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MATERIAIS ISOLANTES SbLlDOS - DETERMINACAO DO COEFICIENTE DE RESISTENCIA A0 ESCOAMENTO

sol CONDIC~ES OM~DAS

M&odo de ensaio

03.050

NBR 5406

SET/1981

SUMARlO

1 Objetivo 2 Norma e documento complementar 3 Definifles 4 Aparelhagem 5 Corpos de prova 6 Execupgo do ensaio 7 Relatorio de ensaio

1 OBJETIVO

1.1 Esta Norma prescreve o metodo para determinar a resistencja ao escoamento superficial, de materias isolantes solidas, quando expostos a aqua corn aditivos contaminantes do meio ambiente, e sob tens50 eletrica ate 600 V.

1.2 Este ensaio se aplica especialmente a peGas moldadas de resina sintetica.

1.3 Certos materiais, quando submetidos a uma tensgo eletrica, sofrem uma ero- sao, devido a formaG;o de gases, sem contudo sofrer escoamento. Outros materiais podem se inflamar durante OS ensaios. A profundidade da erosa” ocorrida entre

dois eletrodos deve ser medida e constar do relatorio. 0 resultado deste ensaio na”o pode ser usado em projetos de equipamentos eletricos, coma uma avaliaG:o se - gura do trajeto da corrente.

1.4 Quando urn certo numero de gotas de urn eletrolito 6 aplicado entre dois ele trodos sobre a superficie de urn isolante a intervalos definidos de tempo, veri- fica-se que o numero de gotas quk causa escoamento na superficie aumenta corn a reduea”o da ten&o aplicada e, abaixo de urn valor critico, este escoamento deixa de ocorrer.

Origem: ABNT M&531/1980 CB-3 - Comitl Brasileiro de Eletricidade CE-3:15.1 - Comissgo de Estudos de Materiais lsolantes Solidos para Fins Eltiricos Esta Norma substitui a NBR 5488/77

SISTEMA NACIONAL DE ABNT - ASSOCIACAO BRASI LEI RA METROLOGIA, NORMALIZACAO

E QUALIDADE INDUSTRIAL DE NORMAS T&ZNICAS

@

Palavra-chave: isolante I NBR 3 NORMA BRASILEIRA REGISTRADA

CDU: 621.315.6 Todos OS direitos reservados 10 paginas

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2 NORMA E DOCUMENT0 COMPLEMENTAR

2 NBR 5406/1981

.

Na apl icasao desta Norma e necessario

NBR 5456 - Eletrotknica e eletr6n

consul tar:

ia. ica - Eletricidade geral - Terminolog

3 DEFlNlCdES

OS termos tecnicos utilizados nesta Norma estao definidos na NBR 5456, complemen - tados pelas defini@es 3.1 a 3.4.

3.1 Escoamento

Formar$o progressiva de caminhos condutivos produzidos na superficie do material isolante, devido aos efeitos combinados da fadiga eletrica do material e a conta - minaGa”o eletrolitica em sua superficie.

3.2 Erosn"o

Perda de materia de urn isolante eletrico por aGao do escoamento ou descargas ele - tricas.

3.3 Coeficiente de escoamento comparative (CEC)

Valor numeric0 da ten&o maxima, em volts, sob a qua1 o material resiste a 50 go tas de eletrolito, sem apresentar escoamehto. Essa ten&o 6 tomada coma medida da resistgncia ao escoamento do material.

3.4 Coeficiente de escoamento efetivo (CEE)

Valor numeric0 da tensao especificada, em volts, sob a qua1 o material deve re - sistir a 50 gotas de eletrolito sem apresentar escoamento.

Notas: a) Atraves de argumentos plausiveis, julga-se que o valor numerico da tensso correspondente ao valor limite deve definir a resis&cia ao escoamento. No entanto, o valor da ten&o correspondente a 50 gotas foi escolhido arbitrariamente coma coeficiente de resistkcia ao es coamen to, possivel.

a fim de se obter uma dura@o de ensaio a mais reduzida

b) 0 numero de gotas, corn o qua1 se produz o escoamento na sob valores da ten&o de ensaio 10% abaixo do valor

superf icie, correspondente

a 50 gotas, deve ser relatado, a fim de se demonstrar a aproxima@o real do coeficiente de resistkcia ao escoamento do seu valor limi- te.

