UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ · INSPEÇÃO INSTRUMENTALIZADA DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO ... 3.6...

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


........................................................................................................................ 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


condição úmida. .............................................................................................. 36


condição úmida. .............................................................................................. 36


condição úmida. .............................................................................................. 36


condição úmida. .............................................................................................. 37


condição úmida. .............................................................................................. 37


condição úmida. .............................................................................................. 37


condição úmida. .............................................................................................. 38


condição úmida. .............................................................................................. 38

TCC_FINAL_REVIS+âO_BANCA.doc#_Toc280036778


























viii

Figura 43 - Isolador 1. Sinal detectado pela bobina de Rogowski. À esquerda

condição a seco. À direita condição úmida. .................................................... 39

















Figura 52 - Isolador 1. Sinal detectado pelo Ultrassom. À esquerda em

condição a seco. À direita em condição úmida................................................ 42

















































ix



Figura 64 - Imagem da termografia para o Isolador 1. À esquerda para a

condição a Seco. À direita condição úmida. .................................................... 46

















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).

http://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9trica

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.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/e/ed/Flashed_cabletop.JPG

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



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.



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





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.


somente ruídos de fundo, tanto na condição a seco como na condição úmida.


pequenas distribuições de descargas tanto na condição a seco como na condição

úmida.




38


a seco apresenta duas distribuições, sendo uma de maior intensidade e



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.



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.


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.




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.




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 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.



44


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.


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.




45


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.


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.



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.


47




48




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.



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

[1] Gonçalves, Vando Garcia; Nagano, Gilberto Kazuyuki. Inspeção

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.

[3] Clayton, R. Paul. Electromagnetics for Engineers with Applications to Digital

Systems.

[4] Loftness, Marv. AC Power Interference Handbook. 2nd Edition, Tumwater, Percival

Technology, 2003.

[5] Shihab, S.; Wong, K.L. Detection of faulty components on power lines using radio

frequency signatures and signal processing techniques. IEEE Power Engineering

Society Winter Meeting, Cingapura, v.4, p.2449-2452, 23-27 Jan., 2000.

[6] Dutta, P.K. ; Duttagupta, P.B. Novel signal processing techniques for fault

detection and location in HV sub transmission and transmission lines, IEEE 2nd

International Conference on Advances in Power System Control, Operation and

Management (APSCOM -93), Hong Kong (China), p.673-678 , 7-10 Dez., 1993.

[7] K., Kannus A. Lehtio E. Lakervi. Radio and TV Interference Caused by Public 24

kV Distribution Networks. IEEE Transactions on Power Delivery, v.6, p.1856-1861

No.4, Oct., 1991.

[8] Kowalski, E.L; Machado, R.P; Fernadez, Mariana; Borges, Ademar. Sistema de

inspeção instrumental para detecção de falhas em isoladores nas linhas de

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

Eletrotécnica), Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR. Curitiba,

2009.

[11] I., G. Campos Jr; H., R. P. M de Oliveira; M., L. B. Martinezl; R., G. de Oliveira

Jr. Evaluation of the Insulation of 15 kV - 25 kV Feeders and Procedures for

Substitution of Damaged Units. International Conference on Solid Dielectrics,

Winchester, UK, 8-13 Jul., 2007.

[12] Lundgaard, L. E. Partial Discharge-Part XIV: Acoustic Partial Discharge

Detection-Practical Application. IEEE, September/October, v. 8 Nº 5, 1992

[13] Yanging, Li. Study on Ultrasonic Generation Mechanism of Partial Discharge.

Proceedings of 2005 International Symposium on Electrical Insulating Materials,

June, Kitakyushu, Japão, 2005.

[14] L. Jermendy; S. Simon. Insulation Diagnostic Methods. IEEE Power Delivery v.2

p.81-85, 1998.

[15] http://www.eletromax.com.br/index.asp?InCdSecao=3&InCdSubSecao=50

Acesso em 25/10/2010

[16] Ozisik, M. Necati. “Transferência de calor- um texto básico”, Rio de Janeiro:

Editora Guanabara Koogan S. A. 1990.

[17] Kreith, Frank. “Princípios da transmissão de calor‟‟ São Paulo: Editora Edgard

Blucher Ltda, 1977.

[18] DurraniI, T.S.; Rauf, A.; Boyle, K.; Lotti, F. Reconstruction techniques for the

inspection of composite materials using thermal images. International Conference on

Acoustics, Speech, and Signal Processing, New York, v.2, p. 863-866, 11-14 Abr.,

1988.

[19] Niancang, H. The infrared thermography diagnostic technique of high-voltage

electrical equipments with internal faults. International Conference on Power System

Technology (POWERCON), Beijing (China), v.1, p.110-115, 18 - 21 Ago., 1998.

[20] Ishino, R. Detection of a faulty power distribution apparatus by using thermal

images. IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, New York, v. 2, p. 1332-

1337, 27 – 31 Jan., 2002.

http://www.eletromax.com.br/index.asp?InCdSecao=3&InCdSubSecao=50

58

[21] Barreto, J. T.; Carvalho, S. G.; de Oliveira M. J; de Martins H. J. A; da Silva A. N.

Diagnóstico de Campo da Condição Operativa de Subestações de 138 kV através

da Termovisão. Seminário de Sistemas de Transmissão e Distribuição de Energia

Elétrica – ABRAMAN, Belo Horizonte, Jun., 2006.

[22] Higashi, Eduardo M.; Filho, Vitoldo Swinka, “Modelagem da Bobina de Rogowski

para medidas de pulsos de corrente elétrica.”, Dissertação de mestrado, UFPR,

2006.

