
utilizados como isolantes a gutta percha, a borracha natural e a borracha
vulcanizada.
Em 1850, o esmalte começou a ser usado para isolação de fios
para enrolamentos de transformadores e motores e em 1910 passou a ser
produzido em larga escala. Este tipo de isolação é utilizado até hoje, mas sua
composição química mudou ao longo da evolução tecnológica, principalmente
com a chegada dos isolantes termoplásticos e termofixos, chamados de
isolação por materiais sólidos.
Os isolantes termoplásticos são o polietileno (PE – pouco
utilizado atualmente no Brasil) e o cloreto de polivinila, mais conhecido como
PVC, plásticos derivados de petróleo. Já os isolantes termofixos são o etileno-propileno,
chamado no mercado simplesmente de EPR, e o polietileno
reticulado, o XLPE.
3. Historia recente – os materiais utilizados nos dias de hoje ( pvc
/ epr / verniz ) ( historia – descoberta – vantagens e
desvantagens ), as normas com realação a utilização, cores
utilizadas , segurança na utilização ( incêndio – nivel isolação ).
Borracha
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Quando os espanhóis começaram a invadir a América do Sul,
sua atenção foi atraída pelo suco de uma planta com que os indígenas
formavam bolas, que saltavam no chão. Uma curiosidade de viajantes em
terras distantes deveria tornar-se, alguns séculos depois, a origem de uma
indústria colossal, a da borracha
Atualmente, a maior fonte desta matéria-prima não é mais o
Brasil, sua pátria de origem, mas a Indonésia, onde as sementes ou as mudas
da Hevea brasiliensis, foram levadas, pelo fim do século XIX
A borracha elástica é látex (isto é, uma substância
esbranquiçada, pegajosa, semelhante ao leite da figueira), segregado pela
casca de uma enorme planta da família das Euforbiáceas, a Hevea brasiliensis,
que cresce, espontânea, nas cálidas e úmidas florestas da América Meridional.
Um látex, com propriedades semelhantes, era extraído de várias outras
espécies vegetais.
A borracha assim obtida, borracha em bruto, deformável como
gesso, deve sofrer uma série de preparos para adquirir os requisitos da
elasticidade, dureza, resistência etc., que fazem dela um dos produtos de
consumo mais necessários no mundo moderno.
Ela é introduzida em máquinas especiais que funcionam mais
ou menos como moedoras de carne, chamadas mastigadoras: elas servem
para misturá-la e empastá-la, libertando-a do líquido e das impurezas. A este
ponto deve-se dizer que os indígenas costumam defumá-la, quando em estado
bruto, obtendo, assim, um produto bastante elástico e impermeável, mas
grudento e, por isso, não é prático para trabalhá-lo.
Na indústria moderna, ao invés, segue-se uma fase importante,
a da mistura, isto é, à borracha são ajuntadas substâncias especiais, capazes
de torná-la dura e elástica para tal fim, emprega-se enxofre ou seus
compostos; juntam-se, ainda, corantes e outras substâncias químicas, capazes
de orientar a reação. A borracha, agora, está pronta para ser utilizada dos
modos mais variados. É-lhe dada a forma definitiva, antes de submetê-la à
vulcanização, cujo processo final a tornará realmente tal qual nós a
conhecemos,
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Tal processo consiste em submeter o material, ao qual forma
acrescidas as substâncias mencionadas, a uma elevada temperatura (cerca de
160º), de maneira que, entre borracha bruta e enxofre, ocorram aquelas
complicadas reações, que dão as características químicas e físicas desejadas.
Misturada a uma quantidade maior de enxofre e levada a uma temperatura
ainda mais alta a borracha se transforma, em ebanite, uma substância dura,
que conhecemos.
As utilizações da borracha são infinitas, e vão das modestas
borrachinhas para apagar escritos (um dos seus usos mais remotos), aos
cabos elétricos, aos fios de tecido, aos tecidos impermeáveis, aos
pneumáticos, às cintas etc.
O consumo e a procura de tal matéria-prima, como é fácil
compreender, são tão grandes que as plantações do Brasil e da Ásia não mais
bastam para satisfazer a indústria. Hoje, se produz borracha sintética, em
quantidades sempre crescentes
PVC.
O que é o PVC?
O Policloreto de Vinila (PVC) é um dos plásticos mais antigos,
avançados, utilizados e estudados da atualidade.
Justus Von Liebig (Sintetizou o Cloreto de Vinila, base do PVC, em 1835)
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1835: O Cloreto de Vinila (VCM) é sintetizado pela primeira vez
em laboratório por Justus Von Liebig.
1839: Victor Regnault publica suas observações sobre a aparição de um pó
branco que se formava quando uma ampola fechada contendo VCM era
exposta a luz solar.
1860: Hoffman publica um informe sobre a obtenção de Polibrometo de Vinila.