De uma manei ra gera 1 , o numero de gotas que causa o escoamento na superficie, sob uma ten&o 10% inferior a tensao correspondente a 50 gotas, 6 duas vezes maior.

4 APARELHAGEM

4.1 Eletrodos

4.1.1 Dois eletrodos de platina de 5 mm de largura, 2 mm de espessura e compri-

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NBR 5406/1981 3

mento de aproximadamente 20 mm devem ser colocados sobre uma superficie plana de urn corpo de p rova , separados entre si por (4,0 ? O,l)mm, tendo a extremidade coma indicada na Figura 1.

DimensGes em mm

Canto ligeiramente

arredondado

4 O,le0,2 _ j j _ 5+0,1

FIGURA 1 - Eletrodo

4.1.2 Sabe-se que o material utilizado para OS eletrodos exerce uma influhcia sobre OS resultados do ensaio quando o material G atacado quimicamente pelo ele - trol i to.

Para ensaios comparatives da resistgncia ao escoamento em materiais diferentes, OS eletrodos devem ser de platina. Outros metais podem ser usados por raz6es pra ticas, quando na”o se procura obter resultados padroes. Entre esses metais foi constatado que o latao oferece vantagens.

0 material usado para OS eletrodos deve sempre ser indicado no relatorio de ec saio, quando naoeusada a platina.

4.1.3 OS eletrodos devem ser limpos ap6s cada ensaio.

4.1.4 OS eletrodos devem ser colocados simetricamente em rela$a”o a urn planove_r tical, da maneira indicada na Figura 2.

/ I

60°

Eletrodos

Corpo de

prova

Suporte

Agulha

hipodkmica

DimensSes em mm

FIGURA 2 - Disposi$o dos eletrodos

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4 NBR 5406/1981

4.1.5 A Fiqura 3 apresenta urn porta-eletrodo adequado, fixado a uma mola chata de ago de (1 x 10) mm, e montado sobre urn bloco isolante conforme indicado na Fi gura 4. A for$a exercida por cada eletrodo sobre a superficie do corpo cJe pro”; deve ser de (1 * O,OS)N.

Suporte do

eletrodo

FIGURA 3 - Porta-eletrodo

Dimens6es em mm

Mola chata 1 x 10

/

’ Eletrodo

FIGURA 4 - Disposi@o dos eletrodos

4.2 Circuito de ensaio

Bloc0 isolante

Dimensdes em mm

4.2.1 OS eletrodos devem ser alimentados por uma fonte de corrente alternada de forma de onda senoidal a 60 Hz e corn tensao variavel entre (100 e 600)~. A po- tencia da fonte nao deve ser menor que 0,s kVA. A Figura 5, mostra urn esquema do ci rcui to.

/Figura 5

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5 6

3

1 - Relb de sobrecorrente

2 - Autotransformador varihel

3 - Transformador

4 - Resistor varihel

5 - Voltimetro

6 - Amperimetro

7 - Eletrodos

FIGURA 5 - Esquema de liga$es

4.2.2 A corrente de cut-to circuit0 deve ser limitada a (1,0 + O,l)A, e o fa- tor de pot&cia entre 0,9 e l,O. 0 rele de corrente, que deve ser inserido no ci rcui to, deve disparar quando uma corrente de 0,5A ou maior, persistir duran- te 2s.

E permitido o uso de urn rele termico de sobrecorrente, ajustado em aproximada- mente 0,5A a plena carga. 0 autotransformador variavel, o transformador e o re sistor variavel devem ser adaptados ao ajuste do reli.

-

Para prote$o dos eletrodos, usar urn rele corn tempo de disparo, em curto-cir - cui to, menor que 2 s.

4.3 Dispositivo gotejador

4.3.1 A superficie entre OS dois eletrodos deve ser molhada, por meio de go- tas, do eletrolito de ensaio em intervalos de (30 2 5)s.

