universidade federal do paranÁ setor de … · (mamede filho, 2005). os isoladores de linhas de...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
SETOR DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DESENVOLVIMENTO DE INSTRUMENTAÇÃO PARA MONITORAMENTO DE
CORRENTE DE FUGA EM ISOLADORES DE EXTRA ALTA TENSÃO
Curitiba
2016
FLÁVIA BIANCONI DE OLIVEIRA
DESENVOLVIMENTO DE INSTRUMENTAÇÃO PARA MONITORAMENTO DE
CORRENTE DE FUGA EM ISOLADORES DE EXTRA ALTA TENSÃO
Curitiba
2016
Trabalho de conclusão de curso
apresentado ao curso de Engenharia Elétrica, Área
de Concentração Eletrotécnica, Departamento de
Engenharia Elétrica, Setor de Tecnologia,
Universidade Federal do Paraná, como parte das
exigências para a obtenção do título de Engenharia
Eletricista.
Orientador: Prof. Dr. Sebastião Ribeiro
TERMO DE APROVAÇÃO
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço ao Instituto LACTEC pelo apoio, colaboração,
infraestrutura, material e suporte para o desenvolvimento do meu trabalho de conclusão
de curso, bem como aos pesquisadores Sebastião Ribeiro, Diego Buriti e Daniel
Ussuna pelos conhecimentos transmitidos.
Agradeço a Deus por ser o centro em minha vida, a fonte que me sustenta e por
liberar a sua unção de milagres sobre mim, minha família, meus estudos e meu
trabalho.
Agradeço a minha família pela colaboração, confiança, apoio, amor e carinho.
Agradeço aos colegas Dayse Andrade, Rodrigo Henrique Gonçalves da Silva
pela amizade, apoio e força dada durante o decorrer do curso e ao colega Marcell
Brener pela sua colaboração ao transmitir os conhecimentos que me foram de grande
importância para a realização de meu trabalho de conclusão de curso.
RESUMO
O propósito deste trabalho foi o desenvolvimento de uma instrumentação e de
um software de aquisição de dados para monitoramento de corrente de fuga em
isoladores de extra alta tensão (250kV). A corrente de fuga tem auxiliado na avaliação
do desempenho dos isoladores, uma vez que ela tem demonstrado ser um parâmetro
indicativo do estado de degradação de equipamentos instalados em ambientes com
altos índices de poluição ambiental, permitindo a monitoração em tempo real destes
equipamentos nas linhas de transmissão. O método utilizado consiste em converter um
valor analógico de corrente de fuga para um sinal óptico que foi transmitido por um cabo
de fibra ótica e, após, convertido para um sinal analógico de tensão. Posteriormente,
este sinal foi coletado por um sistema de aquisição dados. Uma ferramenta
computacional foi desenvolvida para a visualização das formas de onda senoidais dos
valores de corrente de fuga coletados.
Palavras-chaves: Isoladores, corrente de fuga, descarga parcial.
ABSTRACT
The purpose of this work includes the development of instrumentation and
acquisition software for leakage current monitoring extra high voltage insulators (250
kV). The leakage current has helped in the insulator performance evaluation, once it had
proved an indicative parameter of the equipment degradation state installed in
environments with high levels of environmental pollution, allowing real-time monitoring of
this equipment in the transmission lines. The method used was to convert an analog
value leakage current for an optical signal to be transmitted by a fiber optic cable and,
thereafter, it was converted to an analog voltage signal. Subsequently, this signal was
collected by a system of data acquisition. This system allowed the visualization
waveforms of the leakage current values.
Keywords: Fault insulators, leakage current monitoring, prototype transmitter and
receiver signal.
LISTA DE FIGURAS
Figura1: Isolador de Porcelana ................................................................................... 13
Figura 2: Isolador de Vidro........................................................................................... 14
Figura 3: Isoladores de Suspensão........................................................................... 15
Figura 4: Perfil de um isolador tipo campânula (MAMEDE, 2005) ........................ 16
Figura 5: Sistema utilizado por Shihab para medição de corrente de fuga
(SHIHAB, 1994). .......................................................................................................................... 20
Figura 6: Sistema utilizado por Fierro-Chavez para medição de corrente de
fuga. (FIERRO-CHAVES, 1996) ............................................................................................... 21
Figura 7: Sistema utilizado por Kurihara para medição de corrente de fuga
(KURIHARA, 2003). .................................................................................................................... 22
Figura 8: (a) Sistema utilizado por Fontana para medição de corrente de fuga;
(b) Detalhe do sensor utilizado (FONTANA, 2006)................................................................ 22
Figura 9: Sistema montado em campo para medição de corrente de fuga
(FONTANA, 2006). ...................................................................................................................... 23
Figura 10: Esquema do sensor utilizado por Albuquerque (ALBUQUERQUE,
2012).............................................................................................................................................. 24
Figura 11: Protótipos antes da instalação em campo (ALBUQUERQUE, 2012).
........................................................................................................................................................ 24
Figura 12: Protótipo instalado em isolador de suspensão (ALBUQUERQUE,
2012).............................................................................................................................................. 25
Figura 13: Protótipos instalados em isoladores de ancoragem
(ALBUQUERQUE, 2012). .......................................................................................................... 25
Figura 14: Fluxograma do processo de transdução de corrente de fuga. ........... 27
Figura 15: Mudança de Offset, a) sinal original em vermelho, b) sinal com
alteração do offset em verde ..................................................................................................... 29
Figura 16: Esquemático do circuito emissor de corrente de fuga – versão inicial.
........................................................................................................................................................ 30
Figura 17: Protótipo 3D do circuito emissor de corrente de fuga – versão inicial.
........................................................................................................................................................ 31
Figura 18: Esquemático do circuito emissor de corrente de fuga – versão final.31
Figura 19: Protótipo 3D do circuito emissor de corrente de fuga – versão final. 32
Figura 20: Transdutor emissor de corrente de fuga – versão final. ...................... 32
Figura 21: Esquemático do circuito receptor de corrente de fuga – versão inicial.
........................................................................................................................................................ 34
Figura 22: Protótipo 3D do circuito receptor de corrente de fuga – versão inicial.
........................................................................................................................................................ 34
Figura 23: Esquemático do circuito receptor de corrente de fuga – versão final.
