Desenvolvimento de Sistema de Medida para Diagnóstico de Arborescências em Cabos Isolados de Média Tensão. Vitoldo Swinka ...
Tópicos Introdução Fenômeno da Arborescência Estatística de Ocorrência de Arborescência em Água Método de Análise - Compon...
Introdução ESTRUTURA DE UM CABO DE MÉDIA TENSÃO ISOLADO COM XLPE (POLIETILENO RETICILADO)
Introdução PRINCIPAIS CAUSAS DE FALHAS EM CABOS ISOLADOS COM XLPE
Fenômeno Arborescência <ul><li>ARBORESCÊNCIA EM ÁGUA </li></ul><ul><li>Resultante da ação combinada de campo elétrico e um...
Fenômeno Arborescência <ul><li>ARBORESCÊNCIA ELÉTRICA </li></ul><ul><li>Resultante da ação de descargas  parciais no inter...
Estatística de Ocorrência de Arborescência em Água <ul><li>Metodologia </li></ul><ul><li>Seleciona-se um cabo degradado. <...
Estatística de Ocorrência de Arborescência em Água Medidas das arborescências do tipo “bow tie” Amostra E11 Amostra E12 Am...
Estatística de Ocorrência de Arborescência em Água Medidas das arborescências do tipo “vented” A quantidade de “vented tre...
Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa <ul><li>Cabo não degradado: </li></ul><ul><li>C - capac...
Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa A – LIVRE DE  ARBORESCÊNCIAS B - 3 kV/100 h C – 3 kV/30...
Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Circuito teste V1 = 8 kV rms Ca – Cabo XLPE 60 m Ra =16...
Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Arranjo Experimental em Laboratório Circuito desenvolvido
Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Arranjo Experimental em Laboratório - Resultados Amostr...
Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Desenvolvimento do Protótipo Amplificador de corrente P...
Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Desenvolvimento do Protótipo Fluxograma da rotina  dese...
Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Desenvolvimento do Protótipo Calibração do ângulo de fa...
Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Desenvolvimento do Protótipo Teste utilizando o resisto...
Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Desenvolvimento do Protótipo Teste com o cabos degradad...
Considerações Finais <ul><li>No cabo isolado em XLPE retirado do campo após 30 anos de operação foi observada grande incid...
Laboratório Móvel e Rede Didática
Vitoldo Swinka Filho –  [email_address] Fernado Araujo Azevedo – fernando.azevedo@copel.com
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  1. 1. Desenvolvimento de Sistema de Medida para Diagnóstico de Arborescências em Cabos Isolados de Média Tensão. Vitoldo Swinka Filho, Fernando Araujo Azevedo, Guilherme Cunha da Silva e Guilherme Sombrio.
  2. 2. Tópicos Introdução Fenômeno da Arborescência Estatística de Ocorrência de Arborescência em Água Método de Análise - Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Considerações Finais
  3. 3. Introdução ESTRUTURA DE UM CABO DE MÉDIA TENSÃO ISOLADO COM XLPE (POLIETILENO RETICILADO)
  4. 4. Introdução PRINCIPAIS CAUSAS DE FALHAS EM CABOS ISOLADOS COM XLPE
  5. 5. Fenômeno Arborescência <ul><li>ARBORESCÊNCIA EM ÁGUA </li></ul><ul><li>Resultante da ação combinada de campo elétrico e umidade; </li></ul><ul><li>Origem em defeitos (vazios, contaminantes e protrusões); </li></ul><ul><li>Mecanismo de degradação lento; </li></ul><ul><li>Não é acompanhado pela ocorrência de descargas parciais detectáveis; </li></ul><ul><li>Reduz a rigidez dielétrica; </li></ul><ul><li>Pode converter-se em uma arborescência elétrica. </li></ul>Tipo “bow-tie” Tipo “vented” R. BARTNIKAS, K. D. SRIVASTAVA. Power and Communication Cables Theory and Aplications .New York: McGraw-Hill, 2000. FERNANDO NOGUEIRA DE LIMA. Uma Contribuição À Estimativa de Indicadores de Desempenho do Estado Operacional de Cabos Isolados Sob A Ação das Arborescências. 201 f. Tese de doutorado - Universidade Federal de Uberlândia, setembro 2008.
