imagens de defeitos por descarga … swinka filho imagens de defeitos por descarga parcial...

VITOLDO SWINKA FILHO

IMAGENS DE DEFEITOS POR DESCARGA PARCIAL

ESTIMULADA POR RAIO X PULSADO EM MATERIAIS

DIELÉTRICOS POLIMÉRICOS

Tese apresentada como requisito parcial à

obtenção do grau de Doutor em Engenharia.

Programa Interdisciplinar de Pós-graduação

em Engenharia, Universidade Federal do

Paraná.

Orientador: Prof. Dr. Renê Robert

CURITIBA

2000

Dedico este trabalho à minha esposa e filhos,

Martinha, Tiago e Bruna

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Renê Robert pela orientação segura e dedicação durante o

desenvolvimento do trabalho.

A Companhia Paranaense de Energia (COPEL) pela bolsa de estudos.

Ao Instituto Tecnológico para o Desenvolvimento (LACTEC-UFPR) pela utilização

das instalações e equipamentos.

Ao Laboratório de Óptica de Raios X e Instrumentação do Departamento de Física da

Universidade Federal do Paraná pela utilização das instalações e equipamentos.

Aos funcionários do Laboratório de Alta Tensão do LACTEC pelo apoio técnico e

sugestões.

Ao colega físico e doutorando Ms. C. Hamilton Pereira da Silva pelas sugestões no

desenvolvimento do sistema de aquisição de imagens.

Ao colega doutorando Prof. Ms. C. Sérgio Luiz Berleze e ao Eng. Ricardo Luiz Araújo

pelo apoio e pelas sugestões na elaboração do trabalho.

Aos colegas da área de materiais do LACTEC pelo apoio na confecção e microscopia

das amostras.

Ao Sr. Douglas Sergey Domingues da Silva da Oficina de Apoio à Pesquisa do

Departamento de Física da UFPR pela confecção dos eletrodos.

Aos colegas e professores Programa Interdisciplinar de Pós-Graduação em Engenharia

(PIPE) pelo apoio e amizade e a todos que de alguma forma colaboraram para a realização

deste trabalho.

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ VII

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .................................................................. XIV

RESUMO.................................................................................................................. XV

ABSTRACT ............................................................................................................. XVI

1 INTRODUÇÃO........................................................................................................1

1.1 OBJETIVO ....................................................................................................................2

1.2 JUSTIFICATIVA............................................................................................................2

1.3 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO..............................................................................3

2 REVISÃO DA LITERATURA...................................................................................5

2.1 DESCRIÇÃO DO FENÔMENO DE DESCARGAS PARCIAIS .....................................9

2.2 CLASSIFICAÇÃO DAS DESCARGAS PARCIAIS .......................................................9

2.2.1 DESCARGA PARCIAL INTERNA ....................................................................................10

2.2.2 DESCARGA PARCIAL SUPERFICIAL ............................................................................11

2.2.3 EFEITO CORONA............................................................................................................12

2.3 CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA DE DESCARGAS PARCIAIS INTERNAS........13

2.3.1 INFLUÊNCIA DO CAMPO ELÉTRICO LOCAL................................................................13

2.3.2 GERAÇÃO DE ELÉTRONS INICIAIS ..............................................................................14

2.4 PRINCÍPIOS DE DETECÇÃO ....................................................................................16

2.4.1 CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS PARA A IMPEDÂNCIA DE MEDIÇÃO...................17

2.5 GRANDEZAS RELACIONADAS ................................................................................19

2.5.1 GRANDEZAS BÁSICAS...................................................................................................19

2.5.2 GRANDEZAS INTEGRADAS...........................................................................................20

2.6 TÉCNICAS DE ANÁLISE............................................................................................22

2.6.1 ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES ESTATÍSTICAS ..........................................................22

2.7 ANÁLISE DAS FORMAS DE ONDA...........................................................................28

3 COMPORTAMENTO DAS DESCARGAS PARCIAIS ESTIMULADAS POR RAIO

X PULSADO..............................................................................................................31

3.1 TÉCNICA DE PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS COM VAZIOS ESFÉRICOS............32

3.2 DESCRIÇÃO DO ARRANJO EXPERIMENTAL .........................................................34

3.3 ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES DAS DESCARGAS PARCIAIS..............................37

3.4 DEPENDÊNCIA DO ÂNGULO CRÍTICO COM O CAMPO ELÉTRICO LOCAL.........42

3.5 ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES DE AMPLITUDE DAS DESCARGAS PARCIAIS ..44

3.6 INFLUÊNCIA DA VARREDURA DO FEIXE DE RAIO X NA REGIÃO DO DEFEITO 45

4 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS .................48

4.1 GERAÇÃO DOS PULSOS DE RAIO X ......................................................................49

4.2 GERAÇÃO DA TENSÃO ALTERNADA......................................................................53

4.3 ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS COM RESOLUÇÃO EM AMPLITUDE E

FASE..................................................................................................................................54

4.3.1 IMPEDÂNCIA DE MEDIÇÃO E PRÉ-AMPLIFICADOR ...................................................56

4.3.2 RETIFICADOR DE PRECISÃO DE ONDA COMPLETA .................................................59

4.3.3 FILTRO SUAVIZADOR ....................................................................................................60

4.3.4 CONVERSÃO DO SINAL ANALÓGICO PARA DIGITAL ................................................61

4.3.5 DETECTOR DE ZERO.....................................................................................................64

4.4 POSICIONADOR XY ..................................................................................................66

4.5 SOFTWARE PARA CONTROLE DO SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS ......67

4.5.1 POSICIONAMENTO DO FEIXE DE RAIO X ...................................................................69

4.5.2 ANÁLISE E GERAÇÃO DAS DISTRIBUIÇÕES ESTATÍSTICAS DAS DESCARGAS

PARCIAIS. ...................................................................................................................................72

4.6 CALIBRAÇÃO DO ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS...............................76

4.7 VISTA DO SISTEMA PROTÓTIPO ............................................................................81

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................82

5.1 IMAGENS DE VAZIOS ESFÉRICOS .........................................................................82

5.1.1 TENSÃO APLICADA À AMOSTRA..................................................................................82

5.1.2 INTENSIDADE E ENERGIA DO FEIXE DE RAIO X........................................................83

5.1.3 DIÂMETRO DO FEIXE DE RAIO X..................................................................................84

5.1.4 CONSTRUÇÃO DA IMAGEM ..........................................................................................84

5.2 REPETITIVIDADE DO MÉTODO DE CONSTRUÇÃO DE IMAGENS .......................87

5.3 EFEITO DA INTENSIDADE DO FEIXE DE RAIO X...................................................89

5.4 DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE DETECÇÃO .........................................................91

6 CONCLUSÕES...................................................................................................103

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ......................................................104

ANEXO A - PROGRAMA FONTE EM LINGUAGEM C..........................................105

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................112

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Imagem por microscopia eletrônica de varredura de um material compósito

com falta de adesão entre as fases............................................................................... 6

Figura 2 - Imagem por microscopia eletrônica de varredura de um material compósito

com falta de adesão entre as fibras e a matriz polimérica ............................................ 6

Figura 3 - Imagem por microscopia óptica de um corte da seção transversal do

isolamento epóxi-mica de uma barra estatórica de hidrogerador com um vazio na

região do epóxi. (ampliação 40 vezes).......................................................................... 7

Figura 4 - Imagem por microscopia óptica de um corte da seção transversal do

isolamento de uma barra estatórica de hidrogerador com grande delaminação do

compósito epóxi-mica.................................................................................................... 8

Figura 5 - Representação dos tipos comuns de vazios internos ................................. 10

Figura 6 - Representação dos caminhos condutores gerados por descarga parcial em

um material dielétrico polimérico ................................................................................. 11

Figura 7 - Representação da descarga parcial superficial em um material dielétrico

polimérico .................................................................................................................... 12

Figura 8 - Representação de um eletrodo metálico com ponta aguda gerando

descarga corona..........................................................................................................12

Figura 9 - Relação entre o campo elétrico local e o campo elétrico médio no interior do

material dielétrico para um vazio plano e um esférico................................................. 14

Figura 10 - Circuito básico para detecção de pulsos de descargas parciais em uma

amostra de material dielétrico. .................................................................................... 16

Figura 11 - Impedância de medição com circuito RLC paralelo .................................. 18

Figura 12 - Representação da ocorrência de pulsos de corrente de descarga parcial

em relação ao ângulo de fase da tensão aplicada à amostra. .................................... 22

Figura 13 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais em função do ângulo

de fase da tensão aplicada à amostra......................................................................... 23

Figura 14 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais por efeito corona em

função do ângulo de fase da tensão aplicada ............................................................. 24

Figura 15 - Distribuição da carga aparente média das descargas parciais em função

do ângulo de fase da tensão aplicada à amostra ........................................................ 25

Figura 16 - Distribuição das amplitudes das descargas parciais em uma amostra de

epóxi com vazio esférico ............................................................................................. 25

Figura 17 - Representação 3D das ocorrências das descargas parciais em função do

ângulo de fase e da amplitude .................................................................................... 27

Figura 18 - Representação da ocorrência das descargas parciais em função do ângulo

de fase e da amplitude utilizando mapas em tons de cinza ........................................ 28

Figura 19 - Forma de onda de uma descarga parcial por efeito corona registrada por

um osciloscópio Tektronicx TDS 210 ..........................................................................29

Figura 20 - Espectro de frequência de um pulso de descarga parcial obtido por

Transformada Rápida de Fourier (FFT) ...................................................................... 30

Figura 21 - Diagrama esquemático de uma amostra com um vazio esférico. ............. 33

Figura 22 - Fotografia de uma amostra com o eletrodo de alumínio. .......................... 34

Figura 23 - Diagrama esquemático do arranjo experimental para estimular descargas

parciais por pulsos de raio x........................................................................................ 35

Figura 24 - Distribuição temporal dos pulsos de raio x para diversas posições de

sincronismo em relação ao ângulo de fase da tensão aplicada à amostra. ................ 36

Figura 25 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais estimuladas por raio x

pulsado, no primeiro quadrante da tensão aplicada à amostra (entre 0° e 90°), para

diversos valores de intensidade dos pulsos de raio x. ................................................ 38

Figura 26 - Ampliação da região de distribuição das ocorrências das descargas

parciais estimuladas por raio x pulsado, no primeiro quadrante da tensão aplicada à

amostra, para diversos valores de intensidade dos pulsos de raio x. ........................ 38


pulsado, no terceiro quadrante da tensão aplicada à amostra para diversos valores da

intensidade dos raio x. ................................................................................................ 40


pulsado, para ângulos de fase entre -45° e +45°, para diversos valores de intensidade

do pulso de raio x. ....................................................................................................... 40

Figura 29 - Distribuições de ocorrências das descargas parciais em uma amostra

estimulada por raio x pulsado e também distribuições de ocorrências devidas a outros

fatores de inicialização. ............................................................................................... 41

Figura 30 - Representação do campo elétrico local ultrapassando o valor crítico e

definindo um ângulo crítico para ocorrência das descargas parciais. ......................... 42

Figura 31 - Deslocamento do ângulo crítico para ocorrências das descargas parciais

em função do campo elétrico aplicado à amostra. Intensidade dos pulsos de raio x

constante..................................................................................................................... 43

Figura 32 - Distribuições de ocorrências das descargas parciais, em função da

amplitude, para diferentes valores de intensidade do pulso de raio x ......................... 44

Figura 33 - Representação da área de interseção entre a área irradiada pelo feixe de

raio x e a área projetada pelo vazio na superfície da amostra .................................... 46

Figura 34 - Varredura do feixe de raio x com diâmetro de "spot" aproximado de 2 mm

na região da amostra com vazio de diâmetro aproximado de 1 mm. .......................... 46

Figura 35 - Diagrama esquemático do sistema protótipo de aquisição de imagens de

defeitos por descarga parcial estimulada por raio x pulsado....................................... 49

Figura 36 - Fotografia do “Chopper” de raio x. 1 - Disco giratório de chumbo. 2 -

Janelas. 3 - foto-acoplador. 4 - Suporte do motor ....................................................... 50

Figura 37 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do foto-acoplador............... 51

Figura 38 - Forma de onda do sinal do “Chopper” utilizado para sincronizar a tensão

senoidal aplicada à amostra........................................................................................ 52

Figura 39 - Circuito de medida de descargas parciais. T - transformador elevador de

tensão, K - capacitor de acoplamento, a - amostra, Z - impedância de medição e A -

pré-amplificador...........................................................................................................53

Figura 40 - Diagrama em blocos do analisador de descargas parciais com resolução

em amplitude e fase e controle do posicionamento da amostra.................................. 54

Figura 41 - Forma de onda de um pulso de descarga parcial corona medida em um

resistor de 1 kΩ. .......................................................................................................... 55

Figura 42 - Diagrama eletrônico do circuito pré-amplificador com a impedância de

medição T1.................................................................................................................. 57

Figura 43 - Sinal na saída da impedância de medição................................................ 57

Figura 44 - Sinal na saída do pré-amplificador............................................................ 58

Figura 45 - Diagrama eletrônico do circuito retificador de precisão de onda completa.59

Figura 46 - Sinal na saída do retificador de precisão de onda completa..................... 60

Figura 47 - Diagrama eletrônico do filtro suavizador. .................................................. 61

Figura 48 - Sinal na saída do filtro suavizador. ........................................................... 61

Figura 49 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do conversor analógico-

digital e a lógica de controle. ....................................................................................... 62

Figura 50 - Sinais de controle para aquisição dos dados do conversor AD. A - Sinal

proveniente do decodificador de endereços . B - Sinal de final de conversão do

ADS774. ...................................................................................................................... 63

Figura 51 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do detector de zero............ 64

Figura 52 - Formas de onda no circuito detector de zero. A - Sinal de referência na

entrada. B - Sinal nível TTL a ser lido pela placa de aquisição de dados. .................. 65

Figura 53 - Fotografia do posicionador de amostras ................................................... 66

Figura 54 Fluxograma simplificado das operações realizadas pelo software de

controle. ......................................................................................................................68

Figura 55 - Representação da área da amostra de dimensões (DxXDy),varrida pelo

feixe de raio x de diâmetro Φ e passos de avanço ∆X e ∆Y........................................ 69

Figura 56 - Fluxograma do software de controle da varredura.................................... 71

Figura 57 - Representação da sequência de varredura do feixe de raio x sobre a

amostra. ...................................................................................................................... 72

Figura 58 - Fluxograma da rotina que executa uma amostragem. .............................. 73

Figura 59 - Fluxograma da rotina para determinação do período da tensão de

referência e do número de ciclos por amostragem ..................................................... 74

Figura 60 - Circuito para calibração dos pulsos de descarga parcial. ......................... 76

Figura 61 - Distribuições de amplitudes dos pulsos de calibração para diversos

valores de carga aparente injetada na faixa de 5 pC a 50 pC..................................... 77

Figura 62 - Curva de calibração do analisador de descargas parciais. Carga aparente

injetada utilizando um calibrador de descargas parciais na faixa de 5 a 50 pC. ......... 78

Figura 63 - Distribuição das ocorrências dos pulsos do gerador de descargas parciais.

A - No início do semi-ciclo positivo. B - No início do semi-ciclo negativo. ................... 79

Figura 64 - Distribuição das ocorrências dos pulsos do gerador de descargas parciais.

A - Em função do número da janela. B - Convertido para ângulo de fase ( 0 a 360

graus) .......................................................................................................................... 79

Figura 65 - Fotografia de parte do sistema de aquisição de imagens. A - Tubo de raio

x. B - Colimador. C - Chopper. D - Posicionador de amostras. E - Amostra. F -

Capacitor de acoplamento. ......................................................................................... 81

Figura 66 - Fotografia de parte do sistema de aquisição de imagens. A - Tubo de raio

x. B - Colimador. C - Chopper. D - Posicionador de amostras. E - Amostra. F -

Capacitor de acoplamento. G - Pré-amplificador. H - Transformador elevador de alta-

tensão. ........................................................................................................................81

Figura 67 - Espectro de energia do tubo de raio x ...................................................... 83

Figura 68 - Imagem do vazio esférico de 0,9 mm de diâmetro da amostra E03

construída utilizando mapa de cores com 5 tons de cinza. ......................................... 85

Figura 69 - Imagem do vazio esférico de 0,9 mm de diâmetro da amostra E03

construída utilizando mapa de cores com 5 tons de cinza com curvas de nível ......... 85

Figura 70 - Representação em superfície 3D da imagem do vazio esférico de 0,9 mm

de diâmetro da amostra E03. Tubo de raio x 15kV - 1,0 mA - Colimador 0,5 mm de

diâmetro. ..................................................................................................................... 86

Figura 71 - Seqüência de imagens da amostra E03 com varredura iniciada de 3

formas: A) Logo após ser aplicada a tensão. B) 15 minutos após a tensão ser

aplicada. C) Sem tensão aplicada por 1h30min e iniciada a varredura logo após ser

aplicada a tensão. ....................................................................................................... 88

Figura 72 - Seqüência de imagens da amostra E01 mostrando a influência da

intensidade do feixe de raio x de 15 kV, para os valores de corrente ajustados em. A)

1,0 mA. B) 2,0mA. C) 4,0 mA. C) 6,0mA..................................................................... 89

Figura 73 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04 obtidos com uma lupa

estereoscópica com aumento de 12 vezes. A - Vista superior, lado do eletrodo de alta

tensão. B - Vista inferior, lado do eletrodo de baixa tensão. ....................................... 92

Figura 74 - Imagem resultante da soma das imagens da vista superior e inferior dos

vazios esféricos na amostra E04. Os vazios foram classificados e numerados para

determinação dos diâmetros. ...................................................................................... 93

Figura 75 - Representação em superfícies da imagem da amostra E04 com diversos

vazios esféricos. Tubo de raio x 35 kV - 2,0 mA - Colimador 0,5 mm de diâmetro. .... 95

Figura 76 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04. A - Obtida com uma lupa

estereoscópica com aumento de 12 vezes. B - Obtida por descarga parcial estimulada

por raio x pulsado de 35 kV - 2,0 mA com tensão aplicada à amostra de 12 kVrms... 96

Figura 77 - Espectro de amplitudes das descargas parciais em vazios esféricos com

diferentes diâmetros: - A - 1,0 mm, B - 0,9 mm, C - 0,6mm e 0,3 mm, D - 0,6mm, E -

0,5 mm, F - 0,4 mm, G - 0,3 mm e H - 0,3mm............................................................. 99

Figura 78 - Correlação entre o diâmetro dos vazios esféricos e a carga aparente

transferida nas descargas parciais.............................................................................. 99

Figura 79 - Curva de Paschen. Ar para pressões de 0,2 atm, 1,0 atm e 2,0 atm.... 100

Figura 80 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04 separados em função da

amplitude das descargas parciais. A - descargas com amplitudes superiores a 90 pC.

