Inspeção de pontos quentes elétricos e p

Autor: Ahmed El-Rasheed

A detecção de pontos quentes é uma das medidas de monitoramento de condições mais úteis para sistemas elétricos. Ela permite a detecção precoce de falhas e, portanto, ajuda a evitar a deterioração do isolamento e a reduzir o risco de falhas. A temperatura dos circuitos elétricos tem uma influência significativa na vida útil do isolamento. Se uma junção solta criar um ponto quente, o isolamento próximo a esse ponto quente pode sofrer deterioração considerável devido ao aquecimento excessivo, podendo resultar em interrupções.

Com o uso de uma câmera térmica, que converte a radiação infravermelha invisível em imagens nítidas a partir das quais as temperaturas podem ser lidas, é possível identificar os componentes que estão superaquecendo e os que estão anormalmente frios. As imagens da câmera podem ser exibidas em um monitor em tempo real ou armazenadas para análise posterior. O uso de uma câmera térmica facilita para os eletricistas e técnicos de manutenção identificar possíveis falhas antes que elas ocorram, o que é um benefício crucial, especialmente no caso de equipamentos críticos, em que a falha resultará em uma grande interrupção.

Depois que um ponto quente é identificado, as ferramentas adequadas devem ser usadas para corrigir a situação antes que ela piore. Uma das ferramentas mais úteis é o Ductor™, um ohmímetro de baixa resistência que pode medir com precisão resistências tão baixas quanto miliohms ou até mesmo microohms. Esse instrumento permite que eletricistas e técnicos identifiquem quaisquer resistências anormalmente altas em componentes e junções. O reparo ou a substituição dos elementos de alta resistência reduzirá o aquecimento e resolverá o problema do ponto quente.

O aquecimento anormal é, de fato, uma das causas mais comuns de problemas em sistemas elétricos e está invariavelmente associado a uma resistência anormalmente alta ou a um fluxo excessivo de corrente. A geração de imagens por infravermelho permite que esse aquecimento anormal seja detectado de forma rápida e eficiente.

Condutores subdimensionados, conexões soltas, componentes elétricos com falhas ou fluxo excessivo de corrente podem causar aquecimento anormal, resultando em circuitos elétricos perigosamente quentes. Os componentes podem literalmente ficar quentes a ponto de derreter.

Figura 1: Danos em uma caixa de terminais de motor

Figura 2: Danos a um condutor em uma conexão trifásica

Figura 3: Aquecimento excessivo de uma conexão de barramento

As fotografias das Figuras 1 a 3 mostram falhas no isolamento e grandes danos resultantes de pontos quentes não detectados.

Figura 4: Ponto quente em uma junção de condutor

Figura 5: Aquecimento excessivo de um para-raios

Figura 6: Ponto quente em um terminal de alimentação trifásico

Em contraste, as Figuras 4 a 6 mostram imagens térmicas de pontos quentes que foram detectados antes de causarem falhas. Muitas situações operacionais podem levar ao desenvolvimento de pontos quentes. Os exemplos incluem:

• Junções soltas devido a vibrações e choques
• Conexões soltas como resultado de curtos-circuitos graves ou arranjos de fixação envelhecidos
• Danos mecânicos aos contatos de potência deslizantes devido ao manuseio inadequado do equipamento
• Aumento da resistência de contato resultante de oxidação ou corrosão devido a problemas ambientais, como alta umidade e poluição do ar
• Intervalos de manutenção prolongados devido a dificuldades para retirar o equipamento de serviço

No caso específico de subestações elétricas, alguns dos itens cujas assinaturas térmicas devem ser examinadas quanto a possíveis precursores de falhas incluem:

• Transformadores de potência (níveis de óleo e operação da bomba) 
• Comutadores de derivação de carga (níveis de óleo, outros problemas internos) 
• Buchas isolantes (níveis de óleo e conexões ruins) 
• Isoladores de suporte (umidade, contaminação, degradação) 
• Para-raios (degradação dos discos de óxido metálico) 
• Disjuntores (vazamento de óleo ou SF6) 
• Desconexões mecânicas (conexões ruins, contaminação) 
• Terminais de motores ou geradores (contaminação, conexões ruins) 
• Junções e terminações de cabos (contaminação, acabamento ruim) 
• Gabinetes de controle (desgaste de ventiladores, bombas e outros componentes) 
• Baterias

Ao realizar inspeções por imagens térmicas em equipamentos de linhas elétricas e subestações, é necessário ter em mente algumas considerações importantes. Entre elas estão:

• Carga: o sistema deve estar funcionando com 40% ou mais da carga de pico durante a inspeção – mais, se possível. Esse nível de carga permitirá que haja energia suficiente para o aparecimento de um ponto quente. E quando um ponto quente for localizado, deve-se considerar quanto mais aquecimento ocorrerá quando a carga aumentar para 100%.
• Vento: se a inspeção estiver sendo realizada ao ar livre e a velocidade do vento no componente sob investigação for igual ou superior a 16 km/h (10 mph), será necessário fazer uma ressalva, principalmente considerando que o aquecimento do ponto quente pode aumentar em velocidades de vento mais baixas.
• Comparação de fase: a menos que haja um desequilíbrio de carga entre as fases, elas normalmente funcionarão em temperaturas semelhantes. Se um componente em uma fase estiver mais quente do que o componente equivalente nas outras fases, será necessária uma investigação mais aprofundada.
• Temperatura: um ponto quente não deve ser ignorado, mesmo que seja pequeno e a diferença de temperatura pareça insignificante. Mesmo pequenos aumentos de temperatura podem indicar problemas sérios. É aconselhável julgar um ponto quente identificado pelas possíveis consequências da falha, em vez de uma priorização predeterminada com base na temperatura.
• Precisão: ao realizar inspeções térmicas, trabalhe bem dentro da resolução de medição do gerador de imagens e compense com precisão a emissividade e a temperatura de fundo.