0 volume das gotas a serem aplicadas durante o ensaio deve ser de (20 a 23)mm3, e devem cair de uma altura entre (30 a 40) mm.

4.3.2 Para a formaG$o das gotas, recomenda-se o uso de uma agulha hipodermica corn urn dismetro externo de (0,9 a 1,l) mm, cuja ponta seja cortada em esqua - dria. Urn arranjo tipico de urn aparelho gotejador e mostrado na Figura 6.

/Figura 6

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6 NBR 5406/1981

Bolinha de

vidro

Tubo de

borracha

Bureta

-4 Imm ---

Agulha hipodkmica

FIGURA 6 - Aparelho gotejador

Notas: a) Se o aparelho gotejador estiver fora de uso por alqum tempo, 6 ne cessario deixar pingar de (5 a 20) gotas antes de se iniciar o en saio, pois, case contrario, as primei ras gotas terao uma alta con centra@o do eletrolito. A agulha hipodermica deve ser limpa cad; vez que se observar a ade&ncia de gotas a mesma, antes de cair.

b) Para se determinar o tamanho da gota, basta observar que 1,0 cm3 do liquid0 eletrolito contem r&o menos que 44, e na”o mais que 50 gotas. 0 tamanho da gota deve ser controlado periodicamente.

4.4 SoZug&s de ensaio

4.4.1 Solu$o A:

(0,l 2 0,002)% por peso de cloreto de amonio, NH4CR, dissolvido em agua destila- da ou desionizada.

4.4.2 Solu’$o B:

(0,l f 0,002)% por peso de cloreto de amonio, de urn acid0 sulfonaftalico alquilico, dissolv da.

NH4CR,(O,5 * 0,002)% de sal s6d i co ido em agua destilada ou des ioniza-

No tas : a) De prefergncia deve-se usar a solw$o A. A solu~;o B, 6 usada quando se requer urn contaminante mais sivo.

agres-

Para indicar o uso da solu~ao B, OS valores de “CEC” ou “CEE” de- vem ser seguidos pela letra “Ml’ (por exemplo CEC 250M).

b) As resistividades a (23 ? 1)OC para as duas solu@es usadas sad:

Solu’$o A: (3,95 2 0,05)Q.m

Solu’$o B: (1,70 ? 0,05)L?.m

c) 0 escoamento 6 acelerado pelo decrescimo da resistividade da solu -

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@o e e influenciado pela natureza quimica da solugao de ensaio.

5 CORPOS DE PROVA

5.1 Como corpo de prova, pode ser usada qualquer superficie plana, desde we sua area seja suficiente para nao deixar transbordar o 1 iquido durante o ensaio. Se o liquid0 transbordar, o ensaio deve ser invalidado.

5.2 Recomenda-se a tomada de amostras de tamanho suficiente, para que possam ser cortadas em corpos de prova nao inferiores a (15 x 15) mm, a fim de evitar a contamina$o de areas proximas daquelas onde o ensaio e efetuado porgotasque t-es pinguem da .+irea de ensaio.

5.3 A espessura do corpo de prova deve ser de 3 mm, ou mais, e o seu valor deve ser citado no relatorio.

5.4 Riscos na superficie causam dispersao nos resultados de ensaio. Se o escoa- mento seguir OS riscos, havera descargas corn menor niimero de gotas do que se es- te atravessar OS riscos. 0 ensaio deve ser efetuado em areas de superficie isen- tas de riscos.

Se iwsto for impossivel, OS resultados obtidos nos ensaios devem ser _completados no relatorio corn a mencao do estado da s::Ferficie.

0 relatorio de ensaio deve, ademais, mencionar se o ensaio foi efetuado em car - pos de prova cuja superficie a ser ensaiada tenha sido ou nao alterada.

Em cases especiais, e permitido urn esmerilhamento para obter uma superficie pla- na tomando o cuidado necessario para que seja bem lisa. 0 relator-i0 de ensaio de - ve mencionar este fato.