B - descargas com amplitudes inferiores ou iguais a 90 pC...................................... 102

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AD - Analógico para digital.

CCD - Charge-coupled Device.

FFT - Fast Fourier Transform.

IEC - International Electrotechnical Commission.

ISA - Industry Standard Architecture.

NBR - Norma Brasileira Registrada.

RLC - Resistor, Indutor e Capacitor.

TTL - Transistor -transistor Logic.

RESUMO

Neste trabalho é mostrado o desenvolvimento de uma técnica de obtenção de

imagens de defeitos geradores de descarga parcial em materiais dielétricos

poliméricos, utilizados em sistemas de isolamento de equipamentos elétricos.

A técnica por nós denominada de IImmaaggeennss ddee DDeeffeeiittooss ppoorr DDeessccaarrggaa PPaarrcciiaall

EEssttiimmuullaaddaa ppoorr RRaaiioo XX PPuullssaaddoo, consiste em realizar uma varredura sobre a

amostra, utilizando um feixe de raio x em forma de pulsos em sincronismo com a

tensão alternada aplicada a amostra, e registrar de forma simultânea a ocorrência

das descargas parciais estimuladas pelo raio x pulsado.

O comportamento das descargas parciais estimuladas por raio x pulsado,

mostra que as amplitudes das distribuições estatísticas são proporcionais a

intensidade do pulso de raio x sobre o defeito. Estes resultados tornam possível

construir imagens tridimensionais, em forma de superfícies ou mapa de cores, as

quais trazem informações a respeito da posição, dimensões e nível de ocorrência de

descargas parciais em cada defeito.

ABSTRACT

In the present work the development of a technique to construct image of partial

discharge sources in dielectric materials used as insulation in electrical equipment is

shown. The technique labeled Defect Imaging in Dielectric Materials by Pulsed X-ray

Induced Partial Discharge, is performed by an x-ray beam scanning over the sample

bulk with simultaneous partial discharge analysis.

The analysis of the pulsed x-ray induced partial discharge behaviour shows that

the statistical distribution of amplitudes is proportional to the x-ray pulse intensity on

the defect. Using this result, it is shown that is possible to construct images using

three dimensional plotting which carries information on the defect position, size and

partial discharge activity.

1

1 INTRODUÇÃO

A ocorrência de descargas parciais internas em materiais dielétricos utilizados

em sistemas de isolamento de equipamentos elétricos, pode ser considerada como

uma das principais causas da ruptura dielétrica desses materiais ao longo da sua

vida útil de operação. Descargas parciais internas são descargas elétricas que

ocorrem em vazios ou inclusões na estrutura do material, quando o campo elétrico

no interior do vazio ou inclusão ultrapassa um determinado valor crítico [1, 2, 3, 4]. A

contínua ocorrência de descargas parciais no interior dos vazios gera um

bombardeamento eletrônico e iônico nas superfícies internas dos vazios, e como

conseqüência a condutividade superficial é alterada, dando início a caminhos

condutores que se propagam na direção do campo elétrico. Estes caminhos

condutores são conhecidos como “electrical trees” ou arborescência elétrica [1,2,5].

Quando um caminho de arborescência liga totalmente os dois eletrodos metálicos

ocorre a ruptura do dielétrico, danificando o sistema de isolamento.

Com a crescente utilização de materiais poliméricos em sistemas de

isolamento de componentes elétricos como capacitores, isoladores e barras

estatóricas de geradores, a medida de descargas parciais passou a ser um

importante indicador da qualidade desses sistemas. Este fato deve-se às

dificuldades encontradas em controlar os processos de produção e injeção de

polímeros e compósitos poliméricos sem que haja a ocorrência de vazios ou

inclusões na estrutura do material.

2

1.1 OBJETIVO

O objetivo deste trabalho é desenvolver uma técnica de ensaio não destrutivo,

capaz de detectar a localização dos vazios geradores de descargas parciais internas

em materiais dielétricos poliméricos aplicados em sistemas de isolamento de

componentes utilizados em alta tensão, a qual deverá fornecer um indicativo da

potencialidade que cada defeito gerador de descarga parcial pode apresentar para

levar à ruptura do sistema de isolamento.

1.2 JUSTIFICATIVA

As técnicas de medidas elétricas utilizadas atualmente em ensaios de

componentes de sistemas de isolamento não apresentam resultados com

informações substanciais, que permitam um diagnóstico seguro a respeito do estado

de degradação do sistema. Os ensaios de descargas parciais trazem informações a

respeito da atividade total das descargas parciais, mas por outro lado, não permitem

a localização e a distinção da atividade dos defeitos de forma individual.

A utilização da técnica não destrutiva de obtenção de imagens internas de

objetos, como a tomografia industrial computadorizada de raio x, também apresenta

limitações. Em geral, os componentes elétricos a serem analisados apresentam

dimensões na ordem de dezenas ou centenas de centímetros, enquanto os defeitos

geradores de descargas parciais apresentam dimensões na ordem de dezenas ou

centenas de micrometros. Tomógrafos industriais, que são construídos para analisar

objetos desta ordem de grandeza, em geral apresentam resolução espacial próxima

a um milímetro, sendo que estes tipos de defeitos não seriam detectados na

imagem. Por outro lado, técnicas de microtomografia desenvolvidas para apresentar

3

resoluções na ordem de micrometros possuem limitações quanto às dimensões

máximas dos objetos.

Por último, mesmo que fosse possível detectar estes defeitos em objetos com

as dimensões mencionadas utilizando técnicas de tomografia, a imagem não

apresentaria informações a respeito das atividades das descargas parciais em cada

defeito detectado.

Diante do exposto acima, optou-se por desenvolver uma técnica na qual fosse

possível obter as duas informações de forma simultânea, a localização e as

dimensões dos defeitos e o nível de atividade das descargas parciais em cada

defeito.

1.3 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO

Neste trabalho é mostrado o desenvolvimento de uma nova técnica de

construção de imagens, a qual detecta defeitos geradores de descarga parcial em

materiais dielétricos aplicados em sistemas de isolamento. A técnica por nós

designada de “Imagens de Defeitos por Descarga Parcial Estimulada por Raio X

Pulsado” teve seu início de desenvolvimento motivado nos estudos realizados

anteriormente por S. Rizzetto et al. [6] cujos resultados mostram que descargas

parciais podem ser moduladas na presença de raio x. A técnica por nós

desenvolvida consiste em realizar uma varredura com um feixe de raio x pulsado

sobre a amostra de material dielétrico e analisar simultaneamente o comportamento

das descargas parciais em cada região da amostra. Com os resultados gerados,

imagens podem ser construídas utilizando representações de superfícies

tridimensionais ou mapas de cores em forma de curvas de nível.

4

No capítulo 2, intitulado “Revisão da Literatura”, é descrito o fenômeno das

descargas parciais e sua forma de ocorrência. Também são mostrados os princípios

elétricos de detecção, as grandezas relacionadas e as técnicas de análise de

descargas parciais utilizadas atualmente.

Para se verificar a possibilidade de se construir imagens de defeitos por

descarga parcial realizou-se preliminarmente um estudo, o qual foi intitulado de

“Comportamento das Descargas Parciais Estimuladas por Raio X Pulsado” , cujos

resultados e discussões são apresentados no capítulo 3.

Com base nos resultados positivos apresentados no capítulo 3 foi iniciado o

desenvolvimento de um sistema automático para aquisição de imagens, descrito no

capítulo 4. As partes do sistema e seus princípios de funcionamento são descritos

em detalhes, assim como o desenvolvimento do analisador de descargas parciais

com resolução em amplitude e fase, cujo hardware e software executam o controle

do sistema de forma automática.

No capítulo 5 são apresentados os resultados e discussões com base em

imagens obtidas pelo sistema, em amostras de epóxi com vazios esféricos gerados

de forma artificial. Por último, no capítulo 6 são apresentadas as conclusões do

trabalho.

5

2 REVISÃO DA LITERATURA

A formação de vazios na estrutura de materiais poliméricos pode ser devida a

causas diversas, dependendo da natureza do material e do processo de fabricação.

No caso específico de materiais poliméricos termoplásticos como, por exemplo o

polietileno, a falha pode acontecer durante o processo de injeção do polímero com a

infiltração do ar atmosférico. Para os polímeros termofixos, como as resinas epóxi, a

formação dos vazios pode ocorrer durante o processo de cura do material, podendo

ser devido a infiltração do ar atmosférico ou devido a formação de gases residuais

das reações químicas durante o processo de cura da resina.

Em sistemas de isolamento para alta-tensão é comum a utilização de

materiais compósitos com a finalidade de se obter melhores propriedades elétricas e

mecânicas. A falta de adesão entre as fases de um material compósito, matriz e fase

dispersa, é uma fonte comum para o aparecimento de vazios geradores de descarga

parcial. Em isoladores poliméricos utilizados em redes de distribuição de energia

elétrica é comum a adição de uma fase dispersa de negro de fumo (carbon black)

com a finalidade de reduzir a degradação do polímero devido à radiação solar

ultravioleta. Na Figura 1 é mostrada uma imagem por microscopia eletrônica de

varredura de um material compósito onde a fase dispersa particulada ficou com uma

pobre adesão à matriz polimérica [7]. Já em linhas de transmissão de alta tensão

utiliza-se cadeias de isoladores cujos núcleos são construídos com resinas epóxi

reforçadas com fibra de vidro. A utilização desses materiais compósitos tem a

finalidade de aumentar a resistência mecânica à tração do componente. Também,

neste caso, a falta de adesão entre as fases pode apresentar vazios geradores de

6

descargas parciais. Na Figura 2 é mostrada a imagem de uma amostra onde

aparecem estes tipos de vazios [7].

Figura 1 - Imagem por microscopia eletrônica de varredura de um material compósito com falta de adesão entre as fases

Figura 2 - Imagem por microscopia eletrônica de varredura de um material compósito com falta de adesão entre as fibras e a matriz

polimérica

7

Em sistemas de isolamento de barras estatóricas de hidrogeradores se utiliza

o compósito epóxi e mica, cujo objetivo é aumentar a rigidez dielétrica, já que a mica

apresenta uma alta rigidez dielétrica quando o campo elétrico é aplicado

perpendicularmente ao seus planos atômicos. Os vazios podem aparecer na matriz

de epóxi decorrentes do processo de cura do epóxi ou na interface entre o epóxi e a

mica devido a falta de adesão entre as duas fases. Este segundo processo é

bastante conhecido pelos especialistas em barras de hidrogeradores como

“delaminação”, cuja principal característica é a formação de vazios planos e de

grande extensão em relação aos vazios esféricos [8,9].

Na Figura 3 é mostrada uma imagem obtida por microscopia óptica no

Laboratório Metalográfico do LACTEC, de um corte da seção transversal do

isolamento de uma barra estatórica de hidrogerador, onde aparece um grande vazio

formado na região de epóxi. A região escura corresponde a matriz de epóxi e as

linhas claras são as lâminas de mica.

Figura 3 - Imagem por microscopia óptica de um corte da seção transversal do isolamento epóxi-mica de uma barra estatórica de

hidrogerador com um vazio na região do epóxi. (ampliação 40 vezes)

8

Figura 4 - Imagem por microscopia óptica de um corte da seção transversal do isolamento de uma barra estatórica de hidrogerador

com grande delaminação do compósito epóxi-mica.

Na Figura 4 é mostrada uma imagem obtida por microscopia óptica no

Laboratório Metalográfico do LACTEC, de um corte da seção transversal do

isolamento de uma barra estatórica de hidrogerador, onde aparece um grande vazio

devido a delaminação do epóxi e da mica na região próxima aos condutores.

As técnicas de medida de descargas parciais sofreram nos últimos anos uma

evolução substancial devido ao aumento da velocidade dos sistemas de aquisição

de dados. A utilização de osciloscópios digitais com banda de passagem superior a

100 MHz e taxa de amostragem na ordem de “Giga samples” por segundo, permite a

análise das formas de onda das descargas parciais e, como conseqüência, um maior

entendimento sobre o fenômeno [10,11]. Através das formas de onda é possível

classificar os diferentes mecanismos de descargas parciais, os quais podem ser

associados aos estágios de envelhecimento do material [10].

Uma outra técnica de medida, que tem gerado diversas publicações recentes,

consiste na análise das distribuições estatísticas das ocorrências das descargas em

função da amplitude e do ângulo de fase de ocorrência das descargas em relação à

tensão aplicada à amostra [12,13,14]. Alguns trabalhos mostram a correlação entre

9

parâmetros estatísticos dessas distribuições e estágios de envelhecimento do

material até a sua ruptura dielétrica [12,15,16]. Com a utilização de padrões de

distribuição de descargas gerados em defeitos artificiais, como um conjunto de

treinamento de redes neurais, é possível identificar tipos de defeitos que geram

descarga parcial em materiais dielétricos [17,18,19,20]. Por último, a análise das

seqüências das ocorrências das descargas em função do ângulo de fase pode trazer

informações a respeito dos mecanismos de ocorrência das descargas e, ainda,

sobre as influências devidas a formação de carga superficial e alteração da

condutividade superficial no interior dos vazios.

2.1 DESCRIÇÃO DO FENÔMENO DE DESCARGAS PARCIAIS

Descarga parcial é uma descarga elétrica que ocorre numa região do espaço

sujeita a um campo elétrico, cujo caminho condutor formado pela descarga não une

os dois eletrodos de forma completa [1]. A ocorrência de uma descarga parcial

depende a princípio de dois fatores: a) a existência de cargas livres (elétrons e ou

ions positivos) numa determinada região do espaço e b) um campo elétrico intenso o

suficiente para acelerar as cargas livres com energia necessária para iniciar um

processo de avalanche.

2.2 CLASSIFICAÇÃO DAS DESCARGAS PARCIAIS

A terminologia usada para classificar os tipos de descargas parciais é

normalizada pela IEC270 [21] e pela norma brasileira NBR 6940 [22]. Na literatura

inglesa e americana o termo “ionização” é normalmente usado para o fenômeno de

descarga parcial. Segundo F.H. Kreuger [1], este termo é considerado incorreto e os

termos derivados como “ponto de ionização” e “nível de ionização” são igualmente

incorretos. Outro termo incorretamente usado na literatura americana, é a utilização

da palavra “corona” para descargas parciais no interior de vazios ou inclusões e,

10

também, instrumentos para medir descargas parciais são chamados de detector de

corona. A terminologia atual diferencia descarga parcial interna, descarga parcial

superficial e descarga corona [21].

2.2.1 DESCARGA PARCIAL INTERNA

Descarga parcial interna é a descarga que ocorre no interior de vazios ou

inclusões em um material dielétrico. Este tipo de descarga pode ocorrer numa região

do material dielétrico onde um vazio está totalmente circundado pelo dielétrico ou na

interface entre o dielétrico e um dos eletrodos. Na Figura 5 são representados

alguns tipos comuns de vazios que ocorrem em materiais dielétricos e podem gerar

descarga parcial interna.

Figura 5 - Representação dos tipos comuns de vazios internos

Descargas parciais também podem ocorrer em inclusões na estrutura do

material. Uma forma comum de inclusão que ocorre em materiais dielétricos é a

formação dos caminhos condutores conhecidos como arborecência elétrica. A

arborescêcia elétrica em geral é iniciada pela ocorrência contínua de descargas

parciais internas em vazios preenchidos por gases. A ação das descargas causa

alterações nas propriedades das superfícies internas dos vazios, e a quebra das

moléculas do polímero inicia a formação dos caminhos condutores. A formação de

11

caminhos de arborescência elétrica a partir de um vazio esférico é representada na

Figura 6.

Figura 6 - Representação dos caminhos condutores gerados por descarga parcial em um material dielétrico polimérico

Os caminhos formados pela arborescência elétrica são canais preenchidos por

materiais com propriedades condutoras, em geral, carbono resultante das reações

químicas das moléculas do polímero sob ação das descargas e vazios preenchidos

com gases também resultantes dessas reações. Dentro desses vazios também

ocorrem descargas parciais que aceleram o processo de crescimento da

arborescência levando o material à ruptura dielétrica [1,23].

2.2.2 DESCARGA PARCIAL SUPERFICIAL

Descarga parcial superficial é a descarga que ocorre na superfície de um

material dielétrico, normalmente partindo de um eletrodo para a superfície. Quando o

campo elétrico paralelo à superfície excede um certo valor crítico, inicia-se o

processo de descarga superficial [1]. Assim como as descargas internas, as

descargas superficiais ocasionam alterações na superfície iniciando caminhos

condutores que se propagam ao longo da direção do campo elétrico. Estes

caminhos condutores conhecidos como “trilhamento” também podem levar o

12

isolamento à ruptura total. Na Figura 7 está representado um caso típico onde há

um espaço vazio entre o eletrodo curvo e o material dielétrico.

Figura 7 - Representação da descarga parcial superficial em um material dielétrico polimérico

Este tipo de descarga normalmente ocorre em cabos protegidos, em saias de

isoladores e no sistema de alívio de barras de geradores.

2.2.3 EFEITO CORONA

O efeito corona é caracterizado por descargas parciais que ocorrem no ar e

partem de pontas agudas em eletrodos metálicos. Pontas agudas em eletrodos de

alta-tensão, ou seja, partes com pequenos raios de curvatura, geram regiões nas

vizinhanças do condutor com campo elétrico elevado, o qual ultrapassa o valor

crítico, dando origem a descargas parciais [1,2]. Na Figura 8 é mostrada uma

representação de descarga parcial por efeito corona.

Figura 8 - Representação de um eletrodo metálico com ponta aguda gerando descarga corona.

