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DESCARGAS PARCIAIS
CONCEITOS E APLICAÇÕES
DP - CONCEITOS
• Parte I: Teoria, representação e classificação
de Descargas Parciais
• Parte II: Procedimentos de medições de
Descargas Parciais
• Parte III: Casos Exemplos
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
2
Parte I: Teoria, representação e
classificação de Descargas
Parciais
Motivação
Definições de DP
Classificação da DP
Condições para ocorrência das DP’s internas
Padrões de DP
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
3
MOTIVAÇÃO
• A confiabilidade de um sistema de suprimento de
energia elétrica tem reflexos econômicos e sociais na
região suprida.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
4
“ A confiabilidade de um item corresponde à sua
probabilidade de desempenhar adequadamente seu
propósito especificado, por um determinado período de
tempo e sob condições ambientais predeterminadas.”
(Leemis, 1995)
MOTIVAÇÃO
• A isolação elétrica em equipamentos de alta tensão
tem como função primária:
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
5
A função básica da isolação é confinar o campo elétrico gerado
pela tensão aplicada ao condutor no seu interior.
Minimizar o fluxo de corrente entre condutores submetidos a
diferenciais de potencial elétrico, suportando o campo elétrico
resultante.
Deve, ainda, apresentar propriedades mecânicas, térmicas e
químicas apropriadas ao cumprimento de sua função.
MOTIVAÇÃO
• A maioria dos materiais isolantes quando
submetidos a campo elétrico de alto
gradiente podem gerar descargas
internas que provocam a “erosão” de
suas propriedades resultando então em
uma descarga total para a terra e
consequente falha do isolamento do
sistema.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
6
MOTIVAÇÃO
• As medições de Descargas de Parciais (PD - do inglês
Partial Discharges) são testes realizados em
diferentes tipos de equipamentos elétricos, como
cabos, geradores, motores, a fim de avaliar o estado
do sistema isolante.
• Estas medições permitem detectar a presença de
defeitos devidos tanto a um processo de degradação
como a imperfeições na fabricação do sistema
isolante.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
7
DEFINIÇÕES DE DP
NBR 7294 – Fios e cabos elétricos – Ensaios de descargas parciais
“Descarga elétrica cuja trajetória atravessa somente uma parte
do intervalo isolante entre condutores. Estas descargas podem
ou não ocorrer adjacentes a um condutor”
NBR 6940/1981 - Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão - Medição de
descargas parciais
“Descarga elétrica que curto circuita parte da isolação entre dois
eletrodos. Estas descargas podem ou não ocorrer adjacentes ao
eletrodo, ou a outra parte da isolação”
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
8
DEFINIÇÕES DE DP
IEC 60270 - High-voltage test techniques – Partial discharge measurements
“Uma Descarga Parcial (DP) é caracterizada como uma
descarga elétrica de pequena intensidade que ocorre em uma
região de imperfeição de um meio dielétrico sujeita a um campo
elétrico onde o caminho formado pela descarga não une as
duas extremidades dessa região de forma completa.”
Kreuger, 1989 - Partial Discharge Detection in HV Equipament
“A descarga parcial é uma descarga elétrica que ocorre em uma
região do espaço sujeita a um campo elétrico, cujo caminho
condutor formado pela descarga não une os dois eletrodos de
forma completa”
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
9
DEFINIÇÕES DE DP
• “Quando uma tensão é aplicada aos terminais de um equipamento
elétrico que possui isolamento elétrico (dielétricos - ar, SF6, óleo
isolante, fenolite, resinas, vidros, etc.) entre as partes energizadas,
irão ocorrer descargas em parte desse dielétrico.”
(ftp://ftp.cepel.br/upload/Curso_Descargas_Parciais/Mesclas/Artigos/Descargas%20Parciais.pdElétricas.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
10
DEFINIÇÕES DE DP
Em condições reais de operação, a isolação pode estar sujeita a diversos tipos de
stress a saber:
Elétricos ( Tensão e frequência de operação);
Térmicos(temperatura e gradiente de operação);
Mecânicos (vibrações e torções);
Ambiental (umidade e contaminação).
“A ocorrência contínua destas descargas, quando sob estresse, leva a
progressiva deterioração das propriedades físicas dos materiais isolantes
podendo vir, em última instância, a causar a falha do equipamento por ruptura
dielétrica.” (Silva G. C; “Descargas Parciais Estimuladas Por Raios-x Contínuo E Pulsado Em Materiais Dielétricos:
Similaridades E Diferenças.”)
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
11
Estas condições, agindo de forma isolada ou combinada,
levam a degradação e, em última instância, a ruptura de
isolação.
DEFINIÇÕES DE DP
“A ocorrência de uma descarga depende da existência de cargas livres numa
determinada região do espaço e um campo elétrico intenso o suficiente para
acelerar as cargas livres para iniciar um processo de avalanche.” ( Júnior S.R. “Análise da
ruptura dielétrica em materiais isolantes elétricos de cabos isolados XLPE e EPR por tomografia 2D e 3D)
“O fenômeno de descargas parciais decorre de uma avalanche de elétrons
provocada pelo processo de ionização dos átomos que compõem um material
isolante.” ( Faier J.M.“- Curvas principais aplicadas na identificação de descargas parciais em equipamentos de potência)
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
12
INFERÊNCIAS À DP
• As DP’s em um isolante são o primeiro sintoma de que
alguma anomalia está ocorrendo no material e por
consequência a sua identificação permite, com
antecedência, preverem-se possíveis falhas futuras.
• O fenômeno das DP’S está baseado no principio de que a
maioria dos materiais isolantes possui micro-cavidades,
seja por sua estrutura intrínseca, seja por sua
manipulação durante o processo de fabricação.
• Estas medições permitem detectar a presença de
defeitos devidos tanto a um processo de degradação
como a imperfeições na fabricação do sistema isolante.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
13
DEFINIÇÕES DE DP
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
14
CLASSIFICAÇÃO DE DP
“As descargas parciais podem ser classificadas em três
categorias de acordo com a sua origem: descarga superficial,
descarga corona e descarga interna .” (MASON, H. M. Enhancing the Significance of PD
Measurements. IEEE TDEI, v. 2, n. 5, p.876-888, Oct. 1995. )
Descargas Parciais
DESCARGA CORONA :
descarga ocorrendo em
torno de pontas agudas e
extremidades de eletrodos
DESCARGA SUPERFICIAL :
descarga ocorrendo na
superfície de um isolante
DESCARGA INTERNA :
descarga ocorrendo em
inclusões ou cavidades
dentro do isolante
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
15
CLASSIFICAÇÃO DE DP
DESCARGA SUPERFICIAL : descarga ocorrendo
na superfície de um isolante
• Descargas superficiais ocorrem em gases ou
líquidos na superfície de um material
dielétrico, normalmente partindo do
eletrodo para a superfície. Quando a
componente de campo elétrico que
tangencia a superfície excede um certo
valor crítico o processo de descarga
superficial é iniciado [GULSKI, 1995a].