1872: Barman sintetiza o Policloreto de Vinila.
1912: Fritz Klate descobre a base para a produção industrial do PVC.
1929: Os Estados Unidos elaboram o primeiro produto comercial de PVC.
1930: A industria alemã começa a produção do PVC.
1940: A comercialização do PVC começa na Inglaterra.
1950: Dá-se início à produção e à comercialização de produtos de PVC na
Argentina.
1956: Se inicia a produção de PVC na Solvay do Brasil (que se
chamava, à época, Eletrocloro). Atualmente, Solvay Indupa do Brasil.
1961: A Indupa S.
Poli (cloreto de vinila) - PVC: um breve histórico
O desenvolvimento das resinas de PVC teve início em 1835,
quando Justus von Liebig descobriu o monômero cloreto de vinila (VC), um gás
à temperatura ambiente com ponto de ebulição igual a -13,8oC. A descoberta
de Liebig fez-se por meio da reação do 1,2-dicloroetano com hidróxido de
potássio em solução alcoólica. Entretanto, foi um de seus alunos, Victor
Regnault, o responsável pela publicação de um trabalho, em 1839, relatando a
ocorrência de um pó branco após a exposição à luz solar de ampolas seladas
preenchidas com cloreto de vinila, o qual pensava-se tratar de poli(cloreto de
vinila) - PVC, mas estudos indicaram tratar-se do poli (cloreto de vinilideno) 1,2.
O primeiro registro da polimerização do cloreto de vinila e da obtenção do PVC
ocorreu em 1872.
Fritz Klatte descobriu na Alemanha o procedimento básico para
a produção do PVC
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Descobriu ainda, em 1915, a polimerização do cloreto de vinila
via radicais livres por meio de iniciadores do tipo peróxidos orgânicos. Porém, a
produção comercial na Alemanha ficou limitada às várias tentativas de se
construir equipamentos capazes de processar o PVC, devido à sua
instabilidade térmica.
Descobriu ainda, em 1915, a polimerização do cloreto de vinila
via radicais livres por meio de iniciadores do tipo peróxidos orgânicos. Porém, a
produção comercial na Alemanha ficou limitada às várias tentativas de se
construir equipamentos capazes de processar o PVC, devido à sua
instabilidade térmica.
No Brasil, a produção comercial do PVC teve início em 1954
em uma planta construída mediante a associação da B. F. Goodrich (EUA) e
das Indústrias Químicas Matarazzo, utilizando tecnologia da primeira.
Atualmente, o PVC é o segundo termoplástico mais consumido em todo o
mundo, com uma demanda mundial superior a 27 milhões de toneladas no ano
de 2001.
Fabricação e Características
O PVC contém 57% de cloro (derivado do cloreto de sódio –
sal de cozinha) e 43% de petróleo.
Através da eletrólise (passagem de uma corrente elétrica pela
água salgada) obtém-se o cloro e a soda cáustica.
O petróleo ao ser refinado, desde a destilaço do óleo cru,
passa por várias etapas até chegar ao etileno.
Ao se reagirem, o cloro e o etileno, ambos em fase gasosa,
dão origem ao DCE (dicloro-etano), representado quimicamente pela equação:
C2 + h2 (etileno) + CL2 (cloro) = 2h2CL2 (1,2-dicloroetano)
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e por um processo em um circuito fechado, o DCE sofre uma
transformação e obtem-se o MVC, também em estado gasoso, representado
por :
C2h2CL2 (DCE) = 2h2CL (monômero cloreto de vinila) + HCL.
Finalmente, através do agrupamento destes monômeros, mais
conhecido como processo de Polimerização, formam-se os polímeros,
moléculas gigantes de Policloreto de Vinila, o nosso conhecido PVC.
A resina de PVC é um pó muito fino na cor branca e totalmente
inerte.
Como características principais podem citar:
Leve, com pêso específico variando de 1,30 a 1,70 g/cm³
Versátil, em função dos vários processos em que pode ser utilizado
Resistente ao fogo, não propaga as chamas – auto-extinguível
Inerte, não possuí cloro livres na sua fabricação final
Isolante, térmico, elétrico e acústico
Impermeável, resiste bem a diversos gases e líquidos
Resistente, possuí uma resistência boa a choques
Durável, em função do produto fabricado pode chegar a 50 anos
Reciclável, adequando-se perfeitamente a grande preocupação de nosso
planeta, que é a reciclagem de materiais plásticos.
PVC
Vantagens do PVC
Produzido a partir do Sal (NaCl) e principalmente do Petróleo, é
um dos plásticos mais utilizados da atualidade.
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A principal vantagem do PVC é a sua versatilidade:
Mediante a adição de aditivos podemos mudar as
características do produto final
Vantagens: O PVC tem grandes vantagens, pois comporta alto
teor de aditivos que lhe conferem excelentes propriedades de isolação térmica
e elétrica, grande resistência à água, a agentes químicos (ácidos e bases), a
óleos e hidrocarbonetos, além de alta flexibilidade. É também um produto com
excelente relação custo-benefício.
