A importância do terminal de proteção em testes de isolamento

Autor: Keith Wilson

A medição da resistência de isolamento é um dos testes mais amplamente usados para ativos de energia, mas, para alcançar resultados confiáveis, é universalmente aceito que é essencial usar um conjunto de testes com um terminal de proteção. Analisamos por que isso acontece e examinamos a questão frequentemente negligenciada do desempenho dos terminais de proteção.

Ao fazer um teste de resistência de isolamento, uma alta tensão CC conhecida é aplicada ao ativo em teste e o fluxo de corrente resultante é medido. Usando a lei de Ohm, o valor da corrente, que geralmente é muito pequeno, é convertido em um valor de resistência de isolamento. A comparação desse valor de resistência de isolamento com critérios de aprovação/reprovação predeterminados ajuda a determinar a segurança e a qualidade do sistema de isolamento do ativo. Além disso, se os testes de resistência de isolamento forem realizados periodicamente em um ativo, os resultados podem ser monitorados para revelar alterações, o que pode ajudar a detectar a degradação do sistema de isolamento e prever a vida útil do ativo.

Cada parte da infraestrutura elétrica, desde o ponto de geração, passando pela transmissão e distribuição, até o uso final pelo consumidor, depende de um isolamento eficaz. A disponibilidade contínua da rede elétrica é de extrema importância. Por isso, é fundamental que, ao medir os valores de resistência de isolamento, possamos confiar nos resultados obtidos.

Vamos considerar por um momento o que acontece se houver um erro e as medições estiverem incorretas. Se os resultados nos quais confiamos forem menores do que os valores reais de resistência do isolamento, os ativos podem ser retirados prematuramente de serviço, equipes de manutenção podem substituir desnecessariamente equipamentos caros e parte da rede pode ser retirada de serviço para que esse trabalho desnecessário seja realizado. Tudo isso leva a custos de manutenção mais altos e a menor disponibilidade da rede, preços mais altos para o consumidor e, possivelmente, lucros menores para os serviços públicos.

Para eliminar esses problemas, precisamos usar instrumentos de resistência de isolamento que forneçam leituras precisas e confiáveis de forma consistente. Para entender o que isso significa na prática, precisamos analisar melhor as correntes muito pequenas medidas por um medidor de resistência de isolamento.

Uma vez que correntes transitórias, como a corrente de carga capacitiva e a corrente de absorção (ou polarização), tenham baixado para valores insignificantes no ativo em teste, resta uma pequena corrente de estado constante denominada corrente de condução ou corrente de fuga. Esta é constituída por dois componentes:

• Corrente de fuga através do material isolante
• Corrente de fuga sobre a superfície do isolamento

Por fim, usamos a corrente de fuga através do isolante como base para nossas decisões sobre a utilidade contínua do ativo. Mas, em certos tipos de ativos, a corrente de fuga sobre a superfície do isolante pode dominar as medições de tal forma que os valores de resistência de isolamento medidos não possam ser considerados.

Cabos grandes, enrolamentos, transformadores de energia, buchas elétricas e outros ativos que tenham áreas de superfície grandes podem ser contaminados por sujeira no ar ou até mesmo por uma fina película de umidade. Essas condições tendem a levar a uma corrente de fuga de superfície significativa que pode afetar seriamente a medição da corrente de fuga de isolamento real.

No diagrama a seguir de uma bucha contaminada, a corrente de fuga de isolamento através do material isolante da bucha é mostrada em azul e a corrente de fuga de superfície é mostrada em vermelho. Essas duas correntes são combinadas na parte superior da bucha antes de retornar ao instrumento por meio do cabo negativo (preto). O instrumento mede a corrente combinada e, por isso, fornecerá um valor de resistência de isolamento falsamente baixo.

Corrente medida = corrente de fuga da superfície + corrente de fuga do isolamento

Para evitar esse problema, precisamos remover o componente da corrente de fuga de superfície de nossas medições, especialmente quando estamos medindo um ativo com uma resistência de isolamento de 100 MΩ ou mais em tensões de 1000 V ou acima. É aqui que o terminal de proteção entra em jogo.

O terminal de proteção é uma terceira conexão feita para o ativo em teste. Essa conexão fornece um caminho de retorno para a corrente de fuga da superfície que, como vimos, pode levar a um erro substancial na medição da resistência do isolamento.

Mais uma vez usando uma bucha de alta tensão como nosso exemplo, o diagrama abaixo mostra como a corrente de fuga de superfície que passa pela parte externa do isolante é “protegida” ao enrolar uma cinta condutora em torno da parte intermediária até a parte superior da bucha. Isso elimina a corrente de fuga da superfície e permite que o instrumento de teste meça apenas a corrente de fuga real do isolamento.

Corrente medida = somente corrente de fuga do isolamento. A corrente de fuga da superfície está “protegida”.

