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Anlise de Ensaios Eltricos de Isolamento em AC, em diferentes
Metodologias, em Transformadores de
Potncia de Alta Tenso.
A.C. Santos, C. O. Silva, R. C. D. Arrifano Resumo O presente
trabalho tem como principal objetivo
mostrar os resultados e a eficcia da utilizao dos
Instrumentos
em Medies de Isolamento de Transformadores e seus
componentes, possibilitando assim um acompanhamento preciso
e
confivel da equipe de manuteno para a eliminao de possveis
falhas do equipamento que acarretam grandes perdas materiais
e
financeiras, e consequentemente proporcionar para seus clientes
o
fornecimento confivel de energia com qualidade e ainda
manter
os ndices de qualidade de energia e de fornecimento dentro
dos
padres aceitveis. O trabalho inicialmente apresenta o
funcionamento dos transformadores, componentes e principais
tipos. Apresenta mtodos de ensaios realizados no
transformador
para garantir seu perfeito funcionamento. Apresenta a evoluo
para realizao de ensaios de isolamento, assim como exemplos
prticos para validao deste trabalho. So apresentados ensaios
realizados em transformadores de 230 KV e
autotransformadores
da subestao do Guam. Os resultados obtidos comprovam o
grande avano e confiabilidade alcanada pelos Instrumentos de
Ensaio de Isolao, DOBLE, CPC-100, DIRANA em ensaios de
isolamento.
Palavras Chaves Transformadores de Potncia, Ensaios
Eltricos, Fator de Potncia de Isolao, Ensaios em
Equipamentos Eltricos, Doble, CPC-100, Dirana, Ponte
Schering.
Abstract The present work has as main objective to show the
results and effective use of instruments for measurement of
insulation in transformers and its components, thus enabling
accurate and reliable monitoring of the maintenance team to
eliminate potential equipment failure that causes large
financial
and material losses, and hence to provide their customers
with
reliable power supply quality and still maintain quality
indexes
and energy supply within acceptable standards. The initial
work
shows the operation of power transformers, components and
major types. Presents methods of testing carried out on the
transformer to ensure perfect operation. Shows the trend for
performing insulation tests, as well as practical examples
to
validate this work. Are presented tests on transformers and
autotransformers of 230 KV Substation Guama. The results
demonstrate the reliability and breakthrough achieved by
insulation test instruments, DOBLE, CPC-100, DIRANA in
isolation tests.
I. INTRODUO
TUALMENTE, o setor eltrico encontra-se na situao que no se pode
pensar um s minuto o consumidor sem
energia eltrica, nas casas, indstrias, comrcios e etc.
__________________________________________
A. C. Santos, Instituto de Estudos Superiores da Amaznia
(IESAM), Belm, Par, Brasil, [email protected]
C. O. da Silva, Instituto de Estudos Superiores da Amaznia
(IESAM), Belm, Par, Brasil, [email protected]
R. C. D. Arrifano, Instituto de Estudos Superiores da Amaznia
(IESAM), Belm, Par, Brasil, [email protected]
F. Corra, Instituto de Estudos Superiores da Amaznia (IESAM),
Belm, Par, Brasil, [email protected]
Isto tem um preo, e uma das condies exigidas, a
necessidade dos equipamentos ficarem disponveis o tempo que
possvel sem manuteno, devido a multas elevadssimas em eventuais
interrupo. Esta falta de manuteno e o envelhecimento destes
equipamentos propiciam mais frequentemente desligamentos, que antes
com muita raridade se via. Empresas geradoras, transmissoras e
concessionrias, buscam meios de diminuio de falhas, tendo suas
inspees o tempo muito reduzido. Ento, se faz necessrio a aquisio de
instrumentos de ensaios mais modernos e mais confiveis, que
realizem os testes de modo rpido e prtico. O equipamento a ser
estudado, ser o Transformador de Potncia, pea chave nos sistemas de
transmisso e distribuio de energia eltrica, pois responsvel pela
converso de grandes blocos de energia. o elemento central das
subestaes de energia e em geral o elemento mais caro. Avaria em
Transformadores, com sua retirada de operao, representa um enorme
problema, pois pode provocar grandes desligamentos, eventualmente
de grande durao. Alm disso, os custos associados sua manuteno
corretiva so em geral elevados. Os aspectos construtivos de
transformadores de potncia so dimensionados de forma a garantir uma
proteo com relao s condies de operao em subestao, e com isso sua
parte ativa (ncleo e enrolamentos) fica protegida por um tanque
metlico de alta resistncia, o que dificulta os processos de
manuteno. Nesse contexto, as tcnicas de manuteno preditiva baseadas
em medies indiretas so de grande interesse. Assim, o trabalho nos
mostra, a evoluo dos ensaios eltricos efetuados, mais precisamente
nos Transformadores de Potncia em Alta Tenso, onde devido a falta
de equipamento reserva, fica cada vez mais difcil a interrupo
destes. O foco ser a execuo dos ensaios de Fator de Potncia de
Isolao, Fator de Dissipao e Capacitncia. Realizar-se- um estudo
terico do equipamento e dos mtodos de ensaios, onde condicionar a
verificao da principal causa de falhas, que o surgimento da UMIDADE
no interior do equipamento.