Processo de fabricação: Os fios e cabos são produzidos através do processo
de extrusão, pelo qual se consegue uma excelente isolação dos núcleos
metálicos ou dos feixes de cabos.
Peças com várias durezas (desde produtos rígidos como tubos
e conexões até produtos flexíveis como sandálias e mangueiras de jardim).
Esta versatilidade faz com que o PVC esteja presente em
nosso dia a dia nos mais diversos setores da economia:
Construção civil (forros, perfil de janelas, tubos, conexões,
tapetes de banheiro, fios e cabos, mangueiras de jardim, conduites, pisos,
juntas de dilatação e etc...)
Principais características do PVC
Durabilidade: Produtos confeccionados a partir do PVC têm
vida longa, viabilizando a sua aplicação em bens duráveis como tubos para
água e esgoto, fios e cabos, perfis industriais, janelas, forros e etc..
Não inflamável: devido ao cloro existente em sua molécula, o PVC não se
queima com facilidade nem inflama sozinho. Por esta razão é extensivamente
empregado para isolar e proteger cabos elétricos e para outros insumos na
indústria da construção, automobilística, eletrodomésticos, bens de uso, etc.
Estável quimicamente: De uma maneira geral o PVC tem boa resistência a
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ácidos e bases o que viabiliza a sua utilização na indústria médico/hospitalar,
alimentícia e industrial. Devido a sua inércia química a embalagem de PVC
preserva as propriedades organoléticas do produto embalado.
Recuperação de energia: o PVC tem um alto valor energético.
Nos sistemas modernos de valorização energética de resíduos, onde as
emissões são muito controladas, o PVC pode fornecer energia e calor na
indústria, residências ou em outros lugares.
Fácil de processar: trabalhando com equipamentos
adequados, o PVC é transformado na maioria dos processos industriais de
transformação de materiais termoplásticos (injeção, extrusão, calandragem,
sopro e etc...)
Fácil de reciclar: Devido ao fato de ser uma resina
termoplástica o PVC é 100% reciclável.
Propriedades de barreira: baixa permeabilidade ao oxigênio e ao gás
carbônico o que viabiliza sua aplicação na indústria de alimentos.
Fonte: www.planetaplastico.com.br
Principais Características das Isolações Sólidas
De um modo geral, as isolações sólidas possuem uma boa
resistência ao envelhecimento em serviço, uma reduzida sensibilidade à
umidade e, desde que necessário, podem apresentar um bom comportamento
em relação ao fogo. Vejamos a seguir as principais características específicas
do composto isolantes mais utilizados atualmente: o PVC.
Cloreto de Polivinila (PVC)
• é, na realidade, uma mistura de cloreto de polivinila puro
(resina sintética), plastificante, cargas e estabilizantes;
• sua rigidez dielétrica é relativamente elevada, sendo possível
utilizar cabos isolados em PVC até a tensão de 6 kV;
• sua resistência a agentes químicos em geral e a água é
consideravelmente boa;
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• possui boa característica de não propagação de chama.
Em relação à tensão elétrica, como vimos anteriormente, o
PVC está limitado a 6 kV, o que o torna recomendado para emprego em cabos
de baixa tensão, seja de potência, de controle, de sinal ou para ligação de
equipamentos.
A principal característica construtiva dos cabos associada com
a tensão elétrica é a espessura da isolação. Ela varia de acordo com a classe
de tensão do cabo e da qualidade do material utilizado e é fixada pelas
respectivas normas técnicas aplicáveis. Em geral, quanto maior a tensão
elétrica de operação do cabo, maior a espessura da isolação.
A Corrente Elétrica
É sabido que todo condutor elétrico percorrido por uma
corrente aquece. E também é sabido que todos os materiais suportam, no
máximo, determinados valores de temperatura, acima dos quais eles começam
a perder suas propriedades físicas, químicas, mecânicas, elétricas etc.
Desse modo, a cada tipo de material de isolação correspondem
três temperaturas características que são:
• Temperatura em Regime Permanente
É a maior temperatura que a isolação pode atingir continuamente em serviço
normal. É a principal característica na determinação da capacidade de
condução de corrente de um cabo.
• Temperatura em Regime de Sobrecarga
É a temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de sobrecarga.
Segundo as normas de fabricação, a duração desse regime não deve superar
100 horas durante doze meses consecutivos, nem superar 500 horas durante a
vida do cabo.
• sua resistência a agentes químicos em geral e a água é
consideravelmente boa;
• Temperatura em Regime de Curto-circuito
É a temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de curto-circuito.
Segundo as normas de fabricação, a duração desse regime não deve
superar 5 segundos durante a vida do cabo.
