Uma das falhas mais dispendiosas e disruptivas que ocorrem em sistemas elétricos é a falha de isolamento. Independentemente da aplicação e dos transformadores da concessionária, conjuntos de manobra, motores rotativos, painéis GIS, para-raios ou relés de distribuição, e independentemente de os sistemas dielétricos