06 - medição de resistências de isolamento - slides

IFCE Campus Maracanarea de Indstria

Curso Tecnlogo em Manuteno Industrial

Manuteno Eltrica Industrial

Celso Rogrio Schmidlin Jnior

Manuteno Eltrica IndustrialSchmidlin Jnior, Celso R. IFCE Campus Maracana

Schmidlin Jnior, Celso R. IFCE Campus Maracana


6. Medio de Resistncias de Isolamento

6.1 Megmetro- Conectando o Megmetro- Correntes de Fuga

6.2 Determinao do Mtodo de Teste- Teste de Instalao- Testes de Manuteno e Predio- Testes em Geradores, Transformadores, Motores e Fios



6.1 Megmetro

A funo do isolamento impedir a passagem da corrente eltrica atravs dele.

Portanto, se o imaginarmos como um elemento de circuito, trata-se de uma resistncia bastante elevada, quase um circuito aberto.

Ou seja, quanto maior o valor da sua resistncia, melhor o isolamento.

Desta forma, para se medir resistncia de isolamento no conveniente usar um multmetro (multiteste), pois a sua tenso interna muito baixa e no produz resultados satisfatrios na medida, podendo mesmo conduzir a erros muito grosseiros.

Para a medio adequada da resistncia de isolamento, utiliza-se o Megmetro (em portugus) ou Megger (em ingls), que assim chamado porque mede resistncias eltricas da ordem de mega ohms (milhes de ohms).

Assim, megmetros podem ser usados para determinar a integridade de circuitos e cabos em motores, transformadores, chaves de distribuio e instalaes eltricas.



6.1 Megmetro

6.1.1 Conectando o Megmetro

O meghmetro possui trs bornes em que so conectados os cabos de mesma cor com as seguintes caractersticas:

Borne de linha (LINE), vermelho, cuja funo enviar tenso ao equipamento sob ensaio;

Borne de terra (EARTH), negativo ou retorno, da cor preta, com a funo de retornar ao instrumento a corrente vinda do equipamento sob ensaio;

Borne de guarda (GUARD), verde, que permite eliminar correntes indesejveis leitura, como correntes parasitas e indutivas que interferem nas medies.

A Figura 6.1 mostra a conexo das ponteiras do megmetro para a medio da resistncia de isolao entre dois condutores e/ou entre um condutor e a terra.

J na Figura 6.2 est testando um motor, medindo as resistncias de isolamento entre duas bobinas e entre bobina e terra (carcaa).



6.1 Megmetro



6.1 Megmetro

Obtendo Medies Precisas

A fim de obter medies de resistncia de isolao significantes, o eletricista deve examinar cuidadosamente o sistema sob teste.

Os melhores resultados so alcanados quando:

1.O sistema ou equipamento desligado e desconectado de todos outros circuitos, chaves, capacitores, escovas, pra-raios e interruptores de circuito.

Certifique-se de que as medies no so afetadas por corrente de fuga atravs de chaves e aparelhos de proteo de sobrecorrente.

2.A temperatura da isolao est acima do ponto de condensao do ar ambiente.

Quando este no for o caso, uma camada de umidade se formar na superfcie de isolao e em alguns casos, ser absorvida pelo material.

3.A superfcie da isolao est livre de carbono e outras matrias estranhas que podem tornar-se condutoras em condies de umidade.



6.1 Megmetro

4.A tenso adotada no muito alta, pois quando se testa sistemas de baixa tenso, o excesso de tenso pode estressar ou danificar a isolao.

5.O sistema sob teste foi completamente descarregado na terra, sendo que o tempo de descarga na terra deve ser aproximadamente cinco vezes o tempo de carga de teste.

6.O efeito de temperatura considerado, uma vez que resistncia de isolao inversamente proporcional temperatura de isolao (a resistncia decresce medida que a temperatura aumenta) e assim, as leituras registradas so alteradas por mudanas na temperatura do material de isolao.

recomendvel que os testes sejam executados temperatura de condutor padro 20oC. Como regra bsica, ao comparar leituras temperatura de base de 20oC, dobre a resistncia para cada 10oC acima de 20oC ou divida a resistncia por dois para cada 10oC abaixo de 20oC em temperatura.

Por exemplo, uma resistncia de 1 Mega-Ohm a 40oC passar a ser 4 Mega-Omhs temperatura de 20oC.

Para medir a temperatura do condutor, use um termmetro infravermelho sem contato.