• Este tipo de descarga normalmente ocorre
em cabos protegidos e terminações de
cabos isolados, em saias de isoladores e no
sistema de alívio de barras de geradores
[KREUGER, 1989].
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
16
CLASSIFICAÇÃO DE DP
DESCARGA SUPERFICIAL : descarga ocorrendo
na superfície de um isolante
• Descargas superficiais ocasionam alterações na superfície do dielétrico,
iniciando caminhos condutores que se propagam ao longo da direção do
campo elétrico. Este fenômeno, conhecido como trilhamento, pode levar à
ruptura completa da isolação [MASON, 1995].
Padrão de trilhamento típico, com diferentes percentuais de sílica nanométrica - fonte: du, zhang, et al. (2010)
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
17
CLASSIFICAÇÃO DE DP
DESCARGA CORONA : descarga ocorrendo em
torno de pontas agudas e extremidades de
eletrodos
• Descargas corona ocorrem em gases a
partir de pontas agudas em eletrodos
metálicos. Estes pontos concentradores de
estresse, ou seja, partes com pequenos
raios de curvatura, formam regiões nas
vizinhanças do condutor com campo
elétrico elevado, o qual ultrapassa o valor
de ruptura do gás, dando origem a
ocorrência de descargas parciais [KREUGER,
1989].
• Descargas corona no ar geram ozônio, o
qual pode causar o fissuramento da
isolação polimérica. Óxidos de nitrogênio
combinados com vapor de água podem
corroer metais e formar depósitos
condutores na isolação promovendo o
trilhamento do material [MASON, 1995].
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
18
CLASSIFICAÇÃO DE DP
DESCARGA INTERNA : descarga ocorrendo em
inclusões ou cavidades dentro do isolante
• Descargas internas ocorrem em
inclusões de baixa rigidez dielétrica,
geralmente vazios preenchidos com
gás, presentes em materiais
dielétricos sólidos utilizados em
sistemas de isolação de alta tensão
[KREUGER,1989].
• A formação de vazios na estrutura
de materiais poliméricos pode ser
devida a causas distintas,
dependendo da natureza do
material e do processo de
fabricação.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
19
CLASSIFICAÇÃO DE DP
DESCARGA INTERNA : Um tipo particular de
descargas internas são as descargas que
ocorrem em arborescências elétricas.
• A arborescência elétrica é um fenômeno de pré-ruptura que ocorre no
interior da isolação de equipamentos elétricos, tais como cabos de
potência isolados, tendo sua origem devido à ocorrência contínua de
descargas parciais internas em vazios ou a partir de uma falha no eletrodo
[KREUGER, 1989, DISSADO, 1992].
Cabos subterrâneos de média tensão de alta performance em ambientes com grande presença de água - Márcio T. Alves, DOW Brasil - End
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DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
20
CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA
• Para uma descarga parcial ocorrer em um vazio
preenchido com gás duas condições devem ser
satisfeitas:
Uma condição necessária, mas não suficiente, é que o campo elétrico
no interior do vazio, i.e. o campo elétrico local (El), deve ser igual ou
superior a um campo mínimo de ruptura (Er), determinando assim o
campo de início de ocorrência das descargas (Ei) [BOGGS, 1990,
FUJIMOTO, 1992, MORSHUIS, 1993 e 1995].
Além disto, deve existir um campo residual ou campo de extinção (Ee),
abaixo do qual a atividade da descarga cessa [NIEMEYER, 1991].
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
21
CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA
• Descargas Parciais internas em tensão alternada
(www.eletrica.ufpr.br/piazza/ensaios/meddp1.pdf):
No circuito da figura, a capacitância da cavidade é representada por c e a
capacitância do material isolante em série por b. O resto do material é representado
pela capacitância a.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
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CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA
• Descargas Parciais internas em tensão alternada
(www.eletrica.ufpr.br/piazza/ensaios/meddp1.pdf):
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
23
CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA
• Algoritmo:
• Um elétron livre deve estar disponível
no gás no interior da cavidade;
• O campo elétrico interno 𝒇𝑬 𝟎, excede
o campo de início de descarga, 𝑬𝒊𝒏𝒄. ;
• O elétron livre, acelerado pelo campo
elétrico, pode desencadear uma
avalanche eletrônica (DP);
• Um campo mínimo é requerido para
sustentar a avalanche;
• A DP cessa quando o campo interno,
𝑬𝒊 é igual ao chamado campo
residual, 𝑬 𝒓𝒆𝒔.
Baseado em: C.S. Guilherme - “Descargas parciais estimuladas por raios-x contínuo e pulsado em materiais dielétricos: similaridades e
diferenças.”
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
24Em outras palavras, a DP se extingue quando o campo local,
𝑬 𝒒, tem intensidade suficiente para interromper a avalanche.
CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA
• Técnicas de medida:
• Uma técnica de medida, que tem gerado diversas publicações recentes,
consiste na análise das distribuições estatísticas das ocorrências das
descargas em função da:
Ângulo de fase (em relação a alimentação AC)
 Amplitude (mV ou pC)
• Alguns trabalhos mostram a correlação entre parâmetros estatísticos
dessas distribuições e estágios de envelhecimento do material até a sua
ruptura dielétrica.
• Cada descarga parcial é registrada com sua amplitude e ângulo de fase em
relação à tensão aplicada na amostra
• Com o conjunto de dados acumulados durante o período de medição, o
qual corresponde a um número inteiro de períodos da tensão aplicada,
obtém-se uma distribuição que fornece a relação entre o número de
ocorrências (n), a magnitude (q) e o ângulo de fase (φ) de um evento de
descarga parcial.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
25
CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA
• Técnicas de medida:
Exemplo de um padrão de descarga
parcial interna obtida através da
aplicação simultânea de estresse
elétrico e raios-X em uma amostra
de epóxi com vazio esférico e suas
distribuições abaixo.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
26
CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA
• Técnicas de medida :
As distribuições têm sido aplicadas tanto para:
 Reconhecimento de defeitos geradores de descargas parciais e diagnóstico
de envelhecimento de sistemas de isolação [GULSKI, 1992, 1993, 1995 a, b
e c, KREUGER, 1993, KRIVDA, 1995a e b, CHAMPION, 1995, HUDON, 1995,
MONTANARI, 1995 e 2000, LALITHA, 1998 e 2000, BOZZO, 1995 e 1998,
CONTIN, 1998 e 2000]
 Monitoramento em linha da evolução das descargas parciais em sistemas
de isolação de grandes geradores [KIM, 1992, STONE, 1992 e 1995, WANG,
1998, ZHENYLAN, 1998, ZONDERVAN, 2000], transformadores [FUHR,
1993], sistemas isolados a gás [GULSKI, 1993, MEIJER, 1998] e cabos de
potência [BORSI, 1992, AHMED, 1998].