[23] Kojovic, L. “PCB Rogowski coils benefit relay protection,” IEEE Comput. Appl.

Power, v. 15, No. 3, p. 50–53, Jul., 2002.

[24] W. Rogowski; W. Steinhaus, “Die Messung der magnetische Spannung”, Arch

Eletrotech, v.1, p.141-150, 1912.

[25] Ray, W. F.; Hewson, C. R., High Performance Rogowski Current Transducers ,

Power Electronic Measurements Ltd, Nottingham, U.K, 2000.

[26] Montero, Marta Argueso; Robles, Guilhermo; Sanz, Javier. “Estudo de uma

bobina de Rogowski como sonda detectora de pulsos de alta frequência”,

Universidade Carlos III de Madri, Fev., 2005.

[27] Junior, José Arinos Teixeira; Gamboa, Ricardo Alfaro. Manual do Usuário do

Isolômetro. LACTEC, 2007.

[28] Saraiva, D. B., Isolantes e dielétricos, in Materiais Elétricos, Rio de Janeiro:

Guanabara Koogan, p.98-107, 1988.

[29] Liebermann, J. Reliability of materials for high-voltage insulators. American

Ceramic Society Bulletin, v.79, p.55–58, 2000.

[30] Tod, Jack H. A History of the Electrical Porcelain Industry in the United States.

Buna, 1977.

[31] Sudarshan, T. S.; Dougal R. A. Mechanisms of Surface Flashover Along Solid

Dielectrics in Compressed Gases: A Review. IEEE Transactions on Electrical

Insulation, V. EI-21, nº 5, Oct., 1986.

[32] Kreuger, F. H. Partial Discharge Detection in High-Voltage Equipment,

Butterworths, 1989

59

[33] Edin ,H. “Partial Discharge Studied with Variable Frequency of the Applied

Voltages”, Doctoral dissertation, Kungl Tekniska Hogskolan (KTH), Stockholm,

Sweden, 2001

[34] Kuffel, E.; Zaengl, W. S.; Kuffel J., High Voltage Engineering: Fundamentals: 2nd

ed. Newnes, Butterworth-Heinemann, 2000.

[35] Bartnikas, R.; MsMahon, E. J. Engineering Dielectrics, v.1 Corona Measurement

and Interpretation, ASTM STP 669, 1979.

[36] König, D.; Narayana, R. Y. Partial Discharges in Power Apparatus, Berlin: Vde-

Verlag Gmbh, 1993.

[37] Qiu, Y.; Sun, A.; Zhang, Z. “Factors Affecting Partial Discharges in SF6 Gas

Impregnated Polymer Film Insulation”, 2nd International Conference on Properties

and Applications of Dielectric Materials, Beijing, China, 12-16 Sep., 1988.

[38] Piah, M. A. M.; Daru, A.; Hassan, A. Electrical Tracking Performance of LLDPE-

Natural Rubber Blends by Employing Combination of Leakage Current Level and

Rate of Carbon Track Propagation. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical

Insulation v. 12, No. 6; Dec., 2005.

[39] Hackam, R., „„Outdoor HV Composite Polymeric Insulators‟‟, IEEE Transactions

on Dielectrics and Electrical Insulation. v.6, p. 557-585, 1999.

[40] Chang, R. J.; Mazeika, L. „„Analysis of Electrical Activity As sociated with

Inclined-Plane Tracking and Erosion of Insulating Materials‟‟, IEEE Transactions on

Dielectrics and Electrical Insulation, v.7, 2000.

[41] Chiba, Masakuni; Uematsu, Hisashi; Nitta, Tanzo. Characteristics of Surface

Spark-Over Voltage for Several Waveforms on Solid Insulators in Cryogenic

Coolants. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, v.12, No 1, Mar. 2002.

[42] Rahal, A. M.; Huraux, C. Flashover Mechanism of High Voltage Insulators. IEEE

Transactions on Power Apparatus and Systems, v. PAS-98, No.6 Nov.-Dec., 1979.

[43] Cheng, T. C.; Jolly, D. C.; King, D. J. Surface flashover of water repellant

insulators under moist conditions. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical

Insulation v.12, No.3, 1977.

60

[44] Wilkins, R.; Al Baghdadi, A. A. J. Arc propagation along an electrolyte surface*

Proc. I.E.E. v.118, n12, Dec., 1972.

[45] Jolly, D.C. Contamination flashover Part 1: Theoretical aspects. IEEE

Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Dec., 1972.

[46] Nyamupangedengu, C.; Luhlanga, L. P; Letlape, T. Acoustic and HF Detection of

Defects on Porcelain Pin Insulators. IEEE PES Power Africa Conference and

Exposition Johannesburg, South Africa, p.16-20 Jul., 2007

[47] Cherney, E. A.; Amm, D. E. "Development and Application of Hot-line

Suspension Insulator Tester". IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,

v.4, PAS-100, 1981.

[48] Li, Cheng Rong. The Sensivity of Indentify Faulty Insulator String by Detecting

Insulator Corona Current. International Symposium on Electrical Insulating Materials.

Toyohashy, Japan, 1998.

[49] Filho, Vitoldo Swinka. Imagens de Defeitos por Descarga Parcial Estimulada por

Raio X Pulsado em Materiais Dielétricos Poliméricos. Tese de doutorado

Apresentada ao Programa de Pós Graduação em Engenharia, Universidade Federal

do Paraná, 2000.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ · INSPEÇÃO INSTRUMENTALIZADA DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO ... 3.6...

Documents

Transcript of UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ · INSPEÇÃO INSTRUMENTALIZADA DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO ... 3.6...