II. O TRANSFORMADOR DE POTNCIA
O transformador forma a base de todo o sistema de gerao,
transmisso e distribuio de energia em corrente alternada. Ele
proporciona utilizar diferentes nveis de tenso ao longo do sistema.
Desta forma pode-se optar pela tenso mais
A
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vivel tcnica e economicamente. Os transformadores so empregados
para as mais variadas aplicaes, desde simples alteraes na amplitude
da tenso at a complexa regulao do ngulo de fase. A. Elementos
Estruturais de um transformador de
Potncia.
Na construo de um transformador de potncia verifica-se a
existncia de elementos estruturais responsveis por garantir a
rigidez mecnica do conjunto em funcionamento e de componentes
responsveis por promover isolao eltrica e resfriamento [1]. As
partes principais so: Tanque principal; Tanque de expanso;
Radiadores + ventilao forada; Ncleo; Enrolamentos; Estrutura
isolante madeira papel [1].
Figura 1. Identificao da parte ativa de um transformador de
potncia.
Buchas
Para que se possa ter acesso aos terminais dos enrolamentos de
um transformador necessria a utilizao de componentes capazes de
realizar o contato eltrico mantendo o isolamento do tanque do
transformador ao mesmo tempo em que mantm a isolao eltrica. A esses
componentes de transformadores denominam-se buchas. Basicamente
existem dois tipos de buchas de transformadores: as de alta e as de
baixa tenso. Seus detalhes construtivos variam de forma a se
adaptar ao nvel de tenso de trabalho. Sua construo mais
simplificada, sendo composta de uma barra condutora, que conecta os
terminais dos enrolamentos ao meio externo, e um corpo isolante
(porcelana, vidro, ou material polimrico). Sua superfcie externa
construda com abas em formato de cone para que haja um aumento da
superfcie exposta (caminho superficial), diminuindo o risco de
ruptura, ao mesmo tempo em que dificulta a formao de filetes de gua
da chuva.
A bucha de alta tenso contm leo isolante ao longo de toda a sua
extenso, em geral o mesmo tipo de leo utilizado no tanque
principal. Devido a seus aspectos construtivos, as buchas de alta
tenso so tambm conhecidas como buchas capacitivas [1].
B. Acessrios de proteo de um transformador
So equipamentos que auxiliam em possveis falhas nos
transformadores. So acessrios de Proteo de transformador: Rel de Gs
(BUCHHOLZ), Indicador de Nvel de leo, Vlvula de Alvio de Presso,
Termmetro Indicador de Temperatura do leo [1].
C. Aspectos e Ensaios do Sistema de Isolamento de um
transformador de potncia.
Ao se aplicar tenso nos enrolamentos, o isolamento ficar
submetido a uma diferena de potencial originando um campo eltrico,
(figura 2). R1 Resistncia eltrica corrente de fuga; C Capacitncia
do dieltrico; R2 Resistncia eltrica representando as perdas por
absoro; e, U Diferena de potencial aplicada.
Figura. 2. Propriedades de um isolamento Conhecendo-se a DDP
entre duas placas e tambm a distncia entre as mesmas, o campo
eltrico pode ser suposto uniforme e dado por:
(1) Onde, Ec rigidez dieltrica em KV/mm ou KV/pol. Uc tenso de
ruptura em KV Dc distncia entre dois pontos de aplicao de tenso
(eletrodos).
