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INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO
CURSO ENSAIOS ELTRICOS EM EQUIPAMENTOS DE SUBESTAES E USINAS
UHE GOV. NEY BRAGA COPEL GERAO15 19 de Setembro / 2003
Luis R. A. Gamboa
LACTEC / DPEL / UTAT
CURSO DE ENSAIOS EM EQUIPAMENTOS ELTRICOS (MDULO: ENSAIOS DE CAMPO) 1) Aspectos gerais Caractersticas dos materiais. Condutores, quase condutores e dieltricos. Materiais Isolantes vs Dieltricos. Conceitos. Efeito da temperatura. Propriedades Eltricas: Resistividade, Permissividade, Condutividade, Constante dieltrica, Relaxao Dieltrica. Comportamento dos materiais com a freqncia e a geometria do Campo Eltrico aplicado. Configuraes de campo eltrico, aplicaes em equipamentos. Classificao dos materiais Isolantes. Classe trmica. Temperatura do ponto mais quente. Capacitncia. Correntes de Carga, Descarga, Deslocamento e Conduo. Circuitos equivalentes da Isolao. Caractersticas dieltricas em CA e CC. Tangente Delta, Fator de Potncia e Fator de Dissipao. Exemplo.
2) Transformadores
FLUXOGRAMA DE DIAGNSTICO DO ESTADO GERAL DO TRANSFORMADORAPLICABILIDADE DOS ENSAIOS DE CAMPO CONVENCIONAIS OU ESPECIAIS DIRETAMENTE RELACIONADOS AOS DIVERSOS SINTOMAS E MECANISMOS DE FALHA
ndice de Polarizao, Relao de Absoro, Diagnstico e cuidados na interpretao de resultados em transformadores (IEEE std 62-1995). Teor de umidade versus ensaios convencionais. Taxa de envelhecimento do papel impregnado. Isolao tpica de transformador de distribuio. Distribuio de tenses em funo dos materiais constituintes. Sistema papel-leo. Equilbrio da umidade vs temperatura. Eletrificao esttica e Taxa de difuso da umidade. Cuidados de interpretao. Normas. Isolao entre espiras. Comentrios. Polaridade. Conceito e mtodos de ensaio. Relao de tenses TTR Deslocamento angular. Diagrama vetorial de transformadores. Exemplos: Yy0, Yd1. Megohmmetro analgico. Circuitos Ground e Guard Medio de Resistncia de Isolamento em transformador Ensaiador de Fator de Potncia. Circuitos Ground, Guard (frio e quente) e UST. Medio de Fator de Potncia em transformador Cancelamento de interferncias em medies no Campo. Mtodo da chave inversora do Ensaiador de Fator de Potncia. Outros cuidados prticos para minimizar erros Medio da Resistncia dos Enrolamentos. Cuidados com chaveamentos, induo, correo de valores. Decrscimo de R vs ensaios CA como Iexc (Doble), TTR. Transio de tapes do comutador. Aterramento do ncleo. Falha da conexo/capacitncias. Aterramento Mltiplo / T.
1
PROBLEMAS DE DESLOCAMENTO DE BOBINAS EM TRANSFORMADORES Esforos radiais entre enrolamentos. Foras axiais. Esforos entre espiras. Exemplos de deformaes. Impedncia de Curto-circuito. Conceito e Medio por fase, no campo. Corrente de Excitao. Medio, Interpretao de Resultados. Capacitncia entre enrolamentos e entre BT e massa / ncleo. Anlise de resultados. Cuidados na interpretao. Resposta a impulsos de Tenso. ENVELHECIMENTO TRMICO DO PAPEL ISOLANTE. Evoluo do conceito de fim-de-vida. Mtodos de diagnstico pontuais e globais. Resistncia Trao, Grau de Polimerizao (GP), Furfural (2fal), RVM. Instrumento de Ensaio de Tenso de Retorno (RVM). Processos de Polarizao. Circuito Equivalente. Resultados tpicos de ensaios. Efeitos da distribuio da umidade e da degradao do leo isolante. Comparao entre RVM e outros ensaios dieltricos e com o GP Indice de Polarizao vs Umidade do Papel, para diferentes temperaturas. Potncia do transformador / Potncia trmica / Valor de placa. Sobrecarga vs envelhecimento. Fatores limitadores.
3) Buchas Caractersticas construtivas Medio de Capacitncias C1 e C2 e FP em buchas condensivas. Interpretao deresultados. Ensaio de Colar quente. Emprego de Colares Guard em buchas com superfcie irregular ou contaminada. Sobrecargas admissveis
4) Compatibilidade Eletromagntica em SEs. Cuidados na execuo de ensaios Induo Eletrosttica Induo Eletromagntica. Exemplo prtico e clculo. Cuidados com a instrumentao. Mtodos de cancelamento de interferncias na medio.
5) GeradoresMateriais do Sistema de isolao de mquinas. Degradao trmica. Controle do Estresse de Tenso. Descargas parciais em geradores. Polaridade das Descargas Parciais em funo do tipo de defeito no Gerador.
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Efeito da Temperatura. Circuito de Ensaio e formas de onda tpicas. Testes de deteco e mecanismos de falhas para diversos tipos de isolao. Localizao de curtos-circuitos entre espiras de bobinas polares de rotores, motores, etc. Ensaio de resposta a impulso. Ressonncias srie e paralelo. Circuito equivalente da isolao. Exemplos de diagnstico. Cuidados. Perdas Parasitas e efeito do nmero de condutores da barra. Exemplo. Tenso aplicada CC em geradores HY-POT Detalhes do mtodo, cuidados, discusso sobre aplicabilidade e limitaes Levantamento de caractersticas em geradores Ensaio de Saturao em Vazio Levantamento Reta de Curto-circuito Obteno de parmetros caractersticos a partir destes ensaios Curva de Capabilidade. Sobreexcitao Transformadores.
6) Sistemas de Aterramento Conceito de Resistncia de Aterramento. Parmetros Concentrados e Distribudos. Exemplo. Comportamento de Malhas em baixa freqncia. Comportamento de Malhas durante descargas atmosfricas Comportamento de Malhas em funo da geometria dos eletrodos. Configuraes tpicas e aplicaes de Malhas para Sistemas de Gerao, Distribuio e Telecomunicaes. Aplicao de Malhas Perimetrais e Peninsulares em SEs. Medidor de Resistncia de Terra Megger de Terra. Caractersticas e Operao Medio da Resistncia de Aterramento. reas de Resistncia Efetiva. Conceito. Mtodo da Queda de Potencial. Mtodo simplificado dos 62 % Aspectos de segurana para a execuo do ensaio Limitaes dos mtodos convencionais. Mtodo de Injeo de Altas Correntes. Aplicaes, cuidados, limitaes. Exemplo prtico: SE Cascavel 525 kV / LT CEL- US SCX. Medio da Resistncia de P de Torre de LTs. Medio da Resistividade do Solo. Mtodo de Wenner. Outros mtodos. Novos instrumentos: O Alicate Terrmetro. Caractersticas, principais aplicaes, limitaes, fontes de erro e possibilidades para malhas de SEs de pequenas dimenses. Comparao com o mtodo de Queda de Potencial. Exemplo prtico.
7) Reator Trifsico de Aterramento Impedncia de Seqncia Zero. Conceito bsico Medio de Z0 no Campo e Clculo.
3
8) TCs Ensaio de Saturao em TCs Conceitos bsicos, roteiro de clculo e interpretao dos resultados Normas aplicveis e cuidadas de execuo. TCs de Bucha. Relao de Transformao. Cancelamento de interferncias indutivas durante o ensaio em SEs energizadas.
10) Pra-raios Introduo. Evoluo construtiva, materiais e principais mecanismos de avaria. Ensaios de Isolamento no campo Ensaios de Laboratrio Tenso de Referncia Corrente de Fuga Tenso Residual Aplicao de Medidores de corrente de fuga, de pico e harmnicas em pra-raios dexido de Zinco, no campo.
11) Ensaios em Cabos e Muflas Tipos de isolao slida em cabos. Classificao Ensaios de Aceitao e Recebimento Corrente de fuga vs tenso Corrente de Fuga vs Tempo Interpretao de Resultados Esquema do ensaiador HI-POT.
12) Capacitores Medio da Capacitncia. Determinao da Potncia Reativa. Critrios de aceitao Isolao total. Isolamento entre buchas
13) Disjuntores Resistncia de Contatos Isolamento CA, TLI em Disjuntores GVO. Medio de Tempos de Operao. Circuito de ensaio Tempos de: Abertura, Fechamento, Discordncia de Plos, Religamento, CurtoCircuito, deslocamento e velocidade dos contatos mveis.