........................................................................................................................................................ 35
Figura 24: Protótipo 3D do circuito receptor de corrente de fuga – versão final. 35
Figura 25: Transdutor receptor de corrente de fuga – versão final. ...................... 36
Figura 26: Calibração dos transdutores de corrente de fuga. À esquerda,
protótipo do circuito emissor de corrente de fuga; a direita, protótipo do circuito receptor
de corrente de fuga. .................................................................................................................... 37
Figura 27:Osciloscópio . ............................................................................................... 38
Figura 28: Gerador de sinais. ...................................................................................... 38
Figura 29: Fonte de tensão.......................................................................................... 39
Figura 30: Transdutores de corrente de fuga conectados com o cabo de fibra
ótica. .............................................................................................................................................. 40
Figura 31: Forma de onda do sinal (a) 60 Hz; (b) 100 Hz. ..................................... 41
Figura 32: Forma de Onda do Sinal (a) 1 MHZ (b) 1,6 MHz .................................. 41
Figura 33: Análises de pulso (a) 1 MHz (b) 1,6 MHz. ............................................. 42
Figura 34: Diagrama de blocos do referente ao funcionamento do software de
aquisição de dados de corrente de fuga. ................................................................................ 44
Figura 35: Quadro de baixa tensão onde se encontram instalados os protótipos
emissores. ..................................................................................................................................... 45
Figura 36: Protótipo emissor instalado em um quadro de baixa tensão. ............. 46
Figura 37: Transdutores receptores de corrente de fuga e placa de aquisição de
dados. ............................................................................................................................................ 46
Figura 38: Camara de Névoa Salina na qual são instalados os isoladores a
serem testados............................................................................................................................. 47
Figura 39: Ferramenta computacional, (a)Tela inicial da ferramenta
computacional; (b)Programação desenvolvidana plataforma LabVIEW. ........................... 47
Figura 40: Sinal de aquisição ...................................................................................... 48
Figura 41: Sinal RMS máxima e RMS instantânea da corrente de fuga .............. 48
Figura 42: Ocorrência das harmônicas nos sinais adquiridos. .............................. 49
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Valores ajustados para análise de pulsos. .............................................. 42
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
EPDM – Etileno-Propileno-Dieno
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................. 9
1.2. OBJETIVOS ................................................................................................................ 10
1.2.1 Objetivo Geral .......................................................................................................... 10
1.2.2 Objetivo Específico ................................................................................................. 10
1.3. ESTRUTURA DA PESQUISA ................................................................................. 11
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ....................................................................... 12
2.1 Isoladores ..................................................................................................................... 12
2.1.1 Isoladores de porcelana ........................................................................................ 13
2.1.2 Isoladores de vidro ................................................................................................. 14
2.1.3 Isoladores poliméricos ........................................................................................... 16
2.2 MEDIDA DE CORRENTE DE FUGA ....................................................................... 18
2.3 DESCARGA PARCIAL............................................................................................... 25
3. DESENVOLVIMENTO DE CIRCUITOS TRANSDUTORES DE CORRENTE DE
FUGA POR FIBRA ÓTICA .................................................................................. 27
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................... 28
4.1 CIRCUITO TRANSDUTORES EMISSOR .......................................................... 28
4.2 - CIRCUITO TRANSDUTORES RECEPTOR .................................................... 33
4.3 CALIBRAÇÃO DO SISTEMA ................................................................................ 36
4.4 – AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DOS TRANSDUTORES ........................ 39
4.5 – FERRAMENTA COMPUTACIONAL PARA ANÁLISE DOS DADOS ......... 43
4.6 – ENSAIO COM ISOLADORES REALIZADOS NO LabCE - LACTEC ......... 45
5. CONCLUSÕES .............................................................................................. 50
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 51
9
1. INTRODUÇÃO
Isoladores são equipamentos utilizados para sustentação mecânica de
condutores e massas energizadas e exercem a função de isolar eletricamente os
condutores submetidos a uma diferença de potencial em relação à terra (estrutura
suporte) ou em relação a um outro condutor de fase (MAMEDE FILHO, 2005).
Os isoladores são identificados pelo tido de dielétricos (materiais isolantes)
empregados em sua fabricação, podendo ser de materiais cerâmicos (vidro recozido,
vidro temperado ou porcelana) ou materiais poliméricos (borrachas de silicone e EPDM)
(MAMEDE FILHO, 2005).
Os isoladores de linhas de transmissão estão sujeitos as mais diversas
condições adversas, como tensões mecânicas, elétricas e ambientais. As condições
climáticas e ambientais variam muito com a zona regional onde encontram-se esses
equipamentos e as propriedades de isolamento dos materiais dielétricos se alteram de
acordo com o índices de poluição da região. Para garantir o funcionamento adequado
dos isoladores em regiões nas quais os índices de poluição são muito altos, deve-se
realizar a inspeção e lavagem periódica destes equipamentos, a fim de que unidades
defeituosas sejam trocadas e de que a poluição acumulada sobre os discos cerâmicos
não reduza a capacidade de isolamento, de forma a ocasionar eventuais danos. Além
disso, o mau funcionamento de um isolador pode provocar suspensão de fornecimento
de energia e afundamentos de tensão, blecautes, multas, e possíveis danos a outros
equipamentos. Sendo assim, é importante garantir o pleno funcionamento dos
isoladores através da manutenção periódica (VILAR, P. B.).
O isolamento entre os condutores de uma linha de transmissão não é um
isolamento ideal, ou seja, sempre existirá uma corrente de fuga. Para garantir o bom
funcionamento do isolador e, por consequência, do sistema, essa corrente de fuga deve
ser mantida dentro de certos limites (VILAR, P. B.). Como nos últimos anos tem se
observado um avanço das tecnologias aplicadas em isoladores para média e alta
tensão torna-se difícil a tarefa de selecionar modelos para aquisição e aplicação em
determinados ambientes e, também, dificulta a identificação de defeitos e de suas
10
causas de falha quando instalados no sistema elétrico. Desta forma, estudos de
corrente de fuga têm auxiliado na avaliação do desempenho de isoladores, assim como
na tentativa de predizer possíveis falhas destes equipamentos nas linhas de
transmissão(VILAR, P. B.).
Desta maneira, este trabalho visa o desenvolvido um sistema de
instrumentação para medição de corrente de fuga, bem como mostrar a forma de onda
dos dados coletados.
1.2. OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Este trabalho abrange o desenvolvimento de instrumentação para monitoramento
de corrente de fuga em isoladores de extra alta tensão (250kV) e o desenvolvimento de
um software para aquisição de dados.
1.2.2 Objetivo Específico
Desenvolvimento de uma instrumentação eletrônica para medição de
corrente de fuga;
Proteção física entre o circuito de potencia e o circuito de aquisição de
dados;
Desenvolvimento de uma tecnologia para a análise de valores de
corrente de fuga em isoladores de transmissão;
11
1.3. ESTRUTURA DA PESQUISA
O primeiro capítulo do presente trabalho faz uma introdução ao tema abordado no
estudo realizado. Além disso, é definido o problema e são dispostos os objetivos que se
deseja atingir com a realização do mesmo.
No segundo capítulo, são apresentados os resultados da revisão da literatura
sobre o tema abordado, para compreensão do estado da arte. São apresentadas
recomendações e normas, alguns conceitos sobre isoladores, correntes de fuga,
descargas parciais e componentes harmônicas.
O terceiro capítulo detalha instrumentação desenvolvida para a medicação de
corrente de fuga em isoladores.
No quarto capítulo, são expostos os esquemáticos dos protótipos emissor e
receptor de sinal e dos equipamentos utilizados para realização de testes de bancada e
os resultados das simulações desenvolvidas, bem como os gráficos correspondentes
das medidas de corrente de fuga e componentes harmônicas.
O quinto e último capítulo, apresenta a conclusão dos dados obtidos nas
simulações e as considerações finais obtidas com o estudo realizado.