Conservando-se a distncia dc constante e aumentando-se o valor
de Uc, o campo cresce. Para um determinado valor de tenso, se o
campo eltrico (Ec) for suficientemente grande para romper o
dieltrico, ento uma descarga no mesmo se manifestar. Este valor de
campo eltrico denominado rigidez dieltrica. O valor de Uc, que
proporciona rompimento do dieltrico, chamado de tenso de ruptura
[3]. A Tabela IV mostra alguns valores de dieltricos.
TABELA IV RIGIDEZ DIELTRICA DE ALGUNS MATERIAIS.
Dieltrico Rigidez(kV/mm) Ar 30
Baquelite 250
Mica 2000 Papel 400
Vidro, leo Isolante, Porcelana 300
D. Constante Dieltrica Relativa (Er)
Material isolante entre as placas de um capacitor, sua
capacidade aumenta de um fator maior que a unidade denominada
Constante Dieltrica Relativa ou ndice Dieltrico ER [5]. E. Absoro
Dieltrica
um fenmeno intimamente ligado polarizao do meio que compe o
dieltrico [5]. F. Perdas Dieltricas
-
Em termos de corrente contnua entende-se por perdas dieltricas
aquelas que so provocadas pela corrente de conduo ou de fuga (If).
Em termos de corrente alternada entende-se por perdas dieltricas
aquelas provocadas pela corrente de fuga e pela componente ativa da
corrente de absoro [5]. Ao se aplicar corrente contnua no
dieltrico, a corrente que se estabelece composta por trs parcelas
bsicas, que so: - Corrente de Deslocamento ou de Carga Capacitiva
surge no instante inicial da energizao e possui a mesma funo que
uma corrente de carga de um capacitor (corrente inrush), dependendo
do tratamento e forma do material isolante [3]. - A corrente de
absoro - responsvel pela polarizao dos diplos eltricos que
constituem a massa do dieltrico [5,15]. - A corrente de disperso ou
de fuga - atravs do dieltrico flui pela superfcie e pelo interior
da massa do dieltrico e de carter irreversvel. Tal corrente no
varia com o tempo de aplicao de tenso e, nestas condies, se houver
alguma elevao de seu nvel indicativo que o isolamento pode vir a
falhar. A quantificao da dificuldade de circulao da corrente de
fuga chamada de "Resistncia de Isolamento" [5,15]. G. Determinao da
Umidade no Isolamento
A umidade no isolamento do papel causa trs perigosos efeitos:
diminui a rigidez dieltrica, aumento do envelhecimento da celulose
e provoca a emisso de bolhas em altas temperaturas [5]. A figura 3
mostra a representao do isolamento em um enrolamento em um
transformador com os espaos preenchidos com leo isolante.
Aplicando-se uma tenso de teste no enrolamento de Alta Tenso, a
corrente flui pelo isolamento principal para o enrolamento de baixa
e volta para o instrumento de teste onde ela medida. A ordem de
grandeza dessa corrente chega a nano ou pico amperes [5].
Figura 3. Representao do isolamento de um enrolamento de
transformador
A condutividade do papel e do leo, alm do efeito de polarizao
interfacial so medidas. A polarizao e a condutividade so afetadas
pela geometria do isolamento e sua composio [5].
III. MTODOS DE ENSAIO DE ISOLAO
Um sistema de isolao ideal comporta-se como um capacitor sem
perdas, que ligado a uma fonte de corrente
alternada ser percorrido por uma corrente Ic, chamada corrente
de carga, adiantada de 90 em relao tenso aplicada (fig. 4). Em uma
isolao real, aparece uma corrente de fuga Ir em fase com a tenso
aplicada, originando uma fuga de potncia ativa (perdas Watts) muito
pequena atravs da isolao, que se manifesta produzindo aquecimento
devido ao efeito Joule. Devido a essa corrente, surge um ngulo
menor que 90 graus (fig. 5) , sendo denominado de . Sendo que = 90
- , e chamado de ngulo de perdas [12].
Figura 4. Circuito simplificado do isolamento.
Figura 5. Definio de tg e diagrama vetorial, ngulo de
perdas.
A. Mtodo Ponte Schering- CPC100
Em 1919 foi idealizado a Ponte Schering e em 1924 houve a
primeira aplicao para verificao do fator de potncia de isolao, com
o seu esquema. Na figura 6, C1 e R1 conectados em srie representam
as perdas do objeto em teste, e C2 representa perdas livres do
capacitor de referncia [13].