4
EQUIPAMENTOS ELTRICOSCOMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
Conceito de Campo Eltrico: Fora sobre uma carga eltrica => Ecs
E
+ + + + +
F
F Eq
ALGUMAS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ELTRICOSCondutividade = [S/ m] ==> esta propriedade est associada com a Corrente de Conduo e a Resistividade ( = 1/) Permissividade = = K o (com o = 8,85 x 10-12 [F/m] ) ==> associada com a Corrente de Deslocamento (capacitncia, carga/descarga, polariz., CA, FP) Onde K a Constante Dieltrica (ou Permissividade Relativa r) Quanto resposta no tempo O comportamento do material definido pela relao / d [adimensional] Onde = Freqncia angular = 2 f (excitao peridica)
5
CLASSIFICAO DOS MATERIAIS ELTRICOSSe >> (pelo menos 100 vezes maior) o material Condutor Se ento o material Quase Condutor Se 14 x 0 = 14 x 8,85 x 10-12 [F/m]para f = 1 kHz
/ = 0,01 / (2 x 1000 x 14 x 8,85 x 10-12) 13000 => Condutorpara 10 MHz => / = 1,3 => Quase condutor para 30 GHz => / = 0,00043 => Dieltrico
gua Doce:: At 1 kHz --> Condutoraa
Acima de 10 MHz --> Dieltrica.
gua Salgada: At 10 MHz --> Condutoraa
Acima de 10 GHz --> Dieltrica.
6
ISOLANTES
e
DIELTRICOS
a) A caracterstica Isolante est relacionada com a habilidade de limitar o fluxo da Corrente. Est relacionada com a Resistividade do Material a as caractersticas do campo eltrico.
b) Um material dieltrico deve tambm ser um meio isolante, mas suas propriedades so descritas por sua constante dieltrica, rigidez dieltrica, absoro dieltrica e fator de potncia.
c)
Portanto, como um dieltrico deve possuir algumas propriedades de um isolante, e vice-versa, ambos termos costumam ser usados indistintamente.
d) A propriedade isolante est mais associada funo que o material deve atender para uma dada situao.
e) Assim, um dieltrico com diferentes espessuras, ou usado em diferentes temperaturas, freqncias ou intensidade de campo eltrico, poder ser ou no um isolante adequado.
7
CLASSIFICAO DOS MATERIAIS ISOLANTESCLASSE TRMICA O A B F H C T DO PONTO MAIS QUENTE ( C) * 90 105 130 155 180 220 Acima de 220 MATERIAIS OU COMBINAAO DE MATERIAIS Algodo, Seda e Papel no impregnados Algodo, Seda e Papel adequadamente impregnados, envolvidos ou imersos em dieltrico lquido (leo) Mica, Fibra de vidro, Asbesto, etc., com substncias aglutinadas adequadas para operao com 130 C Mica, Fibra de Vidro, Asbesto, etc., com substncias aglutinadas adequadas para operao com 155 C Elastmero de Silicone, Mica, Fibra de vidro, Asbesto, etc., com substncias aglutinadas adequadas tais como resinas e outros materiais com capacidade de operao em 180 C Materiais em que a experincia ou os testes de aceitao mostrem que so adequados para operar a 220 C Isolao que consiste inteiramente de mica, porcelana, vidro, quartzo ou materiais orgnicos similares capazes de operar com temperaturas acima de 220 C
* Obs.: A temperatura do ponto mais quente o valor com que os materiais de cada classe de temperatura podem operar continuamente sem apresentar degradao indevida.8
Algumas configuraes de Campo EltricoCampo Eltrico: Intensidade e Geometria
Linhas Equipotenciais
Linhas de Campo Eltrico
Corona O Campo Eltrico numa regio proporcional ao nmero de linhas / cm2
++++++++++
As linhas que representam o Campo Eltrico so perpendiculares aos eletrodos da fonte. No h componente tangencial superfcie dos eletrodos em condies estticas.
9
DIELTRICOS CONCEITOS BSICOS
Ad d
A
Ar
Dieltrico
C = A K o / d
1
Ch2
G
I + + + + + + ++ Q
V
C
Q C=Q/V=It / VCorrente de Deslocamento CARGA Corrente Total de Carga Corrente de Carga Irreversvel Corrente de Absoro Reversvel Corrente de Conduo
+++++++
0
1 (-) Corrente de Absoro Reversvel
10 min
tempo
DESCARGA 10
MEDIDAS DIELTRICAS EM DC (RI, IP, RA)R (M) I (mA) R Ir R Ic C I Circuito de ensaio1 10
Ch I
E
T (min)
A Resistncia de Isolamento (isolao?) varivel no tempo. Costuma estabilizar antes de 10 minutos em isolaes mais comuns, como papel-leo A Resistncia de Isolamento, RI, depende da temperatura da isolao. No caso de transformadores, considera-se que seu valor cai para a metade a cada 10 de aumento na temperatura. Os valores costumam ser referidos para 75C. Relao de Absoro, RA = R1min / R15seg ndice de Polarizao, IP = R10min / R1min A anlise de resultados comparativa, ao longo da vida do equipamento, e dos equipamentos da mesma famlia.
RA (R1min / R15s) 1,6
IP (R10min/R1min) 4
Condio da Isolao Pobre Questionvel Aceitvel Bom11
Tabela orientativa para diagnstico da Isolao de Transformadores
Alguns cuidados na interpretao de resultadosPara transformadores pequenos, o IP prximo de 1 (IEEE std 62-1995) Estudos comparativos entre RI, IP, FP e outros tm sido realizados recentemente. O teor de umidade da isolao tambm hoje est sendo considerado. .
IP4
50 C3
75 C 25 C2
100 C
1 0 1 2 3 4 Teor de Umidade (%)
100
Taxa de Envelhecimento
30
10
6
1 0,1 1 Teor de Umidade (%)
3
10
12
TAXA DE ENVELHECIMENTO EM FUNO DA UMIDADE DO PAPEL
CARACTERSTICAS DIELTRICAS EM CA
I Ir Ic C Ic
E
~
R
I
90
Circuito paralelo simples Ir E
F. D. - Fator de Dissipao = Ir / Ic
F. P. - Fator de Potncia = cos = Ir / I
Exemplo:
= 10 ==>
= 90 10 = 80
tan 10 = 0,1763 cos 80 = 0,1736
Num caso mais prtico de isolao, para cos = 4,00% a tan = 4,003 % Ento, para ngulos pequenos entre Ic e I: O Fator de Potncia varia com:
F. P. (cos ) tan d
a temperatura (valores so referidos, normalmente a 20 C) a umidade (nem sempre de forma sensvel ou conhecida) a freqncia (mtodo tan vs freqncia)13
TRANSFORMADOR DE DISTRIBUIO(ISOLAO TPICA)
DISTRIBUIO DA TENSO APLICADA EM DIELTRICOS EM SRIERev papel esm esm leo papel leo esm esm leo cadg leo tinta Re leopap leo esleo papel leo sm esm leo cad alg leo tinta
7 mm Condutor AT
17 mm Porcelana Tanque
Ncleo
Condutor BT
Esmalte 0,080 mm Cilindro de Papel AT-BT 3,5 mm Cilindro de Papel Ncleo-BT 2 mm Cadaro 0,3 mm Condutor AT 1 mm AT BT 10 mm leo AT-BT 6 mm BT e ncleo 2 13 mm Tinta 1017 .cm (espessura 80 m) Papel (parafinado) 1018 .cm leo isolante 1012 a 1015 .cm Revestimento chapas: 100 /cm2 / lmina Resistividade chapas : 50 .cm (6 m/face)
Material a Ra Va Ca (XCa)
Material b Rb Vb Cb (XCb)
~ =
NOS ENSAIOS COM DC, PRATICAMENTE TODA A TENSO FICA NO PAPEL IMPREGNADO COM LEO. A TENSO SE DIVIDE EM FUNO DAS ESPESSURAS E RESISTIVIDADES DOS MATERIAIS. A INFLUNCIA DO ESMALTE USADO NA ISOLAO ENTRE ESPIRAS, PORTANTO, DESPREZVEL, NESTES ENSAIOS. NOS ENSAIOS EM CA, A TENSO FICA DISTRIBUDA EM FUNO DAS CAPACITNCIAS (PERMISSIVIDADES E ESPESSURAS) DOS MATERIAIS, ESPECIALMENTE EM ALTAS FREQNCIAS. EQUILBRIO DE UMIDADE DO SISTEMA LEO-PAPEL VS T ELETRIFICAO ESTTICA. TAXA DE DIFUSO. ESPESSURAS... CURTO-CIRCUITO DO ENROLAMENTO SOB TESTE E ISOLAO ENTRE ESPIRAS. (ENSAIOS DE TENSO INDUZIDA, IMPULSO...)14
FLUXOGRAMA 1 GASCROMATOGRAFIA e ENSAIOS FSICO-QUMICOS NO LEO ISOLANTE
DESCARGAS PARCIAIS
CENTELHA MENTO BLINDAGEM MAGNTICA CONTINUIDADE
ARCO ELTRICO
T ELEVADA (IM. TERMICA)
CELULOSE ENVOLVIDA S N PONTAS
ESTANQU. COMUTADOR S OPERAO REL 87 T N S CURTO , T ou AT / BT
AQUECIM. DO NCLEO
MAU CONT. CIRC. CORR.