6.1 Megmetro

Efetuando Medies com Segurana

Alm de seguir as orientaes tratadas no Captulo 3, ao medir a resistncia de isolao:

1.Nunca conecte o testador de isolao a condutores ou equipamentos energizados e sempre siga as recomendaes do fabricante.

2.Desligue o equipamento sob teste abrindo fusveis, chaves e interruptores de circuito.

3.Desconecte os condutores (de circuito e terra) e todos os outros equipamentos da unidade sob teste.

4.Descarregue a capacitncia do condutor, tanto antes quanto depois do teste. Alguns instrumentos podem ter funes de descarga automtica.

5.Verique quaisquer correntes de fuga atravs de fusveis, chaves e interruptores em circuitos no energizados, pois estas podem gerar leituras incorretas e inconsistentes.

6.No use um testador de isolao em atmosfera perigosa ou explosiva, uma vez que o instrumento pode gerar arcos em isolaes danificadas.

7.Use luvas isoladas de borracha quando estiver conectando pontas de teste.



6.1 Megmetro

6.1.2 Correntes de Fuga

Durante o procedimento de teste, a alta tenso CC gerada ao apertar o boto de teste causar uma pequena corrente (A) atravs do condutor e da isolao, a qual depende da tenso aplicada, da resistncia da isolao (Figura 6.3 (a)) da capacitncia do sistema (Figura 6.3 (b)), da resistncia total e da temperatura do material.

Para uma tenso fixa (E), quanto maior a corrente (I), menor a resistncia (R = E / I).

A resistncia total a soma da resistnciainterna do condutor(valor pequeno) maisa resistncia da isola-o em M..



6.1 Megmetro

O valor da resistncia de isolao lido no medidor ser funo das trs seguintes sub-correntes independentes (Figura 6.4):



6.1 Megmetro

Corrente de fuga condutiva (IL): trata-se de uma pequena corrente (A) que normalmen-te flui atravs da isolao entre condutores ou de um condutor terra. Ela aumenta me-dida que a isolao deteriora-se e torna-se predominante depois que a corrente de absor-o some (ver Figura 6.4). Por ser bastante estvel e dependente do tempo, a mais im-portante para medir resistncia de isolao.

Corrente de fuga de carga capacitiva (IC): quando dois ou mais condutores passam em paralelo num conduto, eles se comportam como um capacitor. Assim, uma corrente de fuga flui atravs da isolao do condutor. Esta corrente dura somente alguns poucos segundos, assim que a tenso CC aplicada, e some depois que a isolao foi carregada sua tenso de teste completa.

Em equipamentos de baixa capacitncia, IC > IL, mas geralmente desaparece at o mo-mento em que se comea a registrar os dados. Assim, importante deixar a leitura se fi-xar antes de registr-la. Porm, ao testar equipamentos de alta capacitncia, IC dura muito tempo antes da leitura fixar-se.

Corrente de fuga de absoro de polarizao (IA): deve-se polarizao de molculas dentro do material dieltrico. Em equipamentos de baixa capacitncia, a corrente alta nos primeiros poucos segundos e decresce vagarosamente a quase zero. J ao lidar com equipamentos de alta capacitncia ou isolao molhada e contaminada, no haver decrscimo em IA por um longo perodo.



6.2 Determinao do Mtodo de Teste

Ao testar cabeamento eltrico ou chave de distribuio (equipamentos de baixa capacitncia), as correntes de fuga capacitiva e de absoro (dependentes do tempo) tornam-se insignificantes e decrescem a zero quase instantaneamente.

Um fluxo de corrente de fuga condutiva estvel alcanado quase instantaneamente (um minuto ou menos), fornecendo condies perfeitas para a leitura de ponto/teste de resistncia de curta durao.

Por outro lado, quando o equipamento a ser testado uma grande extenso de cabo, um grande motor ou gerador (equipamentos de alta capacitncia) as correntes dependentes de tempo iro durar horas, levando as leituras do medidor a mudar constantemente, tornando impossvel a obteno de uma leitura estvel e apurada.

Esta condio pode ser superada atravs de um teste que estabelea uma tendncia entre as leituras, como teste de tenso progressiva ou de absoro dieltrica.

Estes testes no dependem de uma leitura nica mas de um conjunto de leituras relativas. Seria uma perda de tempo executar tais testes em equipamentos de baixa capacitncia uma vez que correntes dependentes do tempo diminuem rapidamente, resultando em todas as medies iguais.