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
27
PADRÕES DE DP’s
DP Corona
• Marcadamente assimétrica,
geralmente unipolar
• Alta taxa de repetição
• Amplitudes da DP com quase
nenhuma dispersão (níveis min e
max de DP quase idênticos)
• Afetada pelas condições
ambientais, particularmente pela
velocidade do vento
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
28
PADRÕES DE DP’s
DP superficial
• Na maioria dos casos simétrica,
porém assimetrias também são
possíveis
• Amplitudes de DP apresentam
acentuada dispersão
• Na maioria dos casos a DP inicia
após a passagem pelo zero
• Afetada pelas condições
ambientais, particularmente pela
umidade
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
29
PADRÕES DE DP’s
DP interna
• Simétrica (na maioria dos casos)
• DP inicia antes da passagem pelo
zero (com o aumento da tensão
aplicada)
• Amplitudes das DP apresentam
dispersão moderada
• Não afetada pelas condições
ambientais, podem mudar nos
primeiros minutos do teste
(formação de gotas em superfícies
condutoras da cavidade)
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
30
PADRÕES DE DP’s
• Exemplo de DP´s internas verificadas em laboratório
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
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PADRÕES DE DP’s
• Exemplo de DP´s internas verificadas em campo
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
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PADRÕES DE DP’s
• Exemplo de DP´s superficiais verificadas em campo
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
33
PADRÕES DE DP’s
• Exemplo de DP´s corona verificadas em laboratório
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
34
Parte II: Procedimentos de
medições de Descargas Parciais
TECHIMP
Introdução
Precauções e medidas de segurança
Instrumentos e Sensores usados para Detecção de PD
Procedimentos para coleta e medição
Software de aquisição
Estratégias de manutenção – Sugestões
Biblioteca de Padrões
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
35
INTRODUÇÃO
• As DP’s em um isolante são o primeiro sintoma de
que alguma anomalia está ocorrendo no material e
por consequência a sua identificação permite, com
antecedência, preverem-se possíveis falhas futuras.
• Em comparação a outros testes dielétricos (isto é, a
medição do fator de dissipação ou resistência de
isolamento) o caráter diferenciador das medições de
DP é a localização de pontos fracos do sistema
isolante a ser avaliado.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
36
INTRODUÇÃO
• A TECHIMP desenvolveu uma metodologia de medição dessas DP de modo que a sua
oportuna identificação, através da separação e rejeição de ruídos, permite o
estabelecimento de parâmetros que indiquem ao gestor de ativos uma segura
tomada de decisão para intervenção no sistema que corresponde a uma
manutenção baseada na condição (CBM – Condition Based Maintenance).
Arranjo geral da cadeia de medição de PD on-line TECHIMP
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
37
INTRODUÇÃO
• As medições de DP (PD - do inglês Partial Discharges) são realizados em diferentes
tipos de equipamentos elétricos, como cabos, geradores, motores, a fim de avaliar
o estado do sistema isolante.
Arranjo geral da cadeia de medição de PD on-line TECHIMP para geradores
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
38
INTRODUÇÃO
• Para uma rede subterrânea de cabos de MT a medição das DP é feita através
do adequado posicionamento de sensores indutivos tipo transformadores de
corrente de alta frequência (HFCT – High Frequency Current Transformers) ou
na indisponibilidade da mesma, por meio de sensores tipo manta flexível (FMC
– Flexible Magnetic Coupler) que recobrem diretamente uma porção do cabo
sob teste.
Arranjo geral da cadeia de medição de PD on-line TECHIMP para cabos MT com HFCT e FMC
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
39
INSTRUMENTOS E SENSORES
Sensores Clamp HFCT (High Frequency Current
Transformer)
• É adequado para testes on-line e
off-line de PD em muitos sistemas
elétricos.
• O HFCT tipo clamp pode ser
instalado diretamente sobre o
condutor de aterramento do
sistema a ser testado ou emenda.
• Os sinais de descargas parciais
detectados através dos sensores
indutivos HFCT são transmitidos
para o PPDCheck através de cabos
coaxiais.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
40
INSTRUMENTOS E SENSORES
FMC (Flexible Magnetic Coupler)
• O sensor FMC funciona como um
acoplador eletromagnético
diretamente acoplado ao condutor
do cabo e a blindagem.
• Colocado diretamente sobre a
cobertura do cabo de MT nas
proximidades dos acessórios, tais
como terminações e emendas.
• Detecta o sinal eletromagnético
proveniente de uma fonte PD,
propagando ao longo do cabo de
alimentação
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
41
INSTRUMENTOS E SENSORES
Sensores Rogowski (LFCT – Low frequency current
transformer)
• O sensor Rogowski é um sensor de
corrente, baseado no princípio de
Rogowski.
• O objetivo deste sensor é obter o
sinal de sincronização necessário
para as unidades aquisição da
TechImp. Deve ser instalado em
torno de uma das fases do cabo de
MT, pouco abaixo de uma
terminação.
• A parte ativa deve ser posicionada a
uma distância máxima de 6m a
partir da cabeça de detecção.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
42
INSTRUMENTOS E SENSORES
PDCheck Portátil
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
43
INSTRUMENTOS E SENSORES
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
44
PROCEDIMENTOS PARA COLETA
E MEDIÇÃO
• Os passos para se realizarem medições on-line de PD nos circuitos de
cabos da rede de distribuição subterrânea são assim apresentados:
1. Obter diagrama unifilar do circuito a ser testado.
2. Instalar os sensores nos acesssórios/cabos sob teste.
3. Instalar unidade de aquisição (PDCheck ou PPDCheck portátil).
4. Realizar aquisição de dados referentes aos sinais dos sensores utilizando o PPDCheck.
5. Aquisitar e armazenar dados referentes a cada equipamento sob teste utilizando o software
Techimp PD Check Control.
6. Analisar dados adquiridos através de software de pós-processamento PDProcessing II, obtendo
uma identificação do fenômeno de PD (interna/superficial/corona) e relativa amplitude ( mV).
7. Uma vez identificada a descarga parcial comparar o valor da sua amplitude com a referencias
indicada na tabela 5.
8. Repetir as medições conforme os prazos indicados na Tabela 1 (verde / amarelo) ou proceder a
manutenção sugerida (vermelho) com o objetivo de detectar o ponto do defeito.
9. Comparar os novos valores de amplitude com aqueles medidos no item 6 estabelecendo a Taxa
de Incremento (TI) de PD.
