Ensaio Em Trafos de Potência

Análise de Ensaios Elétricos de Isolamento em e m AC, em diferentes Metodologias, Met odologias, em Transformadores Transformadores de Potência de Alta Tensão. Tensão. A.C. Santos, C. O. Silva, R. C. D. Arrifano  Resumo          O presente trabalho tem como principal objetivo mostrar os resultados e a eficácia da utilização dos Instrumentos em Medições de Isolamento de Transformadores e seus componentes, possibilitando assim um acompanhamento preciso e confiável da equipe de manutenção para a eliminação de possíveis  falhas d o equipamento que acarretam grandes p erdas materiais e  financeiras, e consequentemente proporcio nar para seus clientes o  fornecimento confiável de energia com qualidade e ainda manter os índices de qualidade de energia e de fornecimento dentro dos  padrões aceitáveis. O trabalho inicialmente apresenta o  funcionamento dos transformadores, componentes e principais tipos. Apresenta métodos de ensaios realizados no transformador  para garantir seu perfeito funcionamento. Apresenta a evolução  para realização de ensaios de isolamento, assim como exemplos  práticos para validação deste trabalho. São apresentados ensaios realizados em transformadores de 230 KV e autotransformadores da subestação do Guamá. Os resultados obtidos comprovam o  grande avanço e confiabilidade alcançada pelos Instrumentos de  Ensaio de Isolação, DOBLE, CPC-100, DIRANA em ensaios de isolamento.  Palavras Chaves          Transformadores de Potência, Ensaios Elétricos, Fator de Potência de Isolação, Ensaios em Equipamentos Elétricos, Doble, CPC-100, Dirana, Ponte Schering.  Abstract        The present work has as main objective to show the    The results and effective use of instruments for measurement of insulation in transformers and its components, thus enabling accurate and reliable monitoring of the maintenance team to eliminate potential equipment failure that causes large financial and material losses, and hence to provide their customers with reliable power supply quality and still maintain quality indexes and energy supply within acceptable standards. The initial work shows the operation of power transformers, components and major types. Presents methods of testing carried out on the transformer to ensure perfect operation. Shows the trend for performing insulation tests, as well as practical examples to validate this work. Are presented tests on transformers and autotransformers of 230 KV Substation Guama. The results demonstrate the reliability and breakthrough achieved by insulation test instruments, DOBLE, CPC-100, DIRANA in isolation tests.

I. I NTRODUÇÃO TUALMENTE, o setor elétrico encontra-se na situação que não se pode pensar um só minuto o consumidor sem energia elétrica, nas casas, indústrias, comércios e etc.  __________________________________________

A

A. C. Santos, Instituto de Estudos Superiores da Amazônia (IESAM), Belém, Pará, Brasil, [email protected] C. O. da Silva, Instituto de Estudos Superiores da Amazônia (IESAM), Belém, Pará, Brasil, [email protected] [email protected] R. C. D. Arrifano, Instituto de Estudos Superiores da Amazônia (IESAM), Belém, Pará, Brasil, [email protected] [email protected]