Notas: a) OS valores do coeficiente de escoamento em corpos de prova de espes sura abaixo de 3 mm nao podem ser confiaveis. Por exemplo, se car - pos de prova de pequena espessura sao montados em suportes de metal ou vidro, pode haver uma remoqao t-apida do calor, alterando o coefi ciente. Entretanto, se a espessura do corpo de prova e menor clue 3 mm, podem ser empilhados dois ou mais corpos de prova.

b) Quando a direGao relativa dos eletrodos e significativa para o mate rial, esta deve constar do relatorio. A direc$o que der o mais bai- xo coeficiente de escoamento deve ser a adotada.

c) Na”o ha necessidade de condicionar o corpo de prova e a superficie deve ser ensaiada sem ser limpa previamente, a nao ser que seja obvia a necessidade de tal limpeza. Neste case deve ser usado urn solvente que n$o altere o corpo de prova, devendo esta condi@ocons tar do relatorio.

-

6 EXECU(%O DO ENSAIO

6.1 Procedimento

6.1.1 0 ensaio deve ser efetuado a,uma temperatura ambiente de (23 -f S)OC, num local 1 ivre de correntes de ar.

6.1.2 0 corpo de prova a ser ensaiado deve ser colocado corn a sua superficie em sentido horizontal sobre o suporte, de maneira que as extremidades de ambos OS eletrodos exerqam a forGa especificada sobre o corpo de prova. A distsncia entre OS eletrodos deve ser verificada. 0 contato dos eletrodos corn o corpo de prova

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8 N6R5406/1981

deve ser total, de tal forma que urn observador colocando o olho no trajeto dos raios luminosos rasantes a superficie do corpo de prova, nao possa ver passagem de luz entre o corpo de prova e OS eletrodos. A passagem de luz. indica falha nos eletrodos, que devem entao ser novamente retificados.

6.1.3 A tens.20 6 ajustada a urn valor apropriado, divisive1 pot- 25, e a resist& cia do circuit0 6 ajustada de maneira que a corrente de curto circuit0 esteja dentro das tolersncias especificadas. As gotas do eletrolito devem cair sobre a superficie a ser ensaiada no ponto medio.entre OS eletrodos.

Este procedimento i repetido ate que haja escoamento na superficie ou ate que 50 ou mais gotas sejam aplicadas sem o aparecimento do mesmo.

Notas: a) Se varies ensaios Go realizados em urn mesmo corpo de prova, deve- se tomar cuidado para que OS pontos de ensaio estejam suficiente mente afastados urn do outro, para que respingos do eletrol ito de urn ponto nao contaminem a outra area a ser ensaiada.

b) 0 suporte metalico pode ser conectado ao circuit0 de ensaio pa ra indicar quando a erosa” do corpo de prova causa ruptura do isolan- te.

6.2 Determina&o do coeficiente de escoamento

6.2.1 Determdnap?o do CEC

6.2.1.1 A tensa” deve ser ajustada ate o valor escolhido e o ensaio executadopa ra 50 gotas do eletrol ito, ou ate ocorrer a falha. 0 ensaio deve ser repetido em outras tensoes, inferiores e superiores a anterior. Cada novo ensaio deve ser feito na parte intacta da superficie, ou num corpo de prova ainda na”o usado.

0 ensaio 6 repetido ate que se estabeleca a maxima tensao na qua1 nenhuma fa 1 ha ocorra para 50 gotas.

0 valor numeric0 desta. tensa” 6 o CEC (por exemplo: CEC 425), corn a condicao de que nenhuma falha ocorra abaixo de 100 gotas, quando a tensso 6 reduzida de 25 volts para cinco situacoes de ensaio adicionais.

Para alguns poucos materiais 60 se encontra essa caracteristica. Para estes ma- teriais, a maxima tensso que resistira a 100 gotas ou mais em cada uma das cinco situacoes 6 estabelecida, e o valor numerico desta tensgo 6 indicado em adicao ao CEC; por exemplo: CEC 425 (375) I

No tas : a) Se o comportamento do material e desconhecido, a ten&o initial de ensaio pode ser tomada coma o valor media da faixa (por exem plo: 300 V). Esta tensao deve ser aumentada se o corpo de prova resistira 50gotas e diminuida se falhar antes de 50 gotas.