10. Repetir as medições nos prazos indicados na tabela 2 segundo o valor percentual de TI.
11. Realizar medições ao longo do circuito com os procedimentos acima indicados.
12. Uma vez detectado o ponto falho, proceder à intervenção de manutenção.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
45
SOFTWARE DE AQUISIÇÃO
Controlando o software de aquisição
Nesta fase de coleta, menu probing (sondagem), as formas de onda dos pulsos são
apresentadas no gráfico superior à esquerda, enquanto que uma grande
quantidade de dados é relatada ao mesmo tempo no gráfico de Padrões (Pattern)
na parte inferior esquerda.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
46
SOFTWARE DE AQUISIÇÃO
O gráfico da forma de onda (Waveform) tem por função mostrar a forma de onda que está
sendo coletada, e o gráfico de padrões (Patterns) mostra uma grande quantidade de pulsos
adquiridos relacionando a sua amplitude máxima com a fase do sinal de sincronismo. Quando a
quantidade de dados alcançar o número máximo de pulsos, o software redefine o padrão
automaticamente.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
47
SOFTWARE DE AQUISIÇÃO
Configurações de aquisição
No menu Aquisition Settings são feitos os ajustes para aquisição dos dados. Este se
faz necessário devido a diferentes sistemas analisados. Incluem também os locais
onde as coletas são arquivadas, além da quantidade de pontos a serem coletados.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
48
SOFTWARE DE AQUISIÇÃO
Configurações de aquisição
Waveform acquisition (Aquisição da forma de
onda):
A aquisição da forma de onda irá parar quando
o número de pulsos atinge o valor fixado
(Number of waveforms) ou o tempo de
aquisição atinge a tempo fixado (acquisition
timeout), o que for atingido primeiro.
Measurement circuit ( Circuito de
medição):
Neste ajuste busca-se informar ao
equipamento qual o circuito a ser medido.
Este pode ser um circuito direto, como
cabos em medições online e; circuitos
indiretos como em motores e
transformadores.
Dead time (tempo inoperante):
O curto período de tempo depois do
desencadeamento de um evento, quando
o detector não pode processar outro
evento. O intervalo disponível é 5μs (very
short) ÷ 500μs (very long).
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
49
SOFTWARE DE AQUISIÇÃO
TW map filter (filtro do mapa TW):
O filtro de mapa permite que os sinais
sejam filtrados através do mapa de
classificação, definindo assim um pré
filtro definido pelo operador.
Antes de clicar no botão indicado na
figura acima é nécessário que os dados
coletados tenham sido enviados para a
ferramenta de pré processamento
(send to processing). A partir daí é
possível selecionar, clicando o mouse
sobre o mapa, as áreas no mapa que
tem que ser filtrada criando caixas
sobre o mapa.
Para excluir os pulso desejados nas
áreas selecionadas execute um duplo
clique sobre a palavra “Excluded” no
item a se excluir.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
50
SOFTWARE DE AQUISIÇÃO
Parâmetros de monitoramento
Para ativar uma sessão de monitoração, é necessário configurar todas as definições
da janela de parâmetros de monitoramento, tanto os parâmetros gerais quanto os
relacionados aos canais.
Algumas configurações são ajustadas conforme itens acima.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
51
ESTRATÉGIAS DE MANUTENÇÃO
• Os clientes podem escolher entre diferentes estratégias de
manutenção:
 Estratégia 1: monitoramento permanente
 Estratégia 2: testes on-line periódicos e manutenção planejada após a
avaliação das tendências
 Estratégia 3: testes periódicos e manutenção imediata
Iremos focar nas estratégias 2 e 3.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
52
ESTRATÉGIAS DE MANUTENÇÃO
• Estratégia 2: Avaliação de
Tendências
 A melhor maneira de avaliar a real
condição do isolamento do cabo é
avaliar as mudanças nas
tendência da PD.
 Para fazer isso, é necessário
realizar medições repetitivas.
 A IDENTIFICAÇÃO dos defeitos é
fundamental porque diferentes
tipos de defeitos têm diferentes
taxas de degradação, mesmo que
tenham a mesma amplitude
• Depois de ter separado todos os
fenômenos e identificado cada PD
é possível tomar as seguintes
ações conforme tabela 2
• Estratégia 3: Manutenção
Imediata
A equipe de manutenção pode
ser ainda estar interessada em
efetuar a manutenção do
circuito do cabo, logo que vêem
cabos afetados por PD sem
avaliar a tendência. Neste caso
as medições on-line podem
ajudar na economia de tempo
em relação ao teste off-line.
A IDENTIFICAÇÃO dos defeitos é
de qualquer maneira
fundamental, pois diferentes
defeitos têm diferentes taxas de
degradação, mesmo que
tenham a mesma amplitude.
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
53
ESTRATÉGIAS DE MANUTENÇÃO
Tabela 2 - Avaliação de tendências após segunda medição
Tabela 1 - Código de cores para diagnóstico de acordo com os fenômenos PD (valores não válidos como referência)
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
54
BIBLIOTECA DE PADRÕES
As figuras abaixo servem como referência no momento das
aquisições .
Descargas parciais internas
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
55
BIBLIOTECA DE PADRÕES
As figuras abaixo servem como referência no momento das
aquisições .
Descargas parciais internas
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
56
BIBLIOTECA DE PADRÕES
As figuras abaixo servem como referência no momento das
aquisições .
Descargas Parciais Superficiais
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
57
BIBLIOTECA DE PADRÕES
As figuras abaixo servem como referência no momento das
aquisições .
Descargas Parciais Superficiais
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
58
BIBLIOTECA DE PADRÕES
As figuras abaixo servem como referência no momento das
aquisições .
Descargas Corona
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
59
BIBLIOTECA DE PADRÕES
As figuras abaixo servem como referência no momento das
aquisições .
Descargas Corona
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
60
Parte III: Casos Exemplos
CASO 1 – Instalação Permanente em Painéis de 11KV - Europa
CASO2 – Medições ON LINE em cabos / contrato SPOT
CASO3 – Aquisição PD check / GERDAU - OB
DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS
EAPLICAÇÕES
61
62
On line PD test on MV Cable: System layout
HFCT Clamp
CASE 1: HFCT PERMANENT INSTALLATION IN 11 KV SWITCHGEAR,
EUROPE. ON-LINE FAULT PREDICTION AND LOCALIZATION.
SS1 SS2J1 J2
256 m
43 m
= Measurement Point
200 m
1x3-core
3x1-core3x1-core
63
On line PD test on MV Cable: PD measurement results.
-Internal PD detected in all the phases
-PD were localized through TDR at the same distance from the HFCT.
CASE 1: PD MEASUREMENT AND LOCALIZATION
64
On line PD test on MV Cable: Three measurement sessions were carried out in order to
analyze the PD amplitude trend.
CASE 1: FURTHER PD MEASUREMENTS FOR PD TREND EVALUATION
65
On line PD test on MV Cable: PD trend and location.
Internal PD in phase 12 increased its
amplitude very fast.
Localization through
reflectometric techniques
highlight that the source was
located in joint 2.
During a DC test the joint 2
had a breakdown. Online PD
measurement and trend
analysis were effective!!!
CASE 1: ALARM ON PHASE 12 DUE TO FAST CHANGES IN PD TREND
0
100
200
300
400
500
600
4 8 12
Fasi
AmpiezzamassimaPD[mV]
Prima sessione
Seconda sessione
Terza sessione
66
On line PD test on MV Switchgears/ Cables: PD sensors
CASE 2: SPOT MEASUREMENT ON 33 KV CABLES THROUGH HFCT, FAR
EAST. ON-LINE FAULT PREDICTION AND LOCALIZATION
67
CASE 2: PD MEASUREMENT THROUGH HFCT.