Para subestações, o procedimento recomendado é começar pelo exterior usando um termovisor. Faça a varredura da linha de transmissão que alimenta a estação, do circuito da linha de transmissão, dos isoladores do lado alto (para-raios) e, em seguida, concentre-se em componentes específicos. Por exemplo, em um transformador, observe as buchas, os tanques do comutador de derivação e assim por diante. O registro dos resultados e as tendências ao longo do tempo podem fornecer informações adicionais valiosas, conforme ilustrado na Figura 7.

Figura 7: Acompanhamento das temperaturas ao longo dos meses para o painel de distribuição trifásico em uma subestação, mostrando tendências e problemas detectados (Tomas Kozel et al, Medium Voltage Switchgear Temperature Monitoring, ABB, 2016)
Quando um ponto quente é identificado, os reparos podem ser realizados durante um desligamento programado. Isso evita um desligamento não planejado e é uma forma eficaz de manutenção preventiva. Ao realizar os reparos, os testes devem ser feitos com um ohmímetro dedicado de baixa resistência, como um Ductor™. Um multímetro digital (DMM) comum não fornecerá resultados suficientemente precisos ou confiáveis. Vejamos por quê.

Um DMM e um ohmímetro de baixa resistência usam uma tensão de teste semelhante de apenas alguns volts, mas utilizam correntes de teste muito diferentes. No caso de um DMM, a corrente de teste normalmente é de cerca de 5 mA, mas a corrente de teste mais comum para um ohmímetro de baixa resistência é de 10 A, e há tipos disponíveis que usam correntes de teste de 100 A, 200 A ou até 600 A. Um DMM fará a leitura até um décimo ou possivelmente um centésimo de ohm, enquanto um ohmímetro de baixa resistência fará a leitura em microohms ou até mesmo décimos de microohms.

Então, por que essas diferenças são importantes? A principal função das faixas de baixa resistência de um DMM é realizar testes de continuidade. Os eletricistas usam esses testes para garantir que não haja erros de fiação em uma caixa de junção e que todas as conexões estejam corretas e firmes. Em muitos casos, a medição real não é necessária porque o DMM tem um sinal sonoro ou uma campainha ativada em um valor de resistência predefinido. O DMM portátil é ideal para esse tipo de teste.

Em contrapartida, a finalidade principal de um ohmímetro de baixa resistência é medir com precisão resistências abaixo de 1 Ω em aplicações em que a simples verificação de continuidade não é suficiente. Deve haver a certeza de que o circuito ou a junção que está sendo testada funcionará de forma confiável sem superaquecimento. Alguns exemplos de aplicações incluem aterramento para proteção contra raios, eliminação de falhas, acoplamento de superfícies de contato para máxima transferência de energia sem aquecimento e manutenção de conexões aparafusadas e junções de solda. Para aplicações exigentes como essas, uma alteração de apenas alguns microohms na resistência pode indicar um problema existente ou até mesmo um problema em desenvolvimento que precisa ser corrigido antes que ocorra algum dano.

Figura 8: Um DMM AVO830 da Megger mostrando 0 Ω ao testar uma junção de barramento

Figura 9: Um ohmímetro de baixa resistência DLRO10HD da Megger com leitura de 10 μΩ ao testar a primeira seção da mesma junção da Figura 8

Figura 10: A mesma leitura do ohmímetro de baixa resistência de 1,131 mΩ ao testar a segunda seção da mesma junção da Figura 8, que revela uma conexão abaixo do padrão
As Figuras 8, 9 e 10 mostram claramente a diferença entre as medições de baixa resistência feitas com um DMM e um ohmímetro de baixa resistência dedicado. O DMM mede a resistência de toda a junção do barramento de duas seções como zero e, portanto, não faz nada mais do que confirmar a continuidade. Entretanto, o ohmímetro de baixa resistência fornece uma leitura de 10 μΩ para uma seção e 1,131 mΩ para a segunda seção. O ohmímetro de baixa resistência identificou uma conexão ruim no barramento quando o DMM não conseguiu encontrar nenhuma diferença na resistência. Em geral, as medições de baixa resistência são comparadas com a resistência de outras junção/componentes semelhantes para decidir se o valor está dentro da faixa normal.

Esperamos que este artigo tenha demonstrado que a combinação de imagens térmicas e o uso de um ohmímetro de baixa resistência dedicado é uma parte essencial da manutenção preventiva elétrica. Há um enorme valor na realização de inspeções regulares de imagens térmicas porque isso ajuda a identificar problemas antes que eles causem danos e interrupções dispendiosas. Também é de grande valia usar as ferramentas certas para investigar mais a fundo e solucionar os problemas identificados pela imagem térmica.