Assim, o mtodo de teste determinado pelo tipo de equipamento sob teste e pela razo do teste.




RAZES DO TESTE DE ISOLAO

A mais importante razo para o teste de isolao garantir a segurana pblica e pesso-al, pois, ao executar este teste entre condutores no energizados, na terra e condutores-terra, pode-se eliminar a possibilidade de curtos circuitos ou curtos terra ameaadores.

Como este teste geralmente executado depois da instalao inicial do equipamento, chamado de Teste de Instalao, sendo que este processo proteger o sistema contra equipamentos defeituosos e mal conectados por fios e ir garantir uma instalao de alta qualidade, a satisfao do cliente e proteo contra incndio ou choque.

A segunda razo mais importante para o teste de isolao proteger e prolongar a vida de sistemas eltricos e motores, pois, ao longo dos anos, sistemas eltricos so expostos a fatores ambientais como sujeira, graxa, temperatura, estresse e vibrao: condies que podem levar a falhas de isolao, resultando em perda de produo ou mesmo incndios.

Assim, Testes de Manuteno peridica podem fornecer informaes valiosas sobre o estado de deteriorao e ajudaro a predizer possveis falhas do sistema.

A correo de problemas no somente evitar surpresas e aborrecimentos mas tambm extender a vida til de operao para uma variedade de equipamentos.




6.2.1 Teste de Instalao

Eletricistas e engenheiros executam este teste (tambm chamado teste de prova) para garantir a instalao apropriada e a integridade dos condutores.

um teste rpido e simples usado para indicar a condio instantnea da isolao.

Ele no fornece dados de diagnstico e as tenses de teste usadas so muito maiores do que as usadas em testes de manuteno.

s vezes chamado de teste GO/NO GO (PASSA/NO PASSA), pois testa para erros de manuteno, instalao incorreta, degradao avanada ou contaminao.

A instalao declarada aceitvel se nenhum colapso ocorrer durante o teste.

Um teste de prova pode ser executado em equipamentos de qualquer capacitncia.

Escolhendo a tenso de teste

O teste de prova feito com tenso nica, geralmente entre 500 e 5000V, por cerca de um minuto.




comum estressar a isolao acima de tenses de trabalho normais a fim de detectar falhas sutis na isolao.

Para novos equipamentos, o teste deve ser feito entre 60 e 80% da tenso de teste de fbrica (maior do que a tenso quotada, determinada pelo fabricante).

NOTA: A tenso quotada a quantidade mxima de tenso qual o condutor pode ser exposto por um longo perodo de tempo, geralmente impresso no condutor. Lembrando que, para sistemas monofsicos, bifsicos ou trifsicos, o cabo classificado fase a fase.

Se no se souber a tenso de teste de fbrica, testar usando uma tenso de cerca do dobro da quotada para o cabo mais 1000 volts.

Este mtodo somente deve ser usado para testar aparelhos pequenos e novos, devido capacidade destes de suportar tenses de maior estresse.

Para equipamentos e fios maiores e mais antigos, utilizar as tenses de teste CC dadas na Tabela 6.1.

Tenses CC de testes de prova comuns (no as tenses de teste do fabricante) usadas para testar equipamentos rotativos so mostradas na Tabela 6.2.




Procedimento de Teste de Prova

Para conduzir um teste de prova de instalao, use o seguinte procedimento:

1.Certificar-se de que no h energia aplicada ao circuito testado (medio de tenso).

2.Selecione o nvel de tenso apropriado.

3.Plugue uma terminao da ponta de teste preta no terminal comum do medidor e toque a sonda de teste na terra ou outro condutor (Figura 6.1). s vezes til conectar terra todos os condutores que no so parte do teste. Garras jacar podem fazer medies mais facil e precisamente.

4.Plugue uma terminao da ponta de teste vermelha no terminal de volt/ohm do medidor e conecte a sonda de teste ao condutor a ser testado.

5.Pressione o boto de teste para aplicar a tenso desejada e ler a resistncia mostrada no medidor. Pode levar alguns segundos at a leitura se estabilizar. Quanto maior a resistncia melhor.

6.Teste cada condutor contra a terra e contra todos outros condutores presentes no canal condutor. Mantenha em local seguro um registro datado dos valores medidos.




7.Se algum condutor falhar no teste, identifique o problema ou retire os condutores. Umidade, gua ou sujeira podem gerar leituras de baixa resistncia.