F. Corrêa, Instituto de Estudos Superiores da Amazônia (IESAM), Belém, Pará, Brasil, [email protected]

Isto tem um preço, e uma das condições exigidas, é a necessidade dos equipamentos ficarem disponíveis o tempo que possível sem manutenção, devido a multas elevadíssimas em eventuais interrupção. Esta falta de manutenção e o envelhecimento destes equipamentos propiciam mais frequentemente desligamentos, que antes com muita raridade se via. Empresas geradoras, transmissoras e concessionárias,  buscam meios de diminuição de falhas, tendo suas inspeções o tempo muito reduzido. Então, se faz necessário a aquisição de instrumentos de ensaios mais modernos e mais confiáveis, que realizem os testes de modo rápido e prático. O equipamento a ser estudado, será o Transformador de Potência, peça chave nos sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica, pois é responsável pela conversão de grandes blocos de energia. É o elemento central das subestações de energia e em geral é o elemento mais caro. Avaria em Transformadores, com sua retirada de operação, representa um enorme problema, pois pode  provocar grandes desligamentos, eventualmente de grande duração. Além disso, os custos associados à sua manutenção corretiva são em geral elevados. Os aspectos construtivos de transformadores de potência são dimensionados de forma a garantir uma proteção com relação às condições de operação em subestação, e com isso sua parte ativa (núcleo e enrolamentos) fica protegida por um tanque metálico de alta resistência, o que dificulta os  processos de manutenção. Nesse contexto, as técnicas de manutenção preditiva baseadas em medições indiretas são de grande interesse. Assim, o trabalho nos mostra, a evolução dos ensaios elétricos efetuados, mais precisamente nos Transformadores de Potência em Alta Tensão, onde devido a falta de equipamento reserva, fica cada vez mais difícil a interrupção destes. O foco será a execução dos ensaios de Fator de Potência de Isolação, Fator de Dissipação e Capacitância. Realizar-se-á um estudo teórico do equipamento e dos métodos de ensaios, onde condicionará a verificação da  principal causa de falhas, que é o surgimento da “UMIDADE” no interior do equipamento. II. O TRANSFORMADOR DE TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA O transformador forma a base de todo o sistema de geração, transmissão e distribuição de energia em corrente alternada. Ele proporciona utilizar diferentes níveis de tensão ao longo do sistema. Desta forma pode-se optar pela tensão mais

viável técnica e economicamente. Os transformadores são empregados para as mais variadas aplicações, desde simples alterações na amplitude da tensão até a complexa regulação do ângulo de fase.  A.

 Elementos Estruturais de um transformador de  Potência.

 Na construção de um transformador de potência verificase a existência de elementos estruturais responsáveis por garantir a rigidez mecânica do conjunto em funcionamento e de componentes responsáveis por promover isolação elétrica e resfriamento [1]. As partes principais são: Tanque principal; Tanque de expansão; Radiadores + ventilação forçada; Núcleo; Enrolamentos; Estrutura isolante madeira papel [1].

C.  Aspectos e Ensaios do Sistema de Isolamento de um transformador de potência.

Ao se aplicar tensão nos enrolamentos, o isolamento ficará submetido a uma diferença de potencial originando um campo elétrico, (figura 2). R1 – Resistência elétrica à corrente de fuga; C – Capacitância do dielétrico; R2 – Resistência elétrica representando as perdas por absorção; e, U – Diferença de potencial aplicada.

Figura. 2. Propriedades de um isolamento

Conhecendo-se a DDP entre duas placas e também a distância entre as mesmas, o campo elétrico pode ser suposto uniforme e dado por: (1) Onde, Figura 1. Identificação da parte ativa de um transformador de potência.

 Buchas

Para que se possa ter acesso aos terminais dos enrolamentos de um transformador é necessária a utilização de componentes capazes de realizar o contato elétrico mantendo o isolamento do tanque do transformador ao mesmo tempo em que mantém a isolação elétrica. A esses componentes de transformadores denominam-se buchas. Basicamente existem dois tipos de buchas de transformadores: as de alta e as de  baixa tensão. Seus detalhes construtivos variam de forma a se adaptar ao nível de tensão de trabalho. Sua construção é mais simplificada, sendo composta de uma barra condutora, que conecta os terminais dos enrolamentos ao meio externo, e um corpo isolante (porcelana, vidro, ou material polimérico). Sua superfície externa é construída com abas em formato de cone  para que haja um aumento da superfície exposta (caminho superficial), diminuindo o risco de ruptura, ao mesmo tempo em que dificulta a formação de filetes de água da chuva. A bucha de alta tensão contém óleo isolante ao longo de toda a sua extensão, em geral o mesmo tipo de óleo utilizado no tanque principal. Devido a seus aspectos construtivos, as  buchas de alta tensão são também conhecidas como buchas capacitivas [1].  B.  Acessórios de proteção de um transformador

São equipamentos que auxiliam em possíveis falhas nos transformadores. São acessórios de Proteção de transformador: Relé de Gás (BUCHHOLZ), Indicador de  Nível de Óleo, Válvula de Alívio de Pressão, Termômetro Indicador de Temperatura do Óleo [1].

Ec – rigidez dielétrica em KV/mm ou KV/pol. Uc – tensão de ruptura em KV Dc – distância entre dois pontos de aplicação de tensão (eletrodos).

