Diagnóstico de DP para cabos PILC de média tensão antigos
Piotr Cichecki - Especialista no mercado de energia
As falhas em cabos PILC de média tensão, muitos dos quais estão em serviço há mais de quarenta anos, são uma grande dor de cabeça para as operadoras de rede de distribuição (DNOs). Com base em um estudo de longo prazo realizado em conjunto pela Universidade de Tecnologia de Varsóvia e Megger, este artigo analisa como a análise de diagnóstico parcial pode ajudar a resolver esse importante problema.
Antes de discutir o papel da análise de descarga parcial (DP) na avaliação da condição de cabos de média tensão, é útil revisar exatamente o que é a DP. O conceito é, na verdade, muito simples: a descarga parcial é uma pequena faísca ou descarga elétrica que ocorre em um defeito de isolamento, mas não atravessa completamente o isolamento. O defeito pode se apresentar sob a forma de uma cavidade dentro do isolamento, pode ocorrer ao longo da interface entre materiais isolantes (tipicamente em acessórios) ou pode ocorrer ao longo de superfícies, por exemplo, em terminações ou caixa de terminais.
As características da DP dependem de muitos fatores, incluindo o tipo, o tamanho e a localização do defeito, o tipo de material isolante, a tensão aplicada e a temperatura. As características também variam com o tempo. Os danos causados pela DP podem variar de insignificantes a graves, sendo que os últimos causam falha completa do isolamento em um período de tempo que varia de alguns dias a alguns anos. Um exemplo comum de DP é o corona em linhas aéreas de transmissão de alta tensão em clima úmido, que é a fonte do zumbido frequentemente ouvido sob as torres de transmissão de alta tensão.
A DP dentro do isolamento sólido geralmente ocorre quando uma faísca salta um vazio cheio de gás no isolamento, produzindo uma pequena corrente dentro dos condutores. Usando técnicas de reflectometria no domínio do tempo (TDR) e levando em conta as características do cabo que afetam a propagação do pulso, um conjunto de testes de análise de DP pode determinar o local das descargas e produzir um mapa de DP que representa a intensidade da descarga em relação ao local.
Duas das principais fontes de problemas de DP em cabos PILC são o isolamento seco, normalmente como resultado de alta carga térmica ou impregnação ruim, e a entrada de água devido à deterioração do revestimento de chumbo. Ambos os problemas levam à formação de trilhas carbonizadas no isolamento de papel, e elas podem estar presentes em longos comprimentos de cabo - exemplos que cobrem alguns metros ou mais não são incomuns. Os problemas de DP também são encontrados nos acessórios usados nos sistemas de cabos PILC, geralmente resultantes de bordas afiadas deixadas no conector do condutor.
Embora seja possível analisar a DP online de cabos de energia de média tensão, essa abordagem inevitavelmente tem limitações e é necessariamente uma forma muito menos sensível de detectar defeitos do que os testes offline. Assim, o restante deste artigo se concentrará na análise offline de DP, para a qual existem várias técnicas disponíveis. As mais importantes são:
• Teste a uma frequência de energia de 50/60 Hz
Embora essa possa ser considerada a técnica mais desejável e reveladora, pois analisa com precisão o comportamento do cabo em condições próximas às que ele terá em serviço, geralmente não é prática devido ao enorme tamanho e custo da fonte de energia necessária para energizar todos os cabos, exceto os mais curtos.
• Teste com tensão CA amortecida (DAC)
Esse é o método mais usado em todo o mundo, pois utiliza equipamentos de teste facilmente transportáveis e acessíveis e funciona em frequências comparáveis à frequência de potência.
• Teste em VLF (0,1 Hz) com uma tensão de teste sinusoidal
Essa técnica também é amplamente utilizada, mas os resultados de DP obtidos com ondas senoidais nessa baixa frequência podem ser muito diferentes daqueles que seriam obtidos na frequência de potência. O teste pode, portanto, não refletir com precisão o comportamento do cabo em serviço.