Figura 6. Esquema Ponte Schering e determinao da tangente delta.
A figura 7, mostra o diagrama de circuito paralelo que pode ser
transferido como equivalncia direta para dentro do diagrama srie em
frequencias especficas. O sistema de ensaio utiliza um mtodo
similar quele da ponte Schering. A principal diferena que o sistema
descrito na figura 6 no
-
necessita de ajustes para medio de capacitncia e do fator de
potncia. A fig. 8 mostra o clculo da Correlao entre Fator de
Dissipao (FD) e Fator de Potncia (FP) [13].
Figura 7. Esquema CPC-100 / CPTD1
Figura 8. Correlao entre Fator de Dissipao (FD) e Fator de
Potncia
(FP).
Identifica-se IRp como corrente ativa Ia e a corrente
capacitiva como Ic, ento:
II
c
atg = ou, em termos percentuais 100% =II
c
atg .
Sendo o ngulo entre a tenso e a corrente total, define-se o cos
como fator de potncia do isolamento. Embora o fator de potncia seja
definido da mesma forma que a de um circuito de corrente alternada,
os conceitos no devem ser confundidos. interessante que o fator de
potncia de carga assuma altos valores, enquanto que, no caso dos
dieltricos, ele deve ser o menor possvel. Naturalmente, o cos no
constante, dependendo da frequncia e da temperatura. Em funo do
exposto, verifica-se que surgem perdas no dieltrico, quando este
submetido a um campo eltrico produzido pela tenso aplicada, as
quais se traduzem em seu aquecimento [13]. Por fim os mtodos
analisaro estas perdas, um utilizando watt por volt-ampre com a
frequncia de 60Hz e o outro atravs dos valores de tg ou cos obtidos
com a ponte Schering com frequncias de 17 a 400Hz [13]. Este
dispositivo possui um Processador Digital de Sinal (DSP) que gera
sinais senoidais de at 12kV numa faixa de frequencia de 15 a 400Hz
alimentado atravs de um amplificador de potncia. Um transformador
de sada combina a impedncia interna do amplificador com a impedncia
do objeto sob teste. Por utilizar a frequncia de teste diferente da
frequncia de linha e seus harmnicos, junto com medies usando
tcnicas de filtragem seletiva, o
equipamento de teste pode ser operado em campo, at em subestaes
com altos distrbios eletromagnticos [13]. Com a utilizao de um
software, os dados obtidos so transportados automaticamente para
uma planilha Excel do Officce, com o objetivo de facilitar o
armazenamento dos ensaios. A planilha em Excel (Ver Anexo A), com
os valores dos ensaios realizados, mostra os parmetros que so
importantes para anlise do teste, so eles: Vmeas - Tenso Medida
(Volts); Cp Capacitncia (Farad); Imeas Corrente Medida (A); PF
Fator de Potncia (%); Pt Potncia (W); Qt Potncia Reativa (Var); St
Potncia Aparente (VA); Rp Resist.Ohms ()
B. Metodologia de Ensaio Atravs do Mtodo Double
Metodologia Antiga
O ensaio com o instrumento de medio de fator de potncia da
DOBLE, pioneiro em ensaios de fator de potncia, o qual utiliza
Ponte de Impedncias, fabricado em 1983, tipo M2H, totalmente
analgico, tendo a necessidade de anotao em folha de ensaio e
resultados obtidos atravs de clculos com os dados medidos [14]. Os
Resultados obtidos atravs deste mtodo so anotados atravs de uma
planilha padro (Anexo B). C. Anlise de Resposta do Dieltrico Mtodo
DIRANA
A resposta dieltrica de isolamento pode ser registrada no domnio
do tempo ou no domnio da frequncia. No domnio do tempo tm-se o
registro da medida de carga e descarga das correntes de isolamento.
Este procedimento conhecido como Corrente de Polarizao e
Despolarizao (Polarization and Despolarization Currents PDC). As
medidas no domnio da frequncia so obtidas atravs das medies de
tangente delta, com a faixa de frequncia maior, especialmente em
baixas frequncias, j este procedimento chamado de Espectroscopia no
domnio da Frequncia (Frequency Domain Esctrocopy) [6]. O
instrumento utilizado neste trabalho aquisita dados no domnio da
frequncia na Escala de 01 Hz a 5 KHz e no domnio do tempo de 0,1 Hz
a 100Hz, para uma avaliao mais profunda dos dados. Os valores no
domnio do tempo so transformados para o domnio da frequncia [8]. A
figura 9 mostra a combinao das medidas no domnio da frequncia e no
domnio do tempo.