SEPARATION AND IDENTIFICATION
Disturbance
Surface PD
Corona PD
Complete Pattern T-F Separation Map
Corona PD
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DESCARGAS PARCIAIS - CONCEITOS E APLICAÇÕES
Alexandre Grossi – (31) 98764-5056
alexandregrossi15@gmail.com
https://br.linkedin.com/in/alexandregrossi
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Descargas Parciais - Conceitos e Aplicações

  • 2. DP - CONCEITOS • Parte I: Teoria, representação e classificação de Descargas Parciais • Parte II: Procedimentos de medições de Descargas Parciais • Parte III: Casos Exemplos DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 2
  • 3. Parte I: Teoria, representação e classificação de Descargas Parciais Motivação Definições de DP Classificação da DP Condições para ocorrência das DP’s internas Padrões de DP DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 3
  • 4. MOTIVAÇÃO • A confiabilidade de um sistema de suprimento de energia elétrica tem reflexos econômicos e sociais na região suprida. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 4 “ A confiabilidade de um item corresponde à sua probabilidade de desempenhar adequadamente seu propósito especificado, por um determinado período de tempo e sob condições ambientais predeterminadas.” (Leemis, 1995)
  • 5. MOTIVAÇÃO • A isolação elétrica em equipamentos de alta tensão tem como função primária: DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 5 A função básica da isolação é confinar o campo elétrico gerado pela tensão aplicada ao condutor no seu interior. Minimizar o fluxo de corrente entre condutores submetidos a diferenciais de potencial elétrico, suportando o campo elétrico resultante. Deve, ainda, apresentar propriedades mecânicas, térmicas e químicas apropriadas ao cumprimento de sua função.
  • 6. MOTIVAÇÃO • A maioria dos materiais isolantes quando submetidos a campo elétrico de alto gradiente podem gerar descargas internas que provocam a “erosão” de suas propriedades resultando então em uma descarga total para a terra e consequente falha do isolamento do sistema. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 6
  • 7. MOTIVAÇÃO • As medições de Descargas de Parciais (PD - do inglês Partial Discharges) são testes realizados em diferentes tipos de equipamentos elétricos, como cabos, geradores, motores, a fim de avaliar o estado do sistema isolante. • Estas medições permitem detectar a presença de defeitos devidos tanto a um processo de degradação como a imperfeições na fabricação do sistema isolante. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 7
  • 8. DEFINIÇÕES DE DP NBR 7294 – Fios e cabos elétricos – Ensaios de descargas parciais “Descarga elétrica cuja trajetória atravessa somente uma parte do intervalo isolante entre condutores. Estas descargas podem ou não ocorrer adjacentes a um condutor” NBR 6940/1981 - Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão - Medição de descargas parciais “Descarga elétrica que curto circuita parte da isolação entre dois eletrodos. Estas descargas podem ou não ocorrer adjacentes ao eletrodo, ou a outra parte da isolação” DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 8
  • 9. DEFINIÇÕES DE DP IEC 60270 - High-voltage test techniques – Partial discharge measurements “Uma Descarga Parcial (DP) é caracterizada como uma descarga elétrica de pequena intensidade que ocorre em uma região de imperfeição de um meio dielétrico sujeita a um campo elétrico onde o caminho formado pela descarga não une as duas extremidades dessa região de forma completa.” Kreuger, 1989 - Partial Discharge Detection in HV Equipament “A descarga parcial é uma descarga elétrica que ocorre em uma região do espaço sujeita a um campo elétrico, cujo caminho condutor formado pela descarga não une os dois eletrodos de forma completa” DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 9
  • 10. DEFINIÇÕES DE DP • “Quando uma tensão é aplicada aos terminais de um equipamento elétrico que possui isolamento elétrico (dielétricos - ar, SF6, óleo isolante, fenolite, resinas, vidros, etc.) entre as partes energizadas, irão ocorrer descargas em parte desse dielétrico.” (ftp://ftp.cepel.br/upload/Curso_Descargas_Parciais/Mesclas/Artigos/Descargas%20Parciais.pdElétricas. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 10
  • 11. DEFINIÇÕES DE DP Em condições reais de operação, a isolação pode estar sujeita a diversos tipos de stress a saber: Elétricos ( Tensão e frequência de operação); Térmicos(temperatura e gradiente de operação); Mecânicos (vibrações e torções); Ambiental (umidade e contaminação). “A ocorrência contínua destas descargas, quando sob estresse, leva a progressiva deterioração das propriedades físicas dos materiais isolantes podendo vir, em última instância, a causar a falha do equipamento por ruptura dielétrica.” (Silva G. C; “Descargas Parciais Estimuladas Por Raios-x Contínuo E Pulsado Em Materiais Dielétricos: Similaridades E Diferenças.”) DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 11 Estas condições, agindo de forma isolada ou combinada, levam a degradação e, em última instância, a ruptura de isolação.
  • 12. DEFINIÇÕES DE DP “A ocorrência de uma descarga depende da existência de cargas livres numa determinada região do espaço e um campo elétrico intenso o suficiente para acelerar as cargas livres para iniciar um processo de avalanche.” ( Júnior S.R. “Análise da ruptura dielétrica em materiais isolantes elétricos de cabos isolados XLPE e EPR por tomografia 2D e 3D) “O fenômeno de descargas parciais decorre de uma avalanche de elétrons provocada pelo processo de ionização dos átomos que compõem um material isolante.” ( Faier J.M.“- Curvas principais aplicadas na identificação de descargas parciais em equipamentos de potência) DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 12
  • 13. INFERÊNCIAS À DP • As DP’s em um isolante são o primeiro sintoma de que alguma anomalia está ocorrendo no material e por consequência a sua identificação permite, com antecedência, preverem-se possíveis falhas futuras. • O fenômeno das DP’S está baseado no principio de que a maioria dos materiais isolantes possui micro-cavidades, seja por sua estrutura intrínseca, seja por sua manipulação durante o processo de fabricação. • Estas medições permitem detectar a presença de defeitos devidos tanto a um processo de degradação como a imperfeições na fabricação do sistema isolante. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 13
  • 15. CLASSIFICAÇÃO DE DP “As descargas parciais podem ser classificadas em três categorias de acordo com a sua origem: descarga superficial, descarga corona e descarga interna .” (MASON, H. M. Enhancing the Significance of PD Measurements. IEEE TDEI, v. 2, n. 5, p.876-888, Oct. 1995. ) Descargas Parciais DESCARGA CORONA : descarga ocorrendo em torno de pontas agudas e extremidades de eletrodos DESCARGA SUPERFICIAL : descarga ocorrendo na superfície de um isolante DESCARGA INTERNA : descarga ocorrendo em inclusões ou cavidades dentro do isolante DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 15