ATERRAM. BLIND. ELET.
ATERRAM. MLTIPLO CHAPAS EM CURTO ENTRE FERROS S
TERMOVISOR / RESISTNCIA ISOLAO P / MASSA
ATERRAM. DO NCLEO CAVIDADES
CURTO ENTRE ESPIRAS
DETETADO COM TTR
CURTO FRANCO
N DETETOR ACSTICO FLUXOGRAMA 2 CAPACITNCIA PARA A MASSA IMPULSO COM B. T. CORRENTE DE EXCITAO
15
FLUXOGRAMA 2
ESTANQUEIDADEVAZAM, SLICA, BOLSA DE NEOPRENE...
OUTROS SINTOMAS(HISTRICO OPERAO)
FURFURAL REGENERAO PERIDICA AQUECIMENTO DO TANQUE DESLOCAMENTO DO BOBINADO RUDO NO COMUTADOR
UMIDADE DA ISOLAO
TERMOVISOR
IMPEDNCIA DE CURTO-CIRCUITO POR FASE
FORMA DE ONDA (CHAVEAMENTOS
RVM
COMPARAO COM FAMLIA (LOTE - ODC)
CAPACITNCIA ENTRE ENROLAMENTOS
RESISTNCIA HMICA NA COMUTAO
ISOLAMENTO DC / AC .....
IMPULSO COM TENSO REDUZIDA
16
CUIDADOS NA EXECUO DE ENSAIOS CEM EM SEsInduo Eletromagntica em SEs (e
= d/dt)
a) Chaveamento de circuito indutivo. Medio da Resistncia hmica de Enrolamentos
e = d/dt x NX1 H1
II
IV
ePiso X2 H2 CH
Massa do transformador
Cuidados adicionais com a instrumentaoDesligar o voltmetro (ou galvanmetro, no caso de empregar ponte) antes de chavear a fonte de corrente.I Corrente estabilizada de Ensaio Liga Desliga: maior di/dt tempo
17
Ligao longa de cordoalha de aterramento no instrumento de ensaioBarramento AT SeccionadoraR Cordoalha 10 m 0,5 m
e
Piso
AMalha de Terra
rea do Loop cordoalha conexo malha: ~ 6 m2 R = 7 metros; Surto de manobra: Ipico = 1000 A ; 10 MHz T = 0,1s ==> Rampa 0,1 / 4 = 0,025 s
=> di/dt = 40 x 109 A/s
e = d/dt = (dB/dt) x A = (dH/dt) x o x A = (di/dt) x o x A / (2 x R) e = 40 x 109 x 4 10-7 x 6 / (2 x 7) [V] = 40 x 109 x 2 x 10-7 x 6 / 7 [V]
eepico 6,9 kVVs
c) Induo Eletrosttica (Descarga por Acoplamento Capacitivo)Barramento AT+ + + + + + + + + + + + + + + + C1 C2
+ + + + + + + C1
kV
++ +++ + + Piso + + + +
kVC2
+ + + + + + + + + + + + + 18
Malha de Terra
Envelhecimento Trmico do Papel IsolanteMaterial: celulose, um composto orgnico polimrico, cujas molculas consistem em longas cadeias de anis de glicose (monmeros). Resistncia mecnica proporcional ao comprimento das cadeias.OH CH2
H C O ... O C OH H C ... H
C C H OH
MOLCULA DA GLICOSE
Grau de Polimerizao (GP): Nmero mdio de anis de glicose na molcula. Tipicamente varia entre 1000 e 1400 para um papel novo. Devido aos processos de secagem em fbrica, o GP da isolao de um transformador menor que em papel novo e no raro especificar um valor mnimo de 800. GP na faixa de 100 a 250 serve como critrio de fim-de-vida. Mecanismos de envelhecimento: hidrlise, oxidao e pirlise (gua) (oxignio) (calor)
CONSEQNCIAS DESTES 3 MECANISMOS:QUEBRA DE LIGAES GERAO DE GUA19
Envelhecimento Trmico do leo IsolanteDurante a fase inicial de oxidao dos leos isolantes so formados compostos polares no-cidos, tais como lcoois, aldedos, cetonas, etc. medida que o processo avana, formam-se cidos e borra : ==> FIM-DE-VIDA DO LEO ISOLANTE. Com a borra, o transformador sofre aquecimento adicional. a) pela obstruo que a borra promove nos canais da circulao de leo dos enrolamentos e nos radiadores; b) a borra um bom isolante trmico. Para garantir a qualidade do leo isolante, comum a adio de inibidores que retardam a velocidade do processo de oxidao, alm da realizao de tratamentos peridicos.
Mtodos invasivos pontuais A Resistncia Trao, Grau de Polimerizao GP Alternativa (atualmente usada): Colocao de tiras de papel em transformadores de fora novos. (Tcnica apenas orientativa).
Mtodos no invasivos globais Furfural (2Fal ) O 2Fal o mais representativo de uma famlia de furfuraldedos que resultam especificamente da degradao do papel. Representa o comportamento global, a partir da amostra de uma pequena quantidade de leo do transformador. H estudos que correlacionam o GP com o 2Fal. Sua anlise inicialmente era feita em funo de sua concentrao no leo, com a relao mg2Fal / lLEO [ppm]. Mais recentemente, a relao considerada mais significativa a concentrao de 2Fal com relao massa de papel do transformador, ou seja, mg2Fal / kgPAPEL [ppm]. Atualmente, o 2Fal includo nos diagnsticos de fim-de-vida de transformadores de potncia das principais concessionrias. No se aplica diretamente aos casos em que o leo do transformador tenha sido filtrado ou substitudo.
Tenso de Retorno RVM (sigla de Recovery Voltage Meter)20
ENSAIO DE TENSO DE RETORNO (Espectro de Polarizao)Processos de Polarizao aspectos geraisAlguns processos de polarizao dependem somente da orientao de cargas no campo eltrico aplicado (processos elsticos, sem perdas, extremamente rpidos, da ordem de 1014 s).
Outros, como o caso da polarizao interfacial (quando mais de um material isolante est na presena do campo externo) so mais lentos porque sua resposta envolve o deslocamento de cargas at a regio de fronteira dos materiais envolvidos. No caso, papel e leo isolante. O tempo em que o processo se d depende da permissividade e resistividade dos materiais que formam este sanduche dieltrico. Este um processo que apresenta perdas. Com a umidade, a capacitncia de polarizao aumenta vrias vezes, porm a resistncia diminui centenas de vezes de modo que o tempo de relaxao ( = RpCp) reduzido sensivelmente, acelerando a resposta deste processo. Em termos prticos, um aumento de 1% no teor de umidade do papel pode acelerar a resposta em mais de 10 vezes. O tempo de resposta depende tambm da temperatura da isolao, que acelera a mobilidade das cargas eltricas e, portanto, os processos de polarizao nos materiais isolantes. Desta forma, os valores deste ensaio so referidos temperatura de 20 C. Para uma determinada freqncia de excitao e temperatura do material, ocorrer ressonncia. Nos processos com perdas, esta freqncia representa um valor de pico para as perdas.
21
Rp1 Rg Cg Cp1
Rp2
Rp3
Cp2
Cp3
CIRCUITO EQUIVALENTE DA ISOLAO
Ch1
V (Eletrmetro)Vo Ch2 Isolao
CIRCUITO DE ENSAIO
kVTenso de Descarga (sem curto-circuitar) 2,0 Valor de Pico TR - Tenso de Retorno
tc
td
t (s)
DESENVOLVIMENTO DA TENSO DE RETORNO 22
Repetindo este procedimento para vrios tempos de carga e mantendo-se uma relao tc/td=2, obtem-se uma famlia de curvas de tenso de retorno. A envoltria dos picos chamada de Espectro de Polarizao. O pico desta envoltria representa uma resposta global dominante para a isolao e tambm um determinado teor de umidade.