Figura 9. Combinao de medidas no domnio do tempo e no domnio da
frequncia.
D. Anlise da Interpretao no Domnio da Frequncia.
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Como foi visto a umidade tem grande influncia nas propriedades
dieltricas do isolamento, como a corrente de polarizao e
despolarizao, capacitncia e fator de dissipao. A resposta do teste
de dissipao com a variao da frequncia tem como formato tpico um S.
Com o aumento do teor de umidade, da temperatura ou com o
envelhecimento, a curva aumenta para frequncias mais elevadas [3].
A umidade influencia em toda faixa de frequncia. A parte central da
curva com o gradiente elevado (grande variao de valores) mostra a
condutividade do leo, essa a parte que o fator de dissipao decai
rapidamente, tendo o formato de uma rampa. Antes do decaimento
contnuo, so registradas as condies de geometria do isolamento.
Essas condies determinam uma elevao esquerda do registro da
condutividade do leo [3,6]. A parte da curva relativa aos menores
valores de frequncia onde se determina as propriedades do
isolamento slido, conforme a figura 10.
Figura 10. Esquema da interpretao de uma curva do fator de
dissipao.
A figura 3.11 demonstra as curvas caractersticas do papel,
leo e da polarizao interfacial, quando da condio de teste
do Transformador.
Figura 11. Superposio fenmeno dieltrico em um Transformador.
IV. ENSAIOS REALIZADOS EM CAMPO.
Os ensaios para verificao do estado do isolamento de
transformadores so padronizados, ento qualquer instrumento realizar
da mesma forma e condies do equipamento. A. Condies preliminares do
Transformador de Potncia
para o ensaio:
Estar desenergizado; Desconectar barramentos ou cabos de
seus
enrolamentos, ou seja, desconectar os terminais de todas as
buchas condensivas, at as de neutro;
Curto-circuitar todos os enrolamentos, ou seja, incio e fim de
bobina; e
Verificar o bom estado de aterramento do Transformador.
B. Condies preliminares do instrumento de ensaio:
Montagem do instrumento de acordo com o manual; Verificao do bom
estado de aterramento do
instrumento; Verificao das condies dos cabos do instrumento
utilizados para realizao dos ensaios; e Estar em mos com as
planilhas de resultados
anteriores C. Condies do Engenheiro ou Tcnico Eletricista
operador de ensaio:
Estar bem treinado em ensaios de isolamento (teoria e
prtica);
Estar treinado e experiente com a operao do instrumento de
teste;
Estar treinado e aplicando regras das normas de segurana do
trabalho.
D. Ensaios Padres
Para realizao dos ensaios para este tipo de equipamento, so
necessrios 10 (dez) testes, sendo 6 (seis) para medir enrolamentos
e 4 (quatro) para verificao das buchas condensivas. So eles: ENSAIO
1: H X (l-se H contra X, ou seja, PRIMRIO contra SECUNDRIO) a
capacitncia lida ser CH-X. ENSAIO 2: H Y (l-se H contra Y, ou seja,
PRIMRIO contra TERCIRIO) a capacitncia lida ser CH-Y. ENSAIO 3: H G
(l-se H contra G, ou seja, PRIMRIO contra TERRA) a capacitncia lida
ser CH-G. ENSAIO 4: X - Y (l-se X contra Y, ou seja, SECUNDRIO
contra TERCIRIO) a capacitncia lida ser CX-Y. ENSAIO 5: X - G (l-se
X contra G, ou seja, SECUNDRIO contra TERRA) a capacitncia lida ser
CX-G. ENSAIO 6: Y - G (l-se Y contra G, ou seja, TERCIRIO contra
TERRA) a capacitncia lida ser CY-G. E. Tipos de Ligaes utilizados
nos testes
O trabalho se baseia nos testes de enrolamentos, no qual para
obter-se a real medio dos mesmos, necessrio saber como os mesmos so
ligados, bem como se deve saber as identificaes de suas siglas onde
so usadas. UST Ungrounded Specimen Test, quer dizer, teste
do espcime DESATERRADO. Leitura apenas do objeto sob teste. As
fugas em direo a terra NO sero lidas.