6.2.2 Testes de Manuteno e Predio

Testes de manuteno podem oferecer informaes importantes sobre o estado presente e futuro de condutores, geradores, transformadores e motores.

A chave para um teste de manuteno efetivo a boa coleo de dados.

Examinar os dados coletados ajudar no diagnstico e no trabalho de reparo, que ir reduzir o tempo ocioso em funo de falhas inesperadas.

As tenses de teste CC mais comumente aplicadas e testes de manuteno executados so apresentados na Tabela 6.3:




LEITURA PONTUAL / TESTE DE RESISTNCIA DE CURTA DURAO

Durante o teste de curta durao, o meghmetro conectado diretamente ao equipamen-to sendo testado e a tenso de teste aplicada por cerca de 60 segundos (Figura 6.5).

A fim de alcanar uma leitura de isolao estvel em cerca de um minuto, o teste deve ser executado somente em equipamentos de baixa capacitncia.

O procedimento de conexo o mesmo do teste de prova e a tenso aplicada calculada a partir das frmulas de tenso de teste CC.




Ao testar bons equipamentos, nota-se um aumento estvel na resistncia de isolao devido ao decrscimo de IC e IA.

Devido a temperatura e a umidade poderem afetar as leituras, prefervel que as medi-es sejam feitas acima do ponto de condensao, em temperatura padro ( 20o C).

Para equipamentos com tenso nominal < 1000 V, a leitura de isolao deve ser 1 M.

J para equipamentos acima de 1000 V, a resistncia esperada deve crescer 1 M por cada 1000 V aplicados.

Geralmente, a resistncia de isolao medida ser um pouco menor que os valores regis-trados previamente, resultando numa tendncia decrescente como mostra a Figura 6.6.

A inclinao descrescente um sinal normal do envelhecimento da isolao.

Uma curva decrescente aguda indica uma falha de isolao ou um alerta de futuros problemas.




TESTE DE TENSO EM PASSOS

Neste teste, aplica-se cada tenso de teste para o mesmo perodo de tempo (geralmente 60 segundos), representando em grfico a resistncia de isolao registrada (Figura 6.7).

Aplicando tenses crescentes em passos,a isolao exposta a estresses eltricoscrescentes que podem revelar informa-es sobre falhas na isolao como furos,danos fsicos ou fragilidade.

Uma boa isolao deve suportar aumentosde estress de sobretenso e sua resistn-cia deve permanecer aproximadamente amesma durante o teste com diferentes n-veis de tenso.

Por outro lado, especialmente em nveis detenses mais altos, isolaes contaminadas,deterioradas e quebradas iro experimentarum fluxo de corrente aumentado, resultandonum decrscimo da resistncia de isolao.




A Figura 6.8 mostra curvas de teste de ten-so em passos boa e ruim.

Este teste independente do material deisolao, da capacitncia do equipamento edo efeito de temperatura, podendo ser exe-cutado logo aps um teste de ponto de iso-lamento, uma vez que no toma muitotempo.

Enquanto o teste de ponto lida com mudan-a de resistncia absoluta (leitura nica)com relao ao tempo, o teste de tenso empassos busca curvas de resistncia com re-lao a tenses de teste variantes.




ABSORO DIELTRICA / TESTE DE TEMPO-RESISTNCIA

independente do tamanho do equipamento e da temperatura.

Ele compara as caractersticas de absoro de isolaes contaminadas com as caractersticas de absoro de boas isolaes.

A tenso de teste aplicada alm de um perodo de 10 minutos, com os dados registrados a cada 10 segundos do primeiro ao ltimo minuto.

A interpretao da curva do grfico esboado (Figura 6.9) ir determinar a condio da isolao: um crescimento contnuo na resistncia representada indica boa isolao, j uma curva uniforme ou decrescente indica isolao danificada.

Outro mtodo de determinar a qualidade de isolao usar o teste de ndice de polarizao (IP).

Ele particularmente valioso no descobrimento de umidade e entrada de leo que possuem um efeito de achatamento na curva do IP, gerando corrente de fuga e eventualmente circuitos em curto.




O IP a proporo de duas leituras de temporesistncia: uma tomada depois de 1 minuto e outra depois de 10 minutos.

Com boa isolao, a resistncia de isolao comea baixa e cresce medida que a corrente de fuga capacitiva diminui.