  • 16. CLASSIFICAÇÃO DE DP DESCARGA SUPERFICIAL : descarga ocorrendo na superfície de um isolante • Descargas superficiais ocorrem em gases ou líquidos na superfície de um material dielétrico, normalmente partindo do eletrodo para a superfície. Quando a componente de campo elétrico que tangencia a superfície excede um certo valor crítico o processo de descarga superficial é iniciado [GULSKI, 1995a]. • Este tipo de descarga normalmente ocorre em cabos protegidos e terminações de cabos isolados, em saias de isoladores e no sistema de alívio de barras de geradores [KREUGER, 1989]. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 16
  • 17. CLASSIFICAÇÃO DE DP DESCARGA SUPERFICIAL : descarga ocorrendo na superfície de um isolante • Descargas superficiais ocasionam alterações na superfície do dielétrico, iniciando caminhos condutores que se propagam ao longo da direção do campo elétrico. Este fenômeno, conhecido como trilhamento, pode levar à ruptura completa da isolação [MASON, 1995]. Padrão de trilhamento típico, com diferentes percentuais de sílica nanométrica - fonte: du, zhang, et al. (2010) DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 17
  • 18. CLASSIFICAÇÃO DE DP DESCARGA CORONA : descarga ocorrendo em torno de pontas agudas e extremidades de eletrodos • Descargas corona ocorrem em gases a partir de pontas agudas em eletrodos metálicos. Estes pontos concentradores de estresse, ou seja, partes com pequenos raios de curvatura, formam regiões nas vizinhanças do condutor com campo elétrico elevado, o qual ultrapassa o valor de ruptura do gás, dando origem a ocorrência de descargas parciais [KREUGER, 1989]. • Descargas corona no ar geram ozônio, o qual pode causar o fissuramento da isolação polimérica. Óxidos de nitrogênio combinados com vapor de água podem corroer metais e formar depósitos condutores na isolação promovendo o trilhamento do material [MASON, 1995]. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 18
  • 19. CLASSIFICAÇÃO DE DP DESCARGA INTERNA : descarga ocorrendo em inclusões ou cavidades dentro do isolante • Descargas internas ocorrem em inclusões de baixa rigidez dielétrica, geralmente vazios preenchidos com gás, presentes em materiais dielétricos sólidos utilizados em sistemas de isolação de alta tensão [KREUGER,1989]. • A formação de vazios na estrutura de materiais poliméricos pode ser devida a causas distintas, dependendo da natureza do material e do processo de fabricação. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 19
  • 20. CLASSIFICAÇÃO DE DP DESCARGA INTERNA : Um tipo particular de descargas internas são as descargas que ocorrem em arborescências elétricas. • A arborescência elétrica é um fenômeno de pré-ruptura que ocorre no interior da isolação de equipamentos elétricos, tais como cabos de potência isolados, tendo sua origem devido à ocorrência contínua de descargas parciais internas em vazios ou a partir de uma falha no eletrodo [KREUGER, 1989, DISSADO, 1992]. Cabos subterrâneos de média tensão de alta performance em ambientes com grande presença de água - Márcio T. Alves, DOW Brasil - End User Marketing Manager DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 20
  • 21. CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA • Para uma descarga parcial ocorrer em um vazio preenchido com gás duas condições devem ser satisfeitas: Uma condição necessária, mas não suficiente, é que o campo elétrico no interior do vazio, i.e. o campo elétrico local (El), deve ser igual ou superior a um campo mínimo de ruptura (Er), determinando assim o campo de início de ocorrência das descargas (Ei) [BOGGS, 1990, FUJIMOTO, 1992, MORSHUIS, 1993 e 1995]. Além disto, deve existir um campo residual ou campo de extinção (Ee), abaixo do qual a atividade da descarga cessa [NIEMEYER, 1991]. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 21
  • 22. CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA • Descargas Parciais internas em tensão alternada (www.eletrica.ufpr.br/piazza/ensaios/meddp1.pdf): No circuito da figura, a capacitância da cavidade é representada por c e a capacitância do material isolante em série por b. O resto do material é representado pela capacitância a. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 22
  • 23. CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA • Descargas Parciais internas em tensão alternada (www.eletrica.ufpr.br/piazza/ensaios/meddp1.pdf): DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 23
  • 24. CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA • Algoritmo: • Um elétron livre deve estar disponível no gás no interior da cavidade; • O campo elétrico interno 𝒇𝑬 𝟎, excede o campo de início de descarga, 𝑬𝒊𝒏𝒄. ; • O elétron livre, acelerado pelo campo elétrico, pode desencadear uma avalanche eletrônica (DP); • Um campo mínimo é requerido para sustentar a avalanche; • A DP cessa quando o campo interno, 𝑬𝒊 é igual ao chamado campo residual, 𝑬 𝒓𝒆𝒔. Baseado em: C.S. Guilherme - “Descargas parciais estimuladas por raios-x contínuo e pulsado em materiais dielétricos: similaridades e diferenças.” DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 24Em outras palavras, a DP se extingue quando o campo local, 𝑬 𝒒, tem intensidade suficiente para interromper a avalanche.
  • 25. CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA • Técnicas de medida: • Uma técnica de medida, que tem gerado diversas publicações recentes, consiste na análise das distribuições estatísticas das ocorrências das descargas em função da: Ângulo de fase (em relação a alimentação AC)  Amplitude (mV ou pC) • Alguns trabalhos mostram a correlação entre parâmetros estatísticos dessas distribuições e estágios de envelhecimento do material até a sua ruptura dielétrica. • Cada descarga parcial é registrada com sua amplitude e ângulo de fase em relação à tensão aplicada na amostra • Com o conjunto de dados acumulados durante o período de medição, o qual corresponde a um número inteiro de períodos da tensão aplicada, obtém-se uma distribuição que fornece a relação entre o número de ocorrências (n), a magnitude (q) e o ângulo de fase (φ) de um evento de descarga parcial. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 25
  • 26. CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA • Técnicas de medida: Exemplo de um padrão de descarga parcial interna obtida através da aplicação simultânea de estresse elétrico e raios-X em uma amostra de epóxi com vazio esférico e suas distribuições abaixo. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 26
  • 27. CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA • Técnicas de medida : As distribuições têm sido aplicadas tanto para:  Reconhecimento de defeitos geradores de descargas parciais e diagnóstico de envelhecimento de sistemas de isolação [GULSKI, 1992, 1993, 1995 a, b e c, KREUGER, 1993, KRIVDA, 1995a e b, CHAMPION, 1995, HUDON, 1995, MONTANARI, 1995 e 2000, LALITHA, 1998 e 2000, BOZZO, 1995 e 1998, CONTIN, 1998 e 2000]  Monitoramento em linha da evolução das descargas parciais em sistemas de isolação de grandes geradores [KIM, 1992, STONE, 1992 e 1995, WANG, 1998, ZHENYLAN, 1998, ZONDERVAN, 2000], transformadores [FUHR, 1993], sistemas isolados a gás [GULSKI, 1993, MEIJER, 1998] e cabos de potência [BORSI, 1992, AHMED, 1998]. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 27