  6. 6. Fenômeno Arborescência <ul><li>ARBORESCÊNCIA ELÉTRICA </li></ul><ul><li>Resultante da ação de descargas parciais no interior de vazios ou protrusões; </li></ul><ul><li>Mecanismo de degradação rápido; </li></ul><ul><li>Uma vez iniciada a ruptura da isolação passa a ser uma questão de dias ou semanas. </li></ul>
  7. 7. Estatística de Ocorrência de Arborescência em Água <ul><li>Metodologia </li></ul><ul><li>Seleciona-se um cabo degradado. </li></ul><ul><li>Retira-se um pedaço de XLPE de 30 cm de cada lado. </li></ul><ul><li>A amostra é divida em quatro partes e cada parte é dividida em três. </li></ul>1 - As amostras foram fatiadas com espessura de 150  m com o micrótomo Leika RM 2165. 2 - Para visualizar as arborescências em água as amostras foram tingidas em solução aquosa com 250 ml de água destilada, 8 ml de amônia e 0,5 g de azul de metileno. As amostras ficaram imersas nessa solução durante 4 horas a, aproximadamente, 70 °C. 3 - Identificação das arborescências com o microscópio óptico Zeiss West Germany equipado com uma lente graduada. A escala foi calibrada com uma rede de difração com 100 linhas por polegada.
  8. 8. Estatística de Ocorrência de Arborescência em Água Medidas das arborescências do tipo “bow tie” Amostra E11 Amostra E12 Amostra E13 Grupo de amostras Média ( μ m) Desvio padrão ( μm) E11 176,26 77,77 E12 174,79 88,31 E13 157,71 84,79 Total 168,25 84,64
  9. 9. Estatística de Ocorrência de Arborescência em Água Medidas das arborescências do tipo “vented” A quantidade de “vented tree” é muito menor que a quantidade de “bow tie”. A média do comprimento é 231,16 μm e o desvio padrão é de 84,66 μm.
  10. 10. Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa <ul><li>Cabo não degradado: </li></ul><ul><li>C - capacitância do sistema de isolamento </li></ul><ul><li>R - mecanismos de condução ôhmicos. </li></ul><ul><li>Cabo degradado: </li></ul><ul><li>Rv – mecanismo de condução não linear introduzido pela presença das arborescências </li></ul><ul><li>Gera componentes harmônicas na corrente. </li></ul>
  11. 11. Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa A – LIVRE DE ARBORESCÊNCIAS B - 3 kV/100 h C – 3 kV/300 h D – 3 kV/500 h Amplitude da 3ª Harmônica está relacionada com o comprimento das arborescências.
  12. 12. Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Circuito teste V1 = 8 kV rms Ca – Cabo XLPE 60 m Ra =16,8 M Ω
  13. 13. Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Arranjo Experimental em Laboratório Circuito desenvolvido
  14. 14. Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Arranjo Experimental em Laboratório - Resultados Amostra de cabo XLPE novo Amostra de cabo XLPE degradado FFT - a amplitude do terceiro harmônico (150 Hz) é maior que a amplitude dos demais harmônicos, confirmando que a isolação do cabo está degrada por arborescências úmidas. Calibração com resistor de 100M Ω V = 8 kVp Ir = 80 µAp
  15. 15. Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Desenvolvimento do Protótipo Amplificador de corrente Placa de aquisição de dados
  16. 16. Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Desenvolvimento do Protótipo Fluxograma da rotina desenvolvida em ambiente de Instrumentação virtual Instrumentação Virtual
  17. 17. Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Desenvolvimento do Protótipo Calibração do ângulo de fase Utilizando um capacitor padrão
  18. 18. Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Desenvolvimento do Protótipo Teste utilizando o resistor de 100M Ω Em paralelo com o cabo.
  19. 19. Método de Análise – Componentes Harmônicas da Corrente Dissipativa Desenvolvimento do Protótipo Teste com o cabos degradados Mostrando a presença da 3ª harmônica
  20. 20. Considerações Finais <ul><li>No cabo isolado em XLPE retirado do campo após 30 anos de operação foi observada grande incidência de arborescência em água. </li></ul><ul><li>A ocorrência de arborescências do tipo “bow tie” é muito maior que a do tipo “vented tree”. </li></ul><ul><li>A técnica de análise harmônica da corrente dissipativa apresentou limitação para medida de correntes abaixo de 20 μA. Este limite é dependente do ruído ambiente, o qual é mais elevado para medidas em campo e, também, depende da corrente capacitiva no cabo, a qual é proporcional ao comprimento. </li></ul><ul><li>Os resultados obtidos corroboram a necessidade do desenvolvimento e aprimoramento de técnicas de diagnóstico, tendo em vista que cabos isolados com elevado tempo de operação podem ter sua taxa de falha elevada em razão da presença de arborescências. </li></ul><ul><li>Deve também ser ressaltado que este projeto tem uma importância estratégica muito grande para o país, uma vez que foi desenvolvido sistema de diagnóstico de cabos em solo nacional. </li></ul><ul><li>O aprimoramento deste sistema poderá vir a eliminar a necessidade da importação deste tipo de equipamento. </li></ul>
  21. 21. Laboratório Móvel e Rede Didática
  22. 22. Vitoldo Swinka Filho – [email_address] Fernado Araujo Azevedo – fernando.azevedo@copel.com

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