13

Quando a tensão aplicada é alternada com forma senoidal, a descarga parcial

corona pode ser facilmente identificada devido a sua ocorrência inicial localizar-se no

máximo do semi-ciclo negativo da tensão aplicada. Isto se deve ao fato de que um

eletrodo metálico disponibiliza elétrons no ar na região próxima do eletrodo (nuvem

eletrônica).

2.3 CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA DE DESCARGAS PARCIAIS INTERNAS

A ocorrência das descargas parciais no interior de defeitos em materiais

poliméricos depende a princípio de dois fatores: a) o campo elétrico local (campo no

interior do vazio) deve ultrapassar um certo valor crítico e b) deve haver elétrons

livres o suficiente para iniciar o processo de avalanche.

2.3.1 INFLUÊNCIA DO CAMPO ELÉTRICO LOCAL

A condição de que o campo elétrico local deve ultrapassar um certo valor de

campo elétrico crítico, pode ser vista de forma análoga ao caso de descargas entre

eletrodos metálicos, dada pela curva de Paschen [1, 2]. Neste caso a ocorrência da

descarga depende do produto da pressão do gás pela distância entre os eletrodos. A

ocorrência das descargas em vazios também depende da pressão e da natureza

dos gases resultantes na formação do vazio. O campo elétrico local no interior do

vazio pode ser determinado em função do campo elétrico macroscópico médio no

restante do material dielétrico para vazios com geometria simples e considerando

que o restante do material dielétrico seja homogêneo. Para um vazio plano e pouco

espesso, com campo elétrico perpendicular ao plano, o campo elétrico local é dado

pela equação (1) e para um vazio esférico o campo elétrico local é dado pela

equação (2) [1, 4]:

14

Figura 9 - Relação entre o campo elétrico local e o campo elétrico médio no interior do material dielétrico para um vazio plano e um

esférico

mrl EE .ε= (1) mr

rl EE .

.21.3

εε

+= (2)

onde: campo elétrico local −lEmE - campo elétrico médio

rε - permissividade elétrica relativa

Considerando um dielétrico com permissividade relativa igual a 2,5 e um vazio

plano com espessura de 1mm e pressão do gás no interior de1 atm e verificando a

curva de Paschen, o campo elétrico local crítico é de 6,8kV/mm. Desta forma, as

descargas parciais neste defeito devem iniciar para um campo elétrico médio acima

de 2,7 kV/mm. Este campo elétrico é inferior aos campos elétricos normalmente

utilizados em sistemas de isolamento poliméricos.

2.3.2 GERAÇÃO DE ELÉTRONS INICIAIS

A segunda condição para ocorrência das descargas é a disponibilidade de

elétrons livres na região do vazio onde o campo elétrico local está acima do campo

elétrico crítico. Estes elétrons são necessários para dar início ao processo de

avalanche da descarga, e podem ser gerados de várias formas:

15

Quando ainda não ocorreram descargas no vazio, isto é, vazio virgem, a

primeira descarga dependerá da geração de elétrons livres através da foto-ionização

do gás no interior do vazio. A foto-ionização depende da interação da radiação

cósmica ou da radiação natural do meio (radiação de fundo) com o gás no interior do

vazio ou com a própria superfície do vazio. Medidas do tempo de atraso para a

ocorrência da primeira descarga em vazios virgens, mostram estar de acordo com o

tempo de atraso (time lag) calculado [4], levando-se em consideração a

probabilidade de interação dessas radiações com o vazio. A probabilidade de

interação é proporcional ao volume do vazio, à densidade do gás e à densidade de

fluxo de radiação. Outro mecanismo que poderia gerar os elétrons iniciais seria a

emissão por campo pela superfície interna do vazio. Este segundo mecanismo é

pouco provável devido a elevada função trabalho apresentada pelas superfícies lisas

dos materiais poliméricos [4].

Após a ocorrência da primeira descarga, elétrons iniciais adicionais estarão

disponíveis na forma de cargas superficiais depositadas na superfície interna do

vazio. A emissão desses elétrons presos em ”armadilhas” na superfície do vazio,

deve obedecer um processo de emissão térmica [4]. A carga superficial depositada

nas superfícies internas do vazio depende da carga total transferida na descarga

anterior e das propriedades da superfície. As propriedades da superfície interna do

vazio se alteram ao longo da vida do material, sendo que, o bombardeamento iônico,

em geral, aumenta a condutividade elétrica da superfície diminuindo o tempo de

permanência dessas cargas nas armadilhas [4].

16

2.4 PRINCÍPIOS DE DETECÇÃO

A ocorrência da descarga parcial dentro de um vazio causa uma rápida

transferência de cargas entre as superfícies opostas do vazio, na direção do campo

elétrico aplicado. Esta transferência de cargas implica em um novo arranjo das

cargas na amostra como um todo e, como conseqüência, aparece um pulso de

corrente no circuito externo do qual a amostra faz parte (ver Figura 10). Em geral o

pulso de corrente apresenta uma largura média na ordem de dezenas de

nanosegundos e a frente do pulso com tempos de subida na ordem de

picosegundos. Para detectar esses pulsos de descargas parciais são utilizados

circuitos cuja configuração deve favorecer a propagação do pulso e otimizar a sua

detecção. Um circuito básico para medição de descargas parciais é mostrado na

Figura 10.

Figura 10 - Circuito básico para detecção de pulsos de descargas parciais em uma amostra de material dielétrico.

A fonte de alta tensão alternada U fornece alimentação para o circuito. Em

geral as fontes de alimentação de alta tensão utilizam transformadores elevadores

de tensão e estes apresentam alta impedância para pulsos de alta freqüência. Para

que o pulso de corrente devido a descarga parcial possa se propagar e ser

detectado na impedância de medição Z, um capacitor de acoplamento K é colocado

em paralelo com a capacitância a da amostra. Desta forma, o circuito série formado

17

por K, a, e Z será um caminho de baixa impedância para o pulso de descarga. O

pulso desenvolvido na impedância de medição Z é amplificado pelo amplificador A,

cuja escolha da banda de passagem depende da configuração da impedância de

medição utilizada ( ver seção 2.4.1).

Uma outra variação deste circuito de detecção é colocar a impedância de

medição em série com o capacitor de acoplamento. Esta configuração é mais

utilizada para medidas em equipamentos com operação contínua, quando não é

possível desconectar o condutor de aterramento.

2.4.1 CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS PARA A IMPEDÂNCIA DE MEDIÇÃO

A escolha da configuração adequada para a impedância de medição depende

das grandezas relacionadas às descargas parciais que se pretende medir. Para o

estudo do fenômeno de descargas parciais em amostras com defeitos gerados

artificialmente em laboratório, a forma de onda apresenta parâmetros importantes

para determinar os mecanismos da descarga, tais como amplitude, largura, tempo

de subida e tempo de descida, [3,10]. Neste caso, a impedância de medição a ser

utilizada deve se aproximar de uma resistência pura, para que a forma de onda da

corrente possa ser convertida fielmente em um pulso de tensão, e possa ser

registrada em um osciloscópio digital com memória. Também, é importante que o

amplificador utilizado possua uma banda de passagem superior ao espectro de

freqüências do pulso a ser medido, evitando que o amplificador introduza distorções

no sinal analisado.

Para medidas onde a informação mais relevante é a carga aparente

transferida (ver seção 5.1) e o instante da ocorrência da descarga, uma configuração

utilizando um circuito RLC paralelo pode ser utilizada. Na Figura 11 é mostrado um

18

diagrama elétrico de um circuito com impedância de medição RLC e uma resposta

típica do sinal medido.

Figura 11 - Impedância de medição com circuito RLC paralelo

A impedância de medição é basicamente um circuito ressonante sintonizado e

amortecido pelo resistor R, que ao ser estimulada pelo pulso rápido de corrente

responde com uma oscilação amortecida. A solução da resposta do circuito em

função do tempo, utilizando a transformada de Laplace é dada por [1]:

[ tmRCakC

tV ⋅⋅ ⋅⋅⋅

+⋅+= ωcos

2exp

)1()( ] (3)

onde:

Dependendo

aos cabos de sina

podem ser classif

beta) ou banda es

de 30kHz, apresen

sendo pouco utiliz

freqüências super

1 1
ω =⋅
−⋅ ⋅4 2 2L m R m

(4)

da resposta em freqüência da impedância

l e à banda de passagem do amplificador,

icados como: banda larga (resposta alfa),

treita [15]. Os circuitos de banda estreita,

tam oscilação pouco amortecida e baixa r

ados na prática. Os circuitos alfa e beta a

iores a 300kHz, sendo uma oscilação a

a k⋅

tq −

m Ca k

= ++

(5)

de medição associada

os circuitos de medição

banda média (resposta

com freqüências típicas

esolução em amplitude,

presentam resposta em

ltamente amortecida, e

19

oferecem maior sensibilidade e resolução em amplitude. Como os pulsos de

descargas parciais possuem larguras típicas de 10 ns e frente de pulso na ordem de

5 ps, o circuito de medida associado com a impedância de medição fornece uma

resposta a estes pulsos com freqüência mais baixa, na ordem de dezenas de kHz.

Este sinal de freqüência baixa apresenta amplitude proporcional a carga aparente do

pulso de descarga e sua amplitude pode ser determinada utilizando um conversor

analógico/digital com taxa de amostragem relativamente baixa (100 ksamples/s) [24].

2.5 GRANDEZAS RELACIONADAS

Diversas grandezas podem ser associadas às medidas das amplitudes das

descargas parciais [15]. Estas grandezas são definidas pela IEC 270 [21] e/ou pela

sua versão da norma brasileira NBR 6940 [22] e são classificadas em grandezas

básicas e grandezas integradas, as quais são descritas a seguir.

2.5.1 GRANDEZAS BÁSICAS

- Carga Transferida: é a carga deslocada entre as duas superfícies internas do

vazio durante o processo de descarga e é expressa em coulombs (C). Se a

capacitância da amostra dielétrica como um todo é muito maior que a capacitância

do vazio, a carga transferida pode ser aproximada por:

onde: b é a capacitância to

c é a capacitância d

∆V é a variação de t

Vcbq ∆+≅ ).(
t (6)
tal da amostra,

o vazio e

ensão nos eletrodos da amostra.

20

- Carga Aparente Transferida na Amostra: Na prática, somente a carga deslocada

nos eletrodos externos é que pode ser medida, esta grandeza chamada de carga

aparente é definida como:

Vbq ∆= . (7)

onde: b é a capacitância total da amostra,

∆V é a variação de tensão nos eletrodos da amostra.

A carga aparente pode ser determinada através da variação de tensão na

amostra ou pela integração da corrente no circuito externo durante a descarga e é

expressa em coulombs (C). A carga transferida no interior do vazio é responsável

pela deterioração da amostra, mas, em geral não pode ser medida e, também, a

capacitância c do vazio não pode ser determinada.

- Energia da Descarga: A energia transferida em cada descarga é deduzida a

partir da variação na energia armazenada na capacitância da amostra, considerando

algumas aproximações e depende da tensão instantânea na amostra no momento

da descarga ( tensão de início) e da carga aparente , sendo expressa em

joules (J).

iw

iv iq

iii vqw .= (8)

2.5.2 GRANDEZAS INTEGRADAS

As grandezas integradas são definidas a partir das grandezas básicas e são

medidas com equipamentos especiais.

21

- Corrente Média da Descarga: é definida como a somatória das cargas aparentes

das descargas individuais dividida pelo período iq T da medida e é expressa em

ampères (A).

∑=

=n

iiq

TI

1

1 (9)

- Potência da Descarga: é a energia total transferida nas descargas dividida pelo

período da medida e é expressa em watts (W).

i

n

ii vq

TP .1

1∑

=

= (10)

- Taxa de Repetição: número de descargas por unidade de tempo (1/s). n

Tnr = (11)

- Carga Máxima: corresponde ao maior valor de carga aparente transferida durante

o período de medição:

nqqqqq ,...,,,max 321max = (12)

- Carga Média: é a somatória das cargas aparentes de cada descarga dividida pelo

número de descargas:

∑=

=n

iimed q

nq

1

1 (13)

22

2.6 TÉCNICAS DE ANÁLISE

2.6.1 ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES ESTATÍSTICAS

A técnica de análise de descargas parciais que é conhecida como “Phase-

Resolved Partial Discharge Analysis” ou Análise das Distribuições das Descargas

Parciais em Função do Ângulo de Fase, consiste em registrar cada descarga parcial

com a sua amplitude, que é proporcional à carga aparente, e ao ângulo de fase em

relação à tensão aplicada à amostra. Para registrar os eventos que correspondem a

um par de informações, amplitude e ângulo de fase, é necessário que a leitura dos

pulsos seja realizada com um conversor analógico digital e também um sistema para

determinar o ângulo de fase em relação a um sinal de referência da tensão aplicada

à amostra.

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

tens

ão (k

V)

tempo (ms)

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

corr

ente

(mA

)

Figura 12 - Representação da ocorrência de pulsos de corrente de descarga parcial em relação ao ângulo de fase da tensão aplicada à

amostra.

23

Na Figura 12 está representada a ocorrência de pulsos de descargas parciais

em relação à tensão aplicada nos eletrodos da amostra. Com o conjunto de dados

acumulados durante o período de medição, que corresponde a um número inteiro de

períodos da tensão aplicada à amostra, é possível gerar algumas distribuições

estatísticas, as quais são utilizadas para identificar os defeitos geradores de

descarga parcial [25,26,27,28], descritas a seguir.

- Número de Ocorrências em Função do Ângulo de Fase Hn (Φ)

As distribuições Hn(Φ) fornecem a freqüência de ocorrência das descargas

em função do ângulo de fase. Na Figura 13 é mostrada uma distribuição das

descargas parciais que ocorrem em uma amostra de acrílico com um vazio cilíndrico

plano de 0,1 mm de altura. A medida foi realizada utilizando um o analisador de

descargas parciais MS/SPAC Modelo 120 Marubun Corp. e a diferença da forma das

distribuições nos dois semiciclos se deve à irregularidade na superfície interna do

vazio.

0 45 90 135 180 225 270 315 3600

100

200

300

400

500

600

Hn

( φ) (

núm

ero)

ângulo de fase φ

Figura 13 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais em função do ângulo de fase da tensão aplicada à amostra

24

Em geral, descargas parciais internas em vazios geram distribuições com a

forma mostrada na Figura 13. Por outro lado, descargas parciais devidas ao efeito

corona apresentam como principal característica a ocorrência somente em torno do

valor máximo do semi-ciclo negativo da tensão aplicada. Na Figura 14 é mostrado o

resultado da medida das distribuições das descargas em um gerador corona com

tensão aplicada de 3,2 kVrms

0 45 90 135 180 225 270 315 3600

20

40

60

80

100

120

140

160

Hn

( φ) (

núm

ero)

ângulo de fase (φ) (graus)

Figura 14 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais por efeito corona em função do ângulo de fase da tensão aplicada

- Carga Média em Função do Ângulo de Fase Hqmed (Φ)

Com o sistema de medição calibrado, podemos relacionar a amplitude dos

pulsos com a carga aparente transferida na descarga. Na Figura 15 é mostrada uma

distribuição da carga aparente média (ver seção 2.5.2.) em função do ângulo da

tensão aplicada em uma amostra de acrílico com um vazio cilíndrico plano.

25

0 45 90 135 180 225 270 315 3600

20

40

60

80

100

120

Hqm

ed (φ

) (pC

)

ângulo de fase φ

Figura 15 - Distribuição da carga aparente média das descargas parciais em função do ângulo de fase da tensão aplicada à amostra

- Distribuições das Ocorrências das Amplitudes ou Carga Aparente

A distribuição das ocorrências das amplitudes ou a carga aparente, se o

sistema for calibrado, também traz informações relevantes a respeito da evolução

das descargas parciais em sistemas de isolamento [29,30,31]. Na Figura 16 é

mostrada a distribuição de amplitudes das descargas ocorrendo em um defeito

esférico em uma amostra de epóxi.

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 00

5 0

1 0 0

1 5 0

ocor

rênc

ias

(núm

ero)

c a rg a a p a re n te (p C )

Figura 16 - Distribuição das amplitudes das descargas parciais em uma amostra de epóxi com vazio esférico

26

Esta técnica está sendo utilizada atualmente para monitoração em linha da

evolução das descargas parciais em sistemas de isolamento de grandes geradores.

- Parâmetros Estatísticos das Distribuições

Os parâmetros estatísticos dessas distribuições são utilizados em correlações

com os tipos de defeitos [12,18,25,32,33]. Alguns fabricantes de analisadores de

descargas parciais fornecem software para a identificação de prováveis tipos de

defeitos através da utilização de redes neurais treinadas com os parâmetros

estatísticos das distribuições geradas por defeitos conhecidos. Os parâmetros

estatísticos das distribuições: valor médio, desvio padrão, assimetria e curtose são

definidos da seguinte forma:

Valor Médio

σ

Desvio Padrão

Assimetria (Skewness)

Curtose (Kurtosis)

n

∑

∑

=

==n

ii

iii

xf

xfxm

1

1

)(

)(.

(14)

( )

∑

∑

=

=

−= n

ii

n

iii

xf

xfmx

1

1

2

2

)(

)(. (15)

( )

∑

∑

=

=

−= n

ii

n

iii

xf

xfmxs

1

3

1

3

)(.

)(.

σ (16)

n4

( )

∑

∑

=

=

−= n

ii

iii

xf

xfmxK

1

4

1

)(.

)(.

σ (17)

27

T. Okamoto e T.Tanaka [12] mediram as distribuições Hn(q) em uma amostra

de epóxi com um vazio cilíndrico, a qual foi envelhecida sob ação de campo elétrico,

e verificaram a existência de correlação entre o parâmetro de assimetria das

distribuições (skewness) e os estágios de envelhecimento do material. Eles

observaram que este parâmetro de assimetria torna se negativo durante o

crescimento de arborescêcia elétrica no material. Desta forma sugerem que a

ruptura do material pode ser prevista através do acompanhamento deste parâmetro.

- Representação em 3-Dimensões

As ocorrências das descargas parciais em função do ângulo de fase e das

amplitudes podem ser representadas em 3D, onde é possível visualizar facilmente a

evolução das descargas.

