Tese final 1302

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  • WALTER PINHEIRO

    A CORRENTE DE FUGA COMO PARMETRO INDICATIVO DO

    ESTADO DE DEGRADAO DE MATERIAIS POLIMRICOS DE REDE

    COMPACTA DE MDIA TENSO, INSTALADOS EM AMBIENTES

    AGRESSIVOS.

    So Paulo

    2008

  • WALTER PINHEIRO

    A CORRENTE DE FUGA COMO PARMETRO INDICATIVO DO

    ESTADO DE DEGRADAO DE MATERIAIS POLIMRICOS DE REDE

    COMPACTA DE MDIA TENSO, INSTALADOS EM AMBIENTES

    AGRESSIVOS.

    So Paulo

    2008

    Tese apresentada Escola Politcnica

    da Universidade de So Paulo para

    obteno do ttulo de Doutor em

    Engenharia.

  • WALTER PINHEIRO

    A CORRENTE DE FUGA COMO PARMETRO INDICATIVO DO

    ESTADO DE DEGRADAO DE MATERIAIS POLIMRICOS DE REDE

    COMPACTA DE MDIA TENSO, INSTALADOS EM AMBIENTES

    AGRESSIVOS.

    So Paulo

    2008

    Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia. rea de Concentrao: Engenharia de Automao e Controle. Orientador: Prof. Dr. Geraldo Francisco Burani

  • DEDICATRIA

    Dedico este trabalho a minha esposa

    Aurora, aos meus filhos Bruno e Thiago e

    a minha me Erminda.

  • AGRADECIMENTOS

    A todos que, direta ou indiretamente, colaboraram na realizao deste trabalho, em

    especial:

    Ao Prof. Dr. Geraldo Francisco Burani, pelo incentivo, apoio constante, valiosa

    orientao e sobretudo, pela amizade;

    Light Rio, ao Instituto de Eletrotcnica e Energia da USP e ao ENERQ, por terem

    propiciado os meios para o desenvolvimento deste trabalho;

    Aos amigos do projeto de P&D da Light Desenvolvimento de Dispositivo que Permita a

    Indicao em Campo do Grau de Degradao por Trilhamento Eltrico e/ou Eroso, de

    Materiais de Rede Compacta de Mdia Tenso; aos tcnicos e estagirios do IEE-

    USP, que em diferentes pocas tiveram participao nas etapas experimentais do

    trabalho, e em especial ao Dr. Arnaldo G. Kanashiro, sem o quais este trabalho no

    seria possvel;

    s bibliotecrias Maria de Ftima A. Mochizuki e Maria Penha da S. Oliveira do IEE-

    USP, pela ajuda na obteno das referncias bibliogrficas;

    Aos amigos Fernando Climaco e Marcelo Endo, pela valiosa colaborao nas

    exaustivas tratativas dos dados gerados;

    Aos amigos Srgio Lcio S Cabral, Geraldo de Almeida e Emlio E. Nachvalger (in

    memorian), pelo apoio e incentivo constante.

    Thaisa Burani pela reviso do texto.

  • RESUMO

    Este trabalho apresenta os resultados obtidos em uma pesquisa, visando utilizar a

    corrente de fuga como parmetro indicativo do estado de degradao de materiais

    polimricos de rede compacta de mdia tenso, instalados em ambientes agressivos.

    Testes foram realizados em laboratrio de modo a investigar o comportamento da

    corrente de fuga com o estado de degradao do material polimrico. Os resultados

    mostram que a corrente de fuga pode fornecer informaes valiosas sobre a

    degradao. Uma anlise minuciosa das caractersticas da corrente de fuga mostrou

    que a freqncia de ocorrncia da razo terceira harmnica sobre a componente

    fundamental a que melhor caracteriza o fenmeno da degradao. Novos testes

    foram realizados de forma a definir valores de referncia para sua utilizao como

    controle de campo para subsidiar a manuteno preventiva. Para o estado de ateno,

    foi estabelecida freqncia de ocorrncia de 50 para a relao entre 0,35 e 0,40 para

    um perodo de 24 horas. Para o estado de alerta, foi estabelecida a freqncia de

    ocorrncia de 80, para um perodo de 24 horas. Um equipamento foi construdo e

    instalado para indicao no caso de ocorrncia de trilhamento eltrico e eroso de

    materiais polimricos de uma rede compacta instalada na orla martima.

    Palavras-chave: Corrente de Fuga. Poluio. Eroso.

  • ABSTRACT

    This paper presents results obtained after research, aiming at the utilisation of the

    leakage current to indicate the degradation of polymeric material of distribution line

    spacer and covered cables located in agressive enviroment. Tests were performed at

    the laboratory in order to investigate the behavior of the leakage current as function of

    the stage of degradation of polymeric material. The results showed that the leakage

    current can provide valuable information about the degradation. A closer analysis of the

    leakage current caracteristics revealed that the frequency of occurrence of the ratio of

    third harmonic to fundamental component is the the one that best characterize the

    degradation phenomenon. New analysis were carried out in order to define reference

    values to be used in the field, obtaining frequencie of occurrence of 50 and 80, for a

    ratio between 0,35 and 0,40, in a period of 24 hours, for the warning state and the

    preventive maintenance alert, respectively. A device was built and installed to indicate

    tracking and erosion of polymeric material in distribution lines located near the coast

    Keywords: Leakage current. Pollution. Erosion.

  • LISTA DE ILUSTRAES

    Figura 1 Estrutura tangente........................................................................................ 29

    Figura 2 Estrutura em ngulo ..................................................................................... 30

    Figura 3 Espaador losangular................................................................................... 31

    Figura 4 Espaador vertical (separador) .................................................................... 31

    Figura 5 Anel de amarrao ....................................................................................... 32

    Figura 6 Lao pr-formado plstico de topo ............................................................... 33

    Figura 7 Cabo coberto................................................................................................ 34

    Figura 8 Isolador tipo pino polimrico......................................................................... 35

    Figura 9 Isolador de ancoragem polimrico ............................................................... 36

    Figura 10 Distribuio tpica de tenso em uma faixa do polmero com poluio...... 41

    Figura 11 Distribuio de tenso em isolantes........................................................... 42

    Figura 12 Comportamento das linhas equipotenciais. O adensamento das linhas

    ocorre no espao de ar entre o cabo e isolador....................................... 43

    Figura 13 Vista de uma instalao em uma rua prxima praia................................ 87

    Figura 14 - Vista de uma instalao defronte praia .................................................... 87

    Figura 15 Detalhe do local de instalao da rede piloto............................................. 89

    Figura 16 Detalhe de espaador e amarrao apresentando trilhamento eltrico e

    eroso...................................................................................................... 90

    Figura 17 Detalhe do cabo coberto apresentando trilhamento eltrico e eroso no

    ponto em que se encontrava instalado um outro espaador ................... 90

    Figura 18 Vista do laboratrio de intemperismo sob tenso do IEE-USP .................. 93

    Figura 19 Detalhe do transformador e do ncleo de induo..................................... 94

    Figura 20 Detalhe das caixas para armazenamento da soluo salina ..................... 94

    Figura 21 Detalhe dos dois mdulos para disposio dos conjuntos para ensaio

    ...................................................................................................................95

    Figura 22 Detalhe dos cabos instalados paralelamente aos bicos aspersores .......... 97

    Figura 23 Variao da corrente de fuga com o tempo para condutividade da soluo

    em 750 S/cm.......................................................................................... 98

  • Figura 24 Variao da corrente de fuga com o tempo para condutividade da soluo

    em 870 S/cm.......................................................................................... 99

    Figura 25 Variao da corrente de fuga com o tempo para condutividade da soluo

    em 1000 S/cm........................................................................................ 99

    Figura 26 Detalhe da amarrao apresentando carbonizao................................. 101

    Figura 27 Detalhe da amarrao e do cabo apresentando carbonizao (eroso)

    .................................................................................................................101

    Figura 28 Detalhe de eroso ocorrida no cabo no ponto de amarrao .................. 102

    Figura 29 Detalhe de eroso ocorrida no cabo e na amarrao .............................. 102

    Figura 30 Detalhe de eroso ocorrida no espaador no ponto de apoio do cabo

    .................................................................................................................103

    Figura 31 Detalhe de trilhamento eltrico e eroso ocorrida no cabo e na amarrao

    .................................................................................................................103

    Figura 32 Detalhe de sustentao do espaador com tubo metlico ....................... 107

    Figura 33 Vista do sistema de aquisio de dados mostrando os tcnicos realizando

    medies com osciloscpio ................................................................... 107

    Figura 34 Detalhe de uma descarga tpica......................................................