  • 28. PADRÕES DE DP’s DP Corona • Marcadamente assimétrica, geralmente unipolar • Alta taxa de repetição • Amplitudes da DP com quase nenhuma dispersão (níveis min e max de DP quase idênticos) • Afetada pelas condições ambientais, particularmente pela velocidade do vento DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 28
  • 29. PADRÕES DE DP’s DP superficial • Na maioria dos casos simétrica, porém assimetrias também são possíveis • Amplitudes de DP apresentam acentuada dispersão • Na maioria dos casos a DP inicia após a passagem pelo zero • Afetada pelas condições ambientais, particularmente pela umidade DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 29
  • 30. PADRÕES DE DP’s DP interna • Simétrica (na maioria dos casos) • DP inicia antes da passagem pelo zero (com o aumento da tensão aplicada) • Amplitudes das DP apresentam dispersão moderada • Não afetada pelas condições ambientais, podem mudar nos primeiros minutos do teste (formação de gotas em superfícies condutoras da cavidade) DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 30
  • 31. PADRÕES DE DP’s • Exemplo de DP´s internas verificadas em laboratório DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 31
  • 32. PADRÕES DE DP’s • Exemplo de DP´s internas verificadas em campo DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 32
  • 33. PADRÕES DE DP’s • Exemplo de DP´s superficiais verificadas em campo DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 33
  • 34. PADRÕES DE DP’s • Exemplo de DP´s corona verificadas em laboratório DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 34
  • 35. Parte II: Procedimentos de medições de Descargas Parciais TECHIMP Introdução Precauções e medidas de segurança Instrumentos e Sensores usados para Detecção de PD Procedimentos para coleta e medição Software de aquisição Estratégias de manutenção – Sugestões Biblioteca de Padrões DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 35
  • 36. INTRODUÇÃO • As DP’s em um isolante são o primeiro sintoma de que alguma anomalia está ocorrendo no material e por consequência a sua identificação permite, com antecedência, preverem-se possíveis falhas futuras. • Em comparação a outros testes dielétricos (isto é, a medição do fator de dissipação ou resistência de isolamento) o caráter diferenciador das medições de DP é a localização de pontos fracos do sistema isolante a ser avaliado. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 36
  • 37. INTRODUÇÃO • A TECHIMP desenvolveu uma metodologia de medição dessas DP de modo que a sua oportuna identificação, através da separação e rejeição de ruídos, permite o estabelecimento de parâmetros que indiquem ao gestor de ativos uma segura tomada de decisão para intervenção no sistema que corresponde a uma manutenção baseada na condição (CBM – Condition Based Maintenance). Arranjo geral da cadeia de medição de PD on-line TECHIMP DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 37
  • 38. INTRODUÇÃO • As medições de DP (PD - do inglês Partial Discharges) são realizados em diferentes tipos de equipamentos elétricos, como cabos, geradores, motores, a fim de avaliar o estado do sistema isolante. Arranjo geral da cadeia de medição de PD on-line TECHIMP para geradores DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 38
  • 39. INTRODUÇÃO • Para uma rede subterrânea de cabos de MT a medição das DP é feita através do adequado posicionamento de sensores indutivos tipo transformadores de corrente de alta frequência (HFCT – High Frequency Current Transformers) ou na indisponibilidade da mesma, por meio de sensores tipo manta flexível (FMC – Flexible Magnetic Coupler) que recobrem diretamente uma porção do cabo sob teste. Arranjo geral da cadeia de medição de PD on-line TECHIMP para cabos MT com HFCT e FMC DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 39
  • 40. INSTRUMENTOS E SENSORES Sensores Clamp HFCT (High Frequency Current Transformer) • É adequado para testes on-line e off-line de PD em muitos sistemas elétricos. • O HFCT tipo clamp pode ser instalado diretamente sobre o condutor de aterramento do sistema a ser testado ou emenda. • Os sinais de descargas parciais detectados através dos sensores indutivos HFCT são transmitidos para o PPDCheck através de cabos coaxiais. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 40
  • 41. INSTRUMENTOS E SENSORES FMC (Flexible Magnetic Coupler) • O sensor FMC funciona como um acoplador eletromagnético diretamente acoplado ao condutor do cabo e a blindagem. • Colocado diretamente sobre a cobertura do cabo de MT nas proximidades dos acessórios, tais como terminações e emendas. • Detecta o sinal eletromagnético proveniente de uma fonte PD, propagando ao longo do cabo de alimentação DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 41
  • 42. INSTRUMENTOS E SENSORES Sensores Rogowski (LFCT – Low frequency current transformer) • O sensor Rogowski é um sensor de corrente, baseado no princípio de Rogowski. • O objetivo deste sensor é obter o sinal de sincronização necessário para as unidades aquisição da TechImp. Deve ser instalado em torno de uma das fases do cabo de MT, pouco abaixo de uma terminação. • A parte ativa deve ser posicionada a uma distância máxima de 6m a partir da cabeça de detecção. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 42
  • 43. INSTRUMENTOS E SENSORES PDCheck Portátil DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 43
  • 45. PROCEDIMENTOS PARA COLETA E MEDIÇÃO • Os passos para se realizarem medições on-line de PD nos circuitos de cabos da rede de distribuição subterrânea são assim apresentados: 1. Obter diagrama unifilar do circuito a ser testado. 2. Instalar os sensores nos acesssórios/cabos sob teste. 3. Instalar unidade de aquisição (PDCheck ou PPDCheck portátil). 4. Realizar aquisição de dados referentes aos sinais dos sensores utilizando o PPDCheck. 5. Aquisitar e armazenar dados referentes a cada equipamento sob teste utilizando o software Techimp PD Check Control. 6. Analisar dados adquiridos através de software de pós-processamento PDProcessing II, obtendo uma identificação do fenômeno de PD (interna/superficial/corona) e relativa amplitude ( mV). 7. Uma vez identificada a descarga parcial comparar o valor da sua amplitude com a referencias indicada na tabela 5. 8. Repetir as medições conforme os prazos indicados na Tabela 1 (verde / amarelo) ou proceder a manutenção sugerida (vermelho) com o objetivo de detectar o ponto do defeito. 9. Comparar os novos valores de amplitude com aqueles medidos no item 6 estabelecendo a Taxa de Incremento (TI) de PD. 10. Repetir as medições nos prazos indicados na tabela 2 segundo o valor percentual de TI. 11. Realizar medições ao longo do circuito com os procedimentos acima indicados. 12. Uma vez detectado o ponto falho, proceder à intervenção de manutenção. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 45
  • 46. SOFTWARE DE AQUISIÇÃO Controlando o software de aquisição Nesta fase de coleta, menu probing (sondagem), as formas de onda dos pulsos são apresentadas no gráfico superior à esquerda, enquanto que uma grande quantidade de dados é relatada ao mesmo tempo no gráfico de Padrões (Pattern) na parte inferior esquerda. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 46