V (kV) Espectro de Polarizao
TR1 TR2
TR3
TR5 TR4 TR6 TR7
t (s)
ESPECTRO DE POLARIZAO E TENSES DE RETORNO
Quando a superfcie isolante exposta umidade ambiente aparece um segundo pico. O mtodo permite avaliar a qualidade dos processos de manuteno e recuperao de transformadores, onde a isolao fica exposta ao ambiente por tempo prolongado. Um pico extra na regio mais rpida indicativo leo isolante ruim.
Tenso de Retorno mx (V)
1000
Regio contaminada100
Tpico Com umidade no uniforme Regio seca
10
leo isolante ruim1 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 Tempo de carga Tc (s)
ESPECTRO DE POLARIZAO TPICO DE UM TRANSFORMADOR 23
Tenso de Retorno vs Grau de Polimerizao1000
Tenso de Retorno (V)
100
10 GP = 1200 (4.000 horas, 120 C) GP = 600 (2.000 horas, 120 C) GP = 400 (500 horas, 120 C) 1 0,01 0,1 1 Tc (s) 10 100
ENVELHECIMENTO ACELERADO DE PAPEL KRAFT A 120C (TENSO DE RETORNO A 60C)
RVM vs OUTROS ENSAIOS DIELTRICOS Os ensaios de RI, IP, tg (60 Hz) e tg (0,1 mHz ~ 1 kHz) so pouco sensveis para teores de umidade inferiores a 1%, cuja resposta dominante da ordem de centenas de segundos (sistema papel-leo). Em 60 Hz, no h tempo suficiente para observar estes processos.
IP (R60 / R10)4
50 C
3
75 C 100 C 25 C
2
1 0 1 2 3 4
Teor de Umidade (%)
IP vs Teor de Umidade do Papel, para vrias temperaturas
24
GERADORCOMPONENTES DO SISTEMA DE ISOLAO
ISOLAO ENTRE CONDUTORES ISOLAO ENTRE ESPIRAS ISOLAO PARA A TERRA CAMADA SEMICONDUTIVA (GRAFITE) CAMADA CARBETO DE SILICIO
Construo tipo Tijolo
Cobre Isolao entre espiras
Isolao para a terra
Condutores de igual tamanho
Isolao entre condutores
25
DEGRADAO TRMICA
Perda de Rigidez mecnica por aquecimento prolongado Afrouxamento da isolao entre camadas, vibrao de condutores, falhas por descargas parciais que levam facilmente a falhas na isolao para a massa. Sobreaquecimento devido a sobrecarga, falha na refrigerao, correntes de inrush, desbalanceamento de tenses, problemas de dimensionamento.
T (C) 100 90
Posio
Cunha
Cobre
Isolao para a massa
Sensor de temperatura
26
Semicondutor Calo lateral
Ncleo do Estator Aterrado Espaamento Ncleo - Bobina
Cin Car
dar
Cin
~Car Rsemi Var
Quando
Ear = Var > 3 kV/mm dar
==> Ocorrem Decargas Parciais
27
CONTROLE DO ESTRESSE DE TENSO
NCLEO
CAMADA SEMICONDUTIVA (GRAFITE) CAMADA SEMICONDUTIVA (CARBETO DE SILCIO)
NCLEO REGIO DE SOBREPOSIO
OBJETIVO: EVITAR DESCARGAS PARCIAIS NA SUPERFICIE (CORONA) PARA MQUINAS A PARTIR DE 6 kV CAMADAS SEMICONDUTORAS PODEM SER APLICADAS NA FORMA DE TINTAS OU FITAS, TANTO NA RANHURA QUANTO NA SADA DA BARRA.
28
FLUXO DISPERSO
C O N D U T O R
CAMPO MAGNTICO
FLUXO PRINCIPAL
ROTOR
CAMPO MAGNTICO
FLUXO DISPERSO
CAMPO MAGNTICO
FLUXO PRINCIPAL
NESTATOR
S
CONDUTOR
I
29
Isolao entre espiras
FLUXO DISPERSO
CONDUTOR (EM CORTE)
X X X X X X
X X X X X X
X X X X X X
X X X X X X
X X X X X X
X X X X X X
X X X X X X
X X X X X X
X
X
X
Isolao para a terra CORRENTES PARASITAS (FOUCAULT)
PERDAS PARASITAS Pp Pp = V2 / R V Tenso Induzida no condutor (valor eficaz), proporcional rea cortada pelo fluxo longitudinal ao condutor R Resistncia equivalente do condutor Exemplo simplificado. Dividindo o condutor em 9 partes iguais e considerando a corrente concentrada no permetro destas. Em cada segmento, V torna-se V / 9 e R torna-se R / 3 (usando simplificadamente o permetro como caminho da corrente)
Pp = 9 x [(V/9)2 / (R/3)] = 27 / 81 [V2/R] Pp = V2 / R 330
EFEITO DA LOCALIZAO DAS DPs NA POLARIDADE
Cobre
DP positivas > DP negativas DP positivas DP negativas
DP positivas < DP negativas
Isolao para a massa
Ncleo do Estator
EFEITO DA TEMPERATURA
VARIAES SUTIS PARA FAIXAS DE 5 C VARIAES DRSTICAS PARA FAIXAS DE 20 C ENSAIOS FEITOS PARA A MESMA CARGA E DIFERENTES TEMPERATURAS, PELO MENOS 20 C PODEM SERVIR PARA IDENTIFICAR O MECANISMO DA FALHA
31
EFEITO INVERSO () DAS DPs COM A t(QUANDO AS DPs DIMINUEM COM O AUMENTO DA TEMPERATURA)
O TAMANHO DOS ESPAOS VARIA INVERSAMENTE COM A TEMPERATURA. COBRE E ISOLAO AUMENTAM DE TAMANHO, DIMINUNDO OS ESPAOS ENTRE A ISOLAO E O NCLEO, E, PORTANTO, AS DPs ESTE EFEITO MAIS SIGNIFICATIVO PARA ISOLAES DE POLIESTER E ASFLTICAS, MAS TAMBM PODE SER OBSERVADO EM ENROLAMENTOS ISOLADOS EM EPOXI NOTAR QUE A TEMPERATURA DO COBRE OU DAS CAMADAS INTERNAS DA ISOLAO NO SO REFLETIDAS COM RAPIDEZ PELOS RTDs.
EFEITO PROPORCIONAL (+) DAS DPs COM A t(QUANDO AS DPs AUMENTAM COM O AUMENTO DA TEMPERATURA)
INDICATIVO DA DETERIORAO DA TINTA SEMICONDUTIVA COM O AUMENTO DA TEMPERATURA, A RESISTNCIA DESTE MATERIAL CRESCE AUMENTANDO O NVEL DE DP POSITIVAS ESTE UM MECANISMO DE FALHAS MUITO LENTO, PORM PODE LEVAR AO APARECIMENTO DE ZONAS DE ELEVADA PRODUO DE OZNIO
32
Fonte AC
Capacitor P/deteco de DP Ao Osc.