12
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Isoladores
Os isoladores são equipamentos constituídos por materiais dielétricos (cerâmicos
ou poliméricos) e ferragens terminais. Eles possuem propriedades mecânicas capazes
de suportar esforços produzidos pelos condutores e exercem a função de isolar
eletricamente os condutores, os quais estão submetidos a uma diferença de potencial
em relação à terra (estrutura suporte) ou em relação a um outro condutor fase
(MAMEDE, 2005).
A classificação dos isoladores é realizada de acordo com o material dielétrico de
que são constituídos, podendo ser porcelana, vidro ou polímero. Os primeiros que
surgiram e que foram utilizados nas linhas de transmissão foram os isoladores
porcelana e vidro. Os isoladores poliméricos surgiram há cerca de três décadas atrás,
nos EUA, com a finalidade de reduzir o peso e melhorar a suportabilidade mecânica e
elétrica quando comparados aos isoladores cerâmicos (vidro ou porcelana) para serem
usados em linhas de transmissão de até 1000 kV (MAMEDE, 2005).
13
2.1.1 Isoladores de porcelana
Os isoladores de porcelana, conforme pode ser ilustrado na Figura1: Isolador de
Porcelana, são constituídos em sua matéria prima por materiais inorgânicos conhecidos
por resistirem à degradação provocada por elementos naturais, ao longo dos anos
(MAMEDE, 2005).
Figura1: Isolador de Porcelana
Entretanto, há vários fatores externos que influenciam na qualidade e nas
propriedades elétricas da porcelana tais como umidade do ar, temperatura, espessura,
composição e condições superficiais. A temperatura e a espessura da porcelana podem
reduzir a rigidez dielétrica do isolador (MAMEDE, 2005).
Em temperaturas acima de 100º C e sob uma tensão de impulso atmosférico a
rigidez dielétrica da porcelana cai drasticamente. Com a redução da rigidez dielétrica
aumentam as perdas por Efeito Joule que ocasionam um aumento da temperatura. Este
processo cumulativo resulta na perfuração do isolador ocasionando um defeito fase e
terra (MAMEDE, 2005).
Já o aumento da espessura da porcelana também ocasiona uma diminuição da
rigidez dielétrica do isolador, uma vez que quando se fabrica um corpo de porcelana de
14
paredes muito espessas, podem aparecer trincas comprometendo a isolação do
equipamento (MAMEDE, 2005).
Os isoladores de porcelana apresentam um longo histórico de uso em linhas de
transmissão e são pouco susceptíveis ao envelhecimento. Porém, devido à tonalidade
escura da porcelana torna-se difícil a sua inspeção visual além do fato de serem alvos
fáceis para vandalismo (MAMEDE, 2005).
2.1.2 Isoladores de vidro
Isoladores de vidro, conforme ilustrado na Figura 2: Isolador de Vidro, são
amplamente utilizados em linhas de transmissão, especialmente em linhas de alta e
extra alta tensão, devido a sua relativa confiabilidade e facilidades de manutenção .
Eles são constituídos em sua matéria prima por materiais inorgânicos, tais como a sílica
(SiO4), óxido de sódio (NaO2) e óxido de cálcio (CaO). (GARCIA, 2003).
Figura 2: Isolador de Vidro
Os isoladores de vidro são muito utilizados devido ao baixo custo e a uma série de
propriedades físicas e mecânicas, tais como dilatação térmica baixa, viscosidade alta,
alta durabilidade, baixa condutividade elétrica, elasticidades ideal, podendo suportar
grandes pesos quando sua superfície não possui falhas, além de suportar uma alta
15
pressão e tração e uma maior dureza pode ser obtida através de um tratamento
térmico, denominado de têmpera (GARCIA, 2003)..
Em linhas de transmissão e distribuição geralmente são utilizado isoladores de
suspensão, conforme é ilustrado na figura 3: Isoladores de Suspensão. Agrupados em
cadeias, esses isoladores podem ser utilizados para qualquer valor de tensão,
dependendo apenas do número de isoladores em série. Também é possível a
montagem de duas ou mais cadeias em paralelo, para esforços mecânicos
especialmente altos, grandes vãos ou cabos muito pesados (GARCIA, 2003)..
Figura 3: Isoladores de Suspensão
O isolador é composto por 3 partes sendo elas o pino de suporte, o dielétrico ou
saia e o pino de interligação, conforme é ilustrado na Figura 4: Perfil de um isolador tipo
campânula.
16
1– Cupilha Tipo R de
latão ou aço inoxidável;
2- Campânula de ferro
maleável ou aço inoxidável;
3– Cimento aluminoso;
4– Dielétrico de vidro
temperado;
5– Pino de aço forjado
zincado por imersão a quente
Entretanto, problemas decorrentes da ação de vandalismo, bem como esforços
mecânicos e elétricos, mesmo de curta duração, em valores acima dos recomendados,
além de altos índices de poluição que favorecem o aparecimento de descargas parciais
podem comprometer o bom funcionamento e desempenho do equipamento (LOOM,
1988).
2.1.3 Isoladores poliméricos
Os primeiros isoladores poliméricos surgiram no final dos anos cinquenta com o
intuito de reduzir o peso e a melhorar a suportabilidade mecânica e elétrica dos
isoladores cerâmicos (vidro ou porcelana). Esses isoladores são constituídos por um
núcleo de fibra de vidro coberto com polímeros tais como borracha de silicone,
politetrafluoretileno e EPDM (etileno propileno dieno monômero) equipado com
encaixes de metal nas suas extremidades (BEZERRA, 2010).
Os isoladores poliméricos apresentam algumas vantagens quando comparados
aos isoladores cerâmicos, sendo a principal delas a sua grau de hidrofobicidade (ato ou
efeito de repelir a água), a qual lhes confere superior desempenho em ambientes de
Figura 4: Perfil de um isolador tipo campânula (MAMEDE, 2005)
17
alta poluição e umidade além de apresentarem um peso menor, facilitando o manuseio
e o transporte; um melhor desempenho em área de vandalismo; e um menor custo de
instalação. Entretanto, estes equipamentos apresentam um tempo de vida útil de difícil
determinação, uma vez que possuem uma menor resistência aos raios ultravioletas,
sofrem influencias de efeitos de envelhecimento, degradação biológica e são mais
susceptíveis a danos decorrentes de atividades elétricas (corona, descargas parciais e
arcos de potência) (BEZERRA, 2010).
A hidrofobicidade é uma propriedade dos materiais poliméricos e se refere à sua
capacidade em repelir água evitando que, em presença de umidade, ocorra formação
de zonas molhadas na sua superfície. Esta propriedade, presente em todos os
materiais poliméricos quando novos, proporciona a supressão da corrente de fuga
superficial e aumento da suportabilidade a descargas disruptivas, melhorando como
conseqüência o desempenho dos isoladores sob condições de poluição e umidade.
