Medição de Fator de Dissipação do Isolamento e Capacitância

A medição de fator de dissipação (ou fator de potência) do isolamento e capaci- tância é a mais difundida e aplicada técnica de manutenção preventiva utilizada em buchas condensivas. Defeitos incipientes como a carbonização de enrolamentos de pa- pel próximos ao condutor ou mesmo processos mais avançados como por exemplo, um curto-circuito entre camadas condutoras capacitivas de uma bucha, provocam um au- mento nas perdas dielétricas e no valor da capacitância, e indicam na maioria das vezes alterações significativas no processo de envelhecimento de uma bucha.

Da teoria de circuitos elétricos [11], sabemos que em um capacitor, a relação entre a distância entre as placas e a sua capacitância é inversamente proporcional, como visto na equação clássica de um capacitor, Equação 5.1.

C = ε × A

d (5.1)

Partindo deste princípio, observa-se que um curto-circuito entre as placas de uma bucha capacitiva concêntrica, além de interferir na distribuição do campo eletrostático, diminui a distância entre as placas da bucha, elevando seu valor de capacitância, con- forme visto na Figura 5.1 que mostra a deterioração do dielétrico entre o condutor e a camada mais próxima do mesmo, região de maior temperatura e stress dielétrico, causando um curto-circuito entre o condutor e a camada.

Figura 5.1: Ilustração elaborada pelo autor da dissertação mostrando a deterioração da camada dielétrica de uma bucha condensiva e consequente aumento no valor de sua capacitância.

capacitância de buchas condensivas. Diante disto a experiência adquirida entre as empresas de ramos de engenharia elétrica, recomenda que alterações de elevação quando comparadas aos valores encontrados de capacitâncias C1 e C2 nos ensaios realizados nas fábricas ou durante a fase de comissionamento da bucha durante a fase de montagem na instalação, indicam a necessidade de uma melhor investigação da origem desta não conformidade, podendo ser necessário sua retirada de serviço.

Partindo novamente da teoria de circuitos elétricos, espera-se que em um capacitor real exista uma parcela da corrente de fuga de característica resistiva que circula pelo mesmo através da isolação, que seja atribuída as perdas dielétricas. A Figura 5.2 mostra o circuito equivalente de uma bucha condensiva, mostrando as perdas dielétricas existentes na mesma.

Esta corrente de fuga, conforme visto na Figura 5.2, pode ser decomposta em uma corrente capacitiva da isolação (IC), responsável pelo armazenamento de energia no

capacitor e uma corrente resistiva (IR), referente as perdas do dielétrico. Esta corrente

resistiva existe em todo capacitor, e seu valor em condições normais é extremamente inferior a corrente capacitiva e pode ser desprezado, porém com a deterioração do dielé-

Figura 5.2: Ilustração elaborada pelo autor da dissertação mostrando circuito equivalente de uma bucha condensiva com perdas dielétricas.

trico este valor aumenta, mostrando que o dielétrico está em processo de decomposição. O acompanhamento desta corrente resistiva é o princípio do funcionamento da medição do fator de dissipação do isolamento, também conhecida como tangente delta (tgδ) que é a razão entre a corrente resistiva (IR) e a corrente capacitiva (IC), conforme pode ser

visto nas relações trigonométricas mostradas na Figura 5.3.

Figura 5.3: Relações trigonométricas da corrente de fuga do isolamento de um capacitor real, sendo que IC e IR denotam respectivamente as correntes capacitiva e resistiva.

Outro parâmetro de medição equivalente ao fator de dissipação (tgδ) é o fator de potência do isolamento (cosθ), que é a razão entre a corrente resistiva (IR) e a corrente

total (IT) do isolamento, a soma de toda a contribuição, conforme mostra a Figura 5.3.

As Equações 5.2 e 5.3, mostram analiticamente estas relações. cos θ = IR IT (5.2) tgδ = IR IC (5.3) A norma NBR 5034 define valores máximos de fator de dissipação medidos com a aplicação de 1,05 UN/

√

3 mostrados na Tabela 5.1.

Tabela 5.1: Valores máximos de fator de dissipação em buchas condensivas segundo NBR 5034.

Tipo da Isolação Valores máximos (cosθ)

Papel Impregnado com Óleo 0,007

Papel Impregnado com Resina 0,015

Papel Aglutinado com Resina 0,015

Diante da limitação da aplicação de tensão nominal durante ensaios realizados em campo, frequentemente são realizados ensaios nos laboratórios em diversos níveis de tensões de forma crescente, a fim de identificar alguma variação significante nas perdas dielétricas quando do aumento da aplicação de tensão. A norma NBR 5034 recomenda que devem ser obtidos em laboratório valores de referência em 10 kV e 2,5 kV, já que frequentemente estes valores de tensão são utilizados nos instrumentos de testes elétricos em campo.

A avaliação da evolução dos valores de fator de dissipação (ou de potência) com relação ao valor inicial dos ensaios realizados em fábrica é um importante parâmetro de acompanhamento do início do processo de envelhecimento das buchas.

Uma variável de controle importante nos ensaios de medição de fator de dissipação em buchas condensivas é a temperatura em que a mesma está submetida, conforme mostra um estudo desenvolvido por R. J. Densley e B. K. Gupta [45] na qual foram utilizadas quatro buchas condensivas tipo OIP de tensão nominal 115 kV, sendo duas novas (#4 e #3) e duas retiradas de operação para a realização dos ensaios, portanto já submetidas aos esforços da operação em regime permanente (#2 e #1).

As Figuras 5.4 e 5.5 mostram os valores encontrados de tangente delta nos en- saios realizados nas quatro buchas em duas condições: temperatura ambiente e com temperatura próxima a 70o_{C na base inferior da bucha.}

Figura 5.4: Fator de dissipação (tangente delta) obtido nas quatro buchas sob temperatura ambiente na base inferior das mesmas.

Figura 5.5: Fator de dissipação (tangente delta) obtido nas quatro buchas com temperatura próxima a 70o_{C na base inferior das mesmas. Observa-se uma clara dependência das buchas usadas com a}

temperatura.

Observa-se claramente que as buchas novas (#3 e #4) mantém seu comportamento de perdas quase que contínuo independente da temperatura ou tensão aplicada, ao mesmo tempo que nas buchas usadas (#2 e #1) percebe-se uma evidente dependência

da temperatura.

Nesta experiência observou-se que a temperatura exerce baixa influência na deter- minação do valor de capacitância das buchas, não sendo registradas variações maiores que 1% em todos os ensaios realizados.

5.2.2 Análise Cromatográfica e Teor de umidade do Óleo Isolante em buchas OIP