~
Tenso de 60 Hz
0
180
360
Amplitude dos Pulsos
DP (+)
DP ()
Pulsos individuais de Descargas Parciais33
MECANISMOS DE FALHA E TESTES DE DETECOMECANISMO DA FALHA DEGRADAO TRMICA SINTOMAS TESTE DP, INSPEO VISUAL, tan , FP DP, INSPAO VISUAL, tan , FP DP, INSPAO VISUAL, CUNHAS BATENDO, OZNIO DP, INSPEO VISUAL TIPOS DE ISOLAO MICA-ASFLTICA MICA-ASFLTICA SISTEMAS DUROS EPXI E POLIESTER MQUINAS REFRIGERADAS A AR VACUUM PRESSURE IMPREGNATION (VPI) GLOBAL, BOBINAS COM CARGA DE RESINA
DP, DESCOLORAO DA ISOLAO DP, GIRTH CICLOS DE CARGA CRACKING DP, DESCARGAS NA RANHURA, PERDAS NO OZNIO, ENROLAMENTO AFROUXAMENTO DE CUNHAS DP, DESCARGAS DESCARGAS ELTRICAS NA RANHURA, NA RANHURA OZNIO,
IMPREGNAO IMPRPRIA
DP
DP, tan , FP
CONTAMINAO NA SADA DO ENROLAMENTO ESPAAMENTO INADEQUADO ENTRE BOBINAS INTERFACE SEMICONDUTIVA
DP, P BRANCO, LEO E GRAXA DP, P BRANCO, OZNIO DP, P BRANCO, OZNIO
DP, INSPEO ESTRESSE DE VISUAL, RI, IP, HIALTA TENSO POT, FP, tan DP, INSPEO VISUAL DP, INSPEO VISUAL, FP, tan REFRIGERADA A AR
VIBRAO EM FIM DE ENROLAMENTO
PERDA DE APERTO, P BRANCO
REFRIGERADA A AR COM TINTAS DE CONTROLE DE ESTRESSE MQUINAS DE ACELERMETRO, AT, COM INSPEO PROLONGAMENVISUAL TOS E BRAOS? (LONG E ARMS)
34
CARACTERSTICAS DAS DPs E MECANISMOS DE FALHAMECANISMO DA PREDOMINNCIA FALHA DE POLARIDADE DETERIORAO SEM TRMICA CICLOS DE NEGATIVA CARGA PERDAS NOS POSITIVA ENROLAMENTOS DESCARGA POSITIVA BARRA/NCLEO IMPREGNAO SEM INADEQUADA CONTAMINAO EM SADA DO SEM ENROLAMENTO ESPAAMENTO INADEQUADO SEM ENTRE BOBINAS DETERIORAO DE INTERFACE POSITIVA SEMICONDUTORA EFEITO DA CARGA SEM INVERSO DIRETO SEM SEM SEM EFEITO DA TEMPERATURA INVERSO INVERSO INVERSO INVERSO INVERSO IMPREVISVEL NGULO DE LOCALIZAO 45 e 225 45 225 225 45 e 225 15, 75, 195 e 255 15, 75, 195 e 255 225
SEM
IMPREVISVEL
SEM
DIRETO
35
LOCALIZAO DE CURTOS-CIRCUITOS ENTRE ESPIRAS DE BOBINAS POLARES DE ROTORES, MOTORES, TFs...Em regime, o calor e a fora centrfuga promovem curtos-circuitos entre as espiras dos plos do rotor, provocando desbalanceamento e vibrao mecnica no gerador. Quando o gerador pra para inspeo, o defeito dificilmente localizvel com os mtodos usuais CC e CA.
ENSAIO DE RESPOSTA A IMPULSOPrincpio: Comparao das impedncias de surto de bobinas de mesmas caractersticas (duas a duas), usando uma onda impulsiva. Impedncias iguais ==> freqncias de ressonncia e oscilaes iguais. Descrio do Instrumento. Comparador de Resposta a Impulsos, da Baker Instrument Co. At 12 kVp e mdulo de expanso para 24 kV Freqncia de Ressonncia Fo = 1 / ( 2
LC
)
C
Z
L C
Z
L
R R
F
F
R Fo Circuito ressonante paralelo F
R Fo Circuito ressonante srie F
36
Circuito equivalente da isolao para resposta a impulso (alta freqncia)
Ondas coincidentes
Ondas no coincidentes
C Aplica-se tenso compatvel com o NBI do enrolamento. Em bobinas rotricas, na Copel, o valor empregado 250 volts de pico. U I No caso de comparar polos desmontados, a simetria fundamental D (tomar cuidado com objetos ferrosos prximos aos polos ensaiados, A como por exemplo cubculos). D O Transformadores: a indutncia da bobina da perna central maior que a das laterais. S37
TENSO APLICADA CC HY-POT EM GERADORES Tenso de prova Up (mxima) = (2 x Unom) + 1 Acima de 26 kV o efeito corona influi fortemente: faixa inadequada Primeiros 10 minutos: degrau inicial 0,3 x Up (mximo de 10 kV). Nos degraus seguintes: acrscimos de 20 % Ajuste para 90 ~ 95 % do valor (a tenso sobe, por efeito capacitivo) Tempo de durao de cada degrau: Mtodo de Schleif. Consiste em ajustar os tempos de aplicao dos degraus para conseguir uma reta Leitura da corrente de fuga para 1, 3 e 10 minutos Clculos:
C = [(I1 x I10) I32] / (I1 + I10 2 I3) Relao de Absoro (N) = (I1 C) / (I10- C) N ==> Tabela de tempos de aplicaoAterramento: usar basto de aterramento com resistor entre 1 e 6 k / kV Norma: aterrar durante 1 hora antes de testar a fase seguinte.
Discusso:Segurana: Tempo para descarga total suficiente? Controle da umidade e condio da superfcie? Influncia da temperatura, correes, etc?
38
LEVANTAMENTO DE CARACTERSTICAS EM GERADORES
SHUNT
V
V
IexcDISJ.DE CAMPO
Freq
TP
TP
TP
V1
V2
V3
SATURAO EM VAZIO CIRCUITO DE MEDIO
TC SHUNT TC
V
Iexc
VCC
TC
DISJ.DE CAMPO
I1 Freq I2
I3
RETA DE CURTO-CIRCUITO - CIRCUITO DE MEDIO39
Curva de Saturao em Vazio U Linha de entreferro Un A E Reta de Curto-circuito
F B
I
In
C 0 I (In)
D I (Un) I de Excitao
RELAO DE CURTO-CIRCUITO = I (Un) / I (In) Comparao com dados do fabricante
ALGUNS PARMETROS TIRADOS DESTES ENSAIOSREATNCIA SNCRONA DE EIXO DIRETO NO SATURADA = AC / BC SATURADA = ED / FD
40
POLARIDADE CONCEITO / MTODOS
H1
H2
H1
H2
X1
X2
X2
X1
POLARIDADE SUBTRATIVA
POLARIDADE ADITIVA
H1
H2
H1
H2
vX2 X1
v
X1
X2
V MENOR QUE A TENSO DA FONTE
V MAIOR QUE A TENSO DA FONTE
H2
H1-X1
X2
H2
H1-X2
X1 41
I1
I2
+
+Abre Fecha
MTODO DO GOLPE INDUTIVO
RELAO DE TENSES TTRTRANSFORMADOR DE REFERNCIA H1 X1 TRANSFORMADOR SOB TESTE H1 X1
Detetor de Nulo X2 H2 H2 X2
I Exc Cabo vermelho 8 Vac Cabo preto42
DESLOCAMENTO ANGULARLIGAO YyoH0 H1 H2 H3
X0
X1
X2
X3
DIAGRAMA VETORIALH1 X1
H0
X0
H3
H2
X3
X243
LIGAO Dyn1H1 H2 H3
X0
X1
X2
X3
DIAGRAMA VETORIALX1 H1 30 X0
H1
H0
H2
X3 H3H1
X244
120
H2
INSTRUMENTOS PARA ENSAIOS DIELTRICOSMEGAOHMMETRO ANALGICO CIRCUITOS GROUND E GUARD
RESISTNCIA RH EM TRANSFORMADORES COM DOIS ENROLAMENTOS
EARTH (+)
IB IH + IXLINE ()
RB B
S
+IHRA A
()
RHX
()
IXGUARD ()
N
0
HRH
X
IB + IH + IX
RX
IH
IX
45
ENSAIADOR DE FATOR DE POTNCIAESQUEMA SIMPLIFICADOCABO DE ALTA TENSO
HV
1 2 CABO DE BAIXA TENSO
LV3
M
MEDIO DA ISOLAO CH + CHX (LIGAO GROUND)HV
CHX
HIHX IH
X
LV (GROUND)
IHX
MIH
CH
CX
IX = 0
46
MEDIO DA ISOLAO CH (LIGAO GUARD FRIO)
HV
LV (GUARD)CHX
IHX
HIHX
X
MIH IX = 0
IH
CH
CX
MEDIO DA ISOLAO CHX (LIGAO UST)
HV
CHX
HIHX
X
LV (UST) IHX
MIH
IH
CH
CX
IX = 0
47
MEDIO DA CAPACITNCIA EM BUCHAS CONDENSIVAS
C2 C1 DERIVAO DE ENSAIO
HV
CHX
CX
CH
C1
MLV (UST) IH
C2
48
COLAR QUENTE EM BUCHASMATERIAL: FITA DE BORRACHA SEMICONDUTORA
LIGAO GROUND NORMAL
HV
MLV (GROUND)
LIGAO GUARD (PORCELANA CONTAMINADA)
HV
LV (GUARD)
M
49
INTERFERNCIA ELETROSTTICA EM MEDIES DE CAMPOMTODOS DE CANCELAMENTO CHAVE INVERSORA DO ENSAIADOR DE FATOR DE POTNCIA
IC
CHAVE INVERSORA1 2
CIINT I C IINT
1 2
M
OBSERVAES:
QUANDO O VALOR DA CORRENTE DE INTERFERNCIA SUPERIOR AO VALOR A SER MEDIDO, A INVERSO DA CHAVE NO PROVOCA MUDANA NA POLARIDADE DA CORRENTE TOTAL VISTA PELO MEDIDOR, IC - IINT NESTE CASO, A VERIFICAO DAS POLARIDADES COM A CHAVE NAS POSIES 1 e 2 MOSTRAR SENTIDOS OPOSTOS (PORQUE MUDA A POLARIDADE DA FONTE SEM MUDAR A POLARIDADE DA CORRENTE). O RESULTADO CORRETO SER DADO PELA METADE DA DIFERENA DAS LEITURAS.