0 45 90 135 180 225 270 315 36010

20

30

40

50

60

0

50

100

150

Descarga Parcial Interna vazio esférico 1mm epoxi

ocor

rênc

ias

(n)

carga aparente (p

C)

angulo de fase φ (graus)

Figura 17 - Representação 3D das ocorrências das descargas parciais em função do ângulo de fase e da amplitude

28

Na Figura 17 é mostrada a representação 3D das descargas parciais em

amostra de epóxi com vazio esférico de 1mm de diâmetro. Uma outra forma de

representar os mesmos dados utilizando mapas de cores ou tons de cinza é

mostrada na Figura 18.

0 4 5 9 0 1 3 5 1 8 0 2 2 5 2 7 0 3 1 5 3 6 02 0

2 5

3 0

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

a n g u lo d e fa s e φ (g ra u s )

carg

a ap

aren

te (p

C)

1 4 0 .0 - - 1 6 0 .0 1 2 0 .0 - - 1 4 0 .0 1 0 0 .0 - - 1 2 0 .0 8 0 .0 0 - - 1 0 0 .0 6 0 .0 0 - - 8 0 .0 0 4 0 .0 0 - - 6 0 .0 0 2 0 .0 0 - - 4 0 .0 0 0 - - 2 0 .0 0

Figura 18 - Representação da ocorrência das descargas parciais em função do ângulo de fase e da amplitude utilizando mapas em tons de

cinza

2.7 ANÁLISE DAS FORMAS DE ONDA

A análise da evolução do pulso de descarga no tempo é utilizada para estudar

o fenômeno das descargas parciais em vazios em materiais dielétricos. As formas de

onda das descargas apresentam comportamentos distintos dependendo do tipo de

defeito gerador e do estágio de degradação [10]. A técnica consiste em registrar a

forma de onda do pulso de descarga para posterior análise. Para que os pulsos

registrados sejam fiéis à evolução da descarga, a impedância de medição deve ser

29

uma resistência pura, isto significa que, capacitâncias e indutâncias parasitas dos

cabos que transportam o sinal devem ser minimizadas. O osciloscópio a ser utilizado

deve possuir limite de banda superior > 1GHz e taxa de amostragem > 2 GS/s. Na

Figura 19 é mostrado o sinal de uma descarga parcial corona registrada em um

osciloscópio Tektronicx TDS 210.

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0-250,0

-200,0

-150,0

-100,0

-50,0

0,0

corr

ente

(µA)

tempo (ns)

Figura 19 - Forma de onda de uma descarga parcial por efeito corona registrada por um osciloscópio Tektronicx TDS 210

Utilizando a análise dos espectros de freqüência do pulso de descarga parcial

e realizando estatísticas relacionadas com parâmetros do pulso, tais como a largura

a meia altura e o tempo de subida da frente de onda, é possível classificar tipos de

descargas e relacioná-las com as fases de envelhecimento do material [10]. Na

Figura 20 é representado o espectro de freqüências do sinal medido obtido através

da Transformada Rápida de Fourier (FFT).

30

100k 1M 10M 100M0,00

0,02

0,04

0,06

Frequência (Hz)

Am

plitu

de

-1000-500

0500

10002,00E+007 4,00E+007 6,00E+007 8,00E+007 1,00E+008

Frequência (Hz)

Âng

ulo

(gra

us)

Figura 20 - Espectro de frequência de um pulso de descarga parcial obtido por Transformada Rápida de Fourier (FFT)

31

3 COMPORTAMENTO DAS DESCARGAS PARCIAIS ESTIMULADAS POR

RAIO X PULSADO

A influência do raio x sobre a ocorrência de descargas parciais foi investigada

anteriormente por S. Rizzetto et al. [6] com o objetivo de verificar se haveria aumento

na sensibilidade de detecção do sistema e se haveria possibilidade de localizar

vazios em espaçadores de epóxi utilizados em subestações isoladas a gás.

Amostras de epóxi de 4 mm de espessura contendo vazios esféricos com diâmetros

de 0,2 mm a 2,0 mm com campo elétrico de 15 kV/mm foram irradiadas com raio x

de 65 kV - 1,1 mA. A principal conclusão apresentada por S. Rizzetto et al. é que a

interação do raio x com o gás no interior do vazio reduz a tensão de início das

descargas parciais em média para 50 % em relação a tensão de início sem raio x,

para a maioria das intensidades de feixe utilizadas. Um outro efeito observado é que

a taxa de ocorrência das descargas aumenta de forma proporcional a intensidade do

feixe de raio x e a tensão aplicada [6].

A vantagem de estimular descargas parciais por raio x é que podemos

modular a ocorrência das mesmas e as medidas tornam-se mais precisas e

repetitivas, já que o tempo estatístico de ocorrência das descargas (time lag) é

reduzido pela ionização do gás no interior do vazio. Desta forma, podemos

direcionar o feixe de raio x na amostra e ativar os defeitos geradores de descargas

de forma individual, obtendo a localização dos mesmos [6,34,35].

Neste trabalho nós introduzimos a técnica para estimular as descargas

parciais utilizando um feixe de raio x pulsado. A técnica consiste em disparar os

pulsos de raio x em sincronismo com a tensão alternada aplicada à amostra, e

registrar as distribuições das ocorrências das descargas em função do ângulo de

32

fase. O comportamento das distribuições de ocorrências das descargas é registrado

utilizando um analisador de descargas parciais com resolução em ângulo de fase

(PRPDA - Phase Resolved Partial Discharge Analyser ).

3.1 TÉCNICA DE PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS COM VAZIOS ESFÉRICOS

Um tipo comum de vazios que se formam em materiais poliméricos são

bolhas com formas esféricas ou elipsoidais. Em geral estas bolhas são preenchidas

com ar atmosférico devido às infiltrações ou com vapores resultantes do processo de

cura do polímero. Com o objetivo de simular estes tipos de defeitos em materiais

poliméricos e avaliar o método de obtenção de imagens, preparou-se amostras de

material epóxi com vazios com forma esférica gerados de forma artificial.

A técnica de preparação de amostras consiste em duas fases. Inicialmente é

preparada uma amostra de resina epóxi liquida sendo a mesma misturada com o

catalisador. Durante o processo de mistura formam-se bolhas devidas à infiltração

do ar atmosférico. Com a resina ainda na forma líquida, algumas bolhas são

selecionadas, em função da forma geométrica e dimensão, e separadas com a

utilização de uma agulha, sendo as demais eliminadas. Após o término do processo

de cura, a amostra é cortada em cubos, cada um contendo uma bolha selecionada.

A segunda fase da preparação consiste em posicionar um cubo no centro de

uma fôrma com formato de disco e preenchê-la com a resina epóxi misturada com o

catalisador, totalmente livre de bolhas. Aguardando o processo de cura, obtemos

uma amostra com uma única bolha selecionada e posicionada no centro.

Após a secagem da amostra são colocados os eletrodos. Um eletrodo

cilíndrico de alumínio, onde será aplicado a alta tensão, é fixado em um dos lados da

33

amostra. O eletrodo é inicialmente colado na amostra, utilizando a própria resina

epóxi, e após a secagem, o mesmo é totalmente revestido de resina epóxi com o

objetivo de evitar descargas parciais corona na sua superfície. O lado oposto da

amostra é pintado com tinta prata, formando o eletrodo de baixa tensão, o qual será

conectado ao ponto de potencial zero do circuito (terra).

Na Figura 21 é mostrada uma representação esquemática da preparação de

uma amostra com vazio esférico.

Figura 21 - Diagrama esquemático de uma amostra com um vazio

esférico.

Para a primeira fase de caracterização do método de obtenção de imagens,

foram confeccionadas 4 amostras em forma de discos com diâmetro de 40 mm e

espessura de 2 mm. As três primeiras contendo um vazio esférico centrado e a

quarta amostra apresentando uma distribuição aleatória de vazios esféricos com

diâmetros diversos. As amostras foram identificadas da forma apresentada na

Tabela 1 e na Figura 22 é apresentada uma vista de uma das amostras utilizadas.

34

AMOSTRA DE EPÓXI

(IDENTIFICAÇÃO)

DIÂMETRO DO VAZIO

(mm)

E01 1,2

E02 1,5

E03 0,9

E04 DIVERSOS

Tabela 1 - Identificação das amostras de epóxi em função do diâmetro dos vazios esféricos gerados de forma artificial

Figura 22 - Fotografia de uma amostra com o eletrodo de alumínio.

3.2 DESCRIÇÃO DO ARRANJO EXPERIMENTAL

Foram construídas amostras de epóxi em forma de disco com 2mm de

espessura e com um vazio esférico de 1mm de diâmetro aproximadamente, gerado

artificialmente. A amostra foi submetida a um campo elétrico alternado de 6 kV/mm –

60 Hz e simultaneamente exposta aos pulsos do feixe de raio x. O feixe com um

35

diâmetro aproximado de 2mm, gerado por um tubo de raio x com alvo de molibdênio

a uma tensão de 35 kV, foi direcionado em cima do vazio esférico da amostra.

Analisador de Descargas Parciais

MS/SPA 120

Gerador desinais

Amplificador depotência

Transformadorelevador de alta tensão

Impedânciade medida

Gerador de Raio X Pulsado

sincronismo

MicrocomputadorPentium 100

Sinal de DP

Alta tensãoamostra


MS/SPA 120

Gerador desinais

Gerador desinais






Gerador de Raio X Pulsado

sincronismo


Sinal de DP

Alta tensãoamostra

Figura 23 - Diagrama esquemático do arranjo experimental para estimular descargas parciais por pulsos de raio x.

Um diagrama esquemático do arranjo experimental é apresentado na Figura

23. O gerador de raio x utilizado foi do tipo retificado em meia onda, onde o próprio

tubo de raio x atua como retificador de alta tensão. Desta forma, o tubo emite os

fótons de raio x obedecendo uma distribuição no domínio do tempo, com um máximo

de emissão coincidente com o máximo de um dos semi-ciclos da tensão senoidal

aplicada ao próprio tubo de raio x. Para gerar a tensão senoidal responsável pelo

campo elétrico a ser aplicado à amostra, livre de distorções harmônicas, foram

utilizados um gerador de sinal senoidal em 60 Hz, um amplificador de potência e um

transformador elevador de tensão. O arranjo experimental permite que os pulsos de

raio x possam ser sincronizados com a tensão aplicada à amostra.

36

0 50 100 150 200 250 300 350

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Ângulo de Fase (φ) (graus)

Posiçã

o Sinc

ronism

oIn

tens

idad

e R

elat

iva

Figura 24 - Distribuição temporal dos pulsos de raio x para diversas posições de sincronismo em relação ao ângulo de fase da tensão

aplicada à amostra.

Na Figura 24 são mostradas as distribuições geradas pela medida dos pulsos

de saída de uma válvula foto-multiplicadora, registrados em função do ângulo de

fase da tensão aplicada a amostra. A medida das distribuições foi realizada para

diversas posições de sincronismo em relação à tensão aplicada à amostra.

Para a medida dos pulsos de descarga, foi utilizado um Analisador de

Descargas Parciais modelo MS/SPAC120 Morubun Corp.. O analisador registra a

amplitude e o ângulo de fase de cada descarga, durante um certo período de

medida e, em seguida, transfere esses dados para o microcomputador. O

microcomputador trata os dados e gera as matrizes das distribuições estatísticas das

ocorrências das descargas em função da amplitude e do ângulo de fase.

37

3.3 ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES DAS DESCARGAS PARCIAIS

Os pulsos de raio x foram sincronizados inicialmente no primeiro quadrante do

campo elétrico senoidal aplicado à amostra (entre 0° e 90°). A intensidade dos

pulsos de raio x foi alterada em função da variação da corrente no filamento do tubo

na faixa de 2 a 18 mA. As distribuições das ocorrências das descargas para cada

intensidade dos pulsos de raio x são mostradas na Figura 25. A linha tracejada

representa a intensidade do feixe de raio x em unidade arbitrária. A primeira

observação importante a respeito do comportamento das descargas parciais

estimuladas por raio x pulsado, é que estas ocorreram somente no intervalo de

tempo coincidente com o intervalo de tempo de duração do pulso de raio x, para

todos os níveis de intensidade do feixe utilizado. Este fato mostra que, nestas

condições, as descargas estão sendo moduladas pelo pulso de raio x, não havendo

outro mecanismo de inicialização atuante. Uma segunda observação importante, é

que a amplitude e a largura da distribuição das ocorrências das descargas depende

da intensidade do feixe de raio x. Para uma análise mais detalhada, na Figura 26

temos uma ampliação das distribuições das descargas na região do pulso de raio x.

Podemos observar que para uma intensidade do pulso de raio x relativamente baixa,

correspondente a corrente de 2 mA no tubo de raio x, a distribuição apresenta menor

amplitude e largura relativamente maior. Ao passo que se a intensidade do pulso de

raio x aumenta, a amplitude da distribuição também aumenta, de forma diretamente

proporcional, seguida de um estreitamento da sua base.

38

0 45 90 135 180 225 270 315 3600

50

100

150

200

250

300

350

400

450 Corrente no Tubo 2 mA 6 mA 10 mA 14 mA 18 mA Int. RX

Hn

( φ) (

núm

ero)


Figura 25 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais estimuladas por raio x pulsado, no primeiro quadrante da tensão

aplicada à amostra (entre 0° e 90°), para diversos valores de intensidade dos pulsos de raio x.

0 15 30 45 60 75 90 105 120 1350

50

100

150

200

250

300

350

400

450 Corrente no Tubo 2 mA 6 mA 10 mA 14 mA 18 mA Int. RX

Hn

( φ)


Figura 26 - Ampliação da região de distribuição das ocorrências das descargas parciais estimuladas por raio x pulsado, no primeiro

quadrante da tensão aplicada à amostra, para diversos valores de intensidade dos pulsos de raio x.

39

Com uma maior intensidade de fótons, há uma maior probabilidade de

ionização do gás no interior do vazio e, como conseqüência, um aumento na

geração de elétrons iniciais, causando a redução do tempo de atraso para

ocorrência das descargas. Desta forma, as ocorrências das descargas tendem a

concentrar-se próximas do instante onde o campo elétrico local ultrapassa o campo

elétrico crítico, definindo um ângulo crítico mínimo para a sua ocorrência (início da

distribuição aproximadamente 15°). Quando a intensidade de raio x é suficiente para

estimular uma descarga a cada ciclo do campo elétrico senoidal, a distribuição será

concentrada no ângulo crítico e o número de ocorrências não dependerá mais da

intensidade do pulso de raio x, atingindo a saturação. Comportamento semelhante

foi observado quando as descargas foram estimuladas em outras posições de

sincronismo. Na Figura 27 são mostradas as distribuições das ocorrências de

descargas estimuladas no terceiro quadrante (entre 180° e 270°).

Posicionando o pulso de raio x entre o intervalo de ângulo de fase entre -45° e

45° (ver Figura 28), verificou-se novamente a dependência da amplitude da

distribuição com a intensidade dos pulsos de raio x. Porém, neste caso, não há um

alargamento da base das distribuições para os menores valores de intensidade do

pulso de raio x. Apesar da distribuição ter seu início a partir do ângulo crítico

(aproximadamente 15°), o seu ramo descendente, fica limitado pela distribuição

temporal do pulso de raio x. Este fato mostra novamente que as descargas estão

ocorrendo somente pela interação do pulso de raio x com o vazio.

40

0 45 90 135 180 225 270 315 3600

50

100

150

200Corrente no Tubo

2 mA 6 mA 10 mA 14 mA 18 mA Int.Raio X

Hn

( φ)


Figura 27 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais estimuladas por raio x pulsado, no terceiro quadrante da tensão

aplicada à amostra para diversos valores da intensidade dos raio x.

-45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90 105 120 1350

50

100

150

200

250

300

350

Corrente no Tubo 2 mA 6 mA 10 mA 14 mA 18 mA Int. RX

Hn

( φ)


Figura 28 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais estimuladas por raio x pulsado, para ângulos de fase entre -45° e

+45°, para diversos valores de intensidade do pulso de raio x.

41

Na Figura 29 são mostradas distribuições de ocorrências de descargas em

uma amostra, onde outros mecanismos de inicialização de descargas parciais estão

atuantes.

0 45 90 135 180 225 270 315 3600

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Corrente no Tubo 2 mA 6 mA 10 mA 14 mA 18 mA Int. RX

Hn

( φ)


Figura 29 - Distribuições de ocorrências das descargas parciais em uma amostra estimulada por raio x pulsado e também distribuições

de ocorrências devidas a outros fatores de inicialização.

As duas primeiras distribuições de ocorrências, a primeira a 15° e a segunda

a 195° aproximadamente, estão fora do intervalo do pulso de raio x e possuem

amplitude constante, ou seja, independem da intensidade do pulso de raio x. Por

outro lado, a terceira distribuição está sendo modulada pelo pulso de raio x. Outro

fato a observar é que estas duas primeiras distribuições, com amplitude constante,

ocorrem próximas ao ângulo crítico, tanto para o semi-ciclo positivo quanto para o

negativo. Segundo Gutfleisch et al. [4] descargas que ocorrem após a inversão do

semi-ciclo são devidas a elétrons liberados de armadilhas na superfície interna do

vazio.

42

3.4 DEPENDÊNCIA DO ÂNGULO CRÍTICO COM O CAMPO ELÉTRICO LOCAL

Quando há elétrons livres em número suficiente no interior do vazio para

inicialização da avalanche, as descargas tenderão a ocorrer quando o campo

elétrico local ultrapassar o campo elétrico crítico. Na Figura 30 está representada a

variação temporal do campo elétrico local no semi-ciclo positivo da tensão senoidal

aplicada à amostra. A primeira curva (campo elétrico alto), representa um caso onde

o campo elétrico local apresenta amplitude algumas vezes superior ao valor crítico

(linha tracejada), A segunda curva (campo elétrico baixo), representa um campo

elétrico local, cuja amplitude é ligeiramente superior ao valor crítico. Para o primeiro

caso, o campo elétrico local ultrapassa o valor crítico em um ângulo crítico baixo (ver

ponto A da Figura 30), e para o segundo caso, o ângulo crítico deverá ser próximo a

90° (ver ponto B da Figura 30). Se o valor de pico for inferior ao valor crítico não

haverá ocorrência das descargas.

