Descarga nas Extremidades das Bobinas de Motores de Alta Tensão e Tratamento Anti-Corona

I. Causas e Perigos da Descarga nas Extremidades das Bobinas

As extremidades das bobinas estatóricas de motores de alta tensão são propensas a descargas parciais devido à distribuição de campo elétrico altamente não uniforme. Quando a intensidade do campo elétrico excede a rigidez dielétrica do ar (aproximadamente 3 kV/mm), ocorre descarga corona, caracterizada por fluorescência azul e geração de ozônio e óxidos de nitrogênio. As principais causas incluem:

1. Concentração do Campo Elétrico: A maior intensidade de campo ocorre na saída da ranhura. Uma única bobina pode produzir corona a 4 kV, descarga deslizante a 20 kV e flashover a 40 kV.
2. Defeitos de Isolamento: Falhas de fabricação ou operacionais, como vazios, delaminação ou rebarbas, exacerbam a distorção do campo elétrico.
3. Fatores Ambientais: Um aumento de 10% na umidade reduz a tensão de início da corona em 10%, enquanto contaminantes (por exemplo, poeira, óleo) degradam o desempenho do isolamento gasoso.

Perigos:

• Efeitos térmicos causam carbonização de materiais isolantes (por exemplo, adesivos, mica), levando ao branqueamento, afrouxamento ou curto-circuitos do isolamento dos fios.
• Vibrações eletromagnéticas induzem descarga de faísca em lacunas de ranhuras, erodindo as superfícies de isolamento.
• Operação prolongada permite que a descarga de rastreamento penetre no isolamento principal, resultando em falha.

II. Princípios Fundamentais do Tratamento Anti-Corona

O cerne da tecnologia anti-corona reside na uniformização do campo elétrico para evitar a ionização do gás, alcançada através de:

1. Projeto de Gradiente de Resistividade:
   • A resistividade da camada anti-corona aumenta gradualmente da saída da ranhura para a extremidade da bobina, garantindo a queda linear da tensão e evitando mudanças bruscas na intensidade do campo.
   • Exemplos incluem transições de três estágios usando tintas de baixa resistência (10³–10⁵ Ω), média resistência (10⁹–10¹¹ Ω), e alta resistência semicondutora, ou características de resistividade não linear do carbeto de silício (menor resistividade sob maior intensidade de campo).
2. Divisão Capacitiva de Tensão:
   • Estruturas de blindagem interna inserem eletrodos dentro do isolamento da bobina, formando uma configuração do tipo bucha para divisão capacitiva de tensão.
   • Adequado para motores acima de 24 kV, mas envolve processos complexos e custos mais altos.

III. Tecnologias Anti-Corona Dominantes

Os tratamentos anti-corona são categorizados com base nos níveis de tensão e aplicações:

Fluxo de Processo Típico (Tipo Escovado-Enrolado):

1. Aplique tinta semicondutora de baixa resistência (por exemplo, tinta de resina epóxi 5150) na parte reta, estendendo-se 25 mm além de cada lado do núcleo de ferro.
2. Aplique tinta semicondutora de alta resistência (por exemplo, tinta alquídica 5145) em uma faixa de 200–250 mm da saída da ranhura para a extremidade da bobina, sobrepondo-se em 10–15 mm com a tinta de baixa resistência.
3. Enrole com fita de vidro desparafinada de 0,1 mm de espessura em um padrão de meia sobreposição.
4. Aplique tintas semicondutoras adicionais de baixa e alta resistência sobre a fita de vidro para proteção em vários estágios.

IV. Controle de Parâmetros Chave no Tratamento Anti-Corona

1. Seleção de Resistividade:
   • A resistividade superficial (ρs) da camada anti-corona deve corresponder à distribuição de tensão: ρs excessivo causa gradientes de tensão acentuados e corona prematura na extremidade inicial, enquanto ρs insuficiente leva a corona na extremidade final.
   • Faixa recomendada: 5×10⁹–10¹⁰ Ω (estágio único), ≤10⁵ Ω (seção de baixa resistência), ≥10⁹ Ω (seção de alta resistência).
2. Adaptabilidade Ambiental:
   • A tensão de início da corona diminui em 1% a cada aumento de 100 m na altitude, exigindo ajustes de parâmetros para aplicações em alta altitude.
   • Motores operando em ambientes agressivos (por exemplo, alta umidade, poluição) podem exigir tratamento anti-corona mesmo a 3 kV.
3. Controle de Qualidade do Processo:
   • As películas de tinta devem ser uniformes, contínuas e lisas, com forte adesão para evitar a concentração de campo devido à espessura irregular.
   • As temperaturas de secagem da tinta semicondutora (por exemplo, 180–220°C para desparafinação) devem ser rigorosamente controladas para evitar a degradação do desempenho.

V. Tendências Tecnológicas

1. Materiais Resistivos Não Lineares: As camadas anti-corona de carbeto de silício dominam devido à sua resistividade autoajustável, aprimorando significativamente o desempenho.
2. Materiais Nanocompósitos: A pesquisa se concentra na incorporação de nanopartículas (por exemplo, SiO₂, TiO₂) em tintas anti-corona para melhorar a resistência à corona e a resistência mecânica.
3. Monitoramento Inteligente: A integração com o monitoramento online de descargas parciais permite a avaliação em tempo real das condições da camada anti-corona para manutenção preditiva.