Conservando-se a distância d c constante e aumentando-se o valor de Uc, o campo cresce. Para um determinado valor de tensão, se o campo elétrico ( Ec) for suficientemente grande  para romper o dielétrico, então uma descarga no mesmo se manifestará. Este valor de campo elétrico é denominado rigidez dielétrica. O valor de Uc, que proporciona rompimento do dielétrico, é chamado de tensão de ruptura [3]. A Tabela IV mostra alguns valores de dielétricos. TABELA IV RIGIDEZ DIELÉTRICA DE ALGUNS MATERIAIS.

Dielétrico Ar Baquelite Mica Papel Vidro, Óleo Isolante, Porcelana

Rigidez(kV/mm) 30 250 2000 400 300

 D. Constante Dielétrica Relativa (Er)

Material isolante entre as placas de um capacitor, sua capacidade aumenta de um fator maior que a unidade denominada Constante Dielétrica Relativa ou Índice Dielétrico ER [5].  E.  Absorção Dielétrica

É um fenômeno intimamente ligado à polarização do meio que compõe o dielétrico [5].  F.  Perdas Dielétricas

  Em termos de corrente contínua entende-se por perdas dielétricas aquelas que são provocadas pela corrente de condução ou de fuga ( If ). Em termos de corrente alternada entende-se por perdas dielétricas aquelas provocadas pela corrente de fuga e pela componente ativa da corrente de absorção [5]. Ao se aplicar corrente contínua no dielétrico, a corrente que se estabelece é composta por três parcelas  básicas, que são: - Corrente de Deslocamento ou de Carga Capacitiva –  surge no instante inicial da energização e possui a mesma função que uma corrente de carga de um capacitor (corrente “inrush”), dependendo do tratamento e forma do material isolante [3]. - A corrente de absorção - responsável pela polarização dos dipólos elétricos que constituem a massa do dielétrico [5,15]. - A corrente de dispersão ou de fuga - através do dielétrico flui pela superfície e pelo interior da massa do dielétrico e é de caráter irreversível. Tal corrente não varia com o tempo de aplicação de tensão e, nestas condições, se houver alguma elevação de seu nível é indicativo que o isolamento pode vir a falhar. A quantificação da dificuldade de circulação da corrente de fuga é chamada de "Resistência de Isolamento" [5,15].

alternada será percorrido por uma corrente “Ic”, chamada corrente de carga, adiantada de 90 °  em relação à tensão aplicada (fig. 4). Em uma isolação real, aparece uma corrente de fuga “Ir” em fase com a tensão aplicada, originando uma fuga de potência ativa (perdas Watts) muito pequena através da isolação, que se manifesta produzindo aquecimento devido ao efeito Joule. Devido a essa corrente, surge um ângulo menor que 90 graus (fig. 5) , sendo denominado de δ. Sendo que δ = 90 - ϕ, e é chamado de ângulo de perdas [12].

Figura 4. Circuito simplificado do isolamento.

G.  Determinação da Umidade no Isolamento

A umidade no isolamento do papel causa três perigosos efeitos: diminui a rigidez dielétrica, aumento do envelhecimento da celulose e provoca a emissão de bolhas em altas temperaturas [5]. A figura 3 mostra a representação do isolamento em um enrolamento em um transformador com os espaços  preenchidos com óleo isolante. Aplicando-se uma tensão de teste no enrolamento de Alta Tensão, a corrente flui pelo isolamento principal para o enrolamento de baixa e volta para o instrumento de teste onde ela é medida. A ordem de grandeza dessa corrente chega a nano ou pico amperes [5]. Figura 5. Definição de tg δ e diagrama vetorial, ângulo de perdas.

 A.  Método Ponte Schering- CPC100

Em 1919 foi idealizado a Ponte Schering e em 1924 houve a primeira aplicação para verificação do fator de potência de isolação, com o seu esquema. Na figura 6, C 1 e R 1 conectados em série representam as perdas do objeto em teste, e C 2 representa perdas livres do capacitor de referência [13].

Figura 3. Representação do isolamento de um enrolamento de transformador

A condutividade do papel e do óleo, além do efeito de  polarização interfacial são medidas. A polarização e a condutividade são afetadas pela geometria do isolamento e sua composição [5]. III. MÉTODOS DE ENSAIO DE ISOLAÇÃO Um sistema de isolação ideal comporta-se como um capacitor sem perdas, que ligado a uma fonte de corrente

Figura 6. Esquema Ponte Schering e determinação da tangente delta.