50
PROBLEMAS DE DESLOCAMENTO DE BOBINAS EM TFs
I F
I F
ESFOROS RADIAIS: ENTRE ENROLAMENTOS
I F F
IEnrolamento externo
FR
FR
FR
FREnrolamento interno
51
FORAS AXIAIS POR ASSIMETRIAS AT / BT
Faxial BT
Faxial BT
FR
FR
FR
FR
FR Faxial AT
FR
FR
FR Faxial AT
52
F IAT
2
F
FBT
ESFOROS AXIAISENTRE ESPIRAS DO MESMO ENROLAMENTO
F
F
53
DETECO DE DEFORMAES EM BOBINADOS MEDIO DA IMPEDNCIA DE CURTO-CIRCUITO. CONCEITO.FLUXO MAGNTICO FLUXO MAGNTICO
d
A IMPEDNCIA DE CURTO-CIRCUITO PROPORCIONAL DISTNCIA ENTRE OS ENROLAMENTOS. MAIORES TENSES MAIOR NBI MAIOR Z % (DADO DE PLACA) SEU VALOR PODE SER CALCULADO A PARTIR DA Z % MEDIO POR FASE VANTAGENS PARA FINS DE DIAGNSTICO
Z = [Z% X kV] / [ 100 x MVA]W A BT
AT
~
V
I1
I2
54
MEDIO DA CORRENTE DE EXCITAO
H1 I Exc H1-H0
H2
H3
MH0
H1
I Exc H2-H0
H2
H3
MH055
LEI: O CIRCUITO MAGNTICO TENDE A CONFIGURAR-SE DE MODO A ESTABELECER SEU FLUXO MXIMO.
I EXC NORMAL
ENROLAMENTO DEFORMADO I EXC > IEXC NORMAL
NCLEO COM LMINAS EM CURTO-CIRCUITOI EXC > IEXC NORMAL56
CAPACITNCIA ENTRE ENROLAMENTOS E ENTRE ENROLAMENTO DE BT E MASSA(PARA DEFORMAES DEVIDAS A CURTO-CIRCUITO EXTERNO)
a) CHX: DIMINUI
b) CX: AUMENTA
Cuidados ao analisar dadosTrata-se de variaes pequenas; As variaes comentadas acima para os valores de CHX e CX devem ser simultneas; Desta forma ficam minimizados os efeitos da variao da temperatura e da umidade sobre os valores das capacitncias medidas.
57
SISTEMAS DE ATERRAMENTO SE a SE b
Ra
Rb
R=xL/A
L = 50 km
d
= 500 mA = [ x L] / R. Considerando Ra + Rb = 20 ,
A = [500 x 50.000] / 20 = 1.250.000 m2
cilindro de solo com dimetro d = 1,26 km 58
LEI DE OHM, CONSIDERAES Parmetros concentrados Parmetros distribudos V = I x R (caso particular) E = J x (em cada ponto)
I
VM
RA RESISTNCIADE ATERRAMENTO
RA = VM / I
V
VM
I59
d
COMPORTAMENTO FRENTE A SURTO ATMOSFRICO
Surto de CorrenteCaso 1: L = 100 m = 1.000 m
Surto de CorrenteCaso 2: L = 100 m = 1.000 m
Zo ()120 100 80 60 40 20 1
Velocidade da onda no solo 100 m / s
2
0
1
2
3
4
t (s) 60
Variao da Impedncia de Surto de um eletrodo horizontal, L = 100 m; solo com = 1.000 m
CONFIGURAES DE MALHASATERRAMENTO DE AT EM REDES DE DISTRIBUIO (pra-raios, chaves, TDs...)
MALHA DE SUBESTAO
5 ~ 10 m
SOLO DE ALTA RESISTIVIDADE
SOLO DE BAIXA RESISTIVIDADE
SALA DE EQUIPAMENTOS
TORRE
MALHA DE ESTAO DE TELECOMUNICAES
61
MALHA DE SE COMPORTAMENTO EM BAIXA FREQNCIAkA
kV
Potencial transferido Tenso transferida maior Tenso de Toque
Tenso de Malha Perfil de Potenciais no soloTenso transferida
dFONTEEQUIPAMENTO OU ELETRODOMSTICO
ALIMENTAO COMPORTAMENTO COM DESCARGAS ATMOSFRICAS Elevao de Tenso em Malha de 60 m x 60 m quando uma descarga impulsiva de 1,2 / 50 s com amplitude de 1 kA injetada no centrokV 5 kV 5
a) para t = 0,1 s1kA
b) para t =10 s
1,2
50
t (s)
62
MEDIO DE RESISTNCIA DE ATERRAMENTOMTODO DA QUEDA DE POTENCIAL E MTODO DO 62 %
I V Eletrodo Auxiliar de P2 Potencial Eletrodo Auxiliar de C2 Corrente
Eletrodo sob teste C1, P1
reas de Resistncia Efetiva (sobrepostas) C1 C2
R
distncia
reas de Resistncia Efetiva (no sobrepostas) reas de Resistncia Efetiva (No sobrepostas) P2 C1 C2
R63
52
62
72
100 distncia (%) C1-C2
OBSERVAO:NO MTODO DOS 62 % MEDEM-SE TAMBM OS VALORES DE RESISTNCIA PARA 52 % E 72 % DA DISTNCIA TOTAL. A DIFERENA ADMISSVEL ENTRE ESTES VALORES DEPENDE DO CRITRIO ADOTADO (2 %, 5 % OU 10 %). AS DISTNCIAS MNIMAS RECOMENDADAS ENTRE OS ELETRODOS DE CORRENTE, C1 E C2, EM MALHAS DE TERRA DE SE, SO FUNO DA MAIOR DIMENSO (MAIOR DIAGONAL). Maior dimenso (m)entre 2 e 7 13 20 27 33 40 45 55 60 65 > 65 m
Distncia (C1 C2) (m)100 110 130 150 165 180 200 210 225 235 3,5 x maior dimenso (no mximo: 600 m)
Patamar (P1 P2) (m)62 68 81 93 102 112 124 130 140 146 0,62 x (C1--C2)
ATENO: USAR LUVAS!!MOTIVOSSURTOS DE MANOBRA CURTO-CIRCUITO TEMPO RUIM INTERFERNCIA DE (LTs, LDs)
LIMITAES DO MTODO CONVENCIONALSolo de Alta Resistividade (a corrente de ensaio fica limitada) Interferncia Impedncia dos cabos64
MTODO DE INJEO DE ALTAS CORRENTES
FONTETC
IM
ELETRODO REMOTO DE POTENCIAL
Malha da SEANALISADOR DE POTNCIA
ELETRODO AUXILIAR DE CORRENTE Malha da TorreRpt
VM
RM
TP V1 IM, V1, W1, VM, WM
IM
IM
Vpt
Aplicao: malhas de SEs novas, malhas de reas grandes. Eletrodo auxiliar de corrente 3 ~ 5 km: LT Eletrodo remoto de Potencial > 1km (verificao prtica ...) Interferncia, cancelamento com inverso de polaridade da fonte Trabalho de isolamento do cabo guarda da torre escolhida Medio da corrente de retorno pelos cabos de cobertura Medio de potenciais de passo, toque, malha (contato) Problema com a potncia e controle da corrente. Ex: 10 ohms com 50 A: 25 kVA, 500 V ajustveis. Algumas empresas adotam ligar 220 V de secundrio de TD diretamente e adotar a corrente que aparecer. Custo elevado Resultados: Normalmente os valores obtidos so menores aos estimados. Comentrios. Distncia vs Profundidade / r ; indutncia em 60 Hz e kHz65
RESISTNCIA DE P DE TORREPARA MEDIO DA RESISTNCIA DE P DE TORRE USAM-SE 60 OU 80 METROS ENTRE C1 E C2 E UM CRITRIO DE 20 % PARA A VARIAO DA RESISTNCIA MEDIDA ENTRE PONTOS INTERMEDIRIOS. DIREO ORTOGONAL AO EIXO DA LT OU NA BISSETRIZ EXTERNA
EIXO DA LT C1DIREO DE MEDIO
C1
C2
C2
66
MEDIO DA RESISTIVIDADE DO SOLO MTODO DOS QUATRO PONTOS (WENNER)(ANTES DE DIMENSIONAR MALHA) A) APS TERRAPLENAGEM DO SOLO PARA CONSTRUO DE SE
C1 a
P1 a
P2 a
C2
MEDE-SE A RESISTNCIA PARA a = 4, 8, 16, 32 m ... EM DOIS EIXOS ORTOGONAIS. A RESISTIVODADE DADA POR = 2 R A ANLISE DOS VALORES OBTIDOS PERMITE DEFINIR SE O SOLO HOMOGNEO OU SE DEVE SER MODELADO EM CAMADAS, PARA O DIMENSIONAMENTO DA MALHA.1
5 3 6 4
2
B) EM TERRENO DE LT, PARA DIMENSIONAR CONTRAPESOS, A MEDIO FEITA PARA a = 10, 20, 30 m. SE ENTRE A PRIMEIRA E A SEGUNDA MEDIO A DIFERENA FOR MENOR QUE 20 % A TERCEIRA MEDIO NO NECESSRIA.67
ALICATE TERRMETROMede a resistncia de eletrodos de aterramento (Rg) em sistemas multiaterrados. Tambm mede a corrente de fuga em equipamentos aterrados.E I I
Rg
R1
R2
R3
Medio de Resistncia de Aterramento com Alicate Terrmetro
O valor de resistncia medido pelo instrumento representa a soma da resistncia Rg com a resistncia equivalente do circuito formado pelas demais resistncias de aterramento interligadas (em paralelo).