• Teste em VLF (0,1 Hz) com uma tensão de teste cosseno-retangular (CR)
Essa é uma técnica relativamente nova. O principal recurso é que a forma de onda CR de 0,1 Hz usada tem tempos de elevação e queda muito semelhantes aos tempos de elevação e queda de uma onda senoidal de 50/60 Hz. As medições de DP feitas durante essas transições são, portanto, próximas dos resultados que seriam obtidos na frequência de potência.
Tabela 1 - Métodos de teste para cabos de média tensão
A Tabela 1 resume as técnicas de teste disponíveis para cabos de média tensão. É importante comentar que, com base em um banco de dados da Megger que contém resultados de testes relatados por uma ampla gama de operadoras de cabos desde 2005, 88% dos cabos de média tensão foram aprovados no teste de resistência/hiperpotência com fontes de tensão VLF de 0,1 Hz, em que esses testes não foram monitorados quanto à descarga parcial. No entanto, cerca de 5% desses cabos falharam dentro de seis meses após o comissionamento aparentemente bem-sucedido, sendo que o problema mais comum foi a mão de obra deficiente em relação aos acessórios do cabo, como juntas e terminações.
Voltando ao uso da tensão DAC para testes de DP, os estudos realizados pela Megger em conjunto com a Universidade de Tecnologia de Varsóvia mostraram que esse é um excelente método para identificar de forma confiável descargas parciais usando uma tensão de teste não destrutiva. Outro benefício importante é que esse é um método comprovado que produz resultados que podem ser comparados diretamente com o desempenho do cabo em 50/60 Hz, permitindo que sejam tomadas decisões confiáveis sobre a necessidade de atenção.
Com relação à forma de onda VLF CR, uma grande vantagem é que o teste de DP pode ser realizado simultaneamente com um teste de resistência VLF padrão, de acordo com a norma IEC/IEEE 400.2/3. Isso economiza tempo porque, se nenhuma DP for detectada durante o teste, não será necessária uma análise separada da DP. A indicação direta da qualidade do acabamento do cabo também é fornecida durante o teste de resistência. Mais uma vez, os dados de DP são comparáveis com o desempenho do cabo em 50/60 Hz e, portanto, auxiliam na tomada de decisões confiáveis. Por fim, o teste de VLF a 0,1 Hz atende aos requisitos da norma IEC 60502 – 2.
É importante observar que as técnicas DAC e VLF CR para análise de DP têm vantagens específicas. Felizmente, os compradores de equipamentos de teste não precisam mais decidir entre elas, pois os conjuntos de teste de cabos mais recentes, como o Megger TDS NT, suportam ambas as técnicas, permitindo que os usuários escolham o método mais adequado para o cabo que está sendo testado.
O fato de ambas as técnicas serem igualmente boas na detecção de falhas e na revelação de suas localizações é ilustrado pela Figura 1, que mostra os resultados dos testes realizados em uma fase de um cabo PILC de 240 m de comprimento em Varsóvia, usando as técnicas DAC e VLF CR. Como a figura ilustra claramente, há pouca diferença entre os resultados obtidos.
Figura 1: Cabo investigado com duas fontes de tensão
Na realidade, os resultados nem sempre são tão claros quanto os obtidos no cabo de Varsóvia, como pode ser visto na Figura 2. No entanto, técnicas avançadas de filtragem e processamento de sinais podem tornar resultados como esses muito mais fáceis de interpretar. A Figura 3, que mostra a filtragem aplicada aos mesmos dados usados na Figura 2, mostra como ela pode ser eficaz.
Figura 2: Resultados de DP sem filtragem
Figura 3: Resultados de DP com filtragem
Vimos que as características da DP, como magnitude, localização e ocorrência da DP, são semelhantes, independentemente de a fonte de tensão de teste ser DAC ou VLF CR. Também vimos que os sistemas de teste mais recentes, que oferecem essas duas fontes de tensão e incorporam uma filtragem poderosa e eficaz, tornam a análise de DP rápida e confiável uma realidade. Isso significa que as DNOs que operam redes com cabos PILC antigos agora têm uma forma prática e econômica de prevenir falhas nos cabos e, portanto, desfrutar de uma tranquilidade muito maior!