A figura 7, mostra o diagrama de circuito paralelo que pode ser transferido como equivalência direta para dentro do diagrama série em frequencias específicas. O sistema de ensaio utiliza um método similar àquele da ponte Schering. A  principal diferença é que o sistema descrito na figura 6 não

necessita de ajustes para medição de capacitância e do fator de potência. A fig. 8 mostra o cálculo da Correlação entre Fator de Dissipação (FD) e Fator de Potência (FP) [13].

equipamento de teste pode ser operado em campo, até em subestações com altos distúrbios eletromagnéticos [13]. Com a utilização de um  software, os dados obtidos são transportados automaticamente para uma planilha Excel do Officce, com o objetivo de facilitar o armazenamento dos ensaios. A planilha em Excel (Ver Anexo A), com os valores dos ensaios realizados, mostra os parâmetros que são importantes  para análise do teste, são eles: Vmeas - Tensão Medida (Volts); Cp – Capacitância (Farad); Imeas – Corrente Medida (A); PF – Fator de Potência (%); Pt – Potência (W); Qt – Potência Reativa (Var); St – Potência Aparente (VA); Rp – Resist.Ohms – (Ω)

 B.  Metodologia de Ensaio Através do Método Double –  Metodologia Antiga Figura 7. Esquema CPC-100 / CPTD1

O ensaio com o instrumento de medição de fator de potência da DOBLE, pioneiro em ensaios de fator de potência, o qual utiliza Ponte de Impedâncias, fabricado em 1983, tipo M2H, totalmente analógico, tendo a necessidade de anotação em folha de ensaio e resultados obtidos através de cálculos com os dados medidos [14]. Os Resultados obtidos através deste método são anotados através de uma planilha padrão (Anexo B). C.  Análise de Resposta do Dielétrico – Método DIRANA

Figura 8. Correlação entre Fator de Dissipação (FD) e Fator de Potência (FP).

Identifica-se  I  Rp como corrente ativa  I a  e a corrente capacitiva como I c , então: tg δ   =  I a  ou, em termos percentuais tg  δ   % =  I a × 100 .

 I 

c

c

Sendo ϕ o ângulo entre a tensão e a corrente total, define-se o cosϕ como fator de potência do isolamento. Embora o fator de potência seja definido da mesma forma que a de um circuito de corrente alternada, os conceitos não devem ser confundidos. É interessante que o fator de potência de carga assuma altos valores, enquanto que, no caso dos dielétricos, ele deve ser o menor possível. Naturalmente, o cosϕ não é constante, dependendo da frequência e da temperatura. Em função do exposto, verifica-se que surgem  perdas no dielétrico, quando este é submetido a um campo elétrico produzido pela tensão aplicada, as quais se traduzem em seu aquecimento [13]. Por fim os métodos analisarão estas perdas, um utilizando watt por volt-ampére com a frequência de 60Hz e o outro através dos valores de tg δ ou cosϕ obtidos com a ponte Schering com frequências de 17 a 400Hz [13]. Este dispositivo possui um Processador Digital de Sinal (DSP) que gera sinais senoidais de até 12kV numa faixa de frequencia de 15 a 400Hz alimentado através de um amplificador de potência. Um transformador de saída combina a impedância interna do amplificador com a impedância do objeto sob teste. Por utilizar a frequência de teste diferente da frequência de linha e seus harmônicos,  junto com medições usando técnicas de filtragem seletiva, o

A resposta dielétrica de isolamento pode ser registrada no domínio do tempo ou no domínio da frequência. No domínio do tempo têm-se o registro da medida de carga e descarga das correntes de isolamento. Este procedimento é conhecido como Corrente de Polarização e Despolarização ( Polarization and Despolarization Currents  – PDC). As medidas no domínio da frequência são obtidas através das medições de tangente delta, com a faixa de frequência maior, especialmente em baixas frequências, já este procedimento é chamado de Espectroscopia no domínio da Frequência ( Frequency Domain Esctrocopy) [6]. O instrumento utilizado neste trabalho aquisita dados no domínio da frequência na Escala de 01 Hz a 5 KHz e no domínio do tempo de 0,1 Hz a 100�Hz, para uma avaliação mais profunda dos dados. Os valores no domínio do tempo são transformados para o domínio da frequência [8]. A figura 9 mostra a combinação das medidas no domínio da frequência e no domínio do tempo.