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A tabela 3 indica as temperaturas características das isolações
em PVC e EPR.
Tempe
ratura em Regime (°C)
Temperat
ura em Sobrecarga (°C)
Temperatu
ra em curto-circuito (ºC)
70 100 160
Temperaturas Características do PVC
Tempe
ratura em Regime (°C)
Temperat
ura em Sobrecarga (°C)
Temperatu
ra em curto-circuito (ºC)
70 100 160
Tabela 4: Principais características do PVC
Figura 2: Tipos de cabos elétricos de potência em baixa tensão
www.ipce.com.br/introducao.php
EPR
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Resumo: Materiais poliméricos dielétricos como os elastômeros
a base de poli (etileno/propileno/1,4-hexadieno). também denominados EPDM
ou borrachas EPR, são usualmente empregados no isolamento elétrico de
cabos de alta tensão. A rigidez dielétrica destes materiais é uma das
propriedades mais significativas na avaliação do seu comportamento, em
função das condições de operação (gradiente elétrico e temperatura) e do
ambiente. Trabalhos anteriores revelaram que as descargas elétricas
destrutivas não ocorrem ao acaso: as perfurações se encontram,
preferencialmente, em determinadas regiões do dielétrico. Isto sugeriu que
alguma não uniformidade pudesse existir no isolamento, talvez em sua
composição química. Para verificar esta hipótese, foi realizada a análise da
distribuição de alguns componentes da borracha EPDM em amostras de cabo
(138 kV). No monitoramento dos ingredientes foram exploradas diversas
técnicas de análise físico-química, como: espectroscopia foto-acústica,
fluorescência de raios-X, espectrometria de massa e termogra- vimetria. Os
resultados mostraram flutuações de composição da borracha em alíquotas
colhidas em diferentes pontos do dielétrico, algumas dessas variações relativas
foram: caulim 5,7%, óxido de chumbo (mínimo) 8.7%, óxido de zinco 13.8% e
perda de parafina de 20% a 40% em massa. O caulim é uma carga de reforço
e enchimento, os óxidos de chumbo e de zinco e o antioxidante são agentes
estabilizantes da borracha e a parafina é um agente de processo. Estas
variações foram atribuídas a: i) alterações na composição do composto
dielétrico, de ponto a ponto; ii) alteração nas propriedades termofisicas do
composto, ponto a ponto. As flutuações de composição e de propriedades
térmicas do composto causam flutuações na constante dielétrica, de ponto a
ponto. Em consequência, alguns pontos do isolante estão sujeitos a gradientes
de potencial elétrico maiores que outros, sendo mais sujeitos á ruptura
dielétrica. Os resultados obtidos permitem que se planeje um outro trabalho, no
qual seja verificada a hipótese de correlação entre sitios de maior frequência de
perfuração e sítios com defeito ou excesso de um ou mais constituintes do
composto.
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O polietileno reticulado, conhecido no mercado como XLPE,
em sua reticulação passa por um processo interno de transformação parecido
com a vulcanização de uma borracha, com isso, o material deixa de estar
sujeito a fissuras que poderiam ocorrer na utilização da resina em seu estado
original. A reticulação também otimiza o comportamento mecânico do
polietileno e aumenta a resistência à intempéries e ao fogo.
Temperaturas Características do EPR
Cobertura
Em algumas aplicações, é necessário que a isolação seja
protegida contra agentes externos tais como impactos, cortes, abrasão,
agentes químicos, etc.
Nesses casos, os cabos elétricos são dotados de uma
cobertura e são então chamados de cabos unipolares ou multipolares.
A escolha do material de cobertura deve levar em conta os
diversos agentes externos, sendo que para aplicações de uso geral, com
solicitações externas “normais”, o material mais utilizado como cobertura é o
PVC, cujas características principais encontram-se nas tabelas 4 e 5.
Características mecânicas
M
B
Nível de perdas dielétricas R
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Resistência as intempéries
B
Resistência a propagação de chama
B
Resistência ao ozônio
E
Resistência ao calor
B
Resistência ao óleo
B
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Cabos de média tensão epr 3,6/6kV a 20/35kV
Características Construtivas cabos de média tensão EPR
Condutor encordoado formado por fios de cobre eletrolìtico
nú, têmpera mole, encordoamento classe 2.
Blindagem do condutor: composto termofixo semi-condutor (exceto para
classe de tensão 3,6/6KV)
Isolação em composto termofixo à base de borracha Etileno Propileno (EPR).
Blindagem da isolação em composto termofixo semicondutor (exceto para
classe de tensão 3,6/6KV)
Fios coloridos de identificação.
Blindagem metálica em fios de cobre nú, t êmpera mole, aplicados
helicoidalmente.
Fita poliester separadora.
Cobertura: composto termosplástico à base de PVC do tipo ST2, na cor preta.