N de eletrodos Erro (%)
2
3
4
5
6
7
8
9
10
20
30
40
50
100,0 50,0 33,3 25,0 20,0 16,7 14,3 12,5 11,1 5,3 3,4 2,6 2,0
AT
BT
Medio de Corrente de Fuga com Alicate Terrmetro (em transformador)
68
Alicate Terrmetro
x
Mtodo da Queda de Potencial
Dois eletrodos de 1,2 metros, = 17,5 mm, enterrados na vertical, em solo argiloso, mido, no centro de um campo de futebol, separados por 10 m e interligados.50 m ~30 10 m
Alicate 64 Terrmetro
~30
C1 P1 P2 C2 15 Megger de Terra
Aplicaes deste mtodo Sistemas multiaterrados. O circuito no precisa ser interrompido. Indicao de continuidade do circuito sob teste. Medio da corrente de fuga para a terra de um equipamento ligado a um eletrodo (ou sistema de aterramento).
Cuidados necessrios Verificar se efetivamente se trata de um sistema multiaterrado. Estimar o nmero de eletrodos interligados. A presena de outros aterramentos, como fundaes prediais... Campo magntico 50 A/m e Campo eltrico 1 V/m, respectivamente. (Minipa ET 4300) Obs. No interior de residncias, esto entre 1 e 10 V/m. Em ambientes urbanos, com RDs, os valores podem ser muito maiores. Em SEs subestaes energizadas, a aplicao do Alicate Terrmetro para medio de continuidade ou corrente de fuga torna-se inadequada.69
REATOR TRIFSICO DE ATERRAMENTOIMPEDNCIA DE SEQNCIA ZERO. CONCEITO BSICO (Z1, Z2 e Z0) MEDIO DE Z0H2 H0 H1 H2 H3
H1
H0
H3
L = d / dI
H3
H2
H1 H0
H0 H3
Z0 (por fase) = 3 V / IA
V70
TCs de BUCHA RELAO DE TRANSFORMAO
V
S1
~
S2 S3 S4 S5
IDENTIFICAO BUCHA DO TC H1; X1; Y1 H2; X2; Y2 H3; X3; Y3 H0; X0; Y0
MEDIR TENSO ENTRE AS BUCHAS ENROLAMENTO ESTRELA H1-H0; X1-X0; Y1-Y0 H2-H0; X2-X0; Y2-Y0 H3-H0; X3-X0; Y3;Y0 H1-H0; X1-X0; Y1-Y0 ENROLAMENTO TRINGULO H1-H2; X1-X2; Y1-Y2 H2-H3; X2-X3; Y2-Y3 H3-H1; X3-X1; Y3-Y1
TENSO A SER APLICADA: 1 VOLT / ESPIRA (EX.: 400/5 80 ESPIRAS 80 V (TENSO SEMPRE INFERIOR QUE A TENSO DE SATURAO DO TC) TENSES ESPERADAS (EX: S1-S5 = 400/5 A; S1-S4 = 200/5 A; S1-S2 = 100/5 A) AO APLICAR 80 V ENTRE S1-S5 OBTEM-SE, NA AT: 80 x (5 / 400) = 1 V ENTRE OS BORNES S1-S4 = 80 x (200 / 400) = 40 V ENTRE OS BORNES S1-S2 = 80 x (100 / 400) = 20 V71
CANCELAMENTO DE INTERFERNCIA POR INDUO a) INVERSO DA POLARIDADE DA FONTE(efetuar a mdia das duas leituras)
V
~
b) CURTO-CIRCUITO EM ENROLAMENTO NO ENVOLVIDO NO TESTE
H0
H1
H2
H3
X1
X2
X3
72
ENSAIO DE SATURAO EM TCsCONCEITO DE SATURAO EM MATERIAIS MAGNTICOS
V (B) V Sat
=B/H I (ERRO%) I (H)
OBJETIVO DO ENSAIO, CLASSE DE EXATIDO EM TCs PROTEO
Vs = F x IN x Onde:
(RI + RC)2
+ (XI + XC)2
[V]
Vs = Tenso de Saturao (Ver tabela de cargas nominais) F = Fator de Sobrecorrente (ASA, ANSI, NBR 6856 = 20 IN) IN = Corrente Secundria Nominal (5 A, com raras excees) RI = Resistncia do Enrolamento Secundrio a 75C RC = Resistncia da Carga Nominal XI = Reatncia do Enrolamento Secundrio XC = Reatncia da Carga Nominal
73
ASA: H, L (Vmx)10 20 50 100 200 400 800
ANSI: C, T EB-251 NBR 6856 (Vmx) A, B (VA) A, B (Vmx)10 20 50 100 200 400 800 C 2,5 C 5,0 C 12,5 C 25 C 50 C 100 C 200 10 20 50 100 200 400 800
VA2,5 5,0 12,5 25 50 100 200
Z ( )B 0,1 B 0,2 B 0,5 B 1,0 B 2,0 B 4,0 B 8,0
XC ( )0,0436 0,0872 0,2179 0,8660 1,7321 3,4641 6,9282
RC ( )0,09 0,18 0,45 0,50 1,00 2,00 4,00
CARGAS NOMINAIS PARA TCs DE PROTEO (60 Hz; 5A)
74
S1
AP1 TP AUXILIAR 220 : 1000 V
VP2
AUTOTRANSFORMADOR VARIVEL 0-240V; 6 kVA
S2
TC SOB ENSAIO
ROTEIRO DO ENSAIO E CUIDADOS NA EXECUO DESMAGNETIZAR NCLEO, COM 1,2 x VN (TABELA). DETALHES AJUSTAR VALORES DE CORRENTE SEMPRE NO SENTIDO CRESCENTE (NO RETORNAR) EMPREGAR VALORES PRXIMOS DE 0,01 0,02 0,03 0,05 0,10 0,20 0,30 0,50 0,70 1,00 2,00 3,00 e 5,00 A PLOTAR DADOS (V x I) EM PAPEL LOG-LOG EXTRAPOLAR CURVA PARA OBTER VALOR CORRESPONDENTE A 10 A (10 % In x F, no caso de 5 A e F = 20) COMPARAR VALOR OBTIDO COM VN CALCULADO NO CASO DE TC COM ESPIRAS EM CURTO, O ENSAIO MOSTRA VALORES EXTREMAMENTE BAIXOS DE TENSO (A CORRENTE CRESCE RAPIDAMENTE)
75
ENSAIOS DE ISOLAMENTO EM PRA-RAIOSA EA B RESISTNCIA DA ISOLAOELEMENTO ENSAIADO EA EB EC ED COLUNA CABO LINE A B C D A CABO EARTH B+T C+T D+T T T OBSERVAES MEDIR O VALOR DE R (M), 1 MINUTO (COM 2,5 OU 5,0 kV)
EB C EC D ED T
MEDIDOR DE CORRENTE DE FUGA CRITRIO: I > 3 x I INICIAL
FATOR DE POTNCIA DA ISOLAOELEMENTO ENSAIADO EA EB EC ED COLUNA CABO HV A B C D A CABO LV B C D C T POS. CHAVE UST UST UST GUARD GROUND OBSERVAES MEDIR OS VALORES em mW e mVA (COM 2,5 OU 5,0 kV)
TERMOVISOR: COERNCIA COM mW E M. CRITRIO: t = + 2 C PARA QUALQUER SEO. CUIDADOS COM REFLEXES INFRAVERMELHAS, PORCELANA COM SUPERFCIE IRREGULAR, CONTAMINAO...76
Pra-raioskV
Fonte AC
Divisor de Tenso 8000 : 1 Osciloscpio
ZnO
Shunt 1 k
1 mA
I
Medio da Tenso de Referncia e Corrente de Fuga Circuito de Ensaio
Formas de Onda da Tenso e CorrenteV, I
V
Ensaio de Tenso de Referncia Ensaio de Corrente de Fuga
t (ms) I
V, I
V Ensaio de Tenso Residual I t (s)77
ENSAIOS EM CABOS / MUFLASTIPOS DE ISOLAO SLIDA DE CABOS DENOM. MATERIALCLORETO DE POLIVINILA PVC / A AT Vo / V = 0,6 / 1,0 kV CLORETO DE POLIVINILA TERMOPLSTICO AT Vo / V = 12 / 20 kV POLIETILENO PE AT Vo / V = 12 / 20 kV ETILENO + PROPILENO OU SIMILAR (EPM, EPDM) TERMOFIXO AT Vo / V = 27 / 35 kV POLIETILENO RETICULADO QUIMICAMENTE AT Vo /V = 27 / 35 kVOnde: Vo = VALOR EFICAZ DA TENSO ENTRE CONDUTOR E TERRA OU BLINDAGEM DA ISOLAO V = VALOR EFICAZ DA TENSO ENTRE CONDUTORES ISOLADOS
PVC / B
EPR
XLPE
78
CLASSIFICAO DOS ENSAIOS
A) DE ACEITAO OU RECEBIMENTO: ENERGIZA-SE UM CONDUTOR COM A BLINDAGEM ATERRADA. OS DEMAIS CONDUTORES DEVEM SER TAMBM ATERRADOS. APLICA-SE 80% DO VALOR DA TENSO APLICADA PELO FABRICANTE DURANTE 15 MINUTOS. CABO EM OPERAO, DENTRO DO PERODO DE GARANTIA, APLICA-SE 65 %, DURANTE 5 MINUTOS.
B) DE MANUTENO APS REPAROS NO CABO OU ACESSRIOS; OU POR T ELEVADA (TERMOVISOR) APLICA-SE 50% DO VALOR DA TENSO APLICADA PELO FABRICANTE EM INSTALAES COM MAIS DE 20 ANOS APLICA-SE AOS CABOS, POR 5 MINUTOS, A TENSO FASE- FASE DO SISTEMA. (CLASSE 15 = 15 KV; CLASSE 35 = 35 KV)
79
CORRENTE DE FUGA x TENSO AUMENTA-SE A TENSO LENTAMENTE NA FORMA DEGRAUS DE 5 OU 10 KV ENSAIO INTERROMPIDO SE A CURVA APRESENTAR UMA SUBIDA BRUSCA (PONTO INDICADO NA CURVA) PARA NO SOLICITAR DESNECESSARIAMENTE A ISOLAO DO CABO AJUSTAM-SE, LENTAMENTE (DURANTE MEIO MINUTO), OS VALORES DOS DEGRAUS DE TENSO, CONFORME TABELA ABAIXO. Vo / V (kV) 8,7 / 15 12 / 20 15 / 25 20 / 35 DEGRAUS DE TENSO (kV) 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95
AGUARDA-SE 1 MINUTO PARA A ESTABILIZAO DA CORRENTE REGISTRANDO-SE ENTO O VALOR DA CORRENTE DE FUGA CORRESPONDENTE.
If (A)
INTERRUPO DO ENSAIO
KV1minuto80
CORRENTE DE FUGA x TEMPO
If (A)
Degrau de Tenso
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t (min)
IMEDIATAMENTE APS ATINGIR A TENSO DE ENSAIO REGISTRAR O VALOR DA CORRENTE DE FUGA FAZER MEDIES DE 1 EM 1 MINUTO, AT 10 MINUTOS PLOTAR OS VALORES PARA O GRFICO CORRENTE DE FUGA x TEMPO REDUZIR A TENSO AT ZERO E DESCARREGAR O CABO (ATERRAR)
81
INTERPRETAO DOS RESULTADOSI (A) I (A)
t (min)CABOS COM ISOLAO EM BOAS CONDIES
t (min)
I (A)
I (A)
t (min)CABOS COM ISOLAO DETERIORADA
t (min)
82
ESQUEMA SIMPLIFICADO DE ENSAIADOR TIPO HI-POT
HV
Fonte de AT
CCBYPASS RETURN
AMETERED RETURN PANEL GROUNDING SWITCH
HV METERED RETURN
HV BYPASS RETURN METERED RETURN
283
3 1
ENSAIOS EM CAPACITORESA) CAPACITNCIA POTNCIA REATIVA
C = (I 106) / (E )ONDE: C = CAPACITNCIA [F] I = CORRENTE EM AMPERES
= FREQNCIA ANGULAR 2 f.E = TENSO APLICADA [V]
PARA 60 Hz
377 [rad/s]
POTNCIA REATIVA, Q
Q = V2 C 10-3ONDE: Q = POTNCIA REATIVA [kVar] V = TENSO NOMINAL DO CAPACITOR [kV] C = CAPACITNCIA [F]
CRITRIOS ADOTADOSA DIFERENA ENTRE AS CAPACITNCIAS DE DUAS UNIDADES DE MESMA ESPECIFICAO PODE SER DE AT 15 % A POTNCIA OBTIDA ATRAVS DA CAPACITNCIA MEDIDA NO DEVE DIFERIR DA POTNCIA NOMINAL EM:
5 % a + 10 % PARA UNIDADES CAPACITORAS 0 % a + 10 % PARA BANCOS DE CAPACITORES84
B) ISOLAO RESISTNCIA DA ISOLAO TOTAL: COM 2,5 kV CC, 1 MINUTO. (>1 G )
HVC
M
GROUND
RD RH RD = RESISTNCIA DE DESCARGA RH = RESISTNCIA DA ISOLAO C = CAPACITOR
RESISTNCIA DA ISOLAO ENTRE BUCHASCUIDADOS: UTILIZAR 500 V; LEITURA APS UM MINUTO
HV GROUND GUARDC
M
RD RH
85
DISJUNTORESRESISTNCIA DE CONTATOMTODO: QUEDA DE TENSO (para Resistncias < 1 m) Lembrando: Resistncias entre 1 m e 1 Resistncias > 1 Ponte Kelvin;
Ponte Weatstone
I
V
86
ISOLAMENTO CA TLI (TANK LOSS INDEX): NDICE DE PERDAS NO TANQUEEM DISJUNTORES DE GRANDE VOLUME DE LEO
IDIA: COMPARAR os mW somados de cada contato (T1 / T2 ou B1 / B2), contra a Massa, medidos independentemente, na condio aberto, com os mW medidos para a condio fechado (PLO).
CritrioDiscrepncias maiores que + 16 mW ou -16 mW entre as medies mW fechado e o somatrio dos valores parciais na condio aberto, so consideradas anormais e indicam a necessidade de investigar a causa com a maior rapidez possvel. PARA PEQUENO VOLUME ESTE CRITRIO NO ADEQUADO TAMPOUCO PARA DISJUNTORES A AR COMPRIMIDO, SOPRO MAGNTICO, SF6 OU VCUO ESTE CRITRIO NO APLICVEL. JUSTIFICAR...
87
TEMPOS DE OPERAO
Tempo de Fechamento
Discordncia de plosPlo 1 Plo 2 Plo 3 Plo 1 Plo 1
Bobina de Fechamento Plo 1
t (ms)
Tempo de Fechamento Plo 1 Plo 2 Plo 3 Entrada de Resistor de pr-insero
t (ms)
Fechamento
Tempo de Curto-circuito
Abertura
Plo 1 Plo 2 Plo 3
88
t (ms)
Tempo de Abertura Plo 1 Plo 2 Plo 3
Discordncia de plos
Plo 1 Plo 1
Bobina de Abertura
t (ms)
Plo 1
Tempo de Religamento Abertura Plo 1 Plo 2 Plo 3 Fechamento
t (ms)
89
DESLOCAMENTO / VELOCIDADE DOS CONTATOS MVEIS
Curva de Deslocamento Curva de Velocidade
Plo 1 Plo 2 Plo 3Bobina de abertura
Sobrecurso
t (ms)
Contato do Plo 1 Bobina de Abertura Contato do Plo 2
Contato do Plo 2
V V
V
V
CIRCUITO DE ENSAIO ESQUEMA BSICO90