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 1800,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

BA

Angulo de Fase φ (graus)

Cam

po E

létri

co L

ocal

(uni

dade

rela

tiva)

Campo Elétrico Alto Baixo Crítico

Figura 30 - Representação do campo elétrico local ultrapassando o valor crítico e definindo um ângulo crítico para ocorrência das

descargas parciais.

43

A análise anterior foi confirmada experimentalmente quando foi fixada a

intensidade do feixe de raio x , relativa a corrente de 14 mA no tubo e sincronizado

no primeiro quadrante da tensão aplicada, garantindo a geração de elétrons livres

em quantidade suficiente para iniciar as descargas. Os resultados das medidas das

distribuições para diferentes valores de campo elétrico aplicado à amostra são

apresentados na Figura 31. Para um campo elétrico de 5,4 kV/mm, a distribuição

tem seu início em um ângulo crítico pequeno (aproximadamente 22°), ao passo que

quando o campo elétrico é reduzido para 3,9 kV/mm, o ângulo crítico desloca-se

tendendo ao limite de 90°.

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 1800

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

Campo Elétrico Aplicado 3,9 kV/m 4,5 kV/mm 5,1 kV/mm 5,4 kV/mm

Hn

( φ) (

núm

ero)

ângulo de fase φ (graus)

Figura 31 - Deslocamento do ângulo crítico para ocorrências das descargas parciais em função do campo elétrico aplicado à amostra.

Intensidade dos pulsos de raio x constante.

44

3.5 ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES DE AMPLITUDE DAS DESCARGAS

PARCIAIS

A amplitude das descargas parciais, que está relacionada com a carga

transferida entre as paredes internas opostas do vazio, depende do valor

instantâneo do campo elétrico local na inicialização da descarga. Desta forma,

descargas que possuem um tempo de atraso de ocorrência maior e,

conseqüentemente, são inicializadas em tempos próximos aos máximos do campo

elétrico senoidal aplicado, devem apresentar uma amplitude relativa maior. Este fato

é verificado quando construímos a distribuição das amplitudes das descargas

estimuladas por raio x pulsado em função da amplitude, para os diversos valores de

intensidade dos pulsos de raio x.

36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 600

100

200

300

400

500

600

Corrente no Tubo 2 mA 6 mA 10 mA 14 mA 18 mA

Oco

rrên

cias

(núm

ero)

amplitude (unidade arbitrária)

Figura 32 - Distribuições de ocorrências das descargas parciais, em função da amplitude, para diferentes valores de intensidade do pulso

de raio x

45

Na Figura 32 pode-se observar que a distribuição de amplitudes das descargas que

foram estimuladas por raio x pulsado com intensidade relativa mais baixa (ver curva

correspondente a corrente no tubo de 2 mA), apresentam um valor médio mais alto

que as estimuladas com intensidade do pulso de raio x mais alta (ver curva

correspondente a corrente no tubo de 18 mA).

3.6 INFLUÊNCIA DA VARREDURA DO FEIXE DE RAIO X NA REGIÃO DO

DEFEITO

Os resultados obtidos na investigação da influência da intensidade do feixe de

raio x pulsado apresentados na seção 3.3 mostraram a correlação entre a amplitude

das distribuições das ocorrências das descargas e a intensidade dos pulsos de raio

x. Se a intensidade do feixe de raio x for mantida constante, e realizarmos uma

varredura do feixe sobre toda a superfície da amostra, devemos esperar um

comportamento semelhante ao da variação da intensidade, quando o feixe estiver

próximo a região do defeito. Quando o feixe estiver fora da região do vazio, a

probabilidade de ocorrência da descarga num intervalo próximo ao ângulo crítico

será mínima, já que o pulso de raio x não está estimulando as descargas parciais no

vazio. Por outro lado, quando o feixe encontrar a região do vazio (ver Figura 33), a

área de interseção entre a área irradiada pelo feixe e a projeção da área do vazio na

superfície da amostra será diferente de zero. A intensidade dos pulsos de raio x, que

irá estimular as descargas, será proporcional a esta área de interseção. Para

verificar este comportamento, realizou-se medidas das distribuições mudando a

posição do feixe de raio x pulsado na região da amostra próxima ao defeito. Os

resultados são mostrados na Figura 34.

46

Figura 33 - Representação da área de interseção entre a área irradiada pelo feixe de raio x e a área projetada pelo vazio na superfície da

amostra

0 45 90 135 180 225 270 315 3600

20

40

60

80

100

120

140

Posição do feixe em relação ao defeito esférico

Em cima 1 mm acima 2 mm acima 1 mm abaixo 2 mm abaixo Int. Relativa de raio XH

n ( φ

)


Figura 34 - Varredura do feixe de raio x com diâmetro de "spot" aproximado de 2 mm na região da amostra com vazio de diâmetro

aproximado de 1 mm.

47

Os resultados confirmam o comportamento descrito acima, quando o feixe foi

posicionado a 2 mm acima e abaixo do defeito (ver distribuições correspondentes na

Figura 34), somente uma pequena parte da radiação interagiu com o defeito,

gerando distribuições de baixa amplitude. Ao posicionar o feixe a 1mm acima e

abaixo do defeito, a amplitude das distribuições apresentou um aumento

significativo, mostrando a ocorrência de uma maior interação do feixe com a

amostra. Por último, quando o feixe foi posicionado em cima do defeito, houve um

aumento maior ainda da amplitude e um correspondente estreitamento da base da

distribuição, mostrando uma máxima interação do feixe com o defeito.

Estes resultados mostraram que as formas das distribuições das descargas

dependem da posição do feixe em relação ao defeito. Este fato mostrou que além de

localizar os defeitos, podemos determinar seus contornos e obter informações a

respeito da geometria dos mesmos. Com o objetivo de utilizar os resultados

descritos acima para construir imagens dos defeitos geradores de descarga parcial

foi desenvolvido um sistema para obtenção dos dados de forma automática.

48

4 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS

Com base nos resultados obtidos nos estudos do comportamento das

descargas parciais estimuladas por raio x pulsado foi desenvolvido um sistema

protótipo para aquisição de imagens de defeitos por descarga parcial estimulada por

raio x pulsado. A técnica de obtenção de imagens consiste em realizar uma

varredura automática com um feixe de raio x pulsado e colimado sobre a superfície

da amostra e registrar as distribuições estatísticas das descargas em cada ponto da

amostra, gerando uma matriz de dados. Com os parâmetros escolhidos das

distribuições e a posição do feixe, é construída a imagem de defeitos.

Neste capítulo mostra-se inicialmente, com descrição detalhada, o

desenvolvimento do sistema protótipo de aquisição de imagens. O sistema foi

desenvolvido com a finalidade de caracterizar o método de obtenção de imagens

através da utilização de amostras com defeitos controlados, gerados de forma

artificial.

Na Figura 35 é mostrado um diagrama esquemático do sistema protótipo. O

sistema pode ser dividido, para fins didáticos, em 4 partes. A primeira e a segunda

parte consistem na geração de raio x pulsado e geração da tensão alternada a ser

aplicada à amostra, respectivamente. A terceira parte é responsável pela varredura

do feixe de raio x sobre a amostra. A quarta parte consiste do Analisador de

Descargas Parciais com Resolução em Amplitude e Fase, cujo desenvolvimento e o

princípio de funcionamento das partes são descritos a seguir.

49


MS/SPA 120

Gerador desinais

Gerador desinais






Tubo deraios X

sincronismo


Sinal de DP

Alta tensão

amostraChopper deraios X

Posicionanadorxy

Pré-amplificador sinal DP

ref. de fase

Posição xy

Figura 35 - Diagrama esquemático do sistema protótipo de aquisição de imagens de defeitos por descarga parcial estimulada por raio x

pulsado

4.1 GERAÇÃO DOS PULSOS DE RAIO X

Para a geração do feixe de raio x foi utilizado um gerador de raio x modelo

CHF 160S Gilardoni, o qual utiliza um tubo com alvo de tungstênio e admite uma

tensão máxima de 160 kV e corrente máxima de 10 mA. O gerador de tensão para o

tubo de raio x gera tensão contínua e, desta forma, o feixe de raio x emitido é

também de forma contínua. O feixe de raio x foi colimado utilizando um colimador de

chumbo com um orifício circular de 0,5 mm de diâmetro.

Para produzir pulsos de raio x sincronizados com a tensão a ser aplicada à

amostra foi construído um “chopper” de raio x. Este dispositivo consiste de uma

placa de chumbo em forma circular, com duas aberturas retangulares, que gira com

rotação constante, acionada por um motor elétrico, interrompendo e liberando o fluxo

do feixe de raio x. Um dispositivo foto-acoplador foi incorporado de forma que o

50

caminho óptico do mesmo seja paralelo ao caminho óptico do feixe de raio x,

permitindo que os dois feixes sejam bloqueados e liberados simultaneamente

durante a rotação do disco de chumbo. Na Figura 36 é mostrada uma fotografia do

“chopper” de raio x.

Figura 36 - Fotografia do “Chopper” de raio x. 1 - Disco giratório de chumbo. 2 - Janelas. 3 - foto-acoplador. 4 - Suporte do motor

Um circuito comparador ligado ao foto-acoplador, montado próximo ao

“chopper”, gera um sinal lógico correspondente a abertura do pulso de raio x. Este

sinal é utilizado para sincronizar o pulso de raio x com a tensão a ser aplicada à

amostra. Na Figura 37 é mostrado o diagrama esquemático do circuito comparador

do foto-acoplador.

51

Figura 37 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do foto-acoplador.

Considerando-se a observação feita na seção 3.3, que os comportamentos

das descargas são semelhantes quando estimuladas no primeiro e terceiro

quadrantes da tensão aplicada, o disco de chumbo foi confeccionado com duas

janelas retangulares dispostas a 180°. Desta forma, dois pulsos de raio x serão

disparados a cada ciclo gerando distribuições de descargas no primeiro e terceiro

quadrante da tensão aplicada à amostra. O disparo dos pulsos em cada meio ciclo

da tensão reduz pela metade os ciclos a serem analisados. Isso reduz o tempo de

análise em cada ponto sobre a amostra, uma vez que o número de descargas

geradas será praticamente duas vezes maior em relação a um único disparo por

ciclo.

Com base na largura das distribuições mostradas na seção 3.3, a abertura

das janelas foi calculada de forma a corresponder a 20 graus em relação a uma

revolução completa (360 graus). Assim, o início do pulso de raio x pode ser

sincronizado a partir do ângulo crítico e a amostra será irradiada somente durante o

52

período onde há maior probabilidade de ocorrência das descargas. A escolha dessa

largura da janela também tem como objetivo, diminuir o tempo de exposição da

amostra ao feixe de raio x, evitando possíveis danos devido a radiação. Na Figura 38

é mostrada a forma de onda da tensão a ser aplicada à amostra, sincronizada com

os pulsos de saída do circuito do foto-acoplador. Neste caso, temos um pulso no

semiciclo positivo e um segundo pulso no semiciclo negativo da tensão senoidal. Isto

permite que as descargas sejam estimuladas nos dois semiciclos, em períodos

iguais em relação ao início dos mesmos.

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0

-32

-24

-16

-8

0

8

16

24

32 Sinal do Chopper Tensão Aplicada

Tens

ão (V

)

Tempo (ms)

Figura 38 - Forma de onda do sinal do “Chopper” utilizado para sincronizar a tensão senoidal aplicada à amostra.

O motor do “chopper” quando alimentado em 127 VAC, tem sua rotação

estabilizada em 3.390 RPM. Desta forma, é possível sincronizar a tensão senoidal

na freqüência de 56,5 Hz. Nesta freqüência, o período correspondente é de 17,7 ms

e o tempo de duração de cada pulso de raio x é de 1,1 ms.

53

4.2 GERAÇÃO DA TENSÃO ALTERNADA

Para que a medida das descargas parciais possa ser realizada sem

interferências indesejáveis, a tensão a ser aplicada à amostra deve apresentar uma

forma senoidal pura, livre de distorções harmônicas e ruídos. Para esta finalidade, foi

utilizado um gerador de sinal HP3310B, gerando um sinal com forma senoidal, cuja

amplitude pode ser ajustada entre 0 e 1 Vpp, sincronizado com o sinal do “chopper”.

Uma outra característica importante do gerador de sinal é que a entrada de

sincronismo permite um ajuste de deslocamento de fase. Com isso, é possível

ajustar o início do pulso de raio x coincidindo com o ângulo crítico de ocorrência das

descargas, possibilitando que estas sejam estimuladas no período cuja

probabilidade de ocorrência é máxima.

Figura 39 - Circuito de medida de descargas parciais. T - transformador elevador de tensão, K - capacitor de acoplamento, a -

amostra, Z - impedância de medição e A - pré-amplificador.

Em seguida, o sinal senoidal é amplificado em um amplificador de potência

Brüel&Kjaer Type 2713 , podendo atingir uma amplitude de 0 a 100 Vpp. A tensão

da saída do amplificador de potência é fornecida ao primário de um transformador

elevador de tensão Osaki Electric Co. Ltd., tipo EM10C com relação 1:120. No

54

secundário do transformador elevador desenvolve-se uma tensão ajustável entre 0 e

12 kVrms, a qual é aplicada ao circuito de medida de descargas parciais. O circuito

de medida é mostrado na Figura 39.

4.3 ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS COM RESOLUÇÃO EM

AMPLITUDE E FASE

Com o objetivo de medir as descargas foi desenvolvido um Analisador de

Descargas Parciais com Resolução em Amplitude e Fase. O analisador consiste em

um dispositivo eletrônico capaz de detectar a ocorrência dos pulsos de descarga e

registrar a amplitude e o ângulo de fase de cada descarga durante um período de

medida pré determinado. O diagrama em blocos dos estágios do analisador é

mostrado na Figura 40.

Figura 40 - Diagrama em blocos do analisador de descargas parciais com resolução em amplitude e fase e controle do posicionamento da

amostra.

55

Com o objetivo de minimizar a introdução de ruídos por interferência

eletromagnética, o pré-amplificador foi montado junto com a impedância de medição,

em uma caixa metálica blindada localizada próxima da amostra. Os demais estágios

do analisador foram montados em uma placa protótipo de aquisição de dados, com

barramento ISA, dentro do gabinete do microcomputador Pentium 100.

Os quatro primeiros estágios, i. e., impedância de medição, pré-amplificador,

retificador de precisão e filtro suavizador, são responsáveis pelo tratamento do sinal

de descarga parcial. O tratamento é realizado para que a amplitude do pulso possa

ser determinada com a utilização de um conversor analógico-digital. A ocorrência da

descarga apresenta larguras típicas na ordem de dezenas de nanosegundos e a

frente do pulso com tempo de subida típico na ordem de picosegundos, desta forma,

a medida direta deste sinal envolveria um dispositivo conversor analógico-digital de

alta velocidade.

-50,0 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

tens

ão (V

)

tempo (ns)

Figura 41 - Forma de onda de um pulso de descarga parcial corona medida em um resistor de 1 kΩ.

56

Na Figura 41 é mostrado um sinal de descarga parcial sem tratamento, o qual

foi medido utilizando um resistor de 1,0 kΩ como impedância de medição, e um

osciloscópio Tektronix 210 com banda de passagem de 60 MHz.

Optou-se pela utilização de estágios para tratamento deste sinal, de forma

que fosse possível utilizar um conversor AD com velocidade relativamente mais

baixa, compatível com a velocidade do barramento do microcomputador utilizado.

Para a determinação do ângulo de fase no instante da ocorrência da

descarga, foi utilizado um sinal de referência de fase da tensão aplicada à amostra.

Este sinal é fornecido pelo amplificador de potência e corresponde a 1:10 do sinal de

saída (ver diagrama em blocos na Figura 40) e é tratado pelos seguintes estágios:

detector de zero, conversor TTL e porta digital, antes de ser lido pelo

microcomputador.

O analisador ainda fornece dois sinais de saída analógica, as quais são

responsáveis pelo posicionamento XY da amostra em relação ao feixe de raio x. O

funcionamento completo do analisador e a geração dos dados para construção das

imagens é gerenciado por um software desenvolvido em linguagem C. A descrição

detalhada do desenvolvimento de cada estágio do analisador e do software é

apresentada a seguir.

4.3.1 IMPEDÂNCIA DE MEDIÇÃO E PRÉ-AMPLIFICADOR

A função principal da impedância de medição é acoplar os pulsos de

descarga desenvolvidos no circuito de medida ao analisador e, também, fornecer um

sinal cuja amplitude seja proporcional à carga aparente transferida na descarga.

Para este fim, foi confeccionado um transformador de pulsos com núcleo de ferrita,

cujo enrolamento primário foi conectado ao circuito de medida e o enrolamento

57

secundário ao pré-amplificador. Esta configuração é usualmente utilizada porque

oferece uma isolação galvânica entre o circuito de medida, que opera com tensões

elevadas, e os demais componentes do analisador. O diagrama esquemático do pré-

amplificador com a impedância de medição é mostrado na Figura 42.

Figura 42 - Diagrama eletrônico do circuito pré-amplificador com a impedância de medição T1.

-5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0-100,0

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

tens

ão (m

V)

tempo (µs)

Figura 43 - Sinal na saída da impedância de medição.

58

O pulso de corrente gerado pela descarga parcial excita o transformador de

pulso T1, causando uma oscilação amortecida pelo resistor de 100kΩ, que está em

paralelo com o enrolamento secundário de T1. O sinal é mostrado na Figura 43.

Este sinal é amplificado primeiramente pelo amplificador operacional A1, o

qual apresenta um ganho de tensão igual a 10 e possui um filtro para retirar as

componentes de alta freqüência do sinal devidas a ruídos eletromagnéticos

induzidos no circuito de medida. Um segundo estágio de amplificação formado pelo

amplificador operacional A2 fornece um ganho de tensão adicional igual a 20 vezes,

que pode ser selecionado através da chave S1. O sinal de saída do pré-amplificador

é mostrado na Figura 44.

-5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

tens

ão (V

)

tempo (µs)

Figura 44 - Sinal na saída do pré-amplificador.

Este tipo de resposta da impedância de medição pode ser classificada como

resposta “alfa” (ver seção 2.4.1). O período da oscilação amortecida do sinal foi

59

ajustado em 8 µs. Este valor foi escolhido de forma que o sinal final possua um

período algumas vezes maior que o tempo de leitura do conversor AD.