Assim, a hidrofobicidade, quando presente, pode ser vista como uma propriedade que
reforça a capacidade isolante de um material (BEZERRA, 2010). Sob a ação de
intemperismo (radiação UV, calor e umidade), poluição e descargas elétricas
superficiais, os materiais poliméricos podem perder a hidrofobicidade que possuíam
inicialmente. O EPDM é exemplo de material polimérico que perde definitivamente a
hidrofobicidade pouco tempo depois de ser exposto ao ambiente externo. O silicone ao
contrário, é um exemplo de material que permanece hidrofóbico por longos períodos de
tempo, mesmo em condições de intemperismo severo e na presença de poluição
ambiental (BEZERRA, 2010).
O trilhamento elétrico pode ser definido como a formação de um caminho condutor
permanente, formado normalmente por compostos de carbono, através da superfície do
isolante, resultado da degradação devido à ação das descargas superficiais. Quando
este fenômeno ocorre numa região localizada, tem-se a erosão (LOOM, 2005).
Os processos de degradação que aparecem nos materiais usados para
manufatura de isoladores compostos de alta tensão pode afetar drasticamente o seu
desempenho em longo prazo (GORUR, 1999). Falhas em campo têm ocorrido devido à
fratura frágil do núcleo de fibra de vidro devido à má aderência da selagem, permitindo
que o núcleo entre em contato com poluentes atmosféricos e umidade (GORUR, 1999).
18
Todavia, muito pouco é conhecido sobre o comportamento dos diferentes tipos de
interfaces que existem em isoladores compostos. A interface entre o revestimento de
silicone e o núcleo de resina epóxi reforçada com fibra de vidro também tem sido foco
de alguns estudos (SHIHAB, 1994).
2.2 MEDIDA DE CORRENTE DE FUGA
Quando em operação os isoladores estão submetidos a diversas condições
adversas como, por exemplo, estresses elétricos, mecânicos, térmicos e ambientais
que, por sua vez, podem afetar as linhas de transmissão ocasionando falhas no sistema
de energia elétrica. Algumas falhas são transitórias e, após a atuação do sistema de
proteção, a linha é religada e volta ao estado normal de operação. Em outros casos, é
necessário o deslocamento de equipes para realizar a manutenção da linha
(CAMPELLO, S. 2008).
Estes estresses agem nos equipamentos e materiais de forma individual ou
combinada. A natureza e a magnitude destes estresses dependem do projeto do
isolador, tipo de aplicação e localização. Por exemplo, o isolador de bastão está
submetido a uma carga mecânica de tração devido ao peso e tensão do condutor. Além
disto, esforços de torção podem ser experimentados pelo isolador durante a construção
de uma linha de transmissão. Cargas de vibração são impostas aos isoladores devido à
vibração e movimento do condutor. O impacto é outro fator a ser levado em
consideração durante eventos como a batida de carros em postes e ações de
vandalismo. O estresse elétrico inclui o estresse imposto pela tensão de operação do
sistema. Surtos de tensão gerados por descargas atmosféricas ou operações de
manobra impõem estresses de curta duração bastante elevados aos isoladores de uso
externo. No caso de uma descarga disruptiva o isolador é submetido a uma grande
corrente de falta na forma de um arco de potência. Este arco de potência persiste até
que falhe a proteção isolante. As condições ambientais externas também variam muito.
A temperatura afeta as propriedades de isolação de todos os materiais na medida em
que a condutividade aumenta com a temperatura. A umidade, na forma de chuva,
19
névoa, gelo ou neve, diminui a resistência superficial da isolação de forma significativa.
Na presença de contaminação, a resistência superficial é reduzida ainda mais
dramaticamente, podendo dar origem ao fenômeno de descarga disruptiva por poluição
(CAMPELLO, 2008).
Um dos métodos mais utilizados na inspeção de isoladores é o visual, que possui
custos baixos. No caso de isoladores de vidro temperado, a inspeção visual é bastante
eficaz devido ao estilhaçamento do vidro seja por agressões mecânicas, elétricas ou
térmicas. Nos isoladores de cerâmica, a inspeção visual é mais difícil pelo fato de que a
cerâmica pode apresentar trincas e fissuras sem se estilhaçar, dificultando a detecção
de isoladores defeituosos. Nos isoladores poliméricos, fissuras e perfurações também
são de difícil visualização por estes não se estilhaçarem quando agredidos
eletricamente, fisicamente ou termicamente (CAMPELLO, 2008).
Nos últimos tempos, a medição de corrente de fuga tem sido um instrumento
bastante utilizado na avaliação de isoladores assim como na tentativa de predizer
momentos que precederão possíveis flashovers. Em 1994 foi desenvolvido um sistema
para medição online de corrente de fuga em isoladores de 400 kV (SHIHAB, 1999). O
princípio do sistema era o de converter o valor RMS (Root Mean Square, ou valor médio
quadrático) da corrente de fuga em níveis DC de sinal e transmiti-los por meio de uma
fibra ótica para um sistema de aquisição, conforme ilustrado na Figura 5. A vantagem
desta metodologia é o do isolamento elétrico por meio dos sinais óticos e da blindagem
do sinal de interferências eletromagnéticas (SHIHAB, 1994).
20
Figura 5: Sistema utilizado por Shihab para medição de corrente de fuga (SHIHAB, 1994).
Em 1996, FIERRO-CHAVEZ desenvolveu um sistema de medição online de
corrente de fuga em cadeias de isoladores de 400 kV por meio de um transformador de
corrente (TC) que mede a corrente que flui do isolador para a terra. Um sistema de
medição é acoplado ao secundário do TC, conforme ilustrado na Figura 6. A
desvantagem deste sistema é que sofre interferências eletromagnéticas, devido ao
campo magnético induzido no transformador pelo campo elétrico gerado pela linha de
transmissão energizada.
21
Figura 6: Sistema utilizado por Fierro-Chavez para medição de corrente de fuga. (FIERRO-CHAVES, 1996)
Em 2003 foi desenvolvido um sistema de medição de corrente de fuga em
isoladores realizando a separação do sinal em três diferentes componentes:
componente pulsiva, componente de arcos de banda seca e componentes condutivos.
Os sinais relativos a cada componente eram obtidos por meio de filtros analógicos e
eram adquiridos por meio de computadores conectados a conversores analógico/digital.
O sistema de aquisição de dados se comunica com outros dispositivos por uma rede
wireless (KURIHARA, 2003). É ilustrado na Figura 7 o sistema utilizado.
22
Figura 7: Sistema utilizado por Kurihara para medição de corrente de fuga (KURIHARA, 2003).
Em 2006 um novo sistema de medição online de corrente de fuga foi utilizado por
Fontana, que faz a utilização de diodos e leds que transmitem o sinal medido da
corrente por meio de fibras óticas para o sistema de medição, conforme ilustrado na
Figura 8. Na Figura 9 é ilustrado o esquema utilizado em campo para realização da
medição de corrente de fuga nos isoladores da linha de transmissão. A desvantagem
deste método é que a única parte do sinal de corrente de fuga que é medida é a do
semiciclo positivo da tensão. Toda a informação do semiciclo negativo é perdida
(FONTANA, 2006).
(a) (b)
Figura 8: (a) Sistema utilizado por Fontana para medição de corrente de fuga; (b) Detalhe do sensor utilizado (FONTANA, 2006).
23
Figura 9: Sistema montado em campo para medição de corrente de fuga (FONTANA, 2006).