ESPECIFICAÇÕES APLICÁVEIS: ABNT NBR 7286, 6251 e 6880.
EMPREGO: Cabos de média tensão epr são utilizados em circuitos de
alimentações e distribuição de energia elétrica, em subestações, instalações
industriais e comerciais, podendo ser instalado ao ar livre, eletrodutos
metálicos, canaletas ou mesmo diretamente enterrados no solo. Não são
atacados por umidade, água doce ou salgado, acídos, álcais, sais, óleo ou
graxas.
TEMPERATURA MÁXIMA DO CONDUTOR
Em regime contínuo: 90ºC.
Em regime de sobrecarga: 130ºC (100 horas por ano e um total de 500
horas ao longo da vida do cabo).
Em regime de curto-circuito: 250ºC.
NOTA: Os Cabos de média tensão epr, podem também ser
produzidos com condutores de aluminio.

Características gerais dos cabos elétricos de potência em baixa tensão
Resistência à chama
Um cabo elétrico pode apresentar um volume significativo de
material combustível na isolação, na cobertura (quando ela existir) e,
eventualmente, em outros componentes. Assim, é importante que, quando da
ocorrência de um incêndio, os cabos não sejam agentes propagadores da
chama, colocando em perigo as pessoas e o patrimônio.
Com o objetivo de garantir que os cabos sejam resistentes à
chama, eles são ensaiados de modo a comprovar que uma chama não possa
se propagar indevidamente pelo cabo, mesmo em casos de exposições
prolongadas ao fogo.
Para os cabos isolados em PVC, é previsto o Ensaio de
queima vertical (fogueira), conforme a NBR 6812: trata-se de submeter um
feixe de cabos de 3,5 m de comprimento à chama produzida por um queimador
padrão, durante 40 minutos. Ao final da exposição, o dano provocado pelo fogo
deve estar limitado a um certo comprimento da amostra ensaiada.
Os condutores isolados que superam o ensaio de queima
vertical são designados por BWF e os cabos unipolares ou multipolares são
chamados de resistentes à chama.
Mais do que estética, a identificação por cores dos condutores
em uma instalação elétrica tem como finalidade facilitar a execução das
conexões, emendas e todas as intervenções em geral para manutenção. Além
disso, a correta identificação aumenta em muito a segurança das pessoas que
lidam com o sistema.
XLPE
21

O XLPE também é resistente às deformações térmicas em até
250 ºC e tem desempenho satisfatório quando opera em baixas temperaturas,
mantendo sua estabilidade química.
Os condutores com XLPE são comumente utilizados em baixa
e média tensão, mas sua aplicação em instalações com tensão superior a 15
kV exige cautela, pois esse tipo de isolação possui dispersão alta da rigidez
dielétrica e pode apresentar treeing. Esse tipo de isolação só não é
recomendada para aplicações em que os cabos serão submetidos a algum tipo
de umidade, como instalações subterrâneas ou em canaletas. “Sem os
cuidados adequados de projeto e processo, a isolação em XLPE apresenta
uma maior propensão à formação de arborescência”, completos Campos.
Mais proteção
Além da isolação, os condutores podem ter em sua
composição um fino revestimento de metal ou liga para evitar corrosão do
metal e até mesmo a degradação pela presença de atmosfera agressiva no
ambiente da instalação. O fio estanhado, por exemplo, possui essa
característica.
A cobertura pode ser composta dos mesmos materiais usados
na isolação, sendo que o mais utilizado é o PVC, mas não possui a mesma
composição do polímero usado na isolação, pois não tem função isolante, mas
sim de resistência mecânica e/ou química. Também podem ser usados na
cobertura o neoprene e o hypalon, que são geralmente aplicados em cabos
para instalações que exigem desempenhos mecânico e/ou químico específicos,
como plataformas de petróleo.
22

O Dimensionamento dos Cabos em Função da Isolação
As duas principais solicitações a que a camada da isolação
está sujeita são o campo elétrico (tensão) e a temperatura (corrente).
NORMAS BRASILEIRAS PARA ISOLACOES ELETRICAS
A norma brasileira de instalações de baixa tensão (NBR
5410/97) faz recomendações claras a respeito da maneira adequada para se
identificar os componentes em geral e os condutores em particular.
A seguir, são destacados os itens da Norma Brasileira relativos
à identificação dos condutores.
Condutor Neutro
“6.1.5.3.1 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de
cabo multipolar utilizado como condutor neutro deve ser identificado conforme
essa função”. Em caso de identificação por cor, deve usada a cor azul-claro na
isolação do condutor isolado ou da veia do cabo multipolar, ou na cobertura do
cabo unipolar.
“NOTA - A veia com isolação azul-claro de um cabo multipolar
pode ser usada para outras funções, que não a de condutor neutro, se o
23

circuito não possuir condutor neutro ou se o cabo possuir um condutor
periférico utilizado como neutro.”