Resultados so obtidos dividindo-se o valor de teste de 10 minutos pelo valor de teste de 1 minuto. Um IP baixo indica problemas com a isolao.

Quando o tempo de teste restrito, um atalho para o teste de ndice de polarizao o teste de segundos (60/30) da proporo de absoro dieltrica (Tabela 6.4).




RESUMO

A Tabela 6.5 traz um resumo dos testes mencionados anteriormente.




6.2.3 Testando Conexes em Geradores, Transformadores, Motores e Fios

Para testar a resistncia de isolao em geradores, transformadores, motores e instalaes de fios, pode-se empregar qualquer um dos testes de manuteno e predio mencionados anteriormente.

Escolher testes de leitura de ponto, de tenso em passos ou tempo-resistncia depende da razo do teste e da validade dos dados obtidos.

Vale ressaltar que cada fase deve ser testada em sequncia e separadamente enquanto todas as outras fases esto aterradas.

Deste modo, a isolao entre as fases tambm testada.

Correo de temperatura para testes de mquinas rotativas

Para testar armaes e resistncia de isolao de curvas em campo a temperaturas variadas, o IEEE recomenda a seguinte frmula de resistncia de isolao:

Rm = Kt.(kV + 1)




onde Rm resistncia de isolao mnimacorrigida para 40oC em M, Kt o coefi-ciente de temperatura da resistncia deisolao temperatura de curva, obtido apartir da Figura 6.10 e kV a tenso determinal a terminal nominal da mquinaem kV.

Para um sistema trifsico testado com asoutras duas fases aterradas, a resistnciaregistrada para cada fase deve ser dividi-da por dois.

Ento, o valor resultante pode ser compa-rado com a resistncia de isolao mni-ma recomendada (Rm).




Testando Geradores e Motores

Ao testar resistncia de bobinas de estator, certifique-se de que as fases e circuitos do estator esto desconectadas.

Mea a resistncia de isolao entre circuitos e entre os circuitos e a terra.

Quando geradores CC ou motores esto sendo testados, as escovas devem ser levanta-das de forma que as bobinas possam ser testadas separadamente da armao.

A Tabela 6.6 d as resistncias mnimas recomendadas para motores de variadas tenses nominais.




Testando Transformadores

Ao testar transformadores monofsicos, teste circuito a circuito, circuito a terra ou um circuito de cada vez com todos os outros aterrados.

Para determinar a resistncia de isolao mnima, use uma das seguintes frmulas da Ta-bela 6.7, onde R a resistncia de isolao mnima de 500 volts CC de um minuto em M; C a constante para medies de 20oC (igual a 1,5 para transformador com preen-chimento de leo e 30 para transformador sem preenchimento de leo/seco/preenchimen-to composto); E a tenso nominal; e kVA a potncia nominal do circuito sob teste.

Para transformadores trifsicos, substitua E por Ef-f (para transformadores delta) ou Ef-n (para transformadores em Y) e a potncia do circuito sob teste de kVA para kVA3.

Para unidadestrifsicas:

kVA3 = 3.(kVA1)1/2.




Testando Instalaes de Fios e Cabos

Ao testar fios e cabos, eles devem estar desconectados de mquinas e painis para mant-los isolados, sendo testados uns contra os outros e contra a terra.

A Insulated Power Cable Engineers Association (IPCEA) fornece a seguinte frmula que sugere valores mnimos de resistncia de isolao:

R = K.Log10(D/d)

onde:

R a resistncia em M por 300 metros de cabo (baseado no potencial de teste de 500 V, aplicado por um minuto a 15,6oC);

K a constante de material de isolao. Por exemplo: papel impregnado 2.640, cam-braia envernizada 2.460, polietileno termoplstico 50.000, polietileno composto 30.000;

D o dimetro externo de isolao de condutor para fios e cabos condutores nicos. D = d + 2c + 2b dimetro de cabo condutor nico, onde d o dimetro de condutor, c a espessura de isolao de condutor e b a espessura de isolao de capa.




Por exemplo, um condutor nmero 6 A.W.G. de 300 metros com borracha natural resistente ao calor e espessura de isolao de 0,125 polegadas ter K=10.560 e Log10(D/d) = 0,373.

De acordo com a equao anterior, R = 10.560 x 0,373 = 3,939 M por 300 metros.

Assim, a resistncia de isolao mnima esperada para um nico condutor por 300 metros temperatura de 15,5oC ser 3,939 M.


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