4.3.2 RETIFICADOR DE PRECISÃO DE ONDA COMPLETA

O estágio seguinte de tratamento do sinal consiste de um retificador de

precisão de onda completa. Para este fim, foram utilizados dois amplificadores

operacionais na configuração mostrada na Figura 45.

Figura 45 - Diagrama eletrônico do circuito retificador de precisão de onda completa.

O sinal proveniente do pré-amplificador é retificado em meia onda pelo

amplificador operacional A3 em conjunto com os diodos D1 e D2. O sinal retificado

no catodo do diodo D2 e o sinal de entrada são somados pelo amplificador A4. O

sinal resultante do somador A4 tem sua envoltória condicionada pelo filtro formado

pelo capacitor de 560 pF, fornecendo na saída um pulso com polaridade negativa. A

forma de onda do sinal de saída deste estágio é mostrada na Figura 46.

60

-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

tens

ão (V

)

tempo (µs)

Figura 46 - Sinal na saída do retificador de precisão de onda completa

4.3.3 FILTRO SUAVIZADOR

O sinal de saída do retificador de precisão apresenta variações na sua envoltória.

Para que sua amplitude máxima possa ser determinada com maior precisão pelo

conversor AD, um último estágio para suavização do sinal foi adicionado. O

diagrama do circuito eletrônico é mostrado na Figura 47. O amplificador operacional

A5, na configuração amplificador inversor e com um filtro RC na entrada do sinal,

fornece a suavização necessária. Este estágio possui em sua saída um conector

BNC fêmea para que o sinal possa ser monitorado utilizando um osciloscópio. O

sinal de saída do filtro suavizador é mostrado na Figura 48.

A largura do sinal de 60 µs impõe uma limitação quanto a detecção de pulsos

subseqüentes. Neste caso, um segundo pulso que ocorrer neste intervalo não será

detectado sendo que o número máximo de pulsos detectados em um ciclo de

61

freqüência 60 Hz será igual a 278. Este número é suficiente já que medidas de

descargas parciais em vazios apresentam valores na ordem de 10 ppc (pulsos por

ciclo)[6].

Figura 47 - Diagrama eletrônico do filtro suavizador.

-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0-1

0

1

2

3

4

5

6

7

tens

ão (V

)

tempo (µs)

Figura 48 - Sinal na saída do filtro suavizador.

4.3.4 CONVERSÃO DO SINAL ANALÓGICO PARA DIGITAL

Para realizar a interface entre o microcomputador e o sistema de tratamento

de sinal, foi utilizada uma placa protótipo de aquisição de dados com barramento

62

ISA. Um conversor analógico-digital ADS774 e uma lógica de controle foram

implementados, utilizando uma área de expansão da placa de aquisição. A escolha

do conversor AD foi realizada considerando fatores adequados como a velocidade

de conversão, custo e resolução de conversão. Na Figura 49 é mostrado o diagrama

esquemático do conversor AD e a lógica de controle.

Figura 49 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do conversor analógico-digital e a lógica de controle.

Para otimizar a taxa de conversão (máxima de 4,5 µs), o conversor ADS774

foi configurado para uma resolução de 8 bits. Tres portas lógicas “NOU” de um

circuito integrado 74HC02 foram utilizadas, permitindo que o conversor AD possa

operar independente de sincronismo com o restante do sistema. Na Figura 50 são

mostrados os sinais de controle para aquisição dos dados do conversor AD.

63

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0-101234567 B

tens

ão (V

)

tempo (µs)

0

1

2

3

4

5

6 A

tens

ão (V

)

Figura 50 - Sinais de controle para aquisição dos dados do conversor AD. A - Sinal proveniente do decodificador de endereços . B - Sinal de

final de conversão do ADS774.

Ao final de cada conversão os dados são transferidos e armazenados pelos

Flip-flop D (74HC374), para posterior leitura pela porta digital da placa de aquisição.

Isto ocorre quando o conversor AD disponibiliza o resultado da última conversão na

sua saída de dados, através de um sinal na saída “Status” (pino 28). Este sinal é

invertido pela lógica de controle e ativa a transferência dos dados para 74HC374,

durante a transição de nível lógico “zero” para “um” na entrada CP, pino 11 do

CI74HC34 (ver sinal 2 da Figura 50). Quando uma instrução de leitura é executada

pelo software, o decodificador de endereços da placa de aquisição habilita as saídas

do 74HC374, disponibilizando o dado armazenado para o barramento de dados

interno da placa de aquisição (ver sinal 1 da Figura 50).

64

4.3.5 DETECTOR DE ZERO

Para obter o ângulo de fase de ocorrência de cada descarga, foi utilizado um

sinal de referência fornecido pelo amplificador de potência. Este sinal é de forma

senoidal e corresponde a 1:10 da tensão de saída do amplificador. Na Figura 51 é

mostrado o diagrama do circuito eletrônico do detector de zero.

Figura 51 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do detector de zero.

O amplificador operacional A6 na configuração comparador recebe o sinal de

referência na entrada inversora e compara com a entrada não inversora, que está

ligada a massa (referência 0 volts). No semiciclo positivo do sinal de entrada a saída

do comparador coloca o transistor BC547A na região de corte, deixando a tensão de

coletor próxima a +5V, definindo um nível lógico “um” na entrada do “buffer 3-state”

74HC244. Quando a tensão de forma senoidal passa pelo zero novamente, iniciando

o semiciclo negativo, a saída do comparador inverte, deixando o transistor na região

de saturação, definindo um nível lógico ”zero” na entrada do “buffer”. Ao ser

executada uma instrução de leitura no endereço configurado no decodificador de

65

endereços da placa de aquisição, a saída do “buffer 3-state” é ativada colocando a

informação na linha D0 do barramento de dados. Na Figura 52 são mostradas as

formas de onda dos sinais no detector de zero.

-4,0 0,0 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0-1

0

1

2

3

4

5

6B

tens

ão (V

)

tempo (ms)

-8-6-4-202468

A

tens

ão (V

)

Figura 52 - Formas de onda no circuito detector de zero. A - Sinal de referência na entrada. B - Sinal nível TTL a ser lido pela placa de

aquisição de dados.

66

4.4 POSICIONADOR XY

A placa de aquisição de dados fornece duas saídas analógicas com faixas de

tensão de 0 a 10 V. Estes dois sinais analógicos foram utilizados para controlar o

posicionamento da amostra em relação ao feixe de raio x. Um plotter Hewlett

Packard modelo 7015B foi modificado para atuar como posicionador da amostra.

Um porta amostra foi acoplado ao carro do plotter e o mesmo foi configurado para

uma faixa de entrada de 500 mV/cm. A variação do sinal analógico de saída da

placa de aquisição foi ajustada para que uma área de 10 x 10 mm da amostra fosse

varrida pelo feixe de raio x, com passos de 0,5mm, gerando uma matriz quadrada de

dimensão 20 X 20 para a formação da imagem. Na Figura 53 é mostrada uma

fotografia do posicionador de amostras.

Figura 53 - Fotografia do posicionador de amostras

67

4.5 SOFTWARE PARA CONTROLE DO SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE

IMAGENS

O controle do sistema de aquisição de dados é realizado por um computador

Pentium 100 MHz através da placa de aquisição de dados. Para executar todas as

operações necessárias para realizar a aquisição de uma matriz de dados de forma

automática, foi desenvolvido um software em linguagem C, o qual executa as

seguintes funções:

1. Gera a seqüência da varredura e posiciona o feixe de raio x sobre a amostra;

2. Realiza a análise das descargas parciais através da leitura dos sinais do

analisador e gera as distribuições estatísticas das ocorrências das descargas em

função da amplitude e ângulo de fase;

3. Determina os máximos das distribuições estatísticas e gera a matriz da imagem.

Na Figura 54 é mostrado um fluxograma simplificado das operações realizadas

pelo software. O programa fonte desenvolvido em linguagem C é mostrado no

Apêndice A e a seguir são descritas as principais operações realizadas pelo

software.

68

Figura 54 Fluxograma simplificado das operações realizadas pelo software de controle.

69

4.5.1 POSICIONAMENTO DO FEIXE DE RAIO X

O controle do posicionamento e a seqüência de varredura do feixe de raio x

sobre a amostra são realizados considerando-se dois parâmetros: a área da amostra

a ser analisada e a resolução desejada para a formação da imagem. A resolução da

imagem é limitada pelo diâmetro do feixe de raio x, o qual depende do colimador

utilizado. A diferença de posição do feixe de raio x entre dois pontos na amostra, que

corresponde a um passo no avanço do feixe, deve ser igual ou menor que o

diâmetro do feixe. Para construção das primeiras imagens, utilizou-se amostras que

possuem defeitos esféricos com diâmetros aproximados entre 0,8 e 1,0 mm. Desta

forma, foi escolhido um colimador com 0,5 mm de diâmetro, e também, um passo de

avanço com o mesmo valor. Na Figura 55 é mostrada uma representação da área da

superfície da amostra a ser varrida pelo feixe de raio x, os círculos representam as

posições ocupadas pelo feixe de raio x em cada ponto a ser analisado.

Figura 55 - Representação da área da amostra de dimensões (DxXDy),varrida pelo feixe de raio x de diâmetro Φ e passos de avanço

∆X e ∆Y.

70

O número de pontos a ser analisado em cada dimensão da superfície da

amostra será igual ao comprimento total da dimensão considerada dividido pelo

comprimento do passo do avanço do feixe de raio x.

xDxDimX∆

= e yDyDimY∆

= (18)

O número total de pontos em cada imagem será o produto das duas dimensões.

DimYDimXN ×= (19)

Com o objetivo de caracterizar o sistema e realizar os primeiros testes, foi escolhida

uma área quadrada da superfície da amostra de 10 mm X 10 mm de lado, com o

defeito esférico localizado no centro do quadrado. Desta forma, para um avanço de

0,5 mm teremos uma matriz de dados de dimensão 20 X 20, com um total de 400

pontos.

A seqüência de varredura é controlada pelo software de forma que, partindo

da posição inicial X = 1 e Y = 1, onde X e Y correspondem aos índices dos

elementos da matriz de imagem, o valor X é incrementado de uma unidade,

causando o deslocamento do feixe no sentido positivo do eixo X, até atingir o valor

DimX. Em seguida o valor de Y é incrementado de uma unidade, e o valor de X

passa ser decrementado, causando um deslocamento no sentido negativo do eixo X,

até atingir a posição X = 1. Neste ponto o valor de Y é incrementado novamente

iniciando uma nova varredura no sentido do eixo X positivo. Este processo se repete

até o valor de Y atingir o valor DimY, completando a varredura sobre toda a

superfície da amostra. A posição do feixe na amostra é definida por:

xXPosX ∆= . (20) yYPosY ∆= . (21)

71

Na Figura 56 é mostrado o fluxograma da parte do software que controla a

varredura.

INÍCIO

DeltaX = DeltaDeltaY = Delta

Direção = +X = Y = 1

Dx = Dy = 1

Delta = ?Dim = ?

Direção = +?

Dx = Dx + DeltaX = X + 1 Dx = Dx - Delta

X = X - 1

S N

X > Dim?

X < 1?

Direção = -Dx = Dx - DeltaDy = Dy + Delta

X = X - 1Y = Y + 1

Direção = +Dx = Dx + DeltaDy = Dy + Delta

X = X + 1Y = Y +1

Y > Dim?

FIM

S

N

Figura 56 - Fluxograma do software de controle da varredura

72

Na Figura 57 é mostrada uma representação da seqüência de varredura do

feixe de raio x sobre a amostra.

Figura 57 - Representação da sequência de varredura do feixe de raio

x sobre a amostra.

4.5.2 ANÁLISE E GERAÇÃO DAS DISTRIBUIÇÕES ESTATÍSTICAS DAS

DESCARGAS PARCIAIS.

A análise dos pulsos de descarga parcial e, conseqüentemente, a geração

das distribuições estatísticas em função do ângulo de fase e amplitude, é realizada

através da leitura dos sinais fornecidos pelo analisador de descargas parciais (ver

Diagrama em blocos - Figura 40). Uma análise completa consiste em detectar os

pulsos de descarga parcial, durante um número pré-estabelecido de ciclos da tensão

aplicada à amostra e determinar o número de ocorrências dos pulsos em função da

amplitude e ângulo de fase.

Devido às limitações de memória RAM, a análise completa foi dividida em

amostragens. Uma amostragem corresponde a uma seqüência temporal de leituras

do conversor AD e da porta digital, armazenada em uma matriz de amostragem.

73

Cada amostragem é disparada no início de um ciclo da tensão de referência, para

isso, a porta digital é monitorada até que ocorra uma transição de nível lógico “zero”

para “um”. Na Figura 58 é mostrado o fluxograma da parte do software que realiza a

amostragem.

IN ÍCIO

INÍCIODE CICLO

?

G RAVA NA M AT RIZ DE

AM OST RAG EM

FINAL DE AM OST RAG EM

?

FIM

LÊ SINAL DE REFERÊNCIA

DE FASE

LÊ SINAL DPLÊ

REFERÊNCIA DE FASE

N

S

N

S

Figura 58 - Fluxograma da rotina que executa uma amostragem.

A matriz de amostragem é uma matriz de dimensão 2 X 25.000. Na primeira

coluna é armazenada a leitura do conversor AD e na segunda a leitura da porta

digital. Um ciclo da rotina de amostragem é executado a cada 4,5 µs, desta forma, a

matriz de amostragem é carregada de forma completa em 112,5 ms.

74

Após a execução da amostragem, a rotina seguinte determina o período do

sinal de referência e o número de ciclos da tensão de referência a ser analisados por

amostragem. Esta operação é executada através da contagem do número de

amostras no primeiro ciclo da tensão de referência, que corresponde a um período.

O número de ciclos analisados na amostragem, será igual a dimensão da matriz de

amostragem dividido pelo período. Na Figura 59 é mostrado o fluxograma da rotina

para determinação do período e número de ciclos por amostragem.

Figura 59 - Fluxograma da rotina para determinação do período da tensão de referência e do número de ciclos por amostragem

Considerando-se a freqüência de rotação do “chopper”, que é de 56,5 Hz e

corresponde a um período de 17,7 ms, teremos 6 ciclos da tensão aplicada à

amostra analisados por amostragem.

75

A próxima operação realizada pelo software é a determinação de ocorrências

de picos de descarga parcial através da análise dos dados da matriz de

amostragem. A matriz de amostragem é lida de forma seqüencial e a presença de

um pico é detectada quando o sinal do conversor AD ultrapassa um valor limiar pré-

estabelecido e apresenta uma taxa de variação positiva. Estas duas condições

devem ser satisfeitas para evitar que ruídos sejam interpretados como picos de

descarga. Satisfeitas as condições o valor máximo do sinal é acumulado até que a

taxa de variação do sinal se torne negativa.

Durante a leitura da matriz de amostragem o sinal de referência também é

verificado. Quando o sinal de referência sofre uma transição de nível lógico “zero”

para “um”, significa que um novo ciclo está sendo iniciado, neste instante o índice da

matriz de amostragem i é armazenado como referência de fase. O índice da

matriz de amostragem no momento em que o valor máximo de pico é

encontrado e utilizado para a determinação do ângulo de fase. Para gerar a

distribuição estatística das ocorrências das descargas em função do ângulo de fase,

o período da tensão aplicada foi dividido em 200 partes (“janelas”). Desta forma o

ângulo de fase é determinado por:

ref

maxi

períodoii

fase ref 200)( max ×−= (22)

Durante uma análise completa, duas matrizes unidimensionais são geradas. A

primeira matriz de amplitudes tem dimensão 150 e a segunda matriz de ângulos de

fase tem dimensão 200. A cada pico de descarga detectado, um elemento de cada

matriz é incrementado, gerando as distribuições estatísticas.

76

Uma análise em um ponto da amostra é completada pela repetição de

amostragens, até atingir o número de ciclos pré determinado. Ao final da análise os

seguintes parâmetros são determinados: número total de descargas, amplitude

máxima das distribuições de amplitudes e amplitude máxima das distribuições de

ângulos de fase. Estes parâmetros associados aos índices da matriz de imagem

(X,Y) do ponto analisado são gravados no arquivo de imagem. Uma imagem pode

ser formada usando os índices de posição (X,Y) e escolhendo um dos parâmetros

da análise, como terceira dimensão.

4.6 CALIBRAÇÃO DO ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS

Para calibrar o analisador de descargas parciais e estabelecer uma relação

entre a amplitude do pulso medido e a carga aparente transferida em cada

descarga, foi utilizado um calibrador de descargas parciais portátil ENRAF. Os

pulsos do calibrador foram injetados em paralelo com a amostra, com o amplificador

de potência desligado, e as distribuições de amplitudes dos pulsos detectados pelo

analisador foram registradas. O diagrama esquemático do circuito com o calibrador é

mostrado na Figura 60.

Figura 60 - Circuito para calibração dos pulsos de descarga parcial.

77

Inicialmente, foi injetado o valor máximo do calibrador, que corresponde a 50

pC de carga aparente, e realizado um ajuste no valor lido pelo conversor analógico-

digital, de forma a obter uma indicação igual a 50. Diversos valores de carga foram

injetados, dentro da faixa de medida, com objetivo de verificar a linearidade do

analisador. As distribuições de amplitude para os diversos valores de carga injetada

no circuito são mostradas na Figura 61.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

200

400

5 pC

carga aparente (pC)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

200

400

10 pC

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

200

400

15 pC

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

200

40020 pC

cont

agen

s (n

úmer

o)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

200

400

30 pC

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

200

400

50 pC

Figura 61 - Distribuições de amplitudes dos pulsos de calibração para diversos valores de carga aparente injetada na faixa de 5 pC a 50 pC.

78

Com os valores de pico obtidos de cada distribuição, mostradas na Figura 61,

em função do valor de carga aparente gerado pelo calibrador, foi construída a curva

de calibração do analisador. A curva de calibração e a reta ajustada para os pontos

medidos é mostrada na Figura 62.