Observe que a norma não obriga o uso de cores para
identificar um condutor, uma vez que ela diz: "Em caso de identificação por
cor ....". Em alternativa às cores, podem ser utilizadas gravações numéricas
aplicadas na isolação do cabo ou também podem ser empregados sistemas
externos de identificação tais como anilhas, adesivos, marcadores, etc.(figura
2).
Outro ponto importante está destacado na Nota anterior, onde
se permite o uso da cor azul-clara para outra função apenas no caso da veia de
um cabo multipolar. Ou seja, mesmo que uma instalação não possua o neutro,
caso se utilizem condutores isolados e/ou cabos unipolares, o azul-claro não
poderá ser utilizado em nenhuma hipótese.
Condutor de proteção
“6.1.5.3.2 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de
cabo multipolar utilizado como condutor de proteção (PE) deve ser identificado
de acordo com essa função”. Em caso de identificação por cor, deve ser usada
a dupla coloração verde-amarelo (cores exclusivas da função de proteção), na
cabo unipolar.
“NOTA - Na falta da dupla coloração verde-amarelo, admite-se,
provisoriamente, o uso da cor verde.”
Nesse caso, não se admite utilizar, sob nenhuma hipótese, as
cores verde-amarela e verde para outra função que não a de proteção. Quanto
ao termo " admite-se, provisoriamente...", não há nenhuma data limite
estabelecida para se eliminar o uso da cor verde como proteção. Aliás, é mais
comum encontrar-se no mercado o cabo totalmente verde do que o verde-amarelo.
24

Condutor PEN
Trata-se aqui do condutor com dupla função: proteção (PE) e
neutro (N). Lembre-se que seu uso ocorre nos sistemas de aterramento tipo
TN-C e que há limitações quanto à seção nominal mínima desses condutores
(ver item 6.4.6.2 da NBR 5410/97). Sobre a identificação do PEN, temos:
"6.1.5.3.3 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de
cabo multipolar utilizado como condutor PEN deve ser identificado de acordo
com essa função. Em caso de identificação por cor, deve ser usada a cor azul-claro,
com anilhas verde-amarelo nos pontos visíveis ou acessíveis, na
cabo unipolar."
Os " pontos visíveis ou acessíveis..." mencionados ocorrem,
por exemplo, no interior dos quadros, caixas de passagem e de ligações.
Condutor Fase
"6.1.5.3.4 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de
cabo multipolar utilizado como condutor de fase deve ser identificado de acordo
com essa função. Em caso de identificação por cor, poderá ser usada qualquer
cor, observadas as restrições estabelecidas em 6.1.5.3.1, 6.1.5.3.2 e 6.1.5.3.3.
NOTA - Por razões de segurança, não deve ser usada a cor da
isolação exclusivamente amarela, onde existir o risco de confusão com a dupla
coloração verde-amarelo, cores exclusivas do condutor de proteção."
25

Resumidamente, os fases podem ser de qualquer cor, exceto
azul-claro, verde ou verde-amarela.
Cobertura dos cabos de baixa tensão uniu ou multipolares
Analisando-se os itens anteriores, verificamos que, no caso de
identificação por cores, as coberturas dos cabos unipolares devem ser azul-claro
para o condutor neutro e PEN, verde ou verde-amarela para o PE e de
qualquer outra cor que não as anteriores para os fases
Já para os cabos multipolares, em princípio, a cobertura pode
ser de qualquer cor, uma vez que as prescrições referem-se apenas às veias
no interior do cabo. Uma recomendação sensata, no entanto, é não se utilizar
coberturas de cabos multipolares nas cores azul-clara, verde ou verde-amarela,
para que não haja confusão com as funções de neutro e proteção.
Maneiras de instalar recomendadas para cabos de potência em
baixa tensão
A instalação de cabos de potência em baixa tensão no Brasil é
normalizada pela NBR 5410 - Instalações Elétricas de Baixa Tensão.
Ela prevê que os cabos devem ser instalados em função do
seu tipo construtivo, ou seja, considerando-se se eles são condutores nus,
condutores isolados, cabos unipolares ou cabos multipolares, conforme a
tabela 6.
Método de Instalação
Tipo de Cabo Eletroduto Moldura Diretamente
fixados
Badeja
escada
para
cabos
prateleira
Suporte Calha Direto
(sem
fixação)
Sobre
Isoladores
Cond. Isolados + + - - - + - +
Cabos + + + + + + + +
26

Unipolares
Cabos
Multipolares
+ 0 + + + + + 0
Condutor Nu - - - - - - - +
Escolha do tipo de linha elétrica
AS NORMAS
A norma ABNT NBR NM 280 apresenta a construção
padronizada de condutores elétricos, em que constam as chamadas classes de
encordoamento. As classes 1 e 2 são chamadas de rígidas e as classes 4, 5 e
6 são flexíveis. Por razões fabris, a classe 3 praticamente não é produzida. Os
condutores flexíveis mais utilizados são os de classe 4 e 5, sendo que os de
classe 6, por serem extremamente flexíveis, são aplicados em instalações
especiais, como as metroviárias e de mineração.