Figura 9. Combinação de medidas no domínio do tempo e no domínio da frequência.

 D.  Análise da Interpretação no Domínio da Frequência.

  Como foi visto a umidade tem grande influência nas  propriedades dielétricas do isolamento, como a corrente de  polarização e despolarização, capacitância e fator de dissipação. A resposta do teste de dissipação com a variação da frequência tem como formato típico um “S”. Com o aumento do teor de umidade, da temperatura ou com o envelhecimento, a curva aumenta para frequências mais elevadas [3]. A umidade influencia em toda faixa de frequência. A parte central da curva com o gradiente elevado (grande variação de valores) mostra a condutividade do óleo, essa é a parte que o fator de dissipação decai rapidamente, tendo o formato de uma rampa. Antes do decaimento contínuo, são registradas as condições de geometria do isolamento. Essas condições determinam uma elevação à esquerda do registro da condutividade do óleo [3,6]. A parte da curva relativa aos menores valores de frequência é onde se determina as propriedades do isolamento sólido, conforme a figura 10.

• •

• •

Estar desenergizado; Desconectar barramentos ou cabos de seus enrolamentos, ou seja, desconectar os terminais de todas as buchas condensivas, até as de neutro; Curto-circuitar todos os enrolamentos, ou seja, início e fim de bobina; e Verificar o bom estado de aterramento do Transformador.

 B. Condições preliminares do instrumento de ensaio: • • • •

Montagem do instrumento de acordo com o manual; Verificação do bom estado de aterramento do instrumento; Verificação das condições dos cabos do instrumento utilizados para realização dos ensaios; e Estar em mãos com as planilhas de resultados anteriores

C. Condições do Engenheiro ou Técnico Eletricista operador de ensaio: • • •

Estar bem treinado em ensaios de isolamento (teoria e prática); Estar treinado e experiente com a operação do instrumento de teste; Estar treinado e aplicando regras das normas de segurança do trabalho.

 D.  Ensaios Padrões

Figura 10. Esquema da interpretação de uma curva do fator de dissipação.

A figura 3.11 demonstra as curvas características do papel, óleo e da polarização interfacial, quando da condição de teste do Transformador. Hz

Para realização dos ensaios para este tipo de equipamento, são necessários 10 (dez) testes, sendo 6 (seis) para medir enrolamentos e 4 (quatro) para verificação das buchas condensivas. São eles: ENSAIO 1: H – X (lê-se H contra X, ou seja, PRIMÁRIO contra SECUNDÁRIO) a capacitância lida será CH-X. ENSAIO 2: H – Y (lê-se H contra Y, ou seja, PRIMÁRIO contra TERCIÁRIO) a capacitância lida será CH-Y. ENSAIO 3: H – G (lê-se H contra G, ou seja, PRIMÁRIO contra TERRA) a capacitância lida será CH-G. ENSAIO 4: X - Y (lê-se X contra Y, ou seja, SECUNDÁRIO contra TERCIÁRIO) a capacitância lida será CX-Y. ENSAIO 5: X - G (lê-se X contra G, ou seja, SECUNDÁRIO contra TERRA) a capacitância lida será CX-G. ENSAIO 6: Y - G (lê-se Y contra G, ou seja, TERCIÁRIO contra TERRA) a capacitância lida será CY-G.  E. Tipos de Ligações utilizados nos testes

Figura 11. Superposição fenômeno dielétrico em um Transformador.

IV. ENSAIOS REALIZADOS EM CAMPO. Os ensaios para verificação do estado do isolamento de transformadores são padronizados, então qualquer instrumento realizará da mesma forma e condições do equipamento.  A. Condições preliminares do Transformador de Potência  para o ensaio:

O trabalho se baseia nos testes de enrolamentos, no qual para obter-se a real medição dos mesmos, é necessário saber como os mesmos são ligados, bem como se deve saber as identificações de suas siglas onde são usadas. UST – Ungrounded Specimen Test , quer dizer, teste • do espécime DESATERRADO. Leitura apenas do objeto sob teste. As fugas em direção a terra NÃO serão lidas. • GST – Grounded Specimen Test, quer dizer, teste do espécime ATERRADO. Leitura das fugas em direção a terra. GSTg – Grounded Specimen Test (guard ), quer dizer, • guarda-se as fugas em direção ao espécime e executase leitura das fugas em direção a terra. HV – Cabo de Alta Tensão. • LV – Cabo de Baixa Tensão (informação de retorno). • • A – Cabo LV Vermelho.