0 10 20 30 40 500

10

20

30

40

50 Calibração Reta Ajustada Y =1,00875.X - 0,3562

Y =

carg

a ap

aren

te m

édia

med

ida

(pC

)

x = carga aparente injetada (pC)

Figura 62 - Curva de calibração do analisador de descargas parciais. Carga aparente injetada utilizando um calibrador de descargas

parciais na faixa de 5 a 50 pC.

Os parâmetros obtidos da reta ajustada por regressão linear mostram um bom

alinhamento dos pontos experimentais. O coeficiente de correlação linear R =

0,99973 indica uma boa linearidade do sistema de medida.

Para verificar a resolução da medida do ângulo de fase das descargas, o sinal

do gerador de descargas foi sincronizado com a tensão de referência do analisador.

Desta forma, o calibrador gera um pulso a cada início do semi-ciclo da tensão de

referência. A distribuição dos pulsos nas janelas, para os dois semi-ciclos é

mostrada na Figura 63.

79

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1100

100

200

300

400

500

B

janela (número)

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

100

200

300

400

500A

Con

tage

ns (n

úmer

o)

janela (número)

Figura 63 - Distribuição das ocorrências dos pulsos do gerador de descargas parciais. A - No início do semi-ciclo positivo. B - No início

do semi-ciclo negativo.

0 45 90 135 180 225 270 315 3600

100

200

300

400

B

cont

agen

s (n

úmer

o)

ângulo de fase (graus)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

100

200

300

400

A

janelas (1/200)

Figura 64 - Distribuição das ocorrências dos pulsos do gerador de descargas parciais. A - Em função do número da janela. B -

Convertido para ângulo de fase ( 0 a 360 graus)

80

Podemos verificar na Figura 63 que a resolução do analisador na

determinação do ângulo de fase está adequada com o número de janelas escolhido

( 200 janelas por período), já que a maioria das ocorrências se concentram em uma

única janela.

Na Figura 64 A são mostradas as distribuições das ocorrências acumuladas

para ciclos da tensão de referência e na Figura 64 B a mesma distribuição,

convertida para ângulo de fase de “0 a 360 graus”.

81

4.7 VISTA DO SISTEMA PROTÓTIPO

Figura 65 - Fotografia de parte do sistema de aquisição de imagens. A

- Tubo de raio x. B - Colimador. C - Chopper. D - Posicionador de amostras. E - Amostra. F - Capacitor de acoplamento.

Figura 66 - Fotografia de parte do sistema de aquisição de imagens. A

- Tubo de raio x. B - Colimador. C - Chopper. D - Posicionador de amostras. E - Amostra. F - Capacitor de acoplamento. G - Pré-

amplificador. H - Transformador elevador de alta-tensão.

82

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 IMAGENS DE VAZIOS ESFÉRICOS

Para construção da imagem de defeitos por descarga parcial estimulada por

raio x alguns parâmetros devem ser pré estabelecidos e são descritos a seguir.

5.1.1 TENSÃO APLICADA À AMOSTRA

O primeiro parâmetro a ser determinado é a tensão a ser aplicada à amostra e

para isso uma primeira condição deve ser satisfeita; a amostra com tensão aplicada

não deve apresentar descargas parciais sem a presença do feixe de raio x. A

segunda condição é que a tensão aplicada deve ser próxima à tensão de início das

descargas. Desta forma, uma baixa intensidade do feixe de raio x será suficiente

para estimular as descargas parciais e modular a ocorrência das mesmas de acordo

com a posição do feixe em relação à amostra.

Para as amostras confeccionadas, listadas na tabela 1, realizou-se o ensaio

de tensão de início sem raio x aplicado, sendo que nenhuma apresentou descarga

parcial até a tensão máxima do sistema que é 12 kV rms, a qual corresponde a um

campo elétrico local de 7,8 kv/mm. Segundo os resultados apresentados por S.

Rizzeto et al. [6] , vazios esféricos com diâmetros entre 0,2 e 2,0 mm, sem raio x

aplicado, apresentaram tensões de início para campos elétricos locais na faixa de 15

a 20 kV/mm.

Utilizando a amostra E04, a qual possui diversos vazios cujos diâmetros

variam entre 0,2 a 1,0 mm, foi determinado a tensão de início com raio x aplicado de

35 kV - 9,0 mA. Para todos os vazios foi encontrado um valor de tensão de início em

83

torno de 6 kV rms, a qual corresponde a um campo elétrico local de 3,9 kV/mm. Este

valor corresponde a 25 % da tensão de início sem raio x. Com base nestes

resultados escolheu-se a tensão de 12 kV rms, que corresponde à tensão máxima

do sistema gerador de alta tensão. Estes valores permitem que as descargas sejam

moduladas pela presença do feixe de raio x.

5.1.2 INTENSIDADE E ENERGIA DO FEIXE DE RAIO X

Os parâmetros do feixe de raio x também são fatores importantes para

obtenção da imagem. A tensão aplicada ao tubo de raio x determina a distribuição

de energia dos fótons emitidos e a corrente determina a intensidade do feixe de raio

x. O tubo de raio x utilizado possui alvo de tungstênio, o qual apresenta algumas

linhas características na faixa de tensão até 30 kV. O espectro de energia do tubo

utilizado foi determinado com a utilização de um detector com resolução em energia

Amptek XR-100CR e uma placa de aquisição de dados.

0 5 10 15 20 25 300

500

1000

1500

2000

Lβ1

Lα1

cont

agen

s (n

úmer

o)

energia (keV)

Figura 67 - Espectro de energia do tubo de raio x

84

Na Figura 67 é mostrado o espectro de energia de emissão do tubo com tensão

aplicada de 50 kV. Os dois picos maiores correspondem às linhas de emissão

característica do tungstênio Lα1 e Lβ1 com energias de 8,4 keV e 9,7 keV

respectivamente.

Para estimular as descargas parciais, o feixe de raio x deve interagir com os

gases ou vapores dentro dos vazios e causar a ionização inicial. Para gases, a

probabilidade de interação é maior para fótons com baixas energias. Baseado neste

fato, inicialmente ajustou-se a tensão do tubo em 15 kV e a corrente em 1,0 mA, com

o objetivo de gerar um feixe de raio x com baixa energia e baixa intensidade.

5.1.3 DIÂMETRO DO FEIXE DE RAIO X

A resolução da imagem depende do número de pontos analisados por

unidade de área da amostra. Neste sistema cada ponto da imagem é obtido através

do avanço do feixe de raio x e o diâmetro do feixe deve ser menor ou igual ao

comprimento de um passo.

Foi selecionada uma área quadrada da superfície da amostra de 10 mm x 10

mm de lado, com o defeito esférico localizado no centro. O diâmetro do feixe de raio

x foi fixado, utilizando-se um colimador de chumbo com um furo circular de diâmetro

0,5 mm. O avanço do feixe durante a varredura também foi fixado em 0,5 mm, desta

forma, teremos uma matriz de dados de dimensão 20 X 20, com um total de 400

pontos. Cada ponto corresponde na imagem a uma área de 0,5 mm.

5.1.4 CONSTRUÇÃO DA IMAGEM

A amostra E03 foi utilizada para a construção da primeira imagem. O número

total de contagens de descargas foi utilizado como a terceira dimensão da imagem.

85

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

coordenada X (mm)

coor

dena

da Y

(mm

)

640.0 -- 800.0 480.0 -- 640.0 320.0 -- 480.0 160.0 -- 320.0 0 -- 160.0

Figura 68 - Imagem do vazio esférico de 0,9 mm de diâmetro da amostra E03 construída utilizando mapa de cores com 5 tons de

cinza.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

coordenada X (mm)

coor

dena

da Y

(mm

)

Figura 69 - Imagem do vazio esférico de 0,9 mm de diâmetro da

amostra E03 construída utilizando mapa de cores com 5 tons de cinza com curvas de nível

O número total de contagens, relativo a 150 ciclos da tensão aplicada à amostra, foi

dividido em 5 tons de cinza. O resultado em forma de mapa de cores gerado pelo

software gráfico Microcal Origin versão 5.0 é mostrado na Figura 68. Na Figura 69

86

é mostrada uma imagem, construída com os mesmos dados da imagem mostrada

na Figura 68, onde os contornos do mapa de cores foram preenchidos em forma de

curvas de nível.

Uma outra forma de representar a imagem é usando superfícies

tridimensionais. Na Figura 70 é mostrado este tipo de representação gerada pelo

software PSIPlot versão 5.02A.

0

2

4

6

8

10 0

2

4

68

10

-100

375

850

1325

1800

contagens (número)

coordenada X (mm) coordenada Y (mm)

.

Figura 70 - Representação em superfície 3D da imagem do vazio

esférico de 0,9 mm de diâmetro da amostra E03. Tubo de raio x 15kV - 1,0 mA - Colimador 0,5 mm de diâmetro.

Da mesma forma que em uma imagem de tomografia de raio x, a terceira

dimensão da imagem não está relacionada com a geometria do objeto. No caso das

imagens de descarga parcial estimulada por raio x mostradas na Figura 69 e na

Figura 70 , a terceira dimensão está relacionada com o potencial que o defeito

apresenta para gerar descarga parcial e, conseqüentemente, levar o dielétrico à

ruptura.

87

O tempo para construção de uma imagem, com 150 ciclos analisados por

ponto com um total de 400 pontos, correspondente a uma área na superfície da

amostra de 10 mm x 10 mm, é aproximadamente de 30 minutos.

5.2 REPETITIVIDADE DO MÉTODO DE CONSTRUÇÃO DE IMAGENS

Para uma primeira avaliação a respeito da repetitividade do método de

obtenção de imagens, realizou-se a construção de 3 imagens utilizando a amostra

E03 com 12 kV rms de tensão aplicada. O feixe de raio x com 0,5 mm de diâmetro

foi gerado com tensão aplicada ao tubo de 15 kVcc e corrente de 1,0 mA. As

imagens foram construídas em seqüência cronológica e observadas as seguintes

condições para o início da varredura:

Imagem A - Iniciada a varredura logo após a aplicação da tensão na amostra.

Imagem B - A tensão foi aplicada 15 minutos antes do início da varredura do feixe

de raio x.

Imagem C - A amostra permaneceu sem tensão aplicada durante 1h30min e em

seguida a tensão foi aplicada e a varredura iniciada.

Os resultados das construções das imagens são mostrados, em seqüência

cronológica, na Figura 71. Considerando as condições impostas acima, nenhuma

diferença visual aparente foi observada, mostrando de forma qualitativa uma boa

repetitividade.

88

Figura 71 - Seqüência de imagens da amostra E03 com varredura iniciada de 3 formas: A) Logo após ser aplicada a tensão. B) 15 minutos após a tensão ser aplicada. C) Sem tensão aplicada por 1h30min e iniciada a varredura logo após ser aplicada a tensão.

89

5.3 EFEITO DA INTENSIDADE DO FEIXE DE RAIO X

Para avaliar o efeito da intensidade do feixe de raio x sobre a imagem, construiu-

se uma seqüência de imagens da amostra E01 para diferentes valores de

intensidade do feixe de raio x, sendo os demais parâmetros da imagem mantidos

constantes, tensão aplicada à amostra igual a 12 kV rms e tensão aplicada ao tubo

de raio x igual a 15 kVcc. As imagens construídas com valores de corrente no tubo

de 1,0 mA, 2,0 mA, 4,0 mA e 6,0 mA são apresentadas, em seqüência, na Figura 72.

Figura 72 - Seqüência de imagens da amostra E01 mostrando a influência da intensidade do feixe de raio x de 15 kV, para os valores de corrente ajustados em. A) 1,0 mA. B) 2,0mA. C) 4,0 mA. C) 6,0mA.

90

Pela análise da seqüência de imagens apresentada na Figura 72 concluiu-se

que a intensidade do feixe de raio x é um importante parâmetro para obtenção de

uma imagem representativa do defeito. A imagem A, que foi construída utilizando

uma baixa intensidade relativa do feixe de raio x (corrente ajustada em 1,0 mA),

apresentou uma boa definição dos contornos do vazio esférico, sendo a região mais

escura da imagem, a região de maior ocorrência de descargas parciais compatível

com as dimensões do vazio esférico (diâmetro de 1,2 mm).

A imagem B, construída com o dobro da intensidade da imagem A (corrente

ajustada em 2,0 mA), apresentou um aumento da área de maior ocorrência de

descargas. Analisando os dados da matriz gerada, verificou-se que houve um

aumento do número de descargas nas regiões onde o defeito é parcialmente

irradiado pelo feixe de raio x (bordas do vazio esférico). Em contrapartida, na região

onde o feixe irradia o defeito de forma completa (região central do vazio esférico),

não houve um aumento significativo do número de ocorrência de descargas,

apresentando uma condição de saturação. A condição de saturação foi observada

anteriormente no estudo do comportamento das descargas parciais estimuladas por

raio x pulsado (ver seção 3.3 ), e justifica o aumento da área escura na imagem.

Com um aumento ainda maior da intensidade do feixe sobre a região do defeito,

observou-se que as descargas parciais são extintas. Na Imagem C , cuja intensidade

do feixe corresponde a corrente de 4,0 mA no tubo, podemos observar o

desaparecimento das descargas na região central do defeito e a ocorrência de

descargas nas regiões da borda do defeito. Com a intensidade ainda maior,

mostrada na Imagem D (corrente igual a 6,0 mA), a região clara no centro do defeito

aumenta ainda mais, tendendo ao desaparecimento total da imagem. A extinção das

91

descargas parciais quando o defeito é irradiado por um feixe com intensidade

relativamente alta, pode ser devida à ionização completa do gás no interior do

defeito. Nestas condições, as moléculas de gás ionizadas causam um colapso do

campo elétrico local (campo no interior do vazio) e não permitem que o mesmo

possa ser restabelecido para que uma nova descarga possa ter início [6].

5.4 DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE DETECÇÃO

A resolução espacial do sistema de obtenção de imagens está limitada pelo

diâmetro do feixe de raio x e pelo avanço do feixe durante o processo de varredura

sobre a amostra. Desta forma, defeitos esféricos com diâmetros inferiores a 0,5 mm

devem aparecer como um único ponto de imagem. Isto significa que não será

possível definir as dimensões de defeitos abaixo de 0,5 mm, mas os mesmos

poderão ser detectados desde que apresentem descargas parciais cujas amplitudes

estejam compatíveis com a sensibilidade do analisador.

Com o objetivo de determinar o menor defeito esférico detectável pelo sistema,

preparou-se uma amostra em epóxi, a qual foi identificada por E04, com diversos

defeitos esféricos com diâmetros variados e distribuídos de forma aleatória. A

amostra foi confeccionada com epóxi transparente a luz visível, com o objetivo de

comparar a imagem óptica com a imagem gerada pelo sistema. As imagens ópticas

obtidas com a utilização de uma lupa estereoscópica Wild M5A Heerbrug

acoplada a uma câmera CCD Sony CCD IRIS modelo SSC-C350, são mostradas na

Figura 73.

92

Figura 73 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04 obtidos com

uma lupa estereoscópica com aumento de 12 vezes. A - Vista superior, lado do eletrodo de alta tensão. B - Vista inferior, lado do

eletrodo de baixa tensão.

93

Para que fosse possível visualizar os defeitos esféricos independente da

profundidade, obteve-se uma imagem da parte inferior da amostra, vista do lado do

eletrodo de baixa tensão (Figura 73A), e uma imagem da parte superior da amostra,

vista do lado do eletrodo de alta tensão (Figura 73B). A imagem da parte superior foi

invertida com a utilização de um software para tratamento de imagens, sendo

possível comparar as duas imagens e identificar os defeitos comuns apresentados

em cada imagem. Objetivando visualizar todos os defeitos na mesma imagem, as

duas imagens anteriores foram convertidas para escala de cinza e somadas. A

imagem resultante é apresentada na Figura 74.

Figura 74 - Imagem resultante da soma das imagens da vista superior e inferior dos vazios esféricos na amostra E04. Os vazios foram classificados e numerados para determinação dos diâmetros.

94

Uma imagem auxiliar com uma escala milimétrica sobre a amostra foi gerada e,

com a utilização do software de tratamento de imagens Image Toll versão 2.0,

determinou-se a resolução da imagem e efetuou-se a calibração através da

conversão do número de píxels por milímetro. Os diâmetros dos vazios esféricos na

faixa de 0,3 mm a 1,0 mm foram determinados e classificados em ordem

decrescente. O valor médio dos diâmetros são apresentados na Tabela 2.

IDENTIFICAÇÃO DOS VAZIOS

ESFÉRICOS NA FIGURA 72

DIÂMETRO DO VAZIO ESFÉRICO

(mm) (±0,1mm)

1 1,0

2 1,0

3 0,9

4 0,8

5 0,7

6 0,6

7 0,6

8 0,5

9 0,4

10 0,3

11 0,3

12 0,3

13 0,3

14 0,3

Tabela 2 - Identificação dos vazios esféricos na amostra de epóxi E04 em função dos seus diâmetros.

95

A imagem obtida por descarga parcial estimulada por raio x pulsado da

mesma região da amostra E04, a qual foi gerada pelo software PSIPlot versão

5.02A, em superfícies tridimensionais, é mostrada na Figura 75. Esta imagem foi

obtida com os seguintes parâmetros: tensão aplicada à amostra de 12 kV rms em

58Hz, feixe de raio x gerado com 35 kV - 2,0 mA, colimador de 0,5 mm de diâmetro.

0

2

4

6

8

100

24

68

10

-5031

112194

275356

438

519

600

coordenada X (m

m)

cont

agen

s (n)

coordenada Y (mm)

Figura 75 - Representação em superfícies da imagem da amostra E04 com diversos vazios esféricos. Tubo de raio x 35 kV - 2,0 mA -

Colimador 0,5 mm de diâmetro.

96

Figura 76 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04. A - Obtida com uma lupa estereoscópica com aumento de 12 vezes. B - Obtida por descarga parcial estimulada por raio x pulsado de 35 kV - 2,0 mA

com tensão aplicada à amostra de 12 kVrms.

97

Os mesmos dados da imagem mostrada na Figura 75 foram utilizados para

construir a imagem mostrada na Figura 76B, a qual foi representada em curvas de

nível com 10 tons de cinza.

Para comparar a imagem gerada com a imagem óptica a imagem mostrada

na Figura 74 foi reduzida e superposta à Figura 76A. Os vazios esféricos que

aparecem na imagem por descarga parcial (Figura 76B) foram relacionados de

acordo com a identificação apresentada na Figura 76A.