Um dos benefícios do terminal de proteção é que ele pode ser usado como uma rápida ferramenta de diagnóstico de primeira linha. Dois testes fáceis podem determinar rapidamente se o sistema de isolamento de um ativo está realmente se degradando ou se está simplesmente contaminado com sujeira e, portanto, precisa de uma limpeza adequada. O primeiro teste é realizado usando o terminal de proteção e o segundo teste sem usá-lo. Se os dois valores de resistência de isolamento medidos diferirem drasticamente, ficará claro que a contaminação será o problema subjacente, fazendo com que o instrumento, quando usado sem o terminal de proteção, mostre valores de resistência de isolamento mais baixos do que o esperado.

O terminal de proteção também é importante quando as medições de resistência do isolamento são feitas periodicamente em um ativo para que possa ser obtida a tendência dos resultados. Há muitas variáveis que podem influenciar o valor de resistência de isolamento medido de um ativo, incluindo, por exemplo, ruído elétrico e temperatura. Portanto, ao obter a tendência dos valores de resistência do isolamento ao longo do ciclo de vida do ativo, o uso do terminal de proteção para todas as medições é uma necessidade. Isso ocorre porque é removida a variável adicional do vazamento de superfície, que por si só muda ao longo do tempo como resultado de contaminação e níveis diferentes de umidade relativa no momento do teste.

Observamos que um terminal de proteção é um recurso essencial de um medidor de resistência de isolamento de alta tensão para obtenção de resultados confiáveis. Mas é importante observar que nem todos os terminais de proteção são iguais. Na verdade, o desempenho do terminal de proteção difere muito entre os instrumentos de diferentes fabricantes.

A Megger fornece um terminal de proteção em vários de seus produtos, começando com o MIT2500 portátil, que pode testar até 2,5 kV, até o S1-1568, nosso carro-chefe que testa até 15 kV. A empresa divulga totalmente o desempenho de seus terminais de proteção, informando a precisão e fornecendo valores típicos de resistência de isolamento e valores de resistência de superfícies paralelas. Ao contrário de outros fabricantes, o teste de baixa resistência Megger revelou P7 A importância do terminal de proteção no teste de isolamento Continua na página 2 Ricardo Puig - Especialista em engenharia de cabos declara a precisão em toda a faixa de tensão de saída do instrumento, e não em uma tensão de saída específica que pode não ser típica do uso normal.

O circuito do terminal de proteção precisa de um design cuidadoso para garantir a baixa impedância de entrada, o que é essencial para a precisão, ao mesmo tempo em que alcança uma alta classificação de segurança CAT em conformidade com IEC 61010, de forma que os usuários permaneçam seguros no caso de tensões transientes ou induzidas aparecerem no circuito testado. Ambos os recursos são importantes, mas, para os oferecer, é necessário implementar circuitos de instrumento com custo mais alto que possam responder instantaneamente para bloquear transientes que possam colocar em risco tanto o usuário quanto o instrumento.

Alguns fornecedores de instrumentos de teste tentaram manter os custos baixos usando resistores alta classificação no circuito do terminal de proteção como uma forma de obter altas classificações de segurança CAT para seus instrumentos. Infelizmente, isso aumenta a impedância de entrada do terminal de proteção e degrada seu desempenho.

Esses componentes de baixo custo também adicionam carga desnecessária ao instrumento e, como resultado, não é possível manter a tensão de teste especificada, especialmente para valores mais baixos de resistência de isolamento. A tensão de saída simplesmente falha, tornando o teste fora das especificações e invalidando automaticamente todos os resultados que possam ser obtidos.

Além disso, na folha de dados, quando resistores de alta classificação são usados para aumentar as classificações CAT do terminal de proteção, um exame cuidadoso do guia do usuário algumas vezes revelará que apenas o terminal de proteção tem classificação CAT: os terminais de teste positivo e negativo não têm! O terminal de proteção é provavelmente o lugar mais improvável para encontrar transientes, portanto, essa prática é, sem dúvida, uma evidência de projeto inadequado. Como era de se esperar, todos os terminais dos testadores de isolamento de AT da Megger têm classificação CAT.

Selecionar o medidor correto de resistência de isolamento pode ser difícil. Dada a variedade de produtos disponíveis atualmente, é um desafio demorado examinar fichas técnicas, procurar algumas das armadilhas destacadas neste artigo e tentar determinar o que comprar. Com isso em mente, a Megger produziu um auxílio indispensável para ajudar na comparação dos produtos selecionados. A ferramenta CB101G é simples e segura, contendo vários resistores de alta potência classificados para uso em até 5 kV. Essa ferramenta pode ser usada para confirmar o desempenho (ou a falta dele) de forma rápida e positiva em relação ao terminal de proteção em quase qualquer medidor de resistência de isolamento.

Os terminais de proteção de alto desempenho dos medidores de resistência de isolamento da Megger garantem que esses instrumentos forneçam valores de resistência de isolamento precisos, confiáveis e verificáveis que podem ser usados para tomar uma decisão correta e informada sobre a verdadeira condição de isolamento de um ativo.

A manutenção preditiva eficaz depende de tendências confiáveis dos resultados de testes para fornecer uma indicação antecipada à falha iminente. O uso de um terminal de proteção de alto desempenho pode, portanto, reduzir o risco de substituição prematura de ativos e garantir a máxima vida útil. As equipes de manutenção podem executar a atividade correta nos momentos mais apropriados, mantendo os custos no mínimo e maximizando a disponibilidade da rede.