•

B – Cabo LV Azul.

 F.  Ensaios realizados

Então o Transformador está desligado e curto-circuitado,  pronto para realização dos ensaios de isolamento. Seguem as sequências de cada teste a ser feito: ENSAIO Nº 1 - instrumento na posição USTA, será obtido leitura do isolamento CH-X,  PRIMÁRIO contra SECUNDÁRIO (fig. 12). Figura 15. Esquema de Ligação Ensaio Nº4.

ENSAIO Nº 5, instrumentos na posição GSTg  A+B, será obtido leitura do isolamento CX-G , SECUNDÁRIO contra TERRA (Fig.16).

Figura 12. Esquema do Transformador, Ensaio de Nº 1.

ENSAIO Nº 2 - instrumento na posição UST  B, será obtido leitura do isolamento CH-Y, PRIMÁRIO contra TERCIÁRIO (Fig. 13). Figura 16. Esquema de Ligação Ensaio Nº5.

ENSAIO N° 6 - Para o ensaio seguinte, mudam-se cabos nos enrolamentos. O instrumento na posição GSTg  A+B, será obtido leitura do isolamento CY-G , TERCIÁRIO contra TERRA (Fig. 17).

Figura 13. Esquema do Ensaio Nº 2.

ENSAIO Nº 3 - instrumento na posição GSTg  A+B, será obtido leitura do isolamento CH-G , PRIMÁRIO contra TERRA (Fig. 14).

Figura 17. Esquema de Ligação Ensaio Nº6

G.  Ensaios em Buchas

Os ensaios seguintes identifica-se o isolamento das buchas.  Na figura 18, mostra-se o modelo interno de uma bucha condensiva.

Figura 14. Esquema do Ensaio Nº 3.

ENSAIO Nº 4 - Para o ensaio Nº 4, há necessidade de mudança dos cabos do instrumento nos enrolamentos. O instrumento deve estar na posição UST  B, onde é obtida leitura do isolamento CX-Y, SECUNDÁRIO contra TERCIÁRIO (Fig. 15).

Figura 18. Modelos Buchas Condensivas e suas Capacitâncias C 1 e C2.

ENSAIO N° 7 - instrumento na posição UST  A, é obtido leitura do isolamento C1  da bucha H1(cabo A (verm.) no TAP), o HV no topo da bucha e o B (azul) nos outros enrolamentos ligando os mesmos à terra, como mostra na figura 19.

Figura 19. Esquema de ensaio para medição de C1 na bucha H1.

ENSAIO N° 8 - para o ensaio de Nº 8 mudam-se os cabos do instrumento aos enrolamentos. Também se modifica a  posição de leitura para GSTg  A+B, onde será obtida a leitura do isolamento C2  da bucha H1, o cabo A (verm.) no Topo da  bucha), o HV no Tap da bucha e o B (azul) nos outros enrolamentos, como mostra a figura 20.

Com base nos dados mostrados na Tabela II, pode-se comparar os valores obtidos do Fator de Potência, entre os Instrumentos DOBLE (na frequência de 60Hz, e o Instrumento CPC100, com a variação da frequência no intervalo de 40 a 100Hz), conforme figura 21.

Figura 21. Comparação valore do Fator de Potência entre DOBLE e CPC100.

 Na figura 22, mostra a curva encontrada no ensaio realizado do Enrolamento de Alta para Baixa Tensão.

Figura 22. Gráfico do Ensaio N° 1, com a DIRANA. Figura 20. Esquema de ensaio para medição de C 2 na bucha H1.

 A. Comparação entre os três instrumentos

Para os ensaios 9 e 10, C 1 e C2 da bucha do enrolamento secundário X1 respectivamente, segue mesma orientação dos ensaios 7 e 8, vale lembrar os cuidados conquanto ao  posicionamento dos cabos. Os ensaios de 1 a 7 e 9 aplica-se 10KV, já os ensaios 8 e 10 aplica-se no máximo 2kV, devido a tensão de isolação suportável.