O condutor isolado é um tipo de fio ou cabo que possui apenas
a isolação. Já os fios e cabos nus não possuem revestimento, isolação ou
cobertura, sendo compostos apenas da parte metálica que conduz eletricidade.
São geralmente instalados em locais de difícil acesso, em que a ausência de
camadas protetoras não represente risco elevado para pessoas e
equipamentos, como linhas de transmissão e distribuição. “As redes elétricas
que empregam cabos nus são largamente utilizadas, mas apresentam um risco
maior do que as redes isoladas, principalmente quando a construção das
cidades é desordenada e as redes elétricas, mesmo as de média tensão, ficam
próximas das edificações e, consequentemente, das pessoas
O cabo unipolar é composto por isolação e cobertura e é
conhecido como cabo 0,6/1 kV unipolar. Podem ser fabricados com isolação
em PVC, EPR ou com isolação e cobertura compostas de materiais livres de
halogênio. Podem ser utilizados em todos os tipos de instalação de potência
em condutos abertos ou fechados.
27

Os cabos multipolares, como o próprio nome já diz, são
formados por dois ou mais condutores isolados, sendo que cada um deles é
chamado de veia e os condutores podem ser nomeados como bipolar, tripolar e
tetrapolar, de acordo com o número de veias contido nos cabos. Os cabos
multipolares devem possuir, pelo menos, cobertura e são conhecidos como
cabos 0,6/1 kV multipolares. Assim como os condutores unipolares, os
multipolares podem ser usados em condutos abertos e fechados e podem ser
isolados com EPR ou PVC, ou ainda possuir cobertura e isolação livres de
halogênio.
Os cabos multipolares começaram a ser utilizados com maior
intensidade no Brasil após a produção em larga escala dos condutores
flexíveis. Quando predominava o uso do condutor rígido, os cabos multipolares
eram pouco utilizados devido à dificuldade de instalação.
Um cabo multipolar composto por um condutor centralizado e
por camadas isoladas de condutores colocados concentricamente, é chamado
de cabos concêntricos. Os cabos multipolares podem também ser chamados
de cabos secos quando sua isolação é composta apenas por substâncias
sólidas.
Os cabos multiplexados são compostos de dois ou mais
condutores isolados colocados de forma helicoidal e não possuem cobertura.
Os multiplexados do tipo auto-sustentado, também conhecido como cabo pré-reunido,
contam com um condutor ou outro elemento de sustentação que pode
ser isolado. Os condutores que formam os cabos multiplexados também são
chamados de veias.
Há ainda as cordoalhas, constituídas por um condutor muito
flexível e em forma de tecido de fios metálicos, e os cordões, que são cabos
também flexíveis, compostos de alguns condutores isolados torcidos ou em
paralelo, usados para ligação de equipamentos portáteis.
Os fios ou cabos nus, cobertos ou isolados, cabos
multiplexados, unipolares ou multipolares ou cordões são considerados cabos
de potência, pois são destinados à condução de corrente em locais de geração,
transmissão e distribuição de energia, além de alimentação de equipamentos
28

elétricos. Os cabos de potência podem apresentar seções de 1,5 mm2 a até
mais de 1.000 mm2 e podem ser classificados por diferentes características,
tais como classe de tensão, material de isolação, tipo de condutor, tipo de
proteção externa, etc.
Os cabos de potência também podem ser isolados a óleo, ou
gás, sob pressão quando um fluido com função isolante mantém sua isolação
em uma pressão mais elevada que a encontrada na atmosfera. Esse tipo de
cabo é comumente usado em distribuição e transmissão em altas potências,
como no caso das redes de concessionárias.
Os cabos elétricos também podem ser classificados como
cabos de controle, que são multipolares usados na transmissão de sinais para
o controle de sistemas e equipamentos, principalmente em processos
industriais. Eles possuem uma composição similar aos cabos multipolares de
potência, mas como transmitem apenas sinais, apresentam seções menores,
de no máximo 10 mm2 e, geralmente, um número maior de condutores do que
os cabos de potência, podendo passar de 50 condutores em um mesmo cabo.
Segurança em incêndios
É comum que condutores elétricos interliguem dois andares de
um mesmo prédio ou duas áreas de uma mesma edificação, por exemplo, e em
caso de incêndio o cabo elétrico não pode ser um caminho para as chamas se
espalharem. Isto porque os materiais isolantes convencionais podem emitir
grande quantidade de fumaça e gases tóxicos quando são consumidos pelas
chamas e podem, em alguns casos, dificultar a saída e a respiração de
pessoas na área do incêndio.