Em 2012, Albuquerque desenvolveu um sistema que realiza a medição online de
corrente de fuga de isoladores poliméricos em linhas de transmissão 72,5 kV por meio
de um transformador de corrente. O sistema desenvolvido consiste de um módulo
alimentado por energia solar que é colocado no poste/torre de transmissão e também é
capaz de se comunicar com os demais por uma rede sem fio. Um sistema geral recebe
os dados de cada dispositivo e emite alertas no caso de valores de corrente de fuga
extrapolarem valores pré-definidos. O esquema utilizado é ilustrado na Erro! Fonte de r
eferência não encontrada. 10, a forma do sistema com o painel solar é ilustrado na
Erro! Fonte de referência não encontrada.11 e sua aplicação em campo é ilustrada n
a Erro! Fonte de referência não encontrada.12 e na Erro! Fonte de referência não
encontrada.13.
24
Figura 10: Esquema do sensor utilizado por Albuquerque (ALBUQUERQUE, 2012).
Figura 11: Protótipos antes da instalação em campo (ALBUQUERQUE, 2012).
25
Figura 12: Protótipo instalado em isolador de suspensão (ALBUQUERQUE, 2012).
Figura 13: Protótipos instalados em isoladores de ancoragem (ALBUQUERQUE, 2012).
2.3 DESCARGA PARCIAL
Uma das principais causas de desligamentos não programados nas linhas de
transmissão é o acúmulo de poluentes sobre a superfície de cadeias de isoladores. A
alta umidade do ambiente dissocia os íons presentes na camada dos isoladores,
criando uma camada condutiva na superfície dos mesmos. Através dessa camada
condutiva flui uma corrente, denominada de corrente de fuga. Esse fluxo de corrente
elétrica provoca o aquecimento e a evaporação do orvalho presente na superfície do
26
equipamento ocasionando o surgimento de pequenas regiões dielétricas, denominadas
de bandas secas. Ao redor dessas bandas secas existem regiões condutoras, que
induzem as cargas presentes nas bandas secas e geram campos elétricos
relativamente intensos. Por sua vez, esse campo elétrico é capaz de quebrar a rigidez
dielétrica permitindo o fluxo de carga através do material e ao redor da região criando
uma descarga parcial (CAMPELLO, 2008).
Descargas parciais ocorrem de forma confinada à vizinhança de eletrodos
carregados quando a rigidez dielétrica do meio isolante que separa esses eletrodos é
quebrada. O aumento progressivo da ocorrência de descargas parciais em
componentes e sistemas elétricos leva a uma redução da capacidade de isolação do
material. Uma vez iniciadas, as descargas parciais provocam o envelhecimento do
material, rachaduras e erosão, redução da resistência mecânica, bem como criam
vários subprodutos químicos. Uma vez iniciadas, as descargas parciais alteram as
propriedades físico-químicas do material ou da atmosfera vizinha e, portanto, as
propriedades materiais dos meios envolvidos são variantes no tempo. Se os poluentes
não forem removidos, natural ou artificialmente, quando a umidade estiver alta, pode
ocorrer um flashover danificando os isoladores da cadeia. (CAMPELLO, 2008).
27
3. DESENVOLVIMENTO DE CIRCUITOS TRANSDUTORES DE
CORRENTE DE FUGA POR FIBRA ÓTICA
A metodologia aplicada consistiu no desenvolvimento de um sistema para a medição
de corrente de fuga em isoladores de transmissão, sendo este composto por uma
instrumentação eletrônica capaz de medir corrente de fuga e um sistema de aquisição
de dados que permite a visualização das formas de onda medidas. O sistema de
aquisição de dados é bastante sensível a surtos elétricos, fazendo-se necessária a
utilização de transdutores emissores e receptores de corrente de fuga, os quais
separam os circuitos de potência e de leitura dos sinais, além de limitar suas oscilações
e proteger usuários e equipamentos de medição. O transdutor de corrente de fuga
converte o sinal analógico em luz, a qual é transmitida por fibra ótica. Após este
processo o sinal de luz é convertido em sinal analógico de tensão elétrica que é
adquirido pela placa de aquisição de dados, assim separando o circuito de potência do
circuito de leitura. A vantagem desta metodologia consiste na proteção do operador e
do sistema de leitura/medição, uma vez que estes estão separados eletricamente do
sistema de potência. O fluxograma deste processo é ilustrado na Erro! Fonte de r
eferência não encontrada.4.
Leitura de Corrente de
Fuga de Isoladores
Transdutor de
corrente de fuga
em luz
Transdutor de luz
em corrente de
fuga
Aquisição de
corrente de fuga
Figura 14: Fluxograma do processo de transdução de corrente de fuga.
O processo de desenvolvimento dos transdutores de corrente de fuga foi
constituído por protótipos emissores e receptores do sinal e, posteriormente, foram
aprimorados na tentativa de obter uma melhora na resposta do sinal analisado.
28
Para a analise do sinal monitorado foi desenvolvido uma ferramenta
computacional utilizando a plataforma LabVIEW, uma placa de aquisição de dados da
National Instruments.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 CIRCUITO TRANSDUTORES EMISSOR
O transdutor emissor realiza a transdução da corrente de fuga em um sinal
luminoso e o transdutor receptor transforma o sinal luminoso em um sinal de tensão
elétrica.
O transdutor emissor realiza a conversão do sinal elétrico da corrente de fuga em
um sinal luminoso. O circuito apresenta em sua entrada um centelhador, que realiza a
proteção contra surtos elétricos para tensões superiores a 90 V. A leitura da corrente de
fuga dos isoladores foi realizada por meio de um resistor shunt de 1 kΩ/10W conectado
em série com o isolador para possibilitar a leitura da tensão em seus terminais, as quais
são a entrada do circuito transdutor emissor. O valor da resistência foi escolhido de
forma a apresentar um fator de mil (1000) na leitura da tensão nos terminais do resistor,
visto que as correntes de fuga em isoladores de alta tensão possuem ordem de
grandeza da ordem microampères (µA). O amplificador operacional utilizado foi
escolhido devido à largura de banda de até 100 MHz, possibilitando a operação em
altas frequências.
Para a conversão do sinal de corrente de fuga em sinal luminoso foi utilizado um
diodo emissor de luz (LED - Light Emitting Diode) específico para transmissão de dados
óticos. O diodo é um dispositivo semicondutor constituído por dois terminais, um
positivo (anodo) e um negativo (cátodo), por onde flui uma corrente elétrica. O diodo é
capaz de conduzir ou bloquear a passagem de corrente dependendo da polaridade da
tensão aplicada em seus terminais. Quando aplicada uma corrente alternada em seus
terminais, o diodo funciona como uma chave fechada no semiciclo positivo, permitindo a
passagem de corrente, e como uma chave aberta no semiciclo negativo, bloqueando a
29
passagem de corrente. Como o LED opera apenas com tensões positivas, foi
necessário introduzir um nível de tensão contínua (DC) positiva no sinal de entrada,
para que o led emissor possa transmitir todo o sinal senoidal sem perdas, tanto no
semiciclo positivo quanto no negativo. Encontra-se ilustrado na Erro! Fonte de r
eferência não encontrada. o gráfico com as formas de onda do sinal de entrada e da
soma deste com o nível DC. A escala do sinal em vermelho é de 1 volt por divisão
(1 V/div), enquanto que a escala do sinal em verde é de 2 V/div.