A fim de comparar os valores dos três ensaios realizados tem-se a sobreposição dos ensaios. Na figura 23, mostra os valores em um único gráfico.

V. ANÁLISE DOS DADOS DE ENSAIO As planilhas de testes, referentes aos ensaios realizados utilizando os três instrumentos estão em anexos, conforme a sequência DOBLE (ANEXO A), CPC100 (ANEXO B) e DIRANA (ANEXO C).  Na Tabela II, mostra uma comparação dos principais  parâmetros, comparando os três equipamentos de estudo. TABELA II R ESUMO DOS VALORES DOS PRINCIPAIS P ARÂMETROS ENCONTRADOS DOBLE

CPC100

DIRANA

CORRENTE (�A)

9,29

9,329

-

TENSÃO (V)

10000

10000

200

POTÊNCIA ATIVA (W)

0,196

0,1982

-

FATOR DE POTÊNCIA 

0,2109

0,2117

0,002129

CAPACITÂNCIA (PF)

2461,8

2465,26

2468,8

FREQUÊNCIA (HZ)

60

60

60

Figura 23. Curvas encontradas sobrepostas dos três equipamentos.

Comparando resultados sobrepostos, identifica-se grande  proximidade dos valores nos dois métodos que aplicam 10kV e uma imagem destes valores no método da DIRANA quando aplica 200V. O gráfico “Tempo versus Tensão de Aplicação” da figura 24 mostra que durante alguns anos ensaios medidos abaixo de 10000 Vca possivelmente não informarão a real situação do isolamento do equipamento. Isto se deve a estudos que, em campo para verificação de fator de potência com frequências que permitem valores elevados de tensão, tenha necessidade

de provocar esta corrente de fuga para verificação da resistência a condutividade.

Figura 24. Gráfico Tensão de Aplicação versus Idade do Equipamento

A certeza de validação destes instrumentos já comprovada  pelos fabricantes, agora confirmados nestes ensaios realizados por equipe de manutenção em campo. O Instrumento da DOBLE, mesmo mais antigo, obteve resultado satisfatório. Identificou-se que os métodos modernos, como por exemplo, a CPC-100/CPTD1, fornecem resultados em várias frequências, possibilitando assim, a construção de uma curva, que é conhecida como Curva Identidade do Equipamento. Esta curva para equipamentos como transformadores de  potência, buchas condensivas, divisores capacitivos e outros com capacitâncias identificadas, possibilita ao mantenedor, analisar resultados junto às curvas-padrão, oferecendo confiabilidade no equipamento. Verificou-se a necessidade de compreensão teórica em ensaios de isolação, em equipamentos elétricos de grande  potência e em instrumentos de ensaios de fator de potência (cosϕ), fator de dissipação (tan δ) e capacitância. Observou-se a necessidade de experiência do mantenedor, quando: • Comparam-se ensaios com dados de placas do fabricante do equipamento ou com resultados anteriores ou com equipamento idêntico; • Revisa-se não só o cos ϕ  ou a tanδ, mas também a corrente, a potência ativa, a potência reativa, a  potência aparente, a capacitância, etc.; • Identifica-se que um resultado muito baixo é tão inaceitável quanto um resultado muito alto; • Variação no valor da corrente ou capacitância de 5% ou mais, deve ser investigado; • O resultado for questionável examinam-se todos os cabos para verificação de um bom contato metal a metal; • Usando a cuba vazia para teste de amostras de óleo, faz-se um ensaio a 5 kV na posição UST. Deve-se medir em torno de 400 µA e 0.002 watts, na menor escala de Watts e com capacitância entre 106-110  pF. Deve-se ressaltar que os Ensaios de Isolamento não são destrutivos e que não se deve usar uma tensão além da capacidade limite do equipamento sob ensaio. Na determinação da capacidade limite do isolamento, leva-se em conta a capacidade limite do neutro e NUNCA se fazer ensaio num transformador sob vácuo.