GST Grounded Specimen Test, quer dizer, teste do espcime
ATERRADO. Leitura das fugas em direo a terra.
GSTg Grounded Specimen Test (guard), quer dizer, guarda-se as
fugas em direo ao espcime e executa-se leitura das fugas em direo a
terra.
HV Cabo de Alta Tenso. LV Cabo de Baixa Tenso (informao de
retorno). A Cabo LV Vermelho.
Hz
-
B Cabo LV Azul.
F. Ensaios realizados
Ento o Transformador est desligado e curto-circuitado, pronto
para realizao dos ensaios de isolamento. Seguem as sequncias de
cada teste a ser feito: ENSAIO N 1 - instrumento na posio USTA, ser
obtido leitura do isolamento CH-X, PRIMRIO contra SECUNDRIO (fig.
12).
Figura 12. Esquema do Transformador, Ensaio de N 1.
ENSAIO N 2 - instrumento na posio USTB, ser obtido leitura do
isolamento CH-Y, PRIMRIO contra TERCIRIO (Fig. 13).
Figura 13. Esquema do Ensaio N 2. ENSAIO N 3 - instrumento na
posio GSTgA+B, ser obtido leitura do isolamento CH-G , PRIMRIO
contra TERRA (Fig. 14).
Figura 14. Esquema do Ensaio N 3.
ENSAIO N 4 - Para o ensaio N 4, h necessidade de mudana dos
cabos do instrumento nos enrolamentos. O instrumento deve estar na
posio USTB, onde obtida leitura do isolamento CX-Y, SECUNDRIO
contra TERCIRIO (Fig. 15).
Figura 15. Esquema de Ligao Ensaio N4.
ENSAIO N 5, instrumentos na posio GSTgA+B, ser obtido leitura do
isolamento CX-G , SECUNDRIO contra TERRA (Fig.16).
Figura 16. Esquema de Ligao Ensaio N5.
ENSAIO N 6 - Para o ensaio seguinte, mudam-se cabos nos
enrolamentos. O instrumento na posio GSTgA+B, ser obtido leitura do
isolamento CY-G , TERCIRIO contra TERRA (Fig. 17).
Figura 17. Esquema de Ligao Ensaio N6
G. Ensaios em Buchas
Os ensaios seguintes identifica-se o isolamento das buchas. Na
figura 18, mostra-se o modelo interno de uma bucha condensiva.
Figura 18. Modelos Buchas Condensivas e suas Capacitncias C1 e
C2.
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ENSAIO N 7 - instrumento na posio USTA, obtido leitura do
isolamento C1 da bucha H1(cabo A (verm.) no TAP), o HV no topo da
bucha e o B (azul) nos outros enrolamentos ligando os mesmos terra,
como mostra na figura 19.
Figura 19. Esquema de ensaio para medio de C1 na bucha H1.
ENSAIO N 8 - para o ensaio de N 8 mudam-se os cabos do instrumento
aos enrolamentos. Tambm se modifica a posio de leitura para
GSTgA+B, onde ser obtida a leitura do isolamento C2 da bucha H1, o
cabo A (verm.) no Topo da bucha), o HV no Tap da bucha e o B (azul)
nos outros enrolamentos, como mostra a figura 20.
Figura 20. Esquema de ensaio para medio de C2 na bucha H1.
Para os ensaios 9 e 10, C1 e C2 da bucha do enrolamento
secundrio X1 respectivamente, segue mesma orientao dos ensaios 7 e
8, vale lembrar os cuidados conquanto ao posicionamento dos cabos.
Os ensaios de 1 a 7 e 9 aplica-se 10KV, j os ensaios 8 e 10
aplica-se no mximo 2kV, devido a tenso de isolao suportvel.
V. ANLISE DOS DADOS DE ENSAIO As planilhas de testes, referentes
aos ensaios realizados utilizando os trs instrumentos esto em
anexos, conforme a sequncia DOBLE (ANEXO A), CPC100 (ANEXO B) e
DIRANA (ANEXO C). Na Tabela II, mostra uma comparao dos principais
parmetros, comparando os trs equipamentos de estudo.