Figura 15: Mudança de Offset, a) sinal original em vermelho, b) sinal com alteração do offset em verde
O meio de transmissão do sinal luminoso é uma fibra ótica plástica. A vantagem
da utilização de fibras óticas consiste na composição de seu material (vidro ou plástico),
os quais possuem características dielétricas. Deste modo, o material permanece imune
a interferências eletromagnéticas, possibilitando a transmissão de dados sem
interferências, uma vez que a fibra ótica apresenta uma menor atenuação do sinal
possibilitando a transmissão de dados numa velocidade maior, com alta eficiência,
baixa manutenção e um longo prazo de vida útil.
Um circuito somador não inversor realiza a soma do sinal de tensão proporcional
à corrente de fuga com o sinal DC. No entanto, como o valor máximo de corrente
elétrica de saída do amplificador operacional é de 25 mA, há a necessidade de
amplificar este sinal de corrente que circulará pelo LED. O estágio de amplificação de
corrente consiste na utilização de um transistor bipolar de junção conectado ao LED. O
30
LED utilizado possui uma curva de resposta em que a região linear de operação é
compreendida entre correntes de 0 até 100 mA, e um resistor de 120 Ω foi inserido em
série com o LED para limitar a corrente neste valor de 100 mA para garantir que o
dispositivo opere apenas na região linear.
A versão inicial do circuito emissor, Figura 16: Esquemático do circuito emissor
de corrente de fuga – versão inicial. e Figura 17: Protótipo 3D do circuito emissor de
corrente de fuga – versão inicial., era formada por dois circuitos integrados, no qual
eram utilizados dois amplificadores operacionais, cada um com um ganho fixo e um
amplificador operacional para a realimentação do sinal. Entretanto, este circuito
apresentava baixas respostas em frequência devido ao efeito capacitivo das trilhas.
Figura 16: Esquemático do circuito emissor de corrente de fuga – versão inicial.
31
Figura 17: Protótipo 3D do circuito emissor de corrente de fuga – versão inicial.
A versão final do circuito emissor, conforme ilustrado nas Erro! Fonte de r
eferência não encontrada. e Figura 19: Protótipo 3D do circuito emissor de corrente de fuga –
versão final., era constituída por apenas um circuito integrado, sendo um amplificador
operacional de ganho unitário e um amplificador para a realimentação do sinal.
Figura 18: Esquemático do circuito emissor de corrente de fuga – versão final.
32
Figura 19: Protótipo 3D do circuito emissor de corrente de fuga – versão final.
O protótipo emissor em sua versão final pode ser observado na
Figura 20: Transdutor emissor de corrente de fuga – versão final.
Figura 20: Transdutor emissor de corrente de fuga – versão final.
33
4.2 - CIRCUITO TRANSDUTORES RECEPTOR
O protótipo do transdutor receptor recebe o sinal luminoso proveniente da fibra
ótica e o converte para um valor de tensão elétrica. O circuito receptor possui no
módulo de entrada um fotodiodo, dispositivo eletrônico construído de material
semicondutor, que converte a intensidade luminosa recebida em uma determinada
quantidade de corrente elétrica. Em série com este dispositivo encontra-se um resistor,
que possibilita a leitura desta corrente em um valor proporcional de tensão elétrica, em
seus terminais. Como o sinal gerado possui amplitudes muito baixas, faz-se necessário
realizar uma amplificação deste sinal. Esta amplificação é ajustada através de um
potenciômetro e, após, é realizado um ajuste de offset. Por fim, este sinal é transmitido
para uma placa de aquisição de dados.
A primeira versão do circuito receptor, conforme ilustrado Figura 21: Esquemático
do circuito receptor de corrente de fuga – versão inicial., apresentava um ganho variável
de 10 vezes e sua eficiência máxima estava na faixa de 2,5 MHz. A amplificação do
sinal era realizada através do potenciômetro R2 e o ajuste de offset era realizado pela
associação do capacitor C9 com o resistor R3. Por fim, o sinal é transmitido para uma
placa de aquisição de dados. Entretanto, esta placa, mesmo sendo uma versão muito
compacta apresentava muito ruído na resposta do sinal.
34
Figura 21: Esquemático do circuito receptor de corrente de fuga – versão inicial.
Figura 22: Protótipo 3D do circuito receptor de corrente de fuga – versão inicial.
A versão final do circuito receptor, conforme ilustrados nas figuras Figura 23:
Esquemático do circuito receptor de corrente de fuga – versão final., Figura 24:
Protótipo 3D do circuito receptor de corrente de fuga – versão final. e Figura 25:
Transdutor receptor de corrente de fuga – versão final., era composta por dois estágios
de amplificação, em que o primeiro deles apresentava um ganho fixo de dois (2) e o
segundo estágio, um ganho variável entre 0 e 5, ajustado por meio de um
35
potenciômetro. Por fim, um capacitor em série com os amplificadores era utilizado
retirar o nível DC do sinal, de forma a igualar o sinal de saída com o sinal de entrada. O
ganho e a amplitude do sinal foram ajustados durante a calibração do sistema.
Figura 23: Esquemático do circuito receptor de corrente de fuga – versão final.
Figura 24: Protótipo 3D do circuito receptor de corrente de fuga – versão final.
36
Figura 25: Transdutor receptor de corrente de fuga – versão final.
4.3 CALIBRAÇÃO DO SISTEMA
Os circuitos emissores e receptores são calibrados com sinais de 60 Hz. Este
valor de frequência foi escolhido por ser o valor de operação do sistema elétrico. A
calibração é realizada com o ajuste dos parâmetros do circuito de forma que as
amplitudes dos sinais de entrada e de saída estejam iguais para que não haja perda de
sinal, ou seja, o sistema foi calibrado para obter os mesmos valores RMS de tensão
tanto na entrada quanto na saída.
A calibração do circuito emissor foi realizada de forma a condicionar o sinal de
entrada para que este seja transmitido sem que haja saturação do amplificador e nem
corte do sinal transmitido pelo LED. Este ajuste foi realizado por meio de um valor de
tensão continua que foi somado ao sinal. Em seguida, a fibra ótica foi acoplada nas
placas dos circuitos emissor e receptor para que o ganho do circuito receptor fosse
ajustado de forma a obter o mesmo valor de amplitude inserida no circuito emissor sem
que houvesse perdas no sinal.
Para a calibração dos circuitos, conforme ilustrado na Figura 26 foram utilizados:
um osciloscópio, para realizar a leitura dos sinais; fontes de alimentação dos circuitos
emissor e receptor; e um gerador de sinais, que possibilita o ajuste dos parâmetros
37
(amplitude e frequência) do sinal de entrada, conforme ilustrados nas Figura
27:Osciloscópio ., Figura 28: Gerador de sinais. e Figura 29: Fonte de tensão.,
Figura 26: Calibração dos transdutores de corrente de fuga. À esquerda, protótipo do circuito emissor de corrente de fuga; a direita, protótipo do circuito receptor de corrente de fuga.