VI. CONCLUSÃO O grande desafio para o mantenedor é reconhecer as anormalidades do sistema sob sua responsabilidade de forma a fornecer informações exatas para uma tomada de decisão. Testar, checar e obter resultados, são atividades rotineiras e este trabalho apresentado contribui no sentido de iniciação a execução de ensaios de isolação de equipamentos de potência e envolvimento na compreensão das unidades e também uma compreensão mais profunda nas várias formulas que são utilizadas nestes ensaios. Foi constatado que os três métodos de ensaios mostrados nesse artigo, são confiáveis para manutenção preventiva e  preditiva e que a nítida evolução dos testes de isolamento é muito importante para que se obtenha uma maior eficiência e eficácia na rapidez dos resultados. Há de destacar também que os resultados obtidos nos testes realizados em campo, mostraram a confiabilidade do equipamento ensaiado, pois os seus resultados foram compatíveis com aqueles obtidos em comissionamento, bem como aos ensaios realizados em fábrica. R EFERÊNCIAS [1] J. Mamede Filho, “Manual de Equipamentos Elétricos”. LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, 3ª edição. Rio de Janeiro, 2005. [2] J. A. Edminister, "Electromagnetics", McGraw-Hill, São Paulo, 1979. [3] J. C. Oliveira, J. R. Cogo, J. P. G. Abreu, “Transformadores: Teoria e Ensaios”, Edgar Blücher, São Paulo, 1984. [4] I. L. Kosow, “Máquinas Elétricas e Transformadores”, Globo, São Paulo, 1977. [5] M. E. C. Paulino, V. C. V. M. Beltrão, “Diagnóstico em Campo de Umidade no Isolamento de Transformadores de Potência e Buchas de Alta Tensão” in IEEE/PES T&D2010 Latin America, São Paulo, SP, 2010 [6] M. E. C. Paulino, V. C. V. M. Beltrão, “Aplicações de Análise Resposta em Frequência e Impedância Terminal para Diagnóstico em Transformadores” in XIII ERIAC – Décimo Tercer Encuentro. [7] M. Koch, S. Tenbuhlen: “The Breakdown Voltage of Insulation Oil under the influence of Humidity, Acidity. Particles and Pressure”  International Conference on Advances in Processing. Testing and Application of Dieletric  Materials APTADM , 26. – 28.09.2017, Wroclaw.

[8] DIRANA, Application Guide “Measuring and Analyzing Power Transformers”, Fevereiro 2010. [9] M. Milasch, “Manutenção de Transformadores em Líquido Isolante”, Edgar Blücher, São Paulo, 1984. [10] J. Mamede Filho, “Instalações Elétricas Industriais”. LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, 8ª edição. Rio de Janeiro, 2012. [11] J. Mamede Filho, D. R. Mamede, “Proteção de Sistemas Elétricos de Potência”. LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, 2011. [12] C. K. Alexander, “Fundamentos de Circuitos Elétricos”, Bookman, São Paulo, 2003. [13] Manual CPC-100/CPTD1, Artigo Número: VESD0606 Manual Version: CPC100TD1.AE.5. OMICRON 2010. [14] Manual de Teorias e Testes do Equipamento Doble, 1997. [15] R.Robert, E. L. Kowalski, D. M. Gomes, “Artigos Gerais”, Rev. Bras. Ensino Física. vol.30 n.º 3 São Paulo Julho/Setembro. 2008.

Alvaro Castro dos Santos   é graduado em Matemática  pela Universidade Federal da Pará (UFPA), Belém, Pará, Brasil, em 2001. Atualmente é técnico especialista em ensaios elétricos em equipamentos de alta potência na empresa ELETROBRÁS/ELETRONORTE e graduando do Curso de Engenharia Elétrica no Instituto Estudos Superiores da Amazônia (IESAM). Cledson Oliveira da Silva   é Técnico em Eletrotécnica

formado pela Escola Técnica Federal do Pará (ETFPA), Belém, Pará, Brasil, em 2001. Atualmente é técnico especialista em ensaios elétricos em equipamentos de alta  potência na empresa ELETROBRÁS/ELETRONORTE e graduando do Curso de Engenharia Elétrica no Instituto Estudos Superiores da Amazônia (IESAM).

ANEXO A: ENSAIO 1 COM O INSTRUMENTO “DOBLE”.

ANEXO B: ENSAIO 1 COM O INSTRUMENTO “CPC-100”.

ANEXO C: ENSAIO 1 COM O INSTRUMENTO “DIRANA”.