Os isoladores de barramento são componentes críticos em sistemas eléctricos, fornecendo isolamento elétrico e suporte mecânico para condutores de corrente. Os seus processos de fabrico evoluíram significativamente para satisfazer as exigências das modernas redes de distribuição de energia, que requerem elevada fiabilidade, estabilidade térmica e resistência ambiental. Este relatório sintetiza os mais recentes avanços e metodologias tradicionais na produção de isoladores de barramento, destacando a seleção de materiais, técnicas de fabrico, controlo de qualidade e considerações ambientais.
Seleção e preparação de materiais
Materiais de base
Os isoladores de barramento são fabricados a partir de materiais dieléctricos optimizados para resistência eléctrica, resistência mecânica e estabilidade térmica. Os materiais mais comuns incluem:
- Compósitos de polímeros: O Bulk Molding Compound (BMC) e o Sheet Molding Compound (SMC), reforçados com fibra de vidro, dominam as aplicações de baixa e média tensão devido à sua natureza leve, elevada rigidez dieléctrica (~4 kV/mm) e resistência ao calor (até 140°C).
- Porcelana: Preferida para as instalações exteriores de alta tensão, a porcelana oferece uma durabilidade e uma resistência às intempéries excepcionais. A sua produção envolve argila de alumina de alta pureza cozida a temperaturas superiores a 1.200°C para obter uma estrutura densa e não porosa.
- Resinas epoxídicas: Utilizado para encapsular barramentos, o epóxi proporciona um isolamento robusto e proteção ambiental. As formulações avançadas incorporam cargas de sílica para melhorar a condutividade térmica e reduzir as diferenças de CTE (Coeficiente de Expansão Térmica).
- Termoplásticos: Materiais como o sulfureto de polifenileno (PPS) e a poliamida (PA66) são cada vez mais utilizados em isoladores moldados por injeção para aplicações a alta temperatura (até 220°C) em veículos eléctricos e sistemas de energia renovável.
Preparação do material
As matérias-primas são objeto de um tratamento prévio rigoroso:
- Compósitos de polímeros: Os granulados de BMC/SMC são pré-aquecidos a 80-100°C para reduzir a viscosidade antes da moldagem. O teor de fibra de vidro (20-30% por peso) é optimizado para a resistência mecânica.
- Porcelana: A argila, o caulino, o feldspato e o quartzo são pulverizados a <100 μm, misturados em proporções precisas e extrudidos em peças em bruto. São aplicados compostos de vidro (por exemplo, castanho RAL 8016 ou cinzento ANSI 70) para aumentar a resistência à poluição.
- Epóxi: Os sistemas de duas partes (resina + endurecedor) são desgaseificados sob vácuo para eliminar as bolhas de ar, garantindo propriedades de isolamento uniformes.
Processos de fabrico
1. Moldagem por compressão
Passos:
- Preparação do molde: Os moldes de aço são aquecidos a 150-180°C.
- Carregamento de material: As cargas de BMC/SMC previamente pesadas são colocadas na cavidade do molde.
- Compressão: As prensas hidráulicas aplicam 100-300 toneladas de força, curando o material em 2-5 minutos.
- Desmoldagem e acabamento: Os isoladores são ejectados, rebarbados e sujeitos a tratamentos de superfície (por exemplo, revestimento de silicone para resistência aos raios UV).
Aplicações: Isoladores hexagonais de baixa tensão (16-70 mm de altura) com inserções em latão ou aço zincado.
2. Moldagem por injeção
Passos:
- Preparação do barramento: Os condutores de cobre ou alumínio são estampados, revestidos (estanho, níquel) e limpos.
- Montagem do molde: Os condutores são posicionados em moldes multi-cavidades utilizando braços robotizados para maior precisão (tolerância de ±0,1 mm).
- Injeção de resina: Os termoplásticos (por exemplo, PA66, PPS) são injectados a 280-320°C e a 800-1.200 bar de pressão, formando uma camada de isolamento sem costuras.
- Arrefecimento e ejeção: Os canais de arrefecimento mantêm a temperatura do molde a 80-100°C, com tempos de ciclo de 30-90 segundos.
Vantagens:
- Permite geometrias complexas (por exemplo, formas em J, conectores de várias camadas).
- As linhas de produção automatizadas atingem um rendimento >99,5% e um rendimento de 500-1.000 unidades/hora.
3. Laminação para isoladores de alta tensão
Passos:
- Empilhamento de camadas: As camadas alternadas condutoras (cobre) e isolantes (pré-impregnado) são alinhadas utilizando sistemas guiados por laser.
- Aplicação de adesivo: Os adesivos epoxídicos ou acrílicos curáveis são pulverizados/rolados sobre as camadas (cobertura: 50-80 g/m²).
- Pressionar: As placas aquecidas (150-200°C) aplicam uma pressão de 10-20 MPa durante 30-60 minutos, unindo as camadas e minimizando a formação de vazios (<0,5%).
Controlo de qualidade e testes
Ensaios eléctricos:
- Resistência dieléctrica: Os isoladores suportam 2,5-4x a tensão nominal sem avaria.
- Descarga parcial (PD): Níveis aceitáveis <5 pC a 2,55 kV.
Ensaios mecânicos:
- Carga em cantilever: Os isoladores de porcelana A20/A30 suportam cargas estáticas de 8-12 kN.
- Ciclo térmico: -40°C a +130°C durante 50 ciclos sem fissuração.
Considerações ambientais e económicas
Iniciativas de sustentabilidade:
- Polímeros de base biológica: O PA66 derivado do óleo de rícino reduz a pegada de carbono em 40%.
- Reciclagem: Os isoladores de porcelana são triturados em agregados para a construção de estradas, alcançando uma reciclabilidade 95%.
Factores de custo:
- O cobre constitui 60-70% dos custos dos isoladores de barramentos, levando à sua substituição por alumínio em aplicações de baixa corrente.
- A moldagem por injeção automatizada reduz os custos de mão de obra para <10% das despesas totais.
Conclusão
O fabrico de isoladores de barramento integra a ciência dos materiais, a engenharia de precisão e uma rigorosa garantia de qualidade para satisfazer as exigências em evolução da eletrificação global. Os métodos tradicionais, como a moldagem por compressão, continuam a ser predominantes para aplicações de baixa tensão, enquanto as técnicas avançadas, como a moldagem por inserção e a laminação de pré-impregnados cerâmicos, abordam desafios de alta tensão e alta temperatura. As inovações no fabrico de aditivos e nos materiais de base biológica prometem melhorar ainda mais a sustentabilidade e o desempenho. À medida que os mercados das energias renováveis e dos veículos eléctricos se expandem, os fabricantes têm de equilibrar a eficiência de custos com a necessidade de isoladores que ofereçam uma fiabilidade sem paralelo em diversas condições ambientais. A investigação futura deve centrar-se nos compósitos melhorados por nanotecnologia e na otimização de processos baseada em IA para alargar os limites do desempenho dos isoladores.
Blogue relacionado
Isolador de barramento Fabricante
O que é um isolador de barramento?