38
Figura 27:Osciloscópio .
Figura 28: Gerador de sinais.
39
Figura 29: Fonte de tensão.
4.4 – AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DOS TRANSDUTORES
Para avaliar o desempenho dos transdutores, as placas emissora e receptora
foram interligadas uma a outra através de um cabo de fibra ótica plástica, conforme
ilustrado na Figura 26 e Figura 30. Tanto a placa emissora quanto a placa receptora
tinham suas entradas conectadas a fonte de tensão e um gerador de funções, conforme
Figura 27 e Figura 28. Um osciloscópio foi utilizado para a leitura dos sinais obtidos na
entrada e na saída de ambas as placas.
40
Figura 30: Transdutores de corrente de fuga conectados com o cabo de fibra ótica.
Primeiramente ajustou-se o circuito de forma a obter a entrada máxima possível
a fim de alcançar um ganho na saída a 60 Hz. Após, foi ajustado o offset em ambas as
placas visando adquirir a mesma tensão na entrada e saída do circuito. Em seguida,
foram realizadas leituras do sinal em 60 Hz, 1 kHz e 1 MHz. O sinal de frequência foi
aumentado até a potência de saída cair pela metade, ou seja, atenuação de 3 dB.
Para a validação do sistema foram realizados testes de bancada com sinais
alternados (senoidais e pulsos). Na Figura 31 e Figura 32 encontram-se ilustrados os
gráficos referentes às formas de onda apresentadas pelo osciloscópio nos testes
realizados com sinais senoidais de 60 Hz, 1 kHz, 1 MHz e 1,607 MHz, respectivamente.
Nas figuras, as curvas em amarelo são referentes aos sinais de entrada no circuito
emissor; as curvas em azul são referentes aos sinais de saída do circuito emissor; e as
curvas em rosa são referentes aos sinais de saída do circuito receptor.
41
(a) (b)
Figura 31: Forma de onda do sinal (a) 60 Hz; (b) 100 Hz.
(a) (b)
Figura 32: Forma de Onda do Sinal (a) 1 MHZ (b) 1,6 MHz
A análise dos gráficos ilustrados na Figura 31 (a) e (b) permite observar que a
amplitude do sinal de saída do circuito receptor é igual a 50% da amplitude do sinal de
entrada do circuito emissor para frequências de 60 Hz e 1 kHz, respectivamente, além
de notar-se que os sinais encontram-se em fase. A análise dos gráficos ilustrados na
Figura 32 (a) permite observar que a amplitude do sinal de saída é igual a 35% da
amplitude do sinal de entrada. Quando o sinal de 1,607 MHz (Figura 32(b)) é aplicado,
a amplitude do sinal de saída do circuito receptor é 25% do sinal de entrada. Ainda
42
referentes aos gráficos da Figura 32, nota-se defasagens entre os sinais de entrada e
saída em torno de 90°. O valor de frequência de 1,607 MHz é considerado o limite de
operação do sistema devido à amplitude do sinal cair em 3 dB em relação ao sinal de
60 Hz.
Além dos testes de transmissão de sinais senoidais, também foram realizados
testes com sinais de pulso. As análises de pulso servem para verificar a resposta do
sistema perante eventos de altas frequências (e.g. descargas superficiais em
isoladores). Neste teste o sinal da onda de entrada foi adequado para valores de
tempos de subida, descida, e Duty Cycle (ciclo de trabalho). Os valores utilizados para
a análise encontram-se apresentados na Tabela 1 e o gráfico obtido encontra-se
ilustrado na
Tabela 1: Valores ajustados para análise de pulsos.
Tempo de
subida Tempo de descida Duty Cycle
20 ns 1 µs 7 %
20 ns 500 ns 4 %
20 ns 250 ns 2 %
20 ns 100 ns 1 %
(a) (b)
Figura 33: Análises de pulso (a) 1 MHz (b) 1,6 MHz.
43
4.5 – FERRAMENTA COMPUTACIONAL PARA ANÁLISE DOS DADOS
Para a análise e armazenamento dos dados coletados, bem como a construção
da forma de onda da corrente de fuga medida foi utilizado uma placa de aquisição de
dados da National Instruments modelo NI ENET 9163.
A grandeza medida é a corrente de fuga do isolador. Essa corrente passa por um
resistor shunt, o qual permite a adequação do sinal lido em um valor de tensão, que é
proporcional ao valor de corrente. Esse valor de tensão passa pelos amplificadores do
circuito emissor e é convertido para um sinal ótico, no qual é transmitido, através da
fibra ótica para o circuito receptor. O circuito receptor, por sua vez, converte o sinal
ótico para um valor de tensão e o transfere para a placa de aquisição de dados.
Conforme o fluxograma exemplificado na figura 14.
A placa de aquisição de dados recebe um valor de tensão. Esta placa está
conectada a um computador, no qual foi desenvolvido um software na plataforma
LabView, responsável por receber o valor tensão, dividi-lo pelo valor da resistência
shunt, resultando assim na leitura do valor da corrente de fuga.
O primeiro bloco do software desenvolvido para a aquisição dos dados é
denominado Daq Assistent. Neste bloco é especificado as condições de operação em
termos de frequência, tensão e taxa de amostragem (quantos pontos por segundo é
utilizado para realizar a leitura dos dados). Vale ressaltar que esta placa de aquisição
de dados possui capacidade de leituras de frequência até a ordem de Mega Hertz.
Através da aquisição dos pontos obtêm-se as curvas senoidais de corrente de
fuga. O software apresenta um comando no qual é coletado todos os dados e
posteriormente é realizada a separação desses dados em 3 canais, pois no ensaio em
questão existem três fases independentes para a comparação do desempenho de três
isoladores diferentes.
No bloco do canal 1, assim como nos demais canais, é realizada uma rede de
operação no sistema. A primeira função realizada no canal 1 é a coleta dos dados de
corrente em valores RMS, calculados pela função existente na biblioteca do software. A
conversão desses valores é realizada a cada 1 segundo. O próximo bloco do software
44
tem por objetivo armazenar o valor máximo de corrente de fuga obtido dentro de um
intervalo de tempo de 10 minutos. Este valor é denominado valor de corrente RMS
máximo. Em seguida, é realizada novamente a coleta do valor instantâneo de corrente
de fuga reiniciando o loop.
Ainda dentro do canal 1, existe um bloco responsável pela análise de frequências
por meio de uma Transformada de Fourier (FFT - Fast Fourier Transform) do sinal de
forma a se obter uma amostra das componentes harmônicas do sinal. A ocorrência das
componentes harmônicas é mostrada em um gráfico de tensão versus frequência.
Na Figura 34: Diagrama de blocos do referente ao funcionamento do software de
aquisição de dados de corrente de fuga. é exemplificado através de um diagrama de
blocos, o funcionamento do software.
Figura 34: Diagrama de blocos do referente ao funcionamento do software de aquisição de dados de corrente de fuga.