A mudanca de tensao deve ser sempre de 25 V ou urn multiple de 25 V. 0 process0 6 continua, ate se encontrar a tens50 mais al- ta na qua1 cinco corpos de prova resistam as 50 gotas.

b) Para a maioria dos materiais, a ten&o necessaria para provocar 0 escoamento corn 50 gotas se situa proxima a urn valor assintoti co. 0 ensaio a 25 V abaixo desta tensso, 6 realizado visando a confirma$o deste fato (ver Figura 7).

/Figura 7

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NBR 5406/1981 9

Coeficiente de resistlncia

a0 escoamento

TensSo (valor eficaz)

F IGU RA 7 - Curva t ipica da tensgo no ensaio de escoamento

6.3 Coeficiente de escoamento efetivo (CEE)

6.3.1 Quando a especifica$ao do material exige uma ten&o de ensaio definida o procedimento deve ser de acordo corn 6.1, mas utilizando-se somente a tens& especificada. Todos OS corpos de prova ensaiados devem resistir a 50 gotas do eletrolito sob aquela tensao, sem apresentar escoamento.

6.3.2 0 nijmero de corpos de prova para ensaio deve ser de cinco, ou menos, em cases especiais.

6.3.3 Devem ser usadas preferencialmente as seguintes tensoes de ensaio: 175, 250, 300, 375 ou 500 V.

6.4 Determina&o da eros&

6.4.1 OS corpos de prova, que durante OS ensaios nao tenham sofrido escoamento, devem ser limpos de quaisquer residuos ou provaveis produtos de degrada$o e co locados sobre uma placa de espessura padrao. A maxima profundidade de erosa” de cada corpo de prova deve ser medida corn a precisao de 0,l mm, usando urn calibra dor de profundidade tendo a extremidade hemisferica de 1,0 mm de dismetro. 0 va lor miximo dos cinco valores medidos deve ser indicado no relat6rio de ensaio.

6.4.2 No case de ensaios de acordo corn 6.2, a erosao deve ser medida nos cinco corpos de prova ensaiados na tensa” equivalente ao CEC.

6.4.3 No case de ensaios de acordo corn 6.3, a erosa” deve ser medida no corpo de prova que resister 50gotasdo eletrolito sob a tensao especificada.

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i ntes i nformaGGes :

7 RELATCjRlO DE ENSAIO

0 relatot-io de ensaio deve canter as segu

7.1 Identificasao do material ensaiado.

7.2 Espessura do corpo de prova.

7.3 Natureza da superficie.

7.3.1 Se a superficie do corpo de prova ensaiado 6 ou na”o a original.

7.3.2 Se a superficie foi ou nao preparada para ensaio.

7.3.3 Se a superficie ensaiada foi envernizada.

7.3.4 0 estado da superficie corn respeito ao escoamento.

7.4 0 condicionamento e procedimento da limpeza da superficie.

7.5 0 material dos eletrodos se nao foi usada a platina.

7.6 A solu~ao de contamina<ao, se as solu@es A ou B nao foram usadas.

7.7 Coeficiente de escoamento comparative (CEC)

7.7.1 0 CEC; por exemplo: “CEC boo”, “CEC 400 M” ou “CEC 400 (350)“.

7.7.2 A profundidade de erosa” (em mm). Por exemplo: “CEC 275-1,2”, “CEC 275 M- l ,2” ou “CEC 275 (200) - 1 ,2”.

7.8 Coeficiente de escoamento efetivo (CEE)

7.8.1 Aprovado ou reprovado para uma tens.50 especif’icada. Por exemplo: Aprovado “CEE 175” ou Apyoya,do - “CEE 175 Ml’.

7.8.2 Aprovado ou reprovado para uma profundidade de erosao especificada junta-

mente corn a tens:0 especificada. Por exemplo “Aprovado CEC 250 - O,~“OU “Aprova- do - CEE 250 M - 0,8”.

7.9 Se as condi@es de 7.7 e 7.8 Go puderem ser reportadas por causa da infla- ma@o do corpo de prova, este fato deve constar do relat6rio.