TABELA II RESUMO DOS VALORES DOS PRINCIPAIS PARMETROS
ENCONTRADOS
DOBLE CPC100 DIRANA
CORRENTE (A) 9,29 9,329 -
TENSO (V) 10000 10000 200
POTNCIA ATIVA (W) 0,196 0,1982 -
FATOR DE POTNCIA 0,2109 0,2117 0,002129
CAPACITNCIA (PF) 2461,8 2465,26 2468,8
FREQUNCIA (HZ) 60 60 60
Com base nos dados mostrados na Tabela II, pode-se comparar os
valores obtidos do Fator de Potncia, entre os Instrumentos DOBLE
(na frequncia de 60Hz, e o Instrumento CPC100, com a variao da
frequncia no intervalo de 40 a 100Hz), conforme figura 21.
Figura 21. Comparao valore do Fator de Potncia entre DOBLE e
CPC100. Na figura 22, mostra a curva encontrada no ensaio realizado
do Enrolamento de Alta para Baixa Tenso.
Figura 22. Grfico do Ensaio N 1, com a DIRANA.
A. Comparao entre os trs instrumentos
A fim de comparar os valores dos trs ensaios realizados tem-se a
sobreposio dos ensaios. Na figura 23, mostra os valores em um nico
grfico.
Figura 23. Curvas encontradas sobrepostas dos trs
equipamentos.
Comparando resultados sobrepostos, identifica-se grande
proximidade dos valores nos dois mtodos que aplicam 10kV e uma
imagem destes valores no mtodo da DIRANA quando aplica 200V. O
grfico Tempo versus Tenso de Aplicao da figura 24 mostra que
durante alguns anos ensaios medidos abaixo de 10000 Vca
possivelmente no informaro a real situao do isolamento do
equipamento. Isto se deve a estudos que, em campo para verificao de
fator de potncia com frequncias que permitem valores elevados de
tenso, tenha necessidade
-
de provocar esta corrente de fuga para verificao da resistncia a
condutividade.
Figura 24. Grfico Tenso de Aplicao versus Idade do
Equipamento
A certeza de validao destes instrumentos j comprovada pelos
fabricantes, agora confirmados nestes ensaios realizados por equipe
de manuteno em campo. O Instrumento da DOBLE, mesmo mais antigo,
obteve resultado satisfatrio. Identificou-se que os mtodos
modernos, como por exemplo, a CPC-100/CPTD1, fornecem resultados em
vrias frequncias, possibilitando assim, a construo de uma curva,
que conhecida como Curva Identidade do Equipamento. Esta curva para
equipamentos como transformadores de potncia, buchas condensivas,
divisores capacitivos e outros com capacitncias identificadas,
possibilita ao mantenedor, analisar resultados junto s
curvas-padro, oferecendo confiabilidade no equipamento.
Verificou-se a necessidade de compreenso terica em ensaios de
isolao, em equipamentos eltricos de grande potncia e em
instrumentos de ensaios de fator de potncia (cos), fator de
dissipao (tan) e capacitncia. Observou-se a necessidade de
experincia do mantenedor, quando:
Comparam-se ensaios com dados de placas do fabricante do
equipamento ou com resultados anteriores ou com equipamento
idntico;
Revisa-se no s o cos ou a tan, mas tambm a corrente, a potncia
ativa, a potncia reativa, a potncia aparente, a capacitncia,
etc.;
Identifica-se que um resultado muito baixo to inaceitvel quanto
um resultado muito alto;
Variao no valor da corrente ou capacitncia de 5% ou mais, deve
ser investigado;
O resultado for questionvel examinam-se todos os cabos para
verificao de um bom contato metal a metal;
Usando a cuba vazia para teste de amostras de leo, faz-se um
ensaio a 5 kV na posio UST. Deve-se medir em torno de 400 A e 0.002
watts, na menor escala de Watts e com capacitncia entre 106-110
pF.
Deve-se ressaltar que os Ensaios de Isolamento no so destrutivos
e que no se deve usar uma tenso alm da capacidade limite do
equipamento sob ensaio. Na determinao da capacidade limite do
isolamento, leva-se em conta a capacidade limite do neutro e NUNCA
se fazer ensaio num transformador sob vcuo.