  • 47. SOFTWARE DE AQUISIÇÃO O gráfico da forma de onda (Waveform) tem por função mostrar a forma de onda que está sendo coletada, e o gráfico de padrões (Patterns) mostra uma grande quantidade de pulsos adquiridos relacionando a sua amplitude máxima com a fase do sinal de sincronismo. Quando a quantidade de dados alcançar o número máximo de pulsos, o software redefine o padrão automaticamente. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 47
  • 48. SOFTWARE DE AQUISIÇÃO Configurações de aquisição No menu Aquisition Settings são feitos os ajustes para aquisição dos dados. Este se faz necessário devido a diferentes sistemas analisados. Incluem também os locais onde as coletas são arquivadas, além da quantidade de pontos a serem coletados. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 48
  • 49. SOFTWARE DE AQUISIÇÃO Configurações de aquisição Waveform acquisition (Aquisição da forma de onda): A aquisição da forma de onda irá parar quando o número de pulsos atinge o valor fixado (Number of waveforms) ou o tempo de aquisição atinge a tempo fixado (acquisition timeout), o que for atingido primeiro. Measurement circuit ( Circuito de medição): Neste ajuste busca-se informar ao equipamento qual o circuito a ser medido. Este pode ser um circuito direto, como cabos em medições online e; circuitos indiretos como em motores e transformadores. Dead time (tempo inoperante): O curto período de tempo depois do desencadeamento de um evento, quando o detector não pode processar outro evento. O intervalo disponível é 5μs (very short) ÷ 500μs (very long). DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 49
  • 50. SOFTWARE DE AQUISIÇÃO TW map filter (filtro do mapa TW): O filtro de mapa permite que os sinais sejam filtrados através do mapa de classificação, definindo assim um pré filtro definido pelo operador. Antes de clicar no botão indicado na figura acima é nécessário que os dados coletados tenham sido enviados para a ferramenta de pré processamento (send to processing). A partir daí é possível selecionar, clicando o mouse sobre o mapa, as áreas no mapa que tem que ser filtrada criando caixas sobre o mapa. Para excluir os pulso desejados nas áreas selecionadas execute um duplo clique sobre a palavra “Excluded” no item a se excluir. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 50
  • 51. SOFTWARE DE AQUISIÇÃO Parâmetros de monitoramento Para ativar uma sessão de monitoração, é necessário configurar todas as definições da janela de parâmetros de monitoramento, tanto os parâmetros gerais quanto os relacionados aos canais. Algumas configurações são ajustadas conforme itens acima. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 51
  • 52. ESTRATÉGIAS DE MANUTENÇÃO • Os clientes podem escolher entre diferentes estratégias de manutenção:  Estratégia 1: monitoramento permanente  Estratégia 2: testes on-line periódicos e manutenção planejada após a avaliação das tendências  Estratégia 3: testes periódicos e manutenção imediata Iremos focar nas estratégias 2 e 3. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 52
  • 53. ESTRATÉGIAS DE MANUTENÇÃO • Estratégia 2: Avaliação de Tendências  A melhor maneira de avaliar a real condição do isolamento do cabo é avaliar as mudanças nas tendência da PD.  Para fazer isso, é necessário realizar medições repetitivas.  A IDENTIFICAÇÃO dos defeitos é fundamental porque diferentes tipos de defeitos têm diferentes taxas de degradação, mesmo que tenham a mesma amplitude • Depois de ter separado todos os fenômenos e identificado cada PD é possível tomar as seguintes ações conforme tabela 2 • Estratégia 3: Manutenção Imediata A equipe de manutenção pode ser ainda estar interessada em efetuar a manutenção do circuito do cabo, logo que vêem cabos afetados por PD sem avaliar a tendência. Neste caso as medições on-line podem ajudar na economia de tempo em relação ao teste off-line. A IDENTIFICAÇÃO dos defeitos é de qualquer maneira fundamental, pois diferentes defeitos têm diferentes taxas de degradação, mesmo que tenham a mesma amplitude. DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 53
  • 54. ESTRATÉGIAS DE MANUTENÇÃO Tabela 2 - Avaliação de tendências após segunda medição Tabela 1 - Código de cores para diagnóstico de acordo com os fenômenos PD (valores não válidos como referência) DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 54
  • 55. BIBLIOTECA DE PADRÕES As figuras abaixo servem como referência no momento das aquisições . Descargas parciais internas DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 55
  • 56. BIBLIOTECA DE PADRÕES As figuras abaixo servem como referência no momento das aquisições . Descargas parciais internas DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 56
  • 57. BIBLIOTECA DE PADRÕES As figuras abaixo servem como referência no momento das aquisições . Descargas Parciais Superficiais DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 57
  • 58. BIBLIOTECA DE PADRÕES As figuras abaixo servem como referência no momento das aquisições . Descargas Parciais Superficiais DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 58
  • 59. BIBLIOTECA DE PADRÕES As figuras abaixo servem como referência no momento das aquisições . Descargas Corona DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 59
  • 60. BIBLIOTECA DE PADRÕES As figuras abaixo servem como referência no momento das aquisições . Descargas Corona DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 60
  • 61. Parte III: Casos Exemplos CASO 1 – Instalação Permanente em Painéis de 11KV - Europa CASO2 – Medições ON LINE em cabos / contrato SPOT CASO3 – Aquisição PD check / GERDAU - OB DESCARGASPARCIAIS-CONCEITOS EAPLICAÇÕES 61
  • 62. 62 On line PD test on MV Cable: System layout HFCT Clamp CASE 1: HFCT PERMANENT INSTALLATION IN 11 KV SWITCHGEAR, EUROPE. ON-LINE FAULT PREDICTION AND LOCALIZATION. SS1 SS2J1 J2 256 m 43 m = Measurement Point 200 m 1x3-core 3x1-core3x1-core
  • 63. 63 On line PD test on MV Cable: PD measurement results. -Internal PD detected in all the phases -PD were localized through TDR at the same distance from the HFCT. CASE 1: PD MEASUREMENT AND LOCALIZATION
  • 64. 64 On line PD test on MV Cable: Three measurement sessions were carried out in order to analyze the PD amplitude trend. CASE 1: FURTHER PD MEASUREMENTS FOR PD TREND EVALUATION
  • 65. 65 On line PD test on MV Cable: PD trend and location. Internal PD in phase 12 increased its amplitude very fast. Localization through reflectometric techniques highlight that the source was located in joint 2. During a DC test the joint 2 had a breakdown. Online PD measurement and trend analysis were effective!!! CASE 1: ALARM ON PHASE 12 DUE TO FAST CHANGES IN PD TREND 0 100 200 300 400 500 600 4 8 12 Fasi AmpiezzamassimaPD[mV] Prima sessione Seconda sessione Terza sessione
  • 66. 66 On line PD test on MV Switchgears/ Cables: PD sensors CASE 2: SPOT MEASUREMENT ON 33 KV CABLES THROUGH HFCT, FAR EAST. ON-LINE FAULT PREDICTION AND LOCALIZATION
  • 67. 67 CASE 2: PD MEASUREMENT THROUGH HFCT. SEPARATION AND IDENTIFICATION Disturbance Surface PD Corona PD Complete Pattern T-F Separation Map Corona PD
  • 68. OBRIGADO! DESCARGAS PARCIAIS - CONCEITOS E APLICAÇÕES Alexandre Grossi – (31) 98764-5056 alexandregrossi15@gmail.com https://br.linkedin.com/in/alexandregrossi alexandre.grossi2