45
4.6 – ENSAIO COM ISOLADORES REALIZADOS NO LabCE - LACTEC
Ensaios com isoladores foram realizado no Laboratório de Compatibilidade
Elétrica (LabCE), no Institutos Lactec, para validação dos dados. Os circuitos
transdutores de corrente de fuga foram conectados a circuitos nos quais se
encontravam isoladores instalados em uma câmara de névoa salina. O procedimento
de ensaio foi desenvolvido tendo como base o método da névoa salina da norma ABNT
NBR 15122. Foi aplicado 35 kg/m3 de cloreto de sódio. Esta quantidade, segundo o
anexo C da ABNT IEC/TR 60815, caracteriza um ambiente de nível de poluição médio.
A condutividade da névoa nesta condição foi de 53 mS/cm. A tensão aplicada no ensaio
foi de 14 kV fase-terra. A Figura 35: Quadro de baixa tensão onde se encontram
instalados os protótipos emissores. e a Figura 36: Protótipo emissor instalado em um
quadro de baixa tensão. Ilustram a instalação dos protótipos emissores de corrente de
fuga conectados aos isoladores. Já a Figura 37 demonstra a disposição dos protótipos
receptores juntamente com a placa de aquisição de dados. Por fim, conforme ilustrado
na Figura 38 pode-se observar como a disposição dos isoladores utilizados no ensaio.
Figura 35: Quadro de baixa tensão onde se encontram instalados os protótipos emissores.
46
Figura 36: Protótipo emissor instalado em um quadro de baixa tensão.
Figura 37: Transdutores receptores de corrente de fuga e placa de aquisição de dados.
47
Figura 38: Camara de Névoa Salina na qual são instalados os isoladores a serem testados
As formas de onda de corrente de fuga dos isoladores utilizados no ensaio para
validação dos protótipos podem ser observadas na Figura 39 e Figura 40.
(a) (b)
Figura 39: Ferramenta computacional, (a)Tela inicial da ferramenta computacional; (b)Programação desenvolvidana plataforma LabVIEW.
48
Figura 40: Sinal de aquisição
Além de demonstrar as formas de onda do sinal de corrente de fuga, o sistema
de aquisição de dados também calcula o valor RMS das correntes de fuga em
intervalos de 300 segundos e a média dos picos de corrente de fuga neste mesmo
período de tempo e gera gráficos conforme ilustrados na Figura 41.
Figura 41: Sinal RMS máxima e RMS instantânea da corrente de fuga
49
Uma análise de frequências por meio da FFT (Fast Fourier Transform) do sinal
também foi implementada na ferramenta computacional, para que uma análise das
componentes harmônicas do sinal fosse realizada. Na Figura 42 pode ser observado
uma análise de FFT do sinal senoidal, no qual cada pico presente representa uma
componente harmônica.
.
Figura 42: Ocorrência das harmônicas nos sinais adquiridos.
50
5. CONCLUSÕES
Os resultados obtidos com os testes realizados comprovaram a eficiência do sistema
para a medição de corrente de fuga de isoladores de transmissão em frequência
industrial. O circuito fornece o sinal completo da corrente de fuga para o sistema de
aquisição, permitindo que este calcule os seus valores RMS e também aplique uma
transformada de Fourier para que o espectro de frequências do sinal possa ser
observado. Além disso, o circuito tem a capacidade de medir descargas elétricas que
ocorrem nos isoladores com frequências de até 1,6 MHz.
51
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALBUQUERQUE A. A. M., D. R. G. . A. A. L. C. Foult Indicator for Polymeric Insulators
on 72.5 kV Structures. 10th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications
(INDUSCON). Fortaleza: [s.n.]. 2012. p. 1-6.
BEZERRA, R. C.; TOSTES, J. A. S.; TEIXEIRA, J. M. T; LEITE, R. C. Estudo para
aumento da confiabilidade de isoladores poliméricos nas linhas de transmissão da
Eletronorte. 2010.
CAMPELLO, S. Sistemas de detecção óptica de descargas parciais em cadeias de
isoladores de linhas de transmissão de alta tensão. Recife, 2008.
COOREIA, E.F.; MONTEMEZZO, J. F.; COLOMBARI, L. F. S.; ET AL. Materiais
Elétricos: Compendio de Trabalhos. UNIOESTE, Foz do Iguaçu, 2010.
FIERRO-CHAVEZ J. L., R.-V. I. . M.-T. G. On-line Leakage Current Monitoring of 400 kV
Insulator Strings in Polluted Areas. IEEE Procedings on Generation, Transmission and
Distribution. [S.l.]: [s.n.]. 1996. p. 560-564.
FONTANA E., O. S. C. . C. F. J. M. M. . L. R. B. . M.-F. J. F. . M.-P. E. Novel Sensor
System for Leakage Current Detection on Insulator Strings of Overhead Transmission
Lines. IEEE Transactions on Power Delivery. [S.l.]: [s.n.]. 2006. p. 2064-2070.
GARCIA, R. W. S.; SANTOS FILHO, N. Isoladores de linha de transmissão do sistema
elétrico brasileiro parte 2: avaliação de desempenho. Décimo Encuentro Regional Latino
Americano de la Cigré. 2003b.
GORUR, R. S; CHERNEY, E. A.; BURNHAM, J. T. Outdoor Insulators. Ravi Gorur Inc.,
1999.
52
HACKAM, R. Outdoor HV Composite Insulators. IEEE TDEI, v. 6, p. 557-585, 1999.
IEC 60270: High-voltage test techiniques – Partial discharge measurements, third
edition, 2000.
IEC 62073 – Guidance on the measurement of wettability of insulators surfaces.
International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland, 2003.
GUBANSKI, S.; HARTINGS, R. Swedish Research on the Application of Composite
Insulators in Outdoor Insulation. IEEE Publication, 1995.
KURIHARA S., A. Y. Z. . T. T. O. S. . H. Y. . H. S. . H. M. Construction of Remote
Monitoring System for Separative Measurement of Leakage Current of Outdoor
Insulators. IEEE Proceedings of the 7th International Conference on Properties and
Applications of Dielectric Materials. Nagoya: [s.n.]. 2003. p. 401-404.
LOOMS, J. S. T. Insulators for High Voltages. London: Peter Peregrinus, 1988.
MAMEDE FILHO, J. Manual de equipamentos elétricos, v. 1 e 2, 3ª edição, LTC Editora,
2005.
SHIHAB, S. On-Line Pollution Leakage Current Monitoring System. 4th International
Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials. Brisbane: [s.n.]. 1994.
p. 538-541.
VILAR, P. B.; ARAÚJO, D. B.; RODRIGUES, M. A. O.; ET AL. Caracterização Térmica e
Elétrica de Poluição Salina em Isoladores de Vidro. IV Simpósio Brasileiro de Sistemas
Elétricos – Goiania – GO.
53
VLASTOS, A. E. Influence of Material and Electric Stress on the Performance of
Polymeric Insulators. IEEE Publication, 1994.
VLASTOS, A. E.; SÖRQVIST, T. Field Experience of Ageing and Performance of
Polymeric Composite Insulators. ÉLECTRA No. 171, 1997.