VI. CONCLUSO
O grande desafio para o mantenedor reconhecer as anormalidades
do sistema sob sua responsabilidade de forma a fornecer informaes
exatas para uma tomada de deciso. Testar, checar e obter
resultados, so atividades rotineiras e este trabalho apresentado
contribui no sentido de iniciao a execuo de ensaios de isolao de
equipamentos de potncia e envolvimento na compreenso das unidades e
tambm uma compreenso mais profunda nas vrias formulas que so
utilizadas nestes ensaios. Foi constatado que os trs mtodos de
ensaios mostrados nesse artigo, so confiveis para manuteno
preventiva e preditiva e que a ntida evoluo dos testes de
isolamento muito importante para que se obtenha uma maior eficincia
e eficcia na rapidez dos resultados. H de destacar tambm que os
resultados obtidos nos testes realizados em campo, mostraram a
confiabilidade do equipamento ensaiado, pois os seus resultados
foram compatveis com aqueles obtidos em comissionamento, bem como
aos ensaios realizados em fbrica.
REFERNCIAS
[1] J. Mamede Filho, Manual de Equipamentos Eltricos. LTC Livros
Tcnicos e Cientficos Editora, 3 edio. Rio de Janeiro, 2005. [2] J.
A. Edminister, "Electromagnetics", McGraw-Hill, So Paulo, 1979. [3]
J. C. Oliveira, J. R. Cogo, J. P. G. Abreu, Transformadores: Teoria
e Ensaios, Edgar Blcher, So Paulo, 1984. [4] I. L. Kosow, Mquinas
Eltricas e Transformadores, Globo, So Paulo, 1977. [5] M. E. C.
Paulino, V. C. V. M. Beltro, Diagnstico em Campo de Umidade no
Isolamento de Transformadores de Potncia e Buchas de Alta Tenso in
IEEE/PES T&D2010 Latin America, So Paulo, SP, 2010 [6] M. E. C.
Paulino, V. C. V. M. Beltro, Aplicaes de Anlise Resposta em
Frequncia e Impedncia Terminal para Diagnstico em Transformadores
in XIII ERIAC Dcimo Tercer Encuentro. [7] M. Koch, S. Tenbuhlen:
The Breakdown Voltage of Insulation Oil under the influence of
Humidity, Acidity. Particles and Pressure International Conference
on Advances in Processing. Testing and Application of Dieletric
Materials APTADM, 26. 28.09.2017, Wroclaw. [8] DIRANA, Application
Guide Measuring and Analyzing Power Transformers, Fevereiro 2010.
[9] M. Milasch, Manuteno de Transformadores em Lquido Isolante,
Edgar Blcher, So Paulo, 1984. [10] J. Mamede Filho, Instalaes
Eltricas Industriais. LTC Livros Tcnicos e Cientficos Editora, 8
edio. Rio de Janeiro, 2012. [11] J. Mamede Filho, D. R. Mamede,
Proteo de Sistemas Eltricos de Potncia. LTC Livros Tcnicos e
Cientficos Editora, Rio de Janeiro, 2011. [12] C. K. Alexander,
Fundamentos de Circuitos Eltricos, Bookman, So Paulo, 2003. [13]
Manual CPC-100/CPTD1, Artigo Nmero: VESD0606 Manual Version:
CPC100TD1.AE.5. OMICRON 2010. [14] Manual de Teorias e Testes do
Equipamento Doble, 1997.
[15] R.Robert, E. L. Kowalski, D. M. Gomes, Artigos Gerais, Rev.
Bras. Ensino Fsica. vol.30 n. 3 So Paulo Julho/Setembro. 2008.
Alvaro Castro dos Santos graduado em Matemtica pela Universidade
Federal da Par (UFPA), Belm, Par, Brasil, em 2001. Atualmente
tcnico especialista em ensaios eltricos em equipamentos de alta
potncia na empresa ELETROBRS/ELETRONORTE e graduando do Curso de
Engenharia Eltrica no Instituto Estudos Superiores da Amaznia
(IESAM).
Cledson Oliveira da Silva Tcnico em Eletrotcnica formado pela
Escola Tcnica Federal do Par (ETFPA), Belm, Par, Brasil, em 2001.
Atualmente tcnico especialista em ensaios eltricos em equipamentos
de alta potncia na empresa ELETROBRS/ELETRONORTE e graduando do
Curso de Engenharia Eltrica no Instituto Estudos Superiores da
Amaznia (IESAM).
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ANEXO A: ENSAIO 1 COM O INSTRUMENTO DOBLE.
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ANEXO B: ENSAIO 1 COM O INSTRUMENTO CPC-100.
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ANEXO C: ENSAIO 1 COM O INSTRUMENTO DIRANA.