Foi observado que somente os vazios esféricos numerados de 1 a 9, os quais

apresentam diâmetros entre 0,4 mm a 1,0 mm, foram detectados pelo sistema,

sendo que os demais vazios numerados de 10 a 15, com diâmetros inferiores a 0,4

mm não foram detectados.

Para confirmar que os vazios esféricos cujos diâmetros estão abaixo de 0,4

mm não foram detectados pelo sistema por apresentarem descargas com

amplitudes abaixo da sensibilidade do analisador, mediu-se os espectros de

amplitudes das descargas em cada um dos vazios esféricos relacionados na Figura

76A.

Observou-se que a carga aparente transferida nas descargas é proporcional,

de forma direta, ao diâmetro do vazio esférico. Na Figura 77 são mostrados os

espectros de amplitudes para vazios com diferentes diâmetros esféricos e na Figura

78 é apresentado um gráfico mostrando a existência de correlação entre o diâmetro

do vazio esférico e a carga média transferida nas descargas.

98

0 20 40 60 80 100 120 1400

50

100

150

200

250

300

350

400

Aoc

orrê

ncia

s (n

úmer

o)

carga aparente (pC)0 20 40 60 80 100 120 140

0

10

20

30

40

50

60

70

B

ocor

rênc

ias

(núm

ero)

carga aparente (pC)

0 20 40 60 80 100 120 1400

10

20

30

40

50

C

ocor

rênc

ias

(núm

ero)

carga aparente (pC)

0 20 40 60 80 100 120 1400

10

20

30

40

50

60

70

80

90 D

ocor

rênc

ias

(núm

ero)

carga aparente (pC)

0 20 40 60 80 100 120 1400

10

20

30

40

50

60

70

E

ocor

rênc

ias

(núm

ero)

carga aparente (pC)

0 20 40 60 80 100 120 1400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

F

ocor

rênc

ias

(núm

ero)

carga aparente (pC)

0 20 40 60 80 100 120 1400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 G

ocor

rênc

ias

(núm

ero)

carga aparente (pC)

0 20 40 60 80 100 120 140

0

10

20

30

40

H

ocor

rênc

ias

(núm

ero)

carga aparente (pC)

99

Figura 77 - Espectro de amplitudes das descargas parciais em vazios esféricos com diferentes diâmetros: - A - 1,0 mm, B - 0,9 mm, C -

0,6mm e 0,3 mm, D - 0,6mm, E - 0,5 mm, F - 0,4 mm, G - 0,3 mm e H - 0,3mm.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,10

20

40

60

80

100

120

140

carg

a ap

aren

te (p

C)

diâmetro (mm)

Figura 78 - Correlação entre o diâmetro dos vazios esféricos e a carga aparente transferida nas descargas parciais.

Pela extrapolação da reta ajustada nos pontos experimentais poderíamos

concluir que o limite inferior de detecção do sistema seria para vazios esféricos de

até 0,25 mm de diâmetro. Devido ao ruído ambiente no sinal de medida de

descargas parciais a sensibilidade do analisador foi limitada em 5 pC, e como

conseqüência, o limite de detecção real foi fixado em 0,27 mm de diâmetro.

Em condições especiais de blindagem de ruído em ambiente de laboratório,

descargas parciais podem ser medidas com sensibilidade abaixo de 1,0 pC podendo

chegar a 0,1 pC. S. Rizzetto et al. [6] mediram descargas com amplitudes próximas

a 1,0 pC em vazios esféricos com 0,2 mm de diâmetro em amostras de epóxi .

100

Nestas condições, um fator limitador seria o campo elétrico aplicado a

amostra. A Curva de Paschen mostrada na Figura 79 relaciona o campo elétrico

local crítico em função do diâmetro dos vazios utilizando a pressão do ar no interior

do vazio como parâmetro. Nas condições utilizadas nas medidas apresentadas na

Figura 77, onde foi aplicado uma tensão de 12 kV rms na amostra E04 de espessura

2 mm, o campo elétrico médio é de 6 kV/mm. Para uma amostra de epóxi onde a

permissividade relativa pode variar entre 3 e 4, dependendo da composição da

resina, o campo elétrico local calculado pela equação (2) é aproximadamente 7,8

kV/mm. Considerando que o gás no interior do vazio esférico é ar e está a pressão

de 1,0 atm, e analisando a Curva de Paschen , somente vazios cujos diâmetros são

superiores a 90 µm apresentariam condição de ocorrência de descargas.

0,01 0,1 10

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

diâmetro (mm)

cam

po e

létri

co lo

cal (

kV/m

m)

pressão 1,0 atm 0,2 atm 2,0 atm

Figura 79 - Curva de Paschen. Ar para pressões de 0,2 atm, 1,0 atm e 2,0 atm.

101

No espectro de amplitudes da Figura 77C aparecem dois picos de distribuição

de ocorrência de descargas, o primeiro cuja moda está em 10 pC e o segundo em

65 pC. A ocorrência dos dois picos se deve a proximidade dos vazios esféricos 7,11

e 12 (ver Figura 74), desta forma, o feixe de raio x estimula as descargas nestes

vazios ao mesmo tempo. Com o objetivo de separar os vazios em função do

diâmetro, as contagens das descargas foram separadas em função das amplitudes

em duas matrizes distintas. Na Figura 80 são apresentadas duas imagens

construídas, sendo a da Figura 80A com a contagem dos pulsos cujas amplitudes

são superiores a 90 pC e da Figura 80B inferiores a 90 pC.

Na imagem da Figura 80A aparecem somente os vazios esféricos 1,2,3 e 4.

Estes vazios possuem diâmetros superiores a 0,7 mm e apresentam distribuições de

descargas maiores que 90 pC. Na imagem da Figura 80B aparecem os vazios

esféricos cujos diâmetros são menores que 0,8 mm e apresentam descargas com

amplitudes inferiores que 90 pC.

Com a utilização deste recurso, os vazios esféricos que não apareciam na

imagem total (ver Figura 76B), podem agora ser visualizados. O vazio esférico

número 10 estava muito próximo ao vazio número 1, sendo que o segundo estava

sobreposto pela imagem do primeiro. O mesmo fato pode ser observado com os

vazios de número 4 e 13.

102

Figura 80 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04 separados em função da amplitude das descargas parciais. A - descargas com

amplitudes superiores a 90 pC. B - descargas com amplitudes inferiores ou iguais a 90 pC.

103

6 CONCLUSÕES

- O estudo do comportamento das descargas parciais estimuladas por raio x

pulsado além de possibilitar o desenvolvimento do sistema de aquisição de

imagens de defeitos geradores de descargas parciais abre uma nova área para

pesquisas na área de descargas parciais em vazios e inclusões.

- O sistema desenvolvido para aquisição de imagens de defeitos mostrou-se

eficiente para determinar a localização, dimensões e atividade de vazios

esféricos com diâmetros iguais ou superiores a 0,3 mm.

- A resolução espacial do sistema é limitada pelo diâmetro do feixe de raio x e

pelo avanço do feixe sobre a amostra.

- O limite de detecção do sistema depende da sensibilidade do analisador de

descargas parciais. Com o aumento da sensibilidade, vazios esféricos com

diâmetros abaixo de 0,3 mm poderão ser detectados, mas ficarão abaixo da

resolução espacial, aparecendo na imagem como um único ponto de imagem

correspondente a dimensão do feixe de raio x.

- A técnica por nós desenvolvida poderá ser utilizada como uma nova

ferramenta na análise da qualidade de materiais dielétricos aplicados em

isolamentos de equipamentos elétricos e, também, poderá ser utilizada na

pesquisa da evolução de defeitos em isolamentos durante o processo de

envelhecimento desses materiais.

104SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Construir imagens com outras formas de defeitos ou vazios mais comuns

encontrados em materiais dielétricos.

Aumentar o limite de detecção do analisador de descargas parciais e a

resolução espacial do sistema com o objetivo de detectar vazios na ordem de

dezenas de micrometros.

Desenvolver a técnica para determinação da profundidade dos defeitos na

amostra através do ângulo de incidência do feixe de raio x.

Desenvolver sistemas dedicados a componentes elétricos específicos e

desenvolver a metodologia para análise desses componentes.

105

ANEXO A - PROGRAMA FONTE EM LINGUAGEM C

/* PROGRAMA IMAGEM.C - Controla seqüência de varredura do feixe de raio x e realiza análise das distribuições estatísticas das descargas parciais. */ #include <stdio.h> #include <dos.h> #include <stdlib.h> #include <conio.h> #include <graphics.h> #include <process.h> #include <math.h> int main() int gdriver=DETECT,gmode,errorcode; int maxy, maxx, x, y, ampli_max, pico_max;

int zero_cross, sinal_max, ciclo, ciclos, ciclot, pega, ocorre_max, limiar, ciclofim; int fase, pico, pega2, amplitude[151], ocorre_1d[205], sinal_at, sinal_ant;

int ref_at, ref_ant, ponto; int valorx, valory, posx, posy, delta, direcao, dimensao; long int i, j, k, totpico, periodo, amostras; float fatoryo, fatorya; char *ch_txt1, *ch_txt2, *ch_txt3, *ch_txt4, *sinal; unsigned char sinal_dp[25001], sinal_ref[25001]; FILE *arquivo; clrscr(); initgraph(&gdriver,&gmode," "); errorcode=graphresult(); if(errorcode != grOk)

printf("Erro de Funcao Grafica:%s\n", grapherrormsg(errorcode));

getch(); exit(1); setbkcolor(7); setcolor(1); ch_txt2 = "ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS DPSW"; outtextxy(200,10,ch_txt2); maxx=getmaxx(); maxy=getmaxy(); amostras = 25000;

106 ciclofim = 150; valorx = 0; valory = 0; posx = 1; posy = 1; dimensao = 20; delta = 12; direcao = 0; /* ABRE ARQUIVO PARA SALVAR IMAGEM */ arquivo = fopen("imagem.dat", "w+"); /* POSICIONA O FEIXE NA POSICAO INICIAL DA AMOSTRA */ outportb(648,valory); outportb(652,valorx); delay(1000); ch_txt2 = "Posicao do Raio X ="; outtextxy(10,70,ch_txt2); outtextxy(200,70,itoa(posx,*ch_txt1,10)); outtextxy(250,70,itoa(posy,*ch_txt1,10)); getch(); while (posy <= dimensao) /* INICIALIZACAO DAS VARIAVEIS DA ANALISE */ ampli_max = 1; totpico = 0; ciclot = 0; ocorre_max = 1; /* INICIALIZACAO DAS MATRIZES DE DISTRIBUICOES ESTATISTICAS */ for (i = 0; i <= 150; i++) amplitude[i] = 0; for (i = 0; i <= 204; i++) ocorre_1d[i] = 0;

107/* INICIA ANÁLISE DOS CICLOS NA POSIÇÃO DA AMOSTRA */ while(ciclot <= ciclofim) /* AGUARDA INICIO DO SEMICICLO POSITIVO */ sinal_ref[0] = inport(664); ref_ant = (int) sinal_ref[0] & 0x01; sinal_ref[1] = inport(664); ref_at = (int) sinal_ref[1] & 0x01; while (ref_at <= ref_ant) sinal_ref[0] = inport(664); ref_ant = (int) sinal_ref[0] & 0x01; sinal_ref[1] = inport(664); ref_at = (int) sinal_ref[1] & 0x01; /* LEITURA DO CONVERSOR ANALOGICO-DIGITAL */ for (i = 0; i <= amostras; i++) sinal_dp[i] = inport(660); sinal_ref[i] = inport(664); /* DETECAO DOS PICOS DE DESCARGA PARCIAL */ zero_cross = 0; sinal_max = 0; ciclo = 1; pega = 0; pega2 = 0; limiar = 5; y = 1; fase = 0; periodo = 0;

108/* IDENTIFICA O PERIODO DA SENOIDE E O NUMERO DE CICLOS POR ANALISE */ for (i = 1; i <= amostras; i++) ref_at = (int) sinal_ref[i] & 0x01; ref_ant = (int) sinal_ref[i-1] & 0x01; if (ref_at > ref_ant) periodo = i; ciclos = amostras / periodo; break; /* INICIA ANÁLISE DOS PULSOS DE DESCARGA PARCIAL */ for (i = 1; i <= amostras; i++) sinal_at = (int) sinal_dp[i]; sinal_ant= (int) sinal_dp[i-1]; sinal_at = (sinal_at * 200)/210; sinal_ant = (sinal_ant * 200)/210; ref_at = (int) sinal_ref[i] & 0x01; ref_ant = (int) sinal_ref[i-1] & 0x01; /* VERIFICA INICIO DO SEMI-CICLO POSITIVO E FINAL DA ANÁLISE */ if (ref_at > ref_ant) zero_cross = i; ciclo++; ciclot++;

if((ciclo > ciclos)||(ciclot >= ciclofim)) break;

109/* PROCURA O PICO DE DESCARGA */ if (sinal_at > limiar) if ((sinal_at - sinal_ant) > 3) pega = 1; if (pega == 1) pega2 = 1; if (sinal_at >= sinal_max) sinal_max = sinal_at; else fase = ((i - zero_cross - 1) * 200)/periodo; pico = sinal_max; if(pico > 150) pico = 150; totpico++; /* GERA DISTRIBUICOES DE AMPLITUDES E ANGULO DE FASE */ ocorre_1d[fase]++; amplitude[pico]++; if (ocorre_1d[fase] > ocorre_max) ocorre_max

= ocorre_1d[fase]; if (amplitude[pico] > ampli_max) ampli_max = amplitude[pico]; pico_max = pico; sinal_max = 0; pico = 0; pega = 0; if(ciclot >= ciclofim) break; if((ciclot >= ciclofim/10) && (totpico <= 1))break; /* GRAVA DADOS DO PONTA NO ARQUIVO DE IMAGEM */ fprintf(arquivo,"%3d %3d %4d",posx, posy, totpico); fprintf(arquivo,"%4d %4d \n",ampli_max-1,ocorre_max-1);

110/* DEFINE DIRECAO DA VARREDURA DO FEIXE DE RAIO X */ if ( direcao == 0) valorx = valorx + delta; posx++; if (posx > dimensao) direcao = 1; valorx = valorx - delta; posx--; valory = valory + delta; posy++; else valorx = valorx - delta; posx--; if (posx < 1) direcao = 0; valorx = valorx + delta; posx++; valory = valory + delta; posy++; /* POSICIONA O FEIXE DE RAIO X NA AMOSTRA */ outportb(648,valory); outportb(652,valorx); delay(1000); /* ATUALISA A TELA GRAFICA RELATIVA AO ULTIMO PONTO ANALISADO NA AMOSTRA */ cleardevice(); ch_txt2 = "ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS DPSW"; outtextxy(200,10,ch_txt2); ch_txt2 = "Ciclos Analisados ="; outtextxy(10,30,ch_txt2); outtextxy(200,30,itoa(ciclot,*ch_txt1,10)); ch_txt2 = "Picos Detectados ="; outtextxy(10,40,ch_txt2); outtextxy(200,40,itoa(totpico,*ch_txt1,10)); ch_txt2 = "Maxima Ocor. Pico ="; outtextxy(10,50,ch_txt2); outtextxy(200,50,itoa(ampli_max-1,*ch_txt1,10)); ch_txt2 = "Maxima Ocor. Fase ="; outtextxy(10,60,ch_txt2); outtextxy(200,60,itoa(ocorre_max-1,*ch_txt1,10));

111 ch_txt2 = "Posicao do Raio X ="; outtextxy(10,70,ch_txt2); outtextxy(200,70,itoa(posx,*ch_txt1,10)); outtextxy(250,70,itoa(posy,*ch_txt1,10)); setcolor(3); rectangle(50,(maxy/2)-100,250,(maxy/2)+1); rectangle(300,(maxy/2)-100,500,(maxy/2)+1); rectangle(250,(maxy/2)+50,350,(maxy/2)+150); fatorya = 100/(ampli_max); fatoryo = 1; for (i = 0; i <= 200; i++) y = ((maxy/2) - 50 - (50 * sin((i*6.28)/200))); if(i==0) moveto(i+300,y); lineto(i+300,y); setcolor(1); for (i = 1; i <= 100; i++) y = (maxy/2 - (amplitude[i]*fatorya)); if(i==1) moveto(i+50,y); lineto((i*2)+50,y); for (i = 0; i <= 200; i++) y = ((maxy/2) - ocorre_1d[i]/fatoryo); if(i==0) moveto(i+300,y); lineto(i+300,y); /* FECHA ARQUIVO DE IMAGEM E FINALIZA */ fclose(arquivo); getch(); closegraph(); clrscr();

112

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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13 TSURU, S.; NAKAMURA, M.; MINE, T. et al. PD Characteristics and

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14 ZHENYUAN WANG; DEHENG ZHU; KEXIONG TAN et al. PD Monitor System for Power Generators. IEEE Transactions on Dielectrics and

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22 NORMA BRASILEIRA NBR 6940, Técnicas de Ensaios Elétricos de Alta

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24 OSVATH, P. Comment and Discussion on Digital Processing of PD Pulses. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, v.2, n.4,

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27 LALITHA, E. M.; SATISH, L. Fractal Image Compression for Classification of PD Sources. IEEE Transactions on Dielectrics and

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28 GULSKI, E.; KRIVDA, A. Influence of Aging on Classification of PD in HV Components. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, v.2,

n. 4, p.676, August 1995.

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32 KUTIL, A. Qualification of Fiber-reinforced Insulating Materials Based on PD Analysis. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,

v.5, n. 4, p.603, August 1998.

33 OKAMOTO, T.; TANAKA, T. Auto-correlation Function of PD Pulses under Electrical Treeing Degradation. IEEE Transactions on Dielectrics

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34 BRAUN, J. M.; RIZZETTO, S.; FUJIMOTO, N. Modulation of Partial Discharge Activity in GIS Insulators by X-ray. IEEE Electrical Insulation

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35 FUJIMOTO, N.; RIZZETTO, S.; BRAUN, J. M. Improved PD Testing of Solid Dielectrics using X-ray Induced Discharge Initiation. IEEE

Electrical Insulation Magazine, v.8, n.6, p.33, November/December 1992.

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