Sendo assim, em alguns tipos de instalação os materiais da
isolação e/ou da cobertura dos cabos elétricos devem ser não halogenados.
Esta característica é garantida por meio de aditivação dos polímeros utilizados
na isolação e/ou na cobertura dos cabos. Os cabos que recebem esses
29

materiais são chamados de cabos livres de halogênios, com baixa emissão de
fumaça e gases tóxicos. Além dessas características, tais cabos não devem
propagar a chama Um exemplo de material não halogenado utilizado em cabos
é o Etileno Vinil Acetato (EVA).
Inicialmente, estes materiais (não halogenados) foram
desenvolvidos para aplicações especiais, como submarinos, navios e metrô,
mas atualmente podem ser utilizados em todos os tipos de instalações
elétricas. A ABNT NBR 5410 e a ABNT NBR 13570 já obrigam a sua aplicação
em locais de grande afluência de público, como shoppings, aeroportos e
hospitais, além de prédios altos, em que a fuga em caso de incêndio possa ser
dificultada.
Os condutores e cabos isolados podem ser classificados em
diferentes categorias, de acordo com seu comportamento quando expostos ao
fogo. Os condutores que queimam rapidamente mesmo quando em contato
com o fogo por pouco tempo são chamados de propagadores de chama. O
XLPE e o EPR estão nessa categoria e continuam a queimar mesmo quando
não há mais contato com o fogo. Já os condutores com propagação reduzida
da chama dependem do tempo de contato e intensidade do fogo, como os
cabos de cobre isolados com PVC do tipo BW.
Os condutores ainda podem ser resistentes à chama, ou seja,
não propagam o fogo mesmo quando expostos a ele por longos períodos.
Porém, muitos materiais resistentes à chama são halogenados e para se
adequarem aos condutores usados em instalações em locais com grande
afluência de público devem ser fabricados e ensaiados conforme a ABNT NBR
13248.
Normas técnicas
• ABNT NBR NM 247-3 – cabos isolados com PVC para
tensões nominais até 450 V / 750 V
30

• ABNT NBR1 3249 – cabos e cordões flexíveis para tensões
até 750 V
• ABNT NBR 6524 – fios e cabos de cobre duro e meio duro
com ou sem cobertura protetora para instalações aéreas
• ABNT NBR 7270 – cabos de alumínio com alma de aço para
linhas aéreas
• ABNT NBR 7271 – cabos de alumínio para linhas aéreas
• ABNT NBR 7285 – cabos de potência com isolação sólida
extrudada de XLPE para tensão de 0,6/1 kV – sem cobertura
extrudada de EPR para tensões de 1 kV a 35 kV
extrudada de XLPE para tensões de 1 kV a 35 kV
extrudada de PVC ou PE para tensões de 1 kV a 6 kV
• ABNT NBR 8182 – cabos de potência multiplexados auto-sustentados
com isolação extrudada de PE ou XLPE para tensões até 0,6/1 kV
• ABNT NBR 8344 – cabos de potência com isolação de papel
impregnado para tensões de 1 kV a 35 kV
• ABNT NBR 8661 – cabos de formato plano com isolação
sólida extrudada de PVC para tensões até 750 V
• ABNT NBR 9024 – cabos de potência multiplexados auto-sustentados
com isolação sólida extrudada de EPR ou XLPE para tensões de
10 kV a 35 kV
• ABNT NBR 9113 – cabos flexíveis multipolares com isolação
sólida extrudada de borracha sintética para tensões até 750 V
• ABNT NBR 9375 – Cabos de potência com isolação sólida
extrudada de EPR blindados, para ligações móveis de equipamentos para
tensões de 3 kV a 25 kV
• ABNT NBR 10298 – cabos de alumínio liga para linhas aéreas
• ABNT NBR 10712 – cabos de aço-alumínio nus para linhas
aéreas
31

• ABNT NBR 13248 – cabos de potência e controle e
condutores isolados sem cobertura, com isolação extrudada e com baixa
emissão de fumaça para tensões até 1 kV
• ABNT NBR 13249 – cabos e cordões flexíveis para tensões
até 750 V
Fonte: Portal O setor elétrico.com.br
CONCLUSÃO
Concluímos que o estudo dos isolantes neste trabalho
realizado, sabemos compreender e definir a importância de uma isolação
elétrica e também quais materiais são utilizados para realização e fabricação
de um isolante.
É preciso uma boa isolação elétrica para que não tenha-se
perdas em um sistemas e que deixarmos um determinado ponto sem isolação
corre-se o risco de altas tensões e até possíveis acidentes no local da falta de
isolação.
Conhecendo a história dos isolantes e a sua importância para a
elétrica nos dias de hoje podemos afirmar que a isolação elétrica é tão
importante quanto a própria corrente elétrica e a eletricidade
32

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