PERGUNTAS E RESPOSTAS: Teste de descarga parcial

Autor: Charles Nybeck, Ph.D., engenheiro de aplicações de subestação

O teste de descargas parciais é uma técnica poderosa para avaliar o estado de ativos de alta tensão e diagnosticar falhas nesses equipamentos. No entanto, para muitos engenheiros e técnicos, essa técnica ainda é relativamente nova e pouco familiar. Por isso, não é surpreendente que ela gere muitas dúvidas para nossa equipe de suporte. A seguir, apresentamos as respostas para algumas das perguntas mais frequentes sobre esse tema.

P: Como posso determinar se há atividade de descarga parcial em um ativo de alta tensão?

R: Existem vários métodos para fazer isso e eles podem ser divididos em dois grupos: testes convencionais e testes não convencionais. O método convencional de teste é definido pela norma IEC 60270, no qual o circuito de medição consiste em um capacitor de acoplamento para desacoplar a atividade de DP, uma impedância de entrada e um filtro para o sistema de medição e o instrumento de medição. Esse método requer calibração após a instalação do sistema de medição para garantir que a carga aparente nos terminais de teste, medida em pC, seja representativa das descargas reais que ocorrem no ativo, conforme observadas nos terminais de teste.

Ao usar esse método de teste, uma das maneiras mais eficazes de investigar problemas relacionados à DP é observar não apenas a magnitude e o número de descargas, mas também o padrão de descarga parcial resolvido por fase (PRPD). O padrão PRPD permite que a amplitude em pC e o número de descargas sejam sobrepostos com o ângulo de fase da tensão aplicada, oferecendo uma visão sobre o tipo e a gravidade do defeito.

Vários métodos de teste de DP se enquadram no grupo não convencional, incluindo métodos de detecção óptica, eletromagnética, química e acústica. Os métodos eletromagnéticos e acústicos são os mais comuns. As descargas parciais emitem sinais transitórios de alta frequência que podem ser capturados por meio de sensores indutivos e capacitivos e por sondas de campo especialmente projetadas.

As medições feitas com esse método são em dBμV ou dBm, em vez de pC, porque esse método não pode ser calibrado. Além disso, as descargas parciais produzem ondas de pressão que podem ser desacopladas e medidas usando sensores especiais, como transdutores piezoelétricos. Esse método é normalmente usado em conjunto com um sinal de disparo elétrico, principalmente para localizar defeitos de DP em ativos de alta tensão, como transformadores ou equipamentos GIS.

P: As medições online são mais críticas do que as medições offline para determinar a integridade da máquina ou é o contrário?

R: Tanto as medições online quanto as offline são essenciais para determinar a integridade e a condição do sistema de isolamento. As medições online, feitas com acopladores permanentemente instalados, são a única maneira de realizar o monitoramento de DP nos ativos. O monitoramento online permite que os dados sejam coletados de forma contínua, o que significa que limiares de alarme podem ser definidos e providências podem ser tomadas para notificar automaticamente o usuário caso os limiares sejam excedidos. As medições online são bastante semelhantes ao monitoramento online, pois ambos utilizam acopladores instalados permanentemente. No entanto, as medições são feitas periodicamente e não continuamente.

Tanto para as medições online quanto para o monitoramento online, as condições de operação devem ser consideradas. O dispositivo em teste está sujeito a carga operacional, umidade, temperatura e tensão. As medições offline permitem mais liberdade durante o teste porque a tensão aplicada pode ser variada para auxiliar na identificação das tensões de início (PDIV) e de extinção (PDEV). Os acopladores também podem ser movidos para realizar diversos testes, e as condições ambientais, como temperatura e umidade, podem ser ajustadas com frequência.

P: Os métodos de teste de DP de frequência de potência e de frequência muito baixa (VLF) são diferentes, mas as diferenças se aplicam especificamente ao teste de VLF senoidal ou se estendem aos testes de CA amortecida (DAC) e cosseno retangular?

R: Durante as medições de frequência de potência, os ciclos de tensão aplicados são de 50 ou 60 vezes por segundo, dependendo da frequência de alimentação. No entanto, os testes de VLF são normalmente realizados a 0,1 Hz, o que é 500/600 vezes mais lento do que a frequência da linha. A atividade de descarga parcial depende muito da dV/dt, ou seja, da mudança na tensão em relação ao tempo, portanto, o teste com VLF senoidal pode levar a tempos de teste mais longos e pode ser limitado quanto à quantidade de atividade de DP que pode estimular. Ao usar técnicas de teste DAC ou cosseno retangular, a dV/dt é muito maior do que no teste de VLF senoidal e é mais provável que induza a atividade de descarga parcial.

No teste de cosseno retangular, a tensão aplicada ainda tem uma frequência fundamental de 0,1 Hz, mas durante a inversão de polaridade, a dV/dt é próxima à de uma onda senoidal de frequência de potência. Isso permite que os testes de resistência VLF e DP sejam realizados ao mesmo tempo. Os tempos de teste podem ser mais longos utilizando o método VLF senoidal, mas como o dV/dt da inversão de polaridade é próximo ao da forma de onda da frequência de energia, os defeitos que induzem a atividade de DP devem ser mais fáceis de identificar.

Com a metodologia DAC, a tensão é aplicada em excitações de curta duração, e a frequência depende da indutância e da capacitância do sistema. Isso é ideal para diagnósticos em cabos nos quais não se deseja aplicar uma tensão constante para identificar a atividade de DP, mantendo, ao mesmo tempo, resultados comparáveis à frequência de energia. Os resultados de cada método devem ser comparados com os resultados obtidos utilizando o mesmo método, para evitar qualquer análise equivocada.

P: Qual é a diferença no procedimento entre o teste de DP com tensão aplicada e o teste de DP com tensão induzida para transformadores?

R: No teste de DP com tensão aplicada, todos os terminais dos enrolamentos em teste são conectados entre si e à fonte de tensão de frequência de energia. Todos os outros terminais dos enrolamentos são conectados entre si e à terra. Durante o teste, todas as partes do enrolamento e os condutores estarão à mesma tensão em relação à terra e aos outros enrolamentos. Ao realizar o teste, a tensão deve ser iniciada em um valor inferior a um quarto da tensão máxima e aumentada gradualmente até o máximo, em no máximo 15 segundos. Após ser mantida por 1 minuto, a tensão deve ser reduzida gradualmente, em no máximo 5 segundos, para um quarto da tensão máxima ou menos, e o circuito deve ser aberto.

Para o teste de DP com tensão induzida, uma tensão trifásica maior ou igual a duas vezes a frequência nominal é aplicada nos terminais de baixa tensão. Ao contrário do teste de tensão aplicada, todos os outros terminais da linha são deixados abertos, enquanto o neutro e o tanque são aterrados. A tensão aplicada depende da classe de tensão do transformador. Para transformadores da classe II, a tensão de teste é elevada lentamente para 150% e mantida por alguns minutos antes de ser aumentada para um nível de aprimoramento de aproximadamente 173% por 7200 ciclos. Em seguida, a tensão é reduzida para 150% e mantida por 1 hora. Durante este teste, as medições de DP são registradas a cada 5 minutos. Para ambos os testes, a condição de aprovação é a ausência de colapso na tensão e de som interno audível.  Mais informações podem ser encontradas nas normas IEEE C57.12.01, C57.12.91 e C57.113.

P: Qual é a diferença de método ao realizar um teste de DP em um motor ou gerador com um neutro acessível e outro que não tenha um neutro acessível?

R: Em um motor ou gerador com um neutro acessível, é possível energizar o enrolamento completo para o aterramento e também as fases individuais para o aterramento. Recomenda-se que a medição seja realizada nos terminais de linha das fases individuais (A1, B1, C1) e, ao mesmo tempo, aterrar os terminais que não estão sendo testados. A tensão deve ser injetada a partir do neutro para introduzir amortecimento ou filtragem adicional para medições mais detalhadas. Por exemplo, ao testar a fase A, a tensão seria aplicada ao lado neutro (A2), enquanto o capacitor de acoplamento e o circuito de medição são conectados ao lado da linha (A1) e as fases adicionais (B1 e C1) são aterradas.

Ao realizar um teste de DP em um motor ou gerador sem um neutro acessível, pode parecer que o teste só pode ser realizado colocando em curto os enrolamentos do lado da linha, aplicando uma tensão e fazendo uma medição. Isso resultaria em uma medição média entre todos os enrolamentos e poderia mascarar um problema em um enrolamento. Portanto, em vez de realizar uma única medição, recomenda-se que a medição seja feita em cada enrolamento individual, por exemplo, aplicando tensão em A1 e medindo em B1, ou aplicando tensão em B1 e medindo C1 e assim por diante. Isso permite uma análise de cada enrolamento, mesmo que o neutro seja inacessível, e pode ajudar a evitar o mascaramento de possíveis problemas.