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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
LINCON PEREIRA ALESSI
SILVIO KATSUO OGAWA
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE AS TÉCNICAS APLICADAS À
INSPEÇÃO INSTRUMENTALIZADA DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO
DE ENERGIA ELÉTRICA
CURITIBA
2010
LINCON PEREIRA ALESSI
SILVIO KATSUO OGAWA
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE AS TÉCNICAS APLICADAS À
INSPEÇÃO INSTRUMENTALIZADA DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO
DE ENERGIA ELÉTRICA
CURITIBA
2010
Monografia apresentada à disciplina Projeto de
Conclusão de Curso como requisito parcial à
conclusão do Curso de Graduação de
Engenharia Elétrica , Setor de Tecnologia,
Departamento de Engenharia Elétrica,
Universidade Federal do Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Edemir Luiz Kowalski.
Co-Orientador: Prof.MSc. Rafael Pires Machado.
iii
AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente a Deus, pela vida, por estar sempre ao
nosso lado, iluminando e guiando nossos passos às escolhas certas.
Ao orientador Prof.Dr. Edemir Luiz Kowalski agradecemos as cobranças,
exigências, paciência, dinamismo, confiança e por acreditar em nosso
potencial.
Agradecemos a toda equipe do LACTEC que nos ajudaram durante esse
trabalho, em especial ao Prof. MSc. Rafael Pires Machado e ao MSc.
Sebastião Ribeiro Junior, pelo apoio na realização das medidas experimentais
e discussão de resultados.
Eu Lincon Pereira Alessi, agradeço ao meu pai Paulo J. Alessi e a minha
mãe Claudia P. Alessi, que foram à base de tudo pra mim, apoiando-me nos
momentos difíceis com força, confiança, amor, ensinando-me a persistir nos
meus objetivos e ajudando a alcançá-los.
Eu Lincon Pereira Alessi, agradeço a minha esposa Fabiana S. G.
Alessi, agradeço pela companhia, carinho e momentos de descontração vividos
a cada dia, que nos ajudaram a superar as dificuldades.
Eu Silvio Katsuo Ogawa, agradeço ao meu pai Jorge T. Ogawa e a
minha mãe Lucia Y. Ogawa, por terem me dado à oportunidade de estudar,
mesmo com todas as dificuldades, me dando apoio e confiança para superar
as dificuldades da graduação e da vida.
Eu Silvio Katsuo Ogawa, agradeço aos meus irmãos Marcio H. Ogawa e
Cristiane H. Ogawa Kitamura pelo apoio, incentivo e compreensão.
Agradecemos um ao outro pela dedicação e empenho para realizarmos
este trabalho juntos.
Ao CNPq pelo benefício da Lei 8.010/90.
A todos os professores da UFPR que nos deram o máximo de
conhecimento e foram pacientes em nos ensinar.
A todos os amigos que sempre nos ajudaram durante essa jornada,
enfim a todos que contribuíram para o sucesso deste trabalho.
iv
SUMÁRIO
SUMÁRIO ......................................................................................................... iv
LISTA DE FIGURAS ......................................................................................... vi
LISTA DE TABELAS .......................................................................................... x
LISTA DE SÍMBOLOS E ACRÔNIMOS ............................................................ xi
RESUMO ......................................................................................................... xii
ABSTRACT ..................................................................................................... xiv
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................... 1
2 OBJETIVOS DO TRABALHO .................................................................... 3
3 ESTADO DA ARTE .................................................................................... 4
3.1 Rádio Interferência (RFI) ...................................................................... 4
3.2 Ultrassom ............................................................................................. 7
3.3 Termovisor ......................................................................................... 11
3.4 Bobina de Rogowski .......................................................................... 15
3.5 Isolômetro .......................................................................................... 17
3.6 Isoladores de Pino ............................................................................. 20
3.7 Descargas Elétricas ........................................................................... 22
3.7.1 Descargas Parciais ...................................................................... 22
3.7.1.1 Descargas Internas ............................................................... 23
3.7.1.2 Descargas Superficiais.......................................................... 23
3.7.1.3 Descargas Corona ................................................................ 24
3.7.2 Trilhamento Elétrico (tracking) ..................................................... 24
3.7.3 Centelhamento (spark) ................................................................ 24
3.7.4 Descarga Disruptiva (flashover) ................................................... 25
4 PARTE EXPERIMENTAL ........................................................................ 26
4.1 Materiais Utilizados ............................................................................ 26
4.2 Arranjo de Ensaio............................................................................... 28
v
4.3 Equipamentos .................................................................................... 29
4.3.1 Estufa .......................................................................................... 29
4.3.2 Fonte de Tensão - Ponte Tettex .................................................. 30
4.3.3 Multímetro Digital ......................................................................... 30
4.3.4 Osciloscópio ................................................................................ 31
4.3.5 Ultrassom .................................................................................... 31
4.3.6 Resistor Shunt ............................................................................. 32
4.3.7 Termovisor .................................................................................. 32
4.4 Sistema de Medição ........................................................................... 33
4.5 Técnica de Medição ........................................................................... 34
4.6 Metodologia Experimental .................................................................. 34
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................. 35
5.1 Resultados do RFI ............................................................................. 35
5.2 Oscilogramas dos Sinais Detectados pela Bobina de Rogowski ........ 38
5.3 Oscilogramas dos Sinais Detectados pelo Ultrassom ........................ 42
5.4 Imagens da Termografia .................................................................... 46
5.5 Gráficos Comparativos das Correntes de Fuga e Intensidade Sonora
Encontrados nos Isoladores ........................................................................ 49
6 CONCLUSÃO .......................................................................................... 54
7 TRABALHOS FUTUROS ......................................................................... 55
8 REFERÊNCIAS ....................................................................................... 56
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Equipamento de RFI modelo 240 A. ................................................. 6
Figura 2 - Inspeção de redes de distribuição com a utilização do equipamento
de rádio frequência. .......................................................................................... 7
Figura 3 - Detector de ultrassom SDT 170, com localizador direcional de
descargas elétricas. .......................................................................................... 8
Figura 4 - Inspeção de redes de distribuição com a utilização do ultrassom. .... 8
Figura 5 - Medida de detecção de descarga parcial com ultrassom em função
da tensão aplicada e da distância à fonte de DP. ............................................ 10
Figura 6 - Inspeção de redes de distribuição com termovisor realizada a partir
do veículo, durante o período diurno. À direita pode-se observar a inspeção
sendo realizada no período noturno. ............................................................... 12
Figura 7 - Imagens obtidas por meio de termografia de dispositivos que
apresentam aquecimento. Isolador de pino com aquecimento relativo aos
demais isoladores da estrutura. ...................................................................... 13
Figura 8 - Imagens obtidas por meio de termografia de dispositivos que
apresentam aquecimento. Chave fusível com aquecimento relativo às demais
chaves considerado anormal. ......................................................................... 13
Figura 9 - Termovisor NEC modelo TH 5100. ................................................. 13
Figura 10 - Princípio de funcionamento da Bobina de Rogowski. .................... 15
Figura 11 - Bobina de Rogowski Flexível. ....................................................... 16
Figura 12 - Bobina de Rogowski Rígida. ......................................................... 16
Figura 13 - Cadeia de Isoladores de Disco. .................................................... 17
Figura 14 - Circuito resistivo em série. ............................................................ 18
Figura 15 - Modelo de medição utilizado em campo. ...................................... 18
Figura 16 - Isolômetro desenvolvido pelo LACTEC ......................................... 19
Figura 17 - Inspeção de isoladores de disco realizada com o isolômetro, com a
utilização de varas de manobras telescópica a partir do solo. ......................... 19
Figura 18 - Inspeção de isoladores de disco realizada com o isolômetro, com a
utilização de varas de manobras e caminhão de linha viva. ............................ 20
Figura 19 - Isolador de vidro do tipo pino. ....................................................... 20
Figura 20 - Isolador de porcelana do tipo pino. ............................................... 21
vii
Figura 21 - Isolador Polimérico ....................................................................... 22
Figura 22 - Da esquerda para a direita os isoladores 1, 2 e 3 respectivamente.
........................................................................................................................ 27
Figura 23 - Da esquerda para a direita os isoladores 4,5 e 6 respectivamente.
........................................................................................................................ 27
Figura 24 - Da esquerda para a direita os isoladores 7,8 e 9 respectivamente.
........................................................................................................................ 27
Figura 32 - Diagrama do arranjo de ensaio aplicado. ...................................... 28
Figura 25 - Estufa aplicada na secagem dos isoladores de pino. .................... 29
Figura 26 - Fonte de Tensão CA. .................................................................... 30
Figura 27 - Multímetro da marca Fluke utilizado no ensaio CA. ...................... 30
Figura 28 - Osciloscópio Tektronix. ................................................................. 31
Figura 29 - Ultrassom SDT modelo 170. ......................................................... 31
Figura 30 - Resistor Shunt. ............................................................................. 32
Figura 31 - Termovisor NEC modelo TH 5100. ............................................... 32
Figura 33 - Vista da área de ensaios e a utilização dos equipamentos. .......... 33
Figura 34 - Isolador 1. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita
condição úmida. .............................................................................................. 35
Figura 35 - Isolador 2. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita
condição úmida. .............................................................................................. 36
Figura 36 - Isolador 3. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita
condição úmida. .............................................................................................. 36
Figura 37 - Isolador 4. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita
condição úmida. .............................................................................................. 36
Figura 38 - Isolador 5. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita
condição úmida. .............................................................................................. 37
Figura 39 - Isolador 6. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita
condição úmida. .............................................................................................. 37
Figura 40 - Isolador 7. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita
condição úmida. .............................................................................................. 37
Figura 41 - Isolador 8. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita
condição úmida. .............................................................................................. 38
Figura 42 - Isolador 9. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita
condição úmida. .............................................................................................. 38
viii
Figura 43 - Isolador 1. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda
condição a seco. À direita condição úmida. .................................................... 39
Figura 44 - Isolador 2. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda
condição a seco. À direita condição úmida. .................................................... 39
Figura 45 - Isolador 3. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda
condição a seco. À direita condição úmida. .................................................... 40
Figura 46 - Isolador 4. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda
condição a seco. À direita condição úmida. .................................................... 40
Figura 47 - Isolador 5. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda
condição a seco. À direita condição úmida. .................................................... 40
Figura 48 - Isolador 6. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda
condição a seco. À direita condição úmida. .................................................... 41
Figura 49 - Isolador 7. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda
condição a seco. À direita condição úmida. .................................................... 41
Figura 50 - Isolador 8. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda
condição a seco. À direita condição úmida. .................................................... 41
Figura 51 - Isolador 9. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda
condição a seco. À direita condição úmida. .................................................... 42
Figura 52 - Isolador 1. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em
condição a seco. À direita em condição úmida................................................ 42
Figura 53 - Isolador 2. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em
condição a seco. À direita em condição úmida................................................ 43
Figura 54 - Isolador 3. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em
condição a seco. À direita em condição úmida................................................ 43
Figura 55 - Isolador 4. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em
condição a seco. À direita em condição úmida................................................ 44
Figura 56 - Isolador 5. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em
condição a seco. À direita em condição úmida................................................ 44
Figura 57 - Isolador 6. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em
condição a seco. À direita em condição úmida................................................ 44
Figura 58 - Isolador 7. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em
condição a seco. À direita em condição úmida................................................ 45
Figura 59 - Isolador 8. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em
condição a seco. À direita em condição úmida................................................ 45
ix
Figura 60 - Isolador 9. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em
condição a seco. À direita em condição úmida................................................ 46
Figura 64 - Imagem da termografia para o Isolador 1. À esquerda para a
condição a Seco. À direita condição úmida. .................................................... 46
Figura 65 - Imagem da termografia para o Isolador 2. À esquerda para a
condição a Seco. À direita condição úmida. .................................................... 47
Figura 66 - Imagem da termografia para o Isolador 3. À esquerda para a
condição a Seco. À direita condição úmida. .................................................... 47
Figura 67 - Imagem da termografia para o Isolador 4. À esquerda para a
condição a Seco. À direita condição úmida. .................................................... 47
Figura 68 - Imagem da termografia para o Isolador 5. À esquerda para a
condição a Seco. À direita condição úmida. .................................................... 48
Figura 69 - Imagem da termografia para o Isolador 6. À esquerda para a
condição a Seco. À direita condição úmida. .................................................... 48
Figura 70 - Imagem da termografia para o Isolador 7. À esquerda para a
condição a Seco. À direita condição úmida. .................................................... 48
Figura 71 - Imagem da termografia para o Isolador 8. À esquerda para a
condição a Seco. À direita condição úmida. .................................................... 49
Figura 72 - Imagem da termografia para o Isolador 9. À esquerda para a
condição a Seco. À direita condição úmida. .................................................... 49
Figura 61 - Gráfico da corrente elétrica de fuga dos isoladores em condição
seco e úmido................................................................................................... 50
Figura 62 - Gráfico comparativo entre a corrente elétrica de fuga e intensidade
sonora detectada pelo ultrassom na condição seca. ....................................... 51
Figura 63 - Gráfico comparativo entre a corrente elétrica de fuga e intensidade
sonora detectada pelo ultrassom na condição úmido. ..................................... 51
Figura 73 - Padrão de espectro de RFI onde se tem descargas elétricas
internas, superficiais e corona. ........................................................................ 52
Figura 74 - Padrão de espectro de RFI onde se tem descargas elétricas
superficiais. ..................................................................................................... 52
Figura 75 - Padrão de espectro de RFI onde se tem descargas elétricas corona.
........................................................................................................................ 53
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Identificação dos isoladores de pino e respectivos valores de corrente
elétrica de fuga a seco. ................................................................................... 26
xi
LISTA DE SÍMBOLOS E ACRÔNIMOS
kV - Múltiplo da Unidade de tensão elétrica no Sistema Internacional de
Unidades equivalente a 1000 volts.
Ω - Unidade de medida da resistência elétrica no Sistema Internacional de
Unidades.
A - Unidade de medida de corrente elétrica no Sistema Internacional de
Unidades.
C – Unidade de carga elétrica pelo Sistema Internacional de Unidades.
Hz - Unidade de frequência no Sistema Internacional de Unidades.
dBu – Décima parte do Bel. Grandeza física dada pela razão entre tensão
elétrica, cuja referência é 775 mV, dada por
775,0log20
VdBu .
COPEL - Companhia Paranaense de Energia.
LACTEC - Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento.
NBR - Texto Normativo da Associação Brasileira de Normas Técnicas.
CA – Corrente Elétrica Alternada.
CC – Corrente Elétrica Contínua.
Shunt - Resistor de derivação colocado em série ao circuito onde se deseja
medir a corrente elétrica, por meio da medida da tensão entre os terminais do
resistor.
Led - Light Emitting Diode (diodo emissor de luz)
Gaps - Lacunas
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica.
RFI – Radio Frequency Interference (Rádio Interferência).
xii
RESUMO
As redes de distribuição de energia elétrica são responsáveis pela
entrega da energia, com qualidade para os consumidores. A eficiência deste
sistema é importante, pois a dependência com relação à energia elétrica pelas
empresas e consumidores assume nos dias atuais um papel que reflete
diretamente sobre a produção industrial do Brasil e sobre a qualidade de vida
dos brasileiros.
Atualmente cerca de 90% das redes de distribuição elétricas do Brasil
são formadas por estruturas convencionais, ou seja, estruturas com cabos nus
isoladas das cruzetas por meio do isolador de pino cerâmico. Estes isoladores
de pino, ao apresentarem defeitos, sejam estes de fabricação, degradação,
envelhecimento ou perfurações causadas por descargas atmosféricas, além
dos efeitos da poluição podem ocasionar o desligamento da rede de forma
contínua ou intermitente, causando prejuízos a consumidores, indústria e à
concessionária, que deixa de vender energia além de poder receber multas da
Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).
Não existem técnicas ou equipamentos tecnicamente consolidados que
permitam a identificação preventiva ou corretiva dos isoladores que
apresentam problemas. Os equipamentos atualmente disponíveis e
empregados pelas concessionárias são aparelhos desenvolvidos para outros
fins como militares e indústria metal mecânica. Tem-se investido no
desenvolvimento de equipamentos específicos para o setor elétrico, e
principalmente em pesquisas correlacionadas ao desenvolvimento de
metodologias para a utilização destes equipamentos em redes de distribuição.
O presente trabalho apresenta um estudo comparativo de padrões de
sinais obtidos por meio dos equipamentos atualmente utilizados pelas
concessionárias de energia do Brasil obtidas sobre um conjunto de isoladores
de pino cerâmicos retirados de redes de distribuição da COPEL, sobre os quais
se aplicou uma tensão alternada de fase-terra de 8 kV.
Como resultados são apresentados padrões de sinais dos equipamentos
em função do possível defeito apresentado pelos isoladores. Este resultado
xiii
poderá auxiliar no desenvolvimento de metodologia para identificação de
isoladores de pino cerâmicos que apresentam defeitos nas redes de
distribuição.
Palavras-Chave: Inspeção Instrumentalizada de redes de distribuição;
Termovisor; Ultrassom; RFI; Descargas Parciais.
xiv
ABSTRACT
The electric power distribution networks are responsible for delivery the
energy with quality to the consumers. The efficiency of this system is important
because of the companies and consumers‟ electric power dependence. This
dependence plays a role nowadays that reflects directly on Brazil‟s industrial
production and on Brazilian‟s quality of life.
Around 90% of the Brazilians‟ electric power distribution networks are
made of conventional structures, which mean structures with bare cables
isolated from crosses by a ceramic pin insulator. When this pin‟s insulators are
defective, may it be from factoring, degradation, aging, perforations caused by
atmospheric discharge or pollutions effects, they can entail a continuous or
intermittent turning off of the network, bringing losses to consumers, industries
and the concessionaire, that stops selling energy and can get fines from the
Electric Power National Agency (ANEEL).
There are no techniques or equipment technically consolidated that allow
the preventive or corrective identification of the defective insulators. The actual
available equipment, which are used by the concessionaires, are instruments
developed for other purposes, such as military and mechanical metal industry. It
has been invested in the development of specific equipment to the electric
sector, and especially in researches correlated to the development of
methodologies for the utilization of these equipment in distributions networks.
The present assignment presents a comparative study of signals patterns
obtained by means of the equipment currently used by utilities in Brazil obtained
on a set of ceramic pin insulators removed from the power line distribution of
Copel.
Results are presented as signals patterns from the defect according of
the potential presented by insulators. This result may assist in developing a
methodology to identify ceramic pin insulators with defects in distribution
networks.
Keywords: Distribution network inspection; Termovision; Ultrasonic
analysis; RFI; Partial discharge.
1
1 INTRODUÇÃO
Cerca de 90% das redes aéreas de distribuição de energia elétrica no Brasil, de
média tensão são construídas com condutores nus, fixados em isoladores tipo pino,
instalados em cruzetas de madeira, concreto e mais recentemente polimérico ou
compósito. Ocorre, no entanto, que quase a totalidade desses isoladores é fabricada
em porcelana, material de boas características mecânicas e elétricas, porém, com
projeto passível de sofrer alterações com processos de degradação,
envelhecimento, poluição e perfuração elétrica devido à ação de descargas
atmosféricas. Estes processos num isolador de pino provocam, em muitas situações,
a interrupção do fornecimento de energia, motivados pela ocorrência de curto-
circuito fase-terra no ponto do defeito, com a consequente atuação de algum
dispositivo de proteção de sobrecorrente. Em algumas situações o sistema
apresenta desligamento intermitente.
Em ambas as situações esses desligamentos acarretam elevados custos devido
à perda de receita pela interrupção do fornecimento de energia, pelo deslocamento
de equipe de manutenção e outros. Normalmente estes processos que reduzem o
isolamento elétrico do isolador de pino não apresentam vestígios que possam ser
visualizados do solo em uma inspeção visual da rede, de forma que a sua
localização depende única e exclusivamente da sensibilidade e experiência do
eletricista ao utilizar os equipamentos disponíveis para a detecção destes defeitos.
Adiciona-se a estes problemas, amarrações mal feitas, desgaste do cabo no contato
com o isolador, gaps entre ferragens no caso dos isoladores de disco que podem
gerar radio interferência, que origina problemas em radio comunicação.
A solução do problema de detecção de isoladores defeituosos torna-se cada vez
mais necessária para as empresas de energia elétrica, as quais buscam associar o
aumento da confiabilidade do sistema à redução de custos.
Na atualidade existem equipamentos disponíveis comercialmente, podendo-se
citar a rádio frequência, ultrassom, termovisores e isolômetros utilizados na inspeção
instrumental das redes de distribuição. O grande problema verificado, é que parte
destes equipamentos foi desenvolvida com outras finalidades, principalmente para a
aplicação em indústria. A falta de equipamentos específicos com este fim para o
setor elétrico, fez com que os equipamentos, sem desenvolvimentos específicos
2
fossem aplicados pelas concessionárias de energia. Tem-se percebido que estes
equipamentos podem apresentar eficiência, porém sendo esta dependente da
sensibilidade do eletricista que executa o serviço de inspeção.
A experiência tem mostrado que diferentes observadores produzem diagnósticos
totalmente diferentes, elevando o erro no procedimento e tornando os resultados
não confiáveis, levando à substituição de isoladores bons, e mantendo dispositivos
ruins na rede, com antecipação de investimentos, gastos com mão de obra e em
muitos casos a não solução dos problemas.
Os indicativos que serão mostrados neste trabalho apontam a necessidade de
estudos direcionados à adaptação de metodologias e procedimentos para a
utilização destes equipamentos em redes de distribuição ou o desenvolvimento de
equipamentos específicos para a identificação de isoladores defeituosos, de forma a
torná-los mais eficientes independentemente da sensibilidade de quem os utiliza.
3
2 OBJETIVOS DO TRABALHO
O objetivo deste trabalho é apresentar um estudo comparativo entre as
técnicas atualmente empregadas pelas concessionárias de energia elétrica no
processo denominado de Inspeção Instrumentalizada de Redes de Distribuição,
focando a detecção de isoladores de pino cerâmicos que apresentam defeitos. O
estudo será realizado procurando levantar os padrões apresentados pelos
equipamentos de rádio interferência, ultrassom e termovisores em um conjunto de
isoladores de pino cerâmicos que apresentam defeitos, retirados da rede de
Distribuição da COPEL. Também será utilizado um isolador de pino novo, bem como
um isolador de pino fabricado com uma perfuração. Para avaliar estes isoladores,
técnicas convencionais como medida da corrente elétrica de fuga e detecção de
descargas elétricas por meio de bobina de Rogowski será utilizada de forma a
auxiliar a interpretação dos resultados.
Espera-se com este trabalho apresentar uma contribuição para auxiliar as
equipes que realizam a inspeção instrumentalizada das redes de distribuição a
obterem melhores índices de detecção de isoladores de pino que apresentam
problemas.
4
3 ESTADO DA ARTE
As principais técnicas aplicadas na inspeção instrumentalizada de redes de
distribuição são baseadas nos seguintes equipamentos: Rádio Interferência (RFI),
Ultrassom, Termovisor e Isolômetros [1]
3.1 Rádio Interferência (RFI)
As descargas parciais e corona, a partir do ponto de sua geração, produzem
ondas eletromagnéticas de frequências características. A radiação de campos
eletromagnéticos no espaço é a forma mais eficiente de transmissão de energia e
informação, sendo que no caso da transmissão da informação, utiliza-se a técnica
da modulação da onda portadora. O alcance e a capacidade de transportar a
energia e/ou a informação depende da frequência do campo eletromagnético, da sua
potência e da eficiência do acoplamento entre o emissor e receptor [2].
A rádio interferência também chamada de interferência eletromagnética (EMI)
das linhas de corrente alternada é geralmente definida pelo espectro de frequência e
contorno lateral da linha, onde a rádio interferência é relacionada com a distância ao
ponto de recepção do sinal e a distribuição estatística, na qual se deseja saber qual
é o comportamento da rádio interferência durante um determinado período. Muitas
cidades possuem normas de operação de equipamentos eletroeletrônicos para que
operem corretamente quando sujeitos a quantidades de RFI, evitando, com isto
causar interferência em outros equipamentos. As perturbações eletromagnéticas têm
produzido, hoje em dia, influências consistentes em sistemas de alta densidade e
alta velocidade [3].
Nas redes de distribuição as principais fontes que geram RFI, são pequenos
gaps nas ferragens das estruturas não aterradas, denominados de centelhamentos,
descargas tipo corona e descargas internas, sendo que a principal fonte de RFI são
os centelhamentos (95%). Estes centelhamentos podem ser detectados na faixa de
frequência de 1 a 1000 MHz e podem ser observados nos ciclos positivo e negativo
do sinal de tensão. As descargas corona são responsáveis por menos que 5% do
5
RFI gerado nas redes de distribuição, pois a descarga corona ocorre em tensões
elevadas, muito maiores que as aplicadas em linhas de distribuição. Podem ocorrer
em função da presença de pontas nas amarrações, e desgaste dos cabos em
função do trabalho mecânico com os isoladores, intensificando o campo elétrico
nestes pontos, mesmo para valores de tensão médios. Tipicamente aparecem no
ciclo positivo da onda de tensão e podem ser identificados quando sua intensidade
diminui com a redução da frequência de detecção [4].
O sinal é emitido pela fonte é detectado por uma antena que pode ser do tipo bi
cônico, radial e parabólica, em uma faixa de frequências entre 30 MHz e 300 MHz.
Os pulsos de rádio frequência são armazenados e analisados através de um
processador de sinais. Os dados são analisados estatisticamente através da média
e mediana dos picos e através de um processo de auto correlação. Uma segunda
forma de análise dos resultados é feita através da transformada de Fourier e uma
terceira análise é feita através da transformação de tempo em frequência. As três
técnicas têm produzido excelentes resultados para detectar diferentes tipos de faltas
em isoladores [5].
Dutta e Duttagupta [6] apresentam detalhes iniciais da aplicação da técnica de
detecção e localização de falhas em isoladores, por meio das componentes de alta
frequência coletadas da rede de distribuição ou transmissão. Os resultados obtidos
indicam uma técnica potencial para detecção e localização de falta em isoladores.
Em trabalho realizado por Kannus ET AL [7] são apresentados resultados
referente à rádio interferência gerada por isoladores de pino em linhas de
distribuição de 24 kV, onde se avalia a influência da umidade na geração de RFI.
Discute-se que a presença de umidade acima de 80% reduz a geração de RFI
superficial, pois segundo o autor, as moléculas de água aumentam a
eletronegatividade do ar. Quando o isolador possui descargas internas, a umidade
não influencia sobre os valores medidos de RFI. Também é apresentada com
frequência ótima para detecção de RFI a faixa entre 40 MHz e 300 MHz, sendo que
em diferentes frequências podem se detectar os mesmos sinais com intensidades
diferentes.
O equipamento de rádio frequência que pode ser visto na Figura 1 é utilizado
para localizar a região onde ocorre o efeito, não apontando exatamente qual
dispositivo da rede esta com o problema. Este fato é justificado pelo fato de fontes
6
de centelhamento ou corona na rede, as quais emitem ondas eletromagnéticas que
propagam um ruído em todas as direções do espaço. Com a utilização de antenas
direcionais, pode-se limitar a estrutura onde o problema se encontra [4]. Outra
dificuldade encontrada no uso do equipamento de RFI é reconhecer quando o ruído
é devido a um isolador e quando este é oriundo de uma fonte externa, bem como
resultado da propagação ou reirradiação dos sinais [4].
Estudos realizados em laboratório e em campo mostram que a seleção da faixa
de frequência a ser utilizada na detecção pode eliminar interferências de fundo. Por
meio deste ensaio foi constatado que, em laboratório, a faixa de frequência de
1.8MHz até 40.2MHz é confiável com relação à interferência externa, podendo ser
utilizada na detecção de defeitos em isoladores [8].
Figura 1 - Equipamento de RFI modelo 240 A.
A inspeção de redes de distribuição utilizando o equipamento de Rádio
Frequência é realizada com o veículo se deslocando a uma velocidade máxima de
30 km/h. A antena usada é do tipo radial externa e posicionada na parte superior
externa do veículo ou na parte de trás. No deslocamento do carro, o inspetor se
atenta aos sons captados e suas intensidades. Ao observar um sinal indicativo da
presença de descargas elétricas, o inspetor para o veículo e inicia o processo de
inspeção ponto a ponto nas estruturas utilizando os equipamentos de ultrassom e
isolômetro no caso dos isoladores de disco. A Figura 2 mostra o veículo utilizado no
7
processo de inspeção e o equipamento de Rádio Frequência posicionado no painel
do veículo.
Figura 2 - Inspeção de redes de distribuição com a utilização do equipamento de rádio frequência.
3.2 Ultrassom
A tecnologia do ultrassom baseia-se em detectar ondas sonoras em
frequências acima daquelas percebidas pelo sistema auditivo do ser humano,
tipicamente até 16,5 kHz podendo em alguns casos chegar a 20 kHz. Nas redes de
distribuição, as principais fontes de ultrassom são descargas parciais, corona, arcos
ou trilhamentos [9, 10]. Assim os equipamentos de ultrassom basicamente detectam
por meio de um transdutor piezoelétrico a onda ultrassônica e este sinal é convertido
por meio de um circuito em sinal audível. Alguns equipamentos possuem somente
um fone de ouvido, pelo qual se ouve o sinal de ultrassom e outros possuem além
do fone de ouvido um indicador da intensidade sonora detectada em dBu.
Um típico equipamento de ultrassom, para detecção e descargas parciais, é o
SDT 170, pode ser visto na Figura 3. Este medidor possui um sensor localizado
numa antena parabólica com faixa de medição de -10 dBu a 120 dBu e faixa de
8
frequência de 16 kHz a 190 kHz. Este sensor possui uma mira a laser, que permite
que o operador mire diretamente no ponto onde se deseja inspecionar.
Figura 3 - Detector de ultrassom SDT 170, com localizador direcional de descargas elétricas.
A inspeção de redes de distribuição com o equipamento de ultrassom é
realizada ponto a ponto nas estruturas, em sua base, entre 8 m a 12 m com a
utilização da antena parabólica direcional. O inspetor normalmente utiliza um fone de
ouvido por meio do qual identifica o ruído captado. Grande parte das
concessionárias e inspetores identificam os defeitos por meio da percepção do
eletricista [1, 8, 9]. A Figura 4 mostra a utilização do equipamento de ultrassom em
inspeção de redes de distribuição.
Figura 4 - Inspeção de redes de distribuição com a utilização do ultrassom.
Trabalhos realizados em laboratório e em campo pelo grupo de pesquisa do
Laboratório de Alta Tensão da Universidade de Itajubá e pela equipe de engenheiros
da empresa AES-Sul [11], onde a técnica de ultrassom foi aplicada para detecção de
isoladores com defeitos, numa amostragem de 6728 isoladores de pino retirados de
9
campo, verificou-se que a intensidade de ultrassom confiável para a substituição de
isoladores de campo é acima de 5 dBu. Trabalhos realizados pelo LACTEC e
COPEL, numa amostragem de 728 isoladores de pino cerâmicos, constatou que a
intensidade de ultrassom confiável para se retirar isoladores de campo é de 7 dBu
[8].
Segundo Lundgaard [12] a principal dificuldade de detecção de descargas
elétricas pelos métodos acústicos à distância ocorre em função do excesso de
interferência ambiente. O método é eficiente, porém não permite uma localização
precisa da fonte de descargas parciais, porém sua principal vantagem é que o
trabalhador que realiza a inspeção instrumental se encontra à distância do
equipamento inspecionado, não invadindo áreas não seguras e regiões de
concentração de altos campos eletromagnéticos. O artigo apresenta uma base
teórica física bastante detalhada sobre os processos acústicos, e conclui que a
melhora na forma de se detectar defeitos é através da combinação da técnica
acústica com outra técnica de detecção de descargas elétricas.
Li Yanqing [13] apresenta uma modelagem do problema de detecção de
descarga elétrica por meio de ultrassom fazendo uma analogia com circuitos
elétricos. O resultado apresentado mostra que a modelagem proposta para o
fenômeno apresenta uma resposta semelhante aos sinais captados pelo
osciloscópio.
Jermendy e Simon [14] discutem resultados experimentais obtidos sobre
isoladores de pino de vidro e porcelana em escala de laboratório. A técnica de
ultrassom é considerada eficiente. O resultado mais interessante produzido com a
utilização da técnica do ultrassom identificou que o melhor para a detecção da
descarga parcial ocorre a uma distância de 1,5 m da fonte da descarga, numa faixa
de frequências de 35 a 45 kHz, onde além de se detectar descargas elétricas
superficiais e internas, consegue detectar descargas corona na ordem de 5 C.
Outro resultado bastante interessante é uma correlação entre a intensidade do
ultrassom em função da tensão aplicada e da distância do sensor de ultrassom da
fonte de descarga parcial. Este resultado pode ser visualizado no gráfico da Figura
5.
10
15 20 25 30 35 40
25
30
35
40
45
50
19 m
5 m
3 m
Inte
nsid
ade (
dB
A)
Tensão(kV)
Figura 5 - Medida de detecção de descarga parcial com ultrassom em função da tensão aplicada e da distância à fonte de DP.
Este resultado torna-se importante, pois ao observar-se uma estrutura com
isoladores, verifica-se que à distância entre os três isoladores é inferior a 1 m. Assim
com o sistema de detecção, em regiões inferiores a 5 m, torna-se difícil identificar a
posição da fonte de descargas parciais.
De uma forma mais ampla a inspeção ultrassônica permite o planejamento
das manutenções programadas, logo antes da paralisação, tornando eficazes os
investimentos como os caros recursos humanos envolvidos durante o período de
suspensão da produção ou do negócio. Ao se evitar o desnecessário
superaquecimento, queima ou até estouro, dos componentes de um equipamento,
seguramente prolonga-se a vida útil. Numa única e mesma inspeção ultrassônica
dispomos de centenas de verificações de sons / ruídos, possibilitando-se as análises
comparativas da área focalizada, por reduzidos que sejam os níveis dos espectros
de ondas em foco. As emissões ultrassônicas podem ainda serem "ouvidas" através
de processo heterodinâmico de transformação sonora, sem perda de sua amplitude.
Os dados são gerenciáveis através de tendências, forma de onda e espectros
ultrassônicos, permitindo assim um diagnóstico ou acompanhamento preditivo [15].
11
3.3 Termovisor
A transmissão de calor pode ser definida como a transmissão de energia de
uma região para outra, como resultado de uma diferença de temperatura entre elas.
A literatura reconhece geralmente três modos distintos de transmissão de calor:
convecção, condução e radiação [16].
As transferências de calor por condução e por convecção exigem a presença
de um gradiente de temperatura em alguma forma de matéria. Em contraste, a
transferência de calor por radiação térmica não exige a presença de um meio
material. Ela é um processo extremamente importante e no sentido físico talvez o
modo mais interessante de transferência de calor. A radiação é relevante em muitos
processos industriais de aquecimento, resfriamento e secagem, bem como os
métodos de conversão de energia que envolve a combustão de combustíveis fósseis
e a radiação solar. A transferência de energia radiante pode ocorrer em uma única
ou entre duas ou mais superfícies. Nas aplicações da engenharia, os problemas de
interesse prático envolvem troca de radiação entre duas ou mais superfícies. Esta
transferência depende fortemente das geometrias e orientações das superfícies bem
como de suas propriedades radiantes [16].
Diversos modelos e métodos para se determinar fatores de forma entre
superfícies elementares são apresentados na literatura, sendo que para alguns
sistemas é muito difícil deduzir este fator, mas para diversos dispositivos básicos ele
é bastante simples. Os comprimentos de onda do espectro de radiação
eletromagnética vão de 1110 m a 510 m, sendo que a região de interesse , ou seja, a
região da radiação térmica é aquela que se encontra na faixa de comprimentos de
onda de 510 m. A radiação visível possui comprimentos de onda da ordem de 0,4 a
0,7 m, e a radiação infravermelha de 0,7 a 1000 m. Assim pode-se dizer que a
região de interesse é aquela compreendida entre 0,4 a 1000 m [17].
Um corpo negro é um corpo hipotético que emite (ou absorve) radiação
eletromagnética em todos os comprimentos de onda, de forma que toda a radiação
incidente é completamente absorvida, e em todos os comprimentos de onda e em
todas as direções a máxima radiação possível para a temperatura do corpo é
12
emitida. Resumindo, é um absorvedor perfeito, um emissor perfeito e um corpo
difuso [17].
Esta inspeção se realiza sem a necessidade de interrupção do processo
produtivo e sem contato físico do inspetor com qualquer elemento hostil. Um
programa preventivo de inspeção termográfica adequadamente elaborada, com
inspeções periódicas, minimiza e até elimina totalmente a ocorrência de falhas e da
necessidade de intervenções não programadas. Os termovisores são classificados
em duas linhas: termovisores fixos e termovisores portáteis [17].
A utilização do termovisor na inspeção de redes de distribuição é motivo de
muita discussão. Alguns afirmam que se deve realizar a mesma no período noturno
a fim de se eliminar a interferência da radiação solar. Outros afirmam que deve ser
realizada nos horários de pico no consumo de energia. Segundo os fabricantes os
equipamentos produzem resultados eficientes em qualquer horário, pois atualmente
os equipamentos já possuem sistema de correção para a radiação de fundo [8].
A inspeção de redes de distribuição com termovisores é realizada com o
equipamento instalado sobre um veículo que se desloca com uma velocidade média
de 20 km/h. Ao se identificar um ponto quente nas estruturas, o veículo para e novas
imagens são feitas para se confirmar o ponto quente. A Figura 6 mostra o trabalho
de inspeção de redes de distribuição com a utilização do termovisor. Nas Figura 7 e
Figura 8 podem-se observar imagens feitas com o termovisor de estruturas que
indicaram dispositivos com pontos quentes [1, 8].
Figura 6 - Inspeção de redes de distribuição com termovisor realizada a partir do veículo, durante o período diurno. À direita pode-se observar a inspeção sendo realizada no período noturno.
13
Figura 7 - Imagens obtidas por meio de termografia de dispositivos que apresentam aquecimento. Isolador de pino com aquecimento relativo aos demais isoladores da estrutura.
Figura 8 - Imagens obtidas por meio de termografia de dispositivos que apresentam aquecimento. Chave fusível com aquecimento relativo às demais chaves considerado anormal.
A inspeção termográfica é muito útil para a detecção de pontos quentes na
rede elétricas, como por exemplo, contatos e conexões ruins e pontos de oxidação
os quais provocam o aquecimento dos condutores e conectores. A Figura 9 mostra
um Termovisor.
Figura 9 - Termovisor NEC modelo TH 5100.
14
Quando uma corrente elétrica circula por um sistema, produz neste perdas
por efeito Joule, em função do aquecimento. Baseado neste processo físico
desenvolveu-se técnicas de detecção de defeitos em isoladores por meio de
imagens termográficas. Durrani ET AL [18] apresentam dois algoritmos
desenvolvidos e usados para a reconstrução de imagens obtidas de materiais
isolantes, que apresentam falhas e em função destas um aquecimento. O
equipamento usado para coletar as imagens, é uma câmera infravermelha de alta
resolução. Os resultados mostram a eficiência da técnica aplicada em amostras de
materiais isolantes em laboratório.
Niancang [19] discute as dificuldades de se detectar defeitos internos em
isoladores através da técnica de imagem por infravermelho. São discutidos alguns
tipos de problemas e possíveis técnicas de imagem a serem usadas para auxiliar a
detecção de falhas pela técnica.
Ishino [20] apresenta e discute os resultados obtidos com a aplicação da
técnica de diagnóstico da imagem térmica obtida com câmeras de infravermelho de
isoladores da rede de distribuição, onde se utiliza um algoritmo para identificar os
isoladores e pontos que apresentam aquecimento. Segundo o autor, os erros com a
técnica de identificação por meio de algoritmo é da ordem de 3% dos isoladores em
pontos inspecionados.
Jermendy e Simon [14] discutem que o termovisor, apresenta limitações
produzindo resultados eficientes somente em situações onde se tem avançado
estado de degradação do material. Em casos onde a poluição é acentuada nos
isoladores, trilhamentos superficiais podem ser acentuados em função
principalmente da umidade ambiente. Nesses casos a termovisão auxilia a detecção
destes problemas.
Barreto Junior ET AL [21] apresentam resultados onde a termografia se
demonstra eficiente em 88% dos casos inspecionados referentes a para-raios em
subestações, além de se mostrar eficiente na detecção de contatos ruins em
conectores, contatos elétricos e buchas de transformadores. Apresentam um
resultado importante em termos de transformadores de potência onde a ineficiência
do sistema de refrigeração dos transformadores pode ser levantada por meio da
termovisão.
15
3.4 Bobina de Rogowski
Atualmente, encontramos sensores de corrente que são constituídos de
várias espiras enroladas em núcleos magnéticos. Apesar de a sua confecção ser
aparentemente simples, existem alguns problemas que estes núcleos podem
apresentar. Devido à magnetização do núcleo, existe uma perda de energia, fato
que determina transdutores pouco precisos. Ao não utilizar um núcleo magnético,
não existe perda de energia e, portanto, há uma maior precisão e linearidade dos
mesmos, além do baixo custo para a sua confecção [22, 23].
Uma alternativa segura e confiável para medida de corrente elétrica é o uso
da bobina de Rogowski [24]. Esta bobina, representada na Figura 10, consiste de
um núcleo toroidal, não magnético, que é colocado em torno do condutor. O campo
magnético produzido pela corrente alternada no condutor induz uma tensão na
bobina.
Figura 10 - Princípio de funcionamento da Bobina de Rogowski.
Podem-se ressaltar dois tipos de bobinas de Rogowski, as bobinas flexíveis e
as bobinas rígidas. No caso das bobinas flexíveis, a bobina se localiza sobre um
núcleo flexível como na Figura 11. A bobina pode ser fechada ao redor do condutor
que se deseja medir por meio da união de seus extremos. Neste caso, o importante
é que a união se faça corretamente para obter um circuito fechado e minimizar desta
forma toda a influência de correntes externas à bobina. Este tipo de construção é útil
quando se trabalha com condutores largos e de difícil acesso, além de ser
apropriado para medir a corrente sem ter que desconectar o condutor [25].
16
Figura 11 - Bobina de Rogowski Flexível.
A bobina rígida é composta de um núcleo toroidal rígido de material não
magnético sobre o qual se enrolam as espiras que formam o sensor como visto na
Figura 12. Esta bobina é mais indicada para medidas de grande precisão e para ser
instalada de forma permanente. A indutância mútua é mais elevada e desta maneira,
a tensão de saída é maior que nas flexíveis.
Figura 12 - Bobina de Rogowski Rígida.
As vantagens da utilização da bobina de Rogowski para medidas de corrente,
em relação aos transformadores de corrente, são [26]:
• Linearidade: A medida do sinal é linear devido ao núcleo ser não
ferromagnético e, portanto, não são vistos fenômenos de saturação por histerese.
Isto significa que a bobina pode ser utilizada para medição em uma larga banda de
corrente.
17
• Isolamento Galvânico: O circuito de medida está isolado do circuito de
potência. Isto contribui com uma grande vantagem quando se quer medir grandes
intensidades de corrente.
• Ampla largura de banda.
3.5 Isolômetro
Este equipamento tem a finalidade básica de detectar isoladores de disco
perfurados em linhas de distribuição de 13,8 e 34,5 kV em operação. Figura 13.
Figura 13 - Cadeia de Isoladores de Disco.
Quando o isolador está perfurado, a diferença de potencial (ddp) em seus
terminais é uma fração de seu valor quando o mesmo está bom, podendo em alguns
casos, atingir valores próximos de zero, pois o potencial elétrico entre os pontos será
praticamente igual em função da perfuração. Quando se tem uma associação de
resistores em série como na Figura 14, submetidos a uma ddp U, sobre cada resistor
há uma queda de potencial, dada por U=R*i, onde a queda de tensão é proporcional
a resistência elétrica [27].
18
Figura 14 - Circuito resistivo em série.
Para realizar a medida de ddp nos terminais do isolador é necessária a
utilização de uma ponta de prova de alta tensão, conectada a um instrumento
(voltímetro ou amperímetro), com o qual se mede e calcula-se o valor da ddp no
isolador. Na Figura 15 e Figura 16, pode-se observar um tipo de isolômetro muito
utilizado em campo, onde a ponteira de alta tensão é constituída de dois resistores
de 12 MΩ, conectados entre si através de um micro amperímetro CA [27].
Micro-amperímetroDigital CA
12 M 12 M
Figura 15 - Modelo de medição utilizado em campo.
Um modelo de isolômetro desenvolvido pelo LACTEC pode ser visto na Figura
16. Este equipamento possui dois leds, sendo um vermelho e outro verde. Ao ser
aplicado no disco a indicação do led vermelho implica em isolador com nível de
isolamento baixo e a indicação do led verde indica a operacionalidade o respectivo
isolador [27]:
19
Figura 16 - Isolômetro desenvolvido pelo LACTEC
A inspeção com o isolômetro é realizada aplicando-se o equipamento a cada
um dos isoladores de disco das estruturas, de forma a avaliar o nível de isolamento
de cada elemento da cadeia de discos [1]. Esta inspeção pode ser realizada do solo
por meio de varas de manobra telescópica como pode ser visto na Figura 17, ou
com o auxílio de caminhão de linha viva como mostrado na Figura 18.
Figura 17 - Inspeção de isoladores de disco realizada com o isolômetro, com a utilização de varas de manobras telescópica a partir do solo.
20
Figura 18 - Inspeção de isoladores de disco realizada com o isolômetro, com a utilização de varas de manobras e caminhão de linha viva.
3.6 Isoladores de Pino
Isolador elétrico é um dispositivo utilizado para garantir o isolamento elétrico
de fios ou cabos energizados, entre seus pontos de sustentação adjacentes a fim de
se evitar correntes indesejáveis que representem perdas de energia. Portanto, um
isolador deve possuir grande capacidade de se opor à passagem de corrente
elétrica, além de elevada resistência mecânica [28].
Isoladores de média e alta tensão, usados para transmissão de energia,
podem ser feitos de vidro, porcelana ou materiais compósitos poliméricos. O isolador
de vidro como pode visto na Figura 19 é o que apresentava as melhores
características, porém maiores dificuldades de produção [29].
Figura 19 - Isolador de vidro do tipo pino.
21
Em 1849, Werner Von Siemens (1816 – 1892) adotou a mesma porcelana
utilizada na louça doméstica para a produção dos isoladores a serem utilizados na
linha telegráfica entre Frankfurt e Berlim. Apesar de na época ser considerada
inferior ao vidro no que se refere às características físicas, a porcelana era mais
econômica e fácil de produzir no formato desejado. Com a necessidade de
isoladores que suportassem cargas maiores, os isoladores começaram a sofrer
modificações em sua estrutura para suportarem tensões acima dos valores para
linha telegráfica de 1 kV [29].
Isoladores de porcelana como visto na Figura 20, são feitos de argila, quartzo
e feldspato. Alumina e feldspato são utilizados para formar um vidrado que recobre o
isolador, para que diminuía o acúmulo de sujeira. Isoladores de porcelana ricos em
alumina são utilizados onde a alta resistência mecânica é necessária.
Figura 20 - Isolador de porcelana do tipo pino.
Em 1959 a “General Electric” apresentou os isoladores poliméricos como na
Figura 21. Os materiais poliméricos representam uma drástica redução no peso e
tamanho dos isoladores, possuem melhor resistência às intempéries em curto prazo
e são quase imunes ao vandalismo. Apesar disso, em condições ambientes severas
ou em aplicações onde a substituição do isolador é onerosa, como nas buchas de
transformadores, os isoladores cerâmicos continuam sendo preferíveis, pois
possuem melhor desempenho em longo prazo [30].
22
Figura 21 - Isolador Polimérico do tipo pino.
3.7 Descargas Elétricas
O fenômeno denomidado de descarga elétrica basicamente ocorre quando a
rigidez dielétrica do meio que separa dois pontos com potenciais elétricos diferentes
é rompida. A iniciação deste processo, seu crescimento e finalização, dependem de
diversas variáveis, como por exemplo, o meio dieletrico, tipo de tensão aplicada,
condições ambientais, distribuição do campo elétrico, geometria dos eletrodos entre
outros.
Observa-se que estas podem ocorrer de forma volumétrica (pelo volume do
dielétrico) e de forma superficial (na superfície do dielétrico). Com relação à
bibliografia referente a este assunto, observa-se que existem, em função da área de
estudo, divergências com relação à divisão e classificação das descargas elétricas.
Nesta revisão, são apresentadas as decargas elétricas que poderão ocorrer em
isoladores do tipo pino. Uma leitura mais apronfundada sobre descargas elétricas
pode ser obtida nas referências [31, 32, 34, 35, 36, 37].
3.7.1 Descargas Parciais
As descargas parciais elétricas podem ser consideradas como uma pequena
avalanche elétrica causada pela disrupção do campo elétrico local em materiais
dielétricos. Estas descargas podem caracterizar um ínicio de falha no isolamento, o
23
qual pode evoluir para ruptura do material isolante. Os tipos de descargas parciais
podem ser divididos em três grupos, devido às suas diferentes origens [32, 33, 34,
35].
3.7.1.1 Descargas Internas
São as descargas em vazios preenchidos com gás, delaminações e
rachaduras dentro de isolamento sólido. A classificação refinada poderia ser feita
para distinguir entre as cavidades que estão entre o contato do eletrodo metálico e o
material dielétrico (na interface) e as cavidades que são completamente cercadas
pelo material dielétrico, também chamadas de vazios. Os vazios podem ter sua
origem no processo de conformação do equipamento aparecendo em diversos
materiais isolantes como espaçadores de epóxi, cabos isolados com papel
impregnado em óleo, isoladores de pino e disco cerâmicos, poliméricos e de vidro,
no isolamento de papel impregnado em óleo em transformadores entre outros. As
delaminações ocorrerem em sistemas de isolamento laminado, como os aplicados
no isolamento de barras do estator de grandes máquinas elétricas que muitas vezes
é composto por fitas de mica esmaltadas com epóxi. Rachaduras podem ocorrer em
isolamentos que são mecanicamente estressados, por exemplo, em barras soltas
em estatores, isoladores de pino e disco submetidos a esforços mecânicos e
vibrações dos cabos da rede [32, 33, 34, 35].
3.7.1.2 Descargas Superficiais
São descargas elétricas que ocorrem na superfície de um isolante elétrico,
onde o campo elétrico tangencial tem alta intensidade, a exemplo disso muitas
vezes ocorrem em isoladores de pino. Estas descargas ocorrem a partir das bordas
do eletrodo paralelamente à superfície do dielétrico. As descargas superficiais
podem dar origem a trilhamento nos materiais isolantes, e são comuns em
terminações de cabos. Outro exemplo poderia ser a formação de descargas
superficiais a partir da iniciação por descargas corona [31, 32, 33, 34, 35, 36, 37].
24
3.7.1.3 Descargas Corona
Estas descargas ocorrem em gases (ou líquidos), causada por um campo
local intenso, normalmente devido à presença de pontas nos eletrodos. Vale
ressaltar que em caso de descargas corona em termos do material isolante elas não
são tão prejudiciais como ocorre com uma descarga interna, mas a sua ocorrência
com maior frequência muitas vezes implica em energia dissipada, conhecida como
perdas corona. Esta energia dissipada pode gerar compostos ou produtos, como por
exemplo, o ozônio, que podem reagir com o isolante causando sua degradação. Em
suma, o efeito corona é muitas vezes inofensivo, mas os subprodutos como ácidos
nítricos e ozônio podem deteriorar quimicamente os materiais próximos.
Normalmalmente ocorrem em torno de eletrodos de pequeno raio de curvatura.
Quando ocorrem no contato dos eletrodos com pequenos raios de curvatura ou
imperfeições com materiais isolantes sólidos são conhecidos como descargas
externas [32, 33, 34, 36, 37].
3.7.2 Trilhamento Elétrico (tracking)
O trilhamento elétrico é o processo que produz trilhas como resultado da ação
de descargas elétricas próximas ou na superfície material isolante, causando uma
circulação de corrente elétrica de fuga pela superficie. O principal efeito é a
degradação da superfície do material, podendo culminar na formação de arco
elétrico. No caso de isoladores este efeito é pronunciado em função dos processos
de poluição do ambiente onde o isolador se encontra, principalmente em condições
onde a umidade é elevada. Normalmente provoca a elevação da temperatura na
região de trilhamento. Pode ser observada visualmente [38, 39, 40].
3.7.3 Centelhamento (spark)
O centelhamento pode ocorrer quando entre dois pontos existir uma diferença
de potencial elétrico, tal que, o campo elétrico entre estes dois pontos seja intenso o
suficiente para causar a ruptura parcial do ar ou meio que separa os dois pontos. Em
25
isoladores de pino pode ocorrer entre pontos de ferragens que se encontram com
potenciais elétricos diferentes, dos cabos elétricos para a cabeça do isolador devido
à danificação da camada semicondutiva, em conexões ruins ou oxidadas. À exemplo
da descarga corona, o centelhamento gera ozônio. Em ambientes com baixa
luminosidade pode ser observado visualmente. Quando ocorre a ruptura total do
dielétrico o fenômeno deixa de ser tratado como um centelhamento e passa a ser
denominado de arco elétrico [4, 41].
3.7.4 Descarga Disruptiva (flashover)
Segundo Rahal a descarga disruptiva é um fenômeno elementar, uma das
formas mais simples de descargas elétricas, que pode ocorrer em isoladores
submetidos à alta tensão onde ocorre a propagação de uma descarga na superfície
de um eletrólito. Para que ocorram as seguintes condições devem ser satisfeitas [42,
43, 44, 45]:
A fonte de tensão deve ter potência suficiente para manter a corrente elétrica
necessária para que a descarga seja completada;
Presença de um mecanismo físico que deve atuar de forma a “puxar” a
descarga permitindo que a disrupção ocorra.
Este fenômeno ocorre em duas fases sucessivas, onde a primeira se refere ao
surgimento de uma descarga na superfície do isolador molhado e a segunda a
disrupção propriamente dita, se as condições forem favoráveis. A primeira fase
normalmente ocorre nos isoladores, em função do surgimento de bandas secas
entre regiões úmidas. Outras origens podem estar em descargas corona, sobre
tensões, impulsos, ou deformação de gotas na superfície do isolador. Com relação à
segunda fase, esta é mais complexa e ainda não possui uma explicação clara,
porém são aceitáveis a ionização e formação de raízes sucessivas.
26
4 PARTE EXPERIMENTAL
4.1 Materiais Utilizados
Para a realização deste trabalho foram utilizados sete isoladores de pino
cerâmicos, retirados da rede de distribuição da COPEL e um isolador de pino
fabricado especialmente para este estudo, com uma perfuração em sua parte
superior e um isolador novo. Os sete isoladores foram classificados em função dos
valores de corrente elétrica de fuga medida em condição do isolador seco, como
mostra a Tabela 1.
Isolador Corrente de fuga (A) Origem R (M) Classificação
1 15,4 Novo 506 bom
2 728 COPEL 10,7 ruim
3 72 COPEL 108 ruim
4 130 COPEL 60 ruim
5 20 Novo com perfuração 400 bom
6 21 COPEL 371 bom
7 96 COPEL 81,3 ruim
8 88 COPEL 88,6 ruim
9 22 COPEL 355 bom
Tabela 1: Identificação dos isoladores de pino e respectivos valores de corrente elétrica de fuga a seco.
Na Tabela 1 também é apresentada a ordem da resistência elétrica do
isolador calculada em função da tensão aplicada (8 kV) dividida pela corrente
elétrica de fuga medida. A classificação dos isoladores com relação a bom ou ruim é
dada em função do valor da resistência elétrica, onde isoladores com ordens de
resistência maiores que centenas de MΩ são classificados como bons e menores
que centenas de MΩ como ruim [46, 47].
27
Na Figura 22, Figura 23 e Figura 24 são mostrados os isoladores
relacionados na Tabela 1.
Figura 22 - Da esquerda para a direita os isoladores 1, 2 e 3 respectivamente.
Figura 23 - Da esquerda para a direita os isoladores 4,5 e 6 respectivamente.
Figura 24 - Da esquerda para a direita os isoladores 7,8 e 9 respectivamente.
28
4.2 Arranjo de Ensaio
Para se obter os resultados experimentais, adotou-se uma metodologia de
trabalho que consistiu em definir um arranjo padrão para a realização dos ensaios,
bem como uma sequência nas medidas. O arranjo experimental pode ser
visualizado na Figura 25.
Figura 25 - Diagrama do arranjo de ensaio aplicado.
O arranjo de ensaio consiste de um tripé metálico, no qual foi colocado em
sua extremidade superior um segmento de cruzeta polimérica, para receber os
isoladores de pino a serem testados. Para se simular o condutor utilizou-se um tubo
de alumínio, no qual foram colocados nas extremidades alívios de campo elétrico
para eliminar a geração de possíveis ruídos que poderiam interferir sobre os
resultados do experimento. Em um dos alívios de campo elétrico foi instalado um
conector para se ligar o cabo da fonte de alta tensão.
29
4.3 Equipamentos
Para a realização dos experimentos, foram utilizados os equipamentos, que
serão relacionados na sequência.
4.3.1 Estufa
Para se realizar a secagem dos isoladores de pino, utilizou-se uma estufa
marca FANEN, modelo 320 SE com circulação forçada de ar. O equipamento pode
ser visto na Figura 26.
Figura 26 - Estufa aplicada na secagem dos isoladores de pino.
30
4.3.2 Fonte de Tensão - Ponte Tettex
Para se aplicar a tensão fase-terra de 8 kV nos ensaios realizados utilizou-se
uma ponte da marca Tettex modelo 2816 que aplica tensões até 12 kV com
frequência de 60 Hz, que pode ser vista na Figura 27.
4.3.3 Multímetro Digital
Para se realizar as medidas de corrente elétrica de fuga dos isoladores
utilizou-se um multímetro digital da marca Fluke modelo 87 V True RMS Multimeter
que pode ser visto na Figura 28.
Figura 28 - Multímetro da marca Fluke utilizado no ensaio CA.
Figura 27 - Fonte de Tensão CA.
31
4.3.4 Osciloscópio
Foi utilizado um osciloscópio digital com 4 canais da marca Tektronix modelo
TPS 2024 como visto na Figura 29, para a leitura do sinal de corrente elétrica
detectada pela bobina de Rogowski, sinal do ultrassom e o sinal de tensão obtido
pela ponta de prova.
4.3.5 Ultrassom
O equipamento de ultrassom, para detecção de descargas parciais, que será
utilizado é o SDT 170 como visto na Figura 30. Este medidor possui um sensor tipo
parabólico, faixa de medição de -10 dBu a 120 dBu e faixa de frequência de 16 kHz
a 190 kHz. Este sensor possui uma mira a laser, que permite que o operador mire
diretamente no ponto onde se deseja medir.
Figura 30 - Ultrassom SDT modelo 170.
Figura 29 - Osciloscópio Tektronix.
32
4.3.6 Resistor Shunt
Resistor Shunt de 1 kΩ, potência elétrica de 5 W fabricado pelo LACTEC,
como visto na Figura 31.
Figura 31 - Resistor Shunt.
4.3.7 Termovisor
Foi utilizado o Termovisor NEC modelo TH 5100, como visualizado na Figura
32 para a detecção de pontos quentes nos isoladores do tipo pino. É um
equipamento portátil que armazena suas fotos em um cartão de memória que pode
ser facilmente transferido para o computador.
Figura 32 - Termovisor NEC modelo TH 5100.
33
4.4 Sistema de Medição
Na base do pino do isolador foi instalada a bobina de Rogowski conectada por
cabo BNC e casador de impedância ao osciloscópio, também conectado à ponta
capacitiva e casador de impedância, instalada no tubo de alumino, para se obter a
forma de onda da tensão aplicada. Em série ao pino do isolador foi ligado um
resistor shunt ligado ao multímetro por meio de cabo BNC para se medir a corrente
elétrica de fuga. Na outra extremidade do tubo, é conectada a fonte de tensão AC.
Para se realizar a medida de Rádio Interferência, o equipamento teve ganho
ajustado em 4,5 de sua escala e posicionado sobre uma mesa localizada a uma
distância de 4 m do isolador de pino testado. Para detecção por ultrassom o
equipamento foi utilizado em punho em posição variável, objetivando-se buscar o
melhor ponto de detecção, porém a distância média era de 4 m do isolador de pino.
O ganho aplicado foi de 80 em sua escala. À saída de áudio do ultrassom é
conectada a um canal do osciloscópio a fim de se registrar a forma do sinal obtido
pelo ultrassom. O equipamento de termovisão é posicionado sobre uma bancada
situada a 4 metros do arranjo de ensaio. A vista geral da área onde os ensaios foram
realizados e a utilização dos equipamentos pode ser vista na Figura 33.
Figura 33 - Vista da área de ensaios e a utilização dos equipamentos.
34
4.5 Técnica de Medição
O objetivo da medição por meio da bobina de Rogowski simultaneamente a
detecção do sinal de tensão por meio da ponta de prova capacitiva é a detecção das
descargas elétricas geradas no isolador de pino e permitir uma comparação com os
resultados detectados com os demais equipamentos. A medida da corrente elétrica
de fuga visa verificar o nível de isolamento dos isoladores de pino testados.
A aplicação do equipamento de RFI visa obter os padrões do sinal gerados
pelo isolador de pino na faixa de frequências de rádio relatadas na bibliografia
[1,4,8]. As imagens obtidas são fotografadas.
Com relação ao equipamento de ultrassom o objetivo de sua utilização é a
detecção dos valores de intensidade sonora detectados pelo sensor em função das
descargas elétricas geradas no experimento. Os valores são registrados
manualmente, bem como pelo osciloscópio.
O termovisor é utilizado com a função de se acompanhar os pontos quentes
gerados no isolador de pino em função da circulação de corrente elétrica de fuga
para a terra.
4.6 Metodologia Experimental
Inicialmente os isoladores de pino selecionados foram colocados em estufa a
uma temperatura de 100ºC por um tempo de 16 horas. A estufa foi desligada e foi
aguardado o equilíbrio térmico do interior da estufa ao ambiente de ensaio.
O isolador a ser testado é instalado sobre a cruzeta e é aplicada a tensão de
ensaio de 8 kV. Após um tempo de 5 minutos, são realizadas as medidas aplicando
as técnicas descritas, com a utilização simultânea de todos os equipamentos, na
condição denominada a seco. Após as medições a seco, os isoladores tiveram suas
superfícies umedecidas por meio de um borrifador de água, simulando uma situação
de chuva com a repetição de todas as medidas após um tempo de 5 minutos da
tensão aplicada.
35
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
As medidas com todas as técnicas foram realizadas de forma simultânea.
Assim serão apresentados na sequência os resultados obtidos para cada um dos
isoladores. Os resultados apresentados referem-se ao valor da corrente elétrica de
fuga, intensidade sonora medida com o ultrassom, imagem termográfica, imagem do
sinal de RFI e a medida de descarga elétrica realizada com a bobina de Rogowski.
Os sinais do ultrassom foram registrados pelo osciloscópio. As medidas foram
realizadas em vários dias, onde se teve a temperatura ambiente entre 13 ºC e 23 ºC
e a umidade relativa do ar entre 46 % e 75 %.
5.1 Resultados do RFI
Os resultados obtidos com o equipamento de RFI mostram
distribuições de diferentes tipos de descargas, em função dos isoladores estarem
em condição seco e úmido. Na Figura 34 observar-se que o espectro de RFI para o
isolador 1 apresenta na condição a seco e úmido somente a presença do ruído de
fundo.
Figura 34 - Isolador 1. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
36
Na Figura 35 observa-se que o espectro de RFI para o isolador 2 apresenta
uma distribuição dupla, ampla e intensa, tanto na condição a seco como na condição
úmida.
Na Figura 36 observa-se que o espectro de RFI para o isolador 3 na condição
a seco apresenta duas distribuições, sendo uma de maior intensidade e
concentrada. Na condição úmida observa-se uma única distribuição de descarga.
Na Figura 37 observa-se na condição a seco que o espectro de RFI para o
isolador 4 apresenta duas distribuições, sendo uma de maior intensidade e
concentrada. Na condição úmida observa-se uma única distribuição de descarga.
Figura 35 - Isolador 2. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 36 - Isolador 3. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 37 - Isolador 4. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
37
Na Figura 38 observa-se na condição a seco que o espectro de RFI para o
isolador 5 apresenta somente ruído de fundo na condição a seco, e na condição
úmida uma única distribuição de descarga.
Na Figura 39 observa-se que o espectro de RFI para o isolador 6 apresenta
somente ruídos de fundo, tanto na condição a seco como na condição úmida.
Na Figura 40 observa-se que o espectro de RFI para o isolador 7 apresenta
pequenas distribuições de descargas tanto na condição a seco como na condição
úmida.
Figura 38 - Isolador 5. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 39 - Isolador 6. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 40 - Isolador 7. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
38
Na Figura 41 observa-se que o espectro de RFI para o isolador 8 na condição
a seco apresenta duas distribuições, sendo uma de maior intensidade e
concentrada. Na condição úmida observa-se uma única distribuição de descarga.
Na Figura 42 observa-se que o espectro de RFI para o isolador 9 na condição
a seco apresenta somente a presença de ruídos de fundo. Na condição úmida
observa-se a presença de uma única distribuição de descargas.
5.2 Oscilogramas dos Sinais Detectados pela Bobina de Rogowski
Nos oscilogramas obtidos pela bobina de Rogowski, pode-se observar os
padrões de descargas elétricas ocorridas nos isoladores em função do quadrante
em que as mesmas ocorrem. Como descrito na bibliografia [4, 8, 32, 48, 49], os
sinais obtidos no primeiro quadrante referem-se a descargas internas. Sinais obtidos
a 90 º referem-se a descargas do tipo corona e sinais obtidos no terceiro quadrante
referem-se a descargas superficiais.
Figura 41 - Isolador 8. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 42 - Isolador 9. Sinais de RFI. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
39
Na Figura 43 observa-se para isolador 1 que a bobina de Rogowski não
detectou a presença de variações na corrente elétrica indicando que não há
presença de descargas elétricas. As correntes elétricas de fuga medidas foram 15,4
A e para a condição úmida 20,2 A.
Na Figura 44, observa-se nos oscilogramas para isolador 2 a presença de
descargas elétricas no 1º e 3º quadrantes e no pico da curva de tensão detectado
pela bobina de Rogowski. Devido à intensidade medida de variações de corrente
elétrica, pode-se afirmar que o tipo de descarga que ocorre é a descarga parcial. Na
condição a seco e úmido, verifica-se somente a intensificação para a condição
úmida das descargas parciais, sejam elas de natureza interna, superficial ou corona.
As correntes elétricas de fuga medidas foram 786 A e para a condição úmida 4,80
mA.
Na Figura 45 referente ao isolador 3, observa-se na condição seco a
presença de descargas no 1º e 3º quadrantes sendo mais intensas no 1º quadrante
sendo estas detectadas pela bobina de Rogowski. Na condição úmida observa-se a
predominância de descargas no 3º quadrante, ou seja, descargas superficiais. As
correntes elétricas de fuga medidas foram 72 A e para a condição úmida 209 A.
Figura 43 - Isolador 1. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 44 - Isolador 2. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
40
Na Figura 46 referente ao isolador 4, em condição a seco observam-se os
três padrões de descarga detectados pela bobina de Rogowski. Na condição úmida,
observa-se no oscilograma a predominância de descargas superficiais. As correntes
elétricas de fuga medidas foram 130 A e para a condição úmida 540 A.
Na Figura 47, pode-se observar para o isolador 5, na condição a seco que o
oscilograma indica somente a presença do ruído de fundo. Para a condição úmida
observa-se na bobina de Rogowski a presença de descargas no terceiro quadrante,
indicando a presença de descargas superficiais ou corona. As correntes elétricas de
fuga medidas foram 20 A e para a condição úmida 228 A.
Figura 45 - Isolador 3. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 46 - Isolador 4. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 47 - Isolador 5. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
41
Na Figura 48 referente ao isolador 6, observa-se que a bobina de Rogowski
não detectou a presença de variações na corrente elétrica indicando que não há
presença de descargas elétricas. As correntes elétricas de fuga medidas foram 21
A e para a condição úmida 27 A.
Na Figura 49, pode-se observar nos oscilogramas obtidos para o isolador 7 a
presença de descargas no 3º quadrante para as duas condições de ensaio. As
correntes elétricas de fuga medidas foram 96 A e para a condição úmida 168 A.
Na Figura 50 referente ao isolador 8, em condição a seco observam-se os
padrões de descarga no primeiro e terceiro quadrantes detectados pela bobina. Na
condição úmida, observa-se no oscilograma a predominância de descargas
superficiais. As correntes elétricas de fuga medidas foram 88 A e para a condição
úmida 237 A.
Figura 48 - Isolador 6. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 49 - Isolador 7. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 50 - Isolador 8. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
42
Na Figura 51, pode-se observar para o isolador 9 na condição a seco que o
oscilograma indica somente a presença do ruído de fundo. Para a condição úmida
observa-se na bobina de Rogowski a presença de descargas no terceiro quadrante,
indicando a presença de descargas superficiais ou corona. As correntes elétricas de
fuga medidas foram 20 A e para a condição úmida 228 A.
5.3 Oscilogramas dos Sinais Detectados pelo Ultrassom
O equipamento de ultrassom apresenta a intensidade sonora em função do
ruído detectado. Neste caso foram oscilografados os sinais do equipamento de
ultrassom, a fim de permitir uma comparação entre padrões dos diversos
equipamentos utilizados.
Observa-se nos oscilogramas da Figura 52, referente ao isolador 1, que o
equipamento de ultrassom não detecta a presença de descargas no isolador
avaliado. Para a condição a seco o valor obtido com o equipamento de ultrassom
indicou uma intensidade de 1 dBu e para a condição úmida 1 dBu.
Figura 51 - Isolador 9. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda condição a seco. À direita condição úmida.
Figura 52 - Isolador 1. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em condição a seco. À direita em condição úmida.
43
Observa-se nos oscilogramas da Figura 53 referente ao isolador 2, a
presença de descargas tanto na condição a seco como na condição úmida. Na
condição a seco o valor obtido com o equipamento de ultrassom indicou uma
intensidade de 30 dBu e para a condição úmido obteve-se 23 dBu.
Observa-se nos oscilogramas da Figura 54 referente ao isolador 3, que para a
condição a seco o equipamento de ultrassom detecta a presença de descargas,
porém para a condição a úmido onde são observadas descargas superficiais, o
ultrassom não detecta a presença destas descargas. Na condição a seco o valor
obtido com o equipamento de ultrassom indicou uma intensidade de 18 dBu e para a
condição úmido obteve-se 1 dBu.
Observa-se nos oscilogramas da Figura 55 referente ao isolador 4, que o
equipamento de ultrassom detecta a presença de descargas na condição a seco e
não detecta sinais na condição a úmido, onde se observou descargas de natureza
superficial ou corona. Na condição a seco o valor obtido com o equipamento de
ultrassom indicou uma intensidade de 25 dBu e para a condição úmido obteve-se 1
dBu.
Figura 53 - Isolador 2. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em condição a seco. À direita em condição úmida.
Figura 54 - Isolador 3. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em condição a seco. À direita em condição úmida.
44
Observa-se nos oscilogramas da Figura 56 referente ao isolador 5, que o
equipamento de ultrassom não detecta os sinais de descarga. Para a condição a
seco o valor obtido com o equipamento de ultrassom indicou uma intensidade de 1
dBu e para a condição úmida 1 dBu.
Observa-se nos oscilogramas da Figura 57 referente ao isolador 6, que o
equipamento de ultrassom não detecta os sinais de descarga. Para a condição a
seco o valor obtido com o equipamento de ultrassom indicou uma intensidade de 1
dBu e para a condição úmida 1 dBu.
Figura 55 - Isolador 4. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em condição a seco. À direita em condição úmida.
Figura 56 - Isolador 5. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em condição a seco. À direita em condição úmida.
Figura 57 - Isolador 6. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em condição a seco. À direita em condição úmida.
45
Observa-se nos oscilogramas da Figura 58 referente ao isolador 7, que o
equipamento de ultrassom não detecta a presença de descargas de natureza
superficial. Para a condição a seco o valor obtido com o equipamento de ultrassom
indicou uma intensidade de 1 dBu e para a condição úmida 1 dBu.
Observa-se nos oscilogramas da Figura 59 referente ao isolador 8, que na
condição a seco é detectada pelo ultrassom a presença de descargas, porém na
condição úmida, onde há a presença de descargas superficiais o ultrassom não
detecta a presença destas. Para a condição a seco o valor obtido com o
equipamento de ultrassom indicou uma intensidade de 16 dBu e para a condição
úmida 1 dBu.
Observa-se nos oscilogramas da Figura 60 referente ao isolador 9, que o
equipamento de ultrassom não detecta a presença de descargas nas duas
condições avaliadas. Para a condição a seco o valor obtido com o equipamento de
ultrassom indicou uma intensidade de 1 dBu e para a condição úmida 1 dBu.
Figura 58 - Isolador 7. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em condição a seco. À direita em condição úmida.
Figura 59 - Isolador 8. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em condição a seco. À direita em condição úmida.
46
5.4 Imagens da Termografia
Com relação às imagens obtidas por meio da termografia conforme vistas nas
Figura 61, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71 e 72, observa-se que com exceção do isolador 2
onde a corrente elétrica de fuga chega a ordem de mA, onde obtém-se um
aquecimento na condição seco e úmido, nos demais isoladores testados não se
observa nenhuma alteração significativa de temperatura, que possa indicar a
presença de defeitos nos isoladores testados.
Figura 61 - Imagem da termografia para o Isolador 1. À esquerda para a condição a Seco. À direita condição úmida.
Figura 60 - Isolador 9. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em condição a seco. À direita em condição úmida.
47
Figura 62 - Imagem da termografia para o Isolador 2. À esquerda para a condição a Seco. À direita condição úmida.
Figura 63 - Imagem da termografia para o Isolador 3. À esquerda para a condição a Seco. À direita condição úmida.
Figura 64 - Imagem da termografia para o Isolador 4. À esquerda para a condição a Seco. À direita condição úmida.
48
Figura 66 - Imagem da termografia para o Isolador 6. À esquerda para a condição a Seco. À direita condição úmida.
Figura 65 - Imagem da termografia para o Isolador 5. À esquerda para a condição a Seco. À direita condição úmida.
Figura 67 - Imagem da termografia para o Isolador 7. À esquerda para a condição a Seco. À direita condição úmida.
49
5.5 Gráficos Comparativos das Correntes de Fuga e Intensidade Sonora Encontrados nos Isoladores
Para se avaliar a corrente elétrica de fuga nas condições a seco e úmido, os
resultados obtidos para o conjunto de isoladores avaliados é apresentado no gráfico
da Figura 70.
Figura 68 - Imagem da termografia para o Isolador 8. À esquerda para a condição a Seco. À direita condição úmida.
Figura 69 - Imagem da termografia para o Isolador 9. À esquerda para a condição a Seco. À direita condição úmida.
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10
100
1000
amostra de isolador
Condição Seco
Condição ÚmidoC
orre
nte
elét
rica
de fu
ga (A
)
Figura 70 - Gráfico da corrente elétrica de fuga dos isoladores em condição seco e úmido.
Observa-se no gráfico da Figura 70 que em condição a seco e úmido, a
corrente elétrica de fuga tende a manter a mesma tendência, ocorrendo apenas uma
elevação da corrente elétrica para a condição úmida quando comparada a condição
seco.
Avaliando os sinais detectados pelo ultrassom e RFI, observa-se que os dois
equipamentos detectam sinais para descargas elétricas de natureza parcial e
corona, sendo que o equipamento de RFI detecta descargas de natureza superficial,
enquanto o ultrassom não as detecta, possivelmente em função dos baixos valores
de corrente elétrica para este tipo de descarga superficial.
A correlação entre a intensidade do sinal detectado pelo equipamento de
ultrassom e a corrente elétrica de fuga, pode ser observada nos gráficos da Figura
71 e Figura 72.
51
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,1
1
10
100
Corrente Elétrica de Fuga
Intensidade Sonora
Corr
ente
elé
tric
a d
e fuga(
A)/
Inte
nsid
ade s
onara
(dB
u)
amostra de isolador
Figura 71 - Gráfico comparativo entre a corrente elétrica de fuga e intensidade sonora detectada pelo ultrassom na condição seca.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,1
1
10
100
1000
Corrente Elétrica de Fuga
Intensidade Sonora
amostra de isolador
Corr
ente
elé
tric
a d
e fuga(
A)/
Inte
nsi
dade s
onara
(dB
u)
Figura 72 - Gráfico comparativo entre a corrente elétrica de fuga e intensidade sonora detectada pelo ultrassom na condição úmido.
Pode-se observar no gráfico da Figura 71 que na condição a seco, a
intensidade do sinal sonoro detectado pelo equipamento de ultrassom esta
correlacionado à intensidade da corrente elétrica de fuga, porém na condição de
52
umidade, vista na Figura 72, esta correlação não é observada, onde apenas o
isolador 2 apresenta sinal de ultrassom detectado.
Com relação à dependência da intensidade dos sinais de RFI com relação à
corrente elétrica de fuga, não se observou dependência na condição a seco e úmido.
Com os resultados obtidos por meio das técnicas utilizadas pode-se verificar
que:
a) O equipamento de RFI, para a faixa entre 40 MHz a 41 MHz detecta todos
os tipos de descargas elétricas, observadas por meio da bobina de
Rogowski. Verifica-se que o equipamento apresenta padrões de espectros
diferenciados quando há presença de descargas internas mais descargas
superficiais e corona em relação à presença somente de descargas
superficiais. Os padrões discutidos são os apresentados na Figura 73,
Figura 74 e Figura 75.
Figura 73 - Padrão de espectro de RFI onde se tem descargas elétricas internas, superficiais e corona.
Figura 74 - Padrão de espectro de RFI onde se tem descargas elétricas superficiais.
53
Figura 75 - Padrão de espectro de RFI onde se tem descargas elétricas corona.
b) Com relação ao equipamento ultrassom, observa-se que o mesmo não
detecta a presença de descargas superficiais possivelmente em função da
baixa corrente elétrica destas, detectando a presença de corona e
possivelmente descargas internas. Outro detalhe a ser considerado é que
o equipamento apresenta uma eficiência na detecção de defeitos quando
os isoladores se encontram na condição seco. Na presença de umidade,
mesmo para altos valores de corrente elétrica de fuga, não são
observados os sinais indicativos da presença de descargas. Outro detalhe
importante é que o único indicativo obtido com o equipamento é a
intensidade sonora, não permitindo identificação de padrões de forma
direta.
c) Com relação ao equipamento termovisor, observa-se que o mesmo não
apresenta a mesma eficiência para a detecção de isoladores perfurados.
Nas análises realizadas o mesmo apresentou resultado positivo apenas
para o isolador com corrente elétrica de fuga na ordem de mA.
54
6 CONCLUSÃO
Com as análises feitas em laboratório simulando condições de operação dos
isoladores de rede de distribuição, foi verificado que os equipamentos utilizados para
a medição dão resultados mais satisfatórios quando utilizados em conjunto.
Os resultados obtidos com o equipamento de radio interferência se mostraram
satisfatórios, pois em todas as situações avaliadas, o equipamento detectou a
presença de ruídos, os quais foram confirmados pelas variações de corrente elétrica
observadas por meio da bobina de Rogowski. Assim este equipamento se
demonstra eficiente para auxiliar a localização da região onde se tem equipamentos
com problemas.
As análises do Ultrassom foram satisfatórias quando realizados os
experimentos em isoladores secos, encontrando valores que condizem com a
condição do isolador onde as faixas em decibéis medidas apresentam uma
correlação com a corrente elétrica de fuga medida, indicando o estado de isolamento
do isolador, considerando-se as intensidades em decibéis discutidas na bibliografia,
ou seja, acima de 5 dBu. Quando os testes foram realizados com os isoladores
umedecidos o ultrassom não detectou a intensidade sonora como seria esperado.
Este resultado é considerado importante, pois indica que o equipamento de
Ultrassom não apresentaria a mesma eficiência em medições externas logo após
chuvas, pois os valores encontrados não seriam confiáveis para se concluir sobre a
condição do isolador.
A análise com o Termovisor se demonstrou eficiente em apenas uma das
quatro unidades que apresentavam problema de alto valor de corrente elétrica de
fuga. Assim observa-se que o Termovisor não seria o melhor equipamento para
verificar as condições dos isoladores, pois na maioria dos testes não apresentou
aquecimentos que indicassem problemas nos isoladores.
Para se obter uma boa visão sobre o estado do isolador, o mais indicado seria
a utilização de todos os equipamentos conforme apresentado neste trabalho. Com
os resultados obtidos com cada uma dos equipamentos percebe-se que a
possibilidade de se identificar os isoladores com problema é aumentada.
55
7 TRABALHOS FUTUROS
Durante o desenvolvimento e pesquisas realizadas neste Trabalho de
Conclusão de Curso, mesmo tendo-se atingido os objetivos do mesmo, constatou-se
que ainda existem vários temas a serem estudados e aprofundados. Com isso
sugerem-se alguns pontos que poderão ser pesquisados de forma mais específica
afim de melhor e contribuir com as técnicas de inspeção instrumentalizada, como
segue:
Avaliação dos sinais de Rádio Interferência de isoladores de pino em
outras faixas de frequência de forma a se observar se os padrões
detectados são diferenciados ou mais claros.
Avaliação dos sinais de Rádio Frequência por meio de algoritmo, a fim de
se identificar de forma padronizada o tipo de defeito encontrado.
Estudos relacionados ao tratamento dos resultados de ultrassom por meio
de transformada de Fourier a fim de se identificar frequências e padrões
característicos associados ao tipo de defeito encontrado nos isoladores.
Estudos relacionados aos efeitos da umidade, de forma controlada sobre
os isoladores de pino, avaliando-se os sinais obtidos por Radio
Frequência e Ultrassom.
Estudos sobre como corrigir as imagens térmicas considerando-se as
variáveis umidade, temperatura ambiente, ventos e geometria do isolador
a fim de se detectar o problema em isoladores de pino.
Estudos sobre a variação da intensidade sonora detectada pelo ultrassom
em função da distância em relação ao isolador de pino.
Realizar estudos sobre o efeito da salinidade e poluição sobre os sinais e
padrões detectados pelos equipamentos.
Realizar estudos sobre a natureza das descargas elétricas que ocorrem
em isoladores de pino.
56
8 REFERÊNCIAS
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Instrumentalizada em redes de distribuição urbana e rural em 15 e 34,5 kV. Trabalho
técnico: Sessão 1 - Instalações elétricas na distribuição. CIDEL 2006.
[2] Muhlen, Sérgio Santos. Interferência e Compatibilidade Eletromagnética.
Alemanha 2002.
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Systems.
[4] Loftness, Marv. AC Power Interference Handbook. 2nd Edition, Tumwater, Percival
Technology, 2003.
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detection and location in HV sub transmission and transmission lines, IEEE 2nd
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Management (APSCOM -93), Hong Kong (China), p.673-678 , 7-10 Dez., 1993.
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distribuição, Projeto 2866-032, 2006.
[9] H., R. P. M. de Oliveira; M., L. B. Martinez; I., G. Campos Jr.; R., G. de Oliveira
Jr.; C., de Salles; C., Lefort. Evaluation of the Insulation of 15 kV – 25 kV Feeders
and Procedures for Substitution of Damaged Units”; IEEE International Symposium
on Electrical Insulation; Toronto – Canada, 2006.
[10] Ambrozio, Dionizio Ribeiro; Navolar, Ivan. Análise das técnicas de Ultrassom e
Radio interferência para verificação da ocorrência de descargas parciais em
57
isoladores. Monografia (Graduação em Engenharia Industrial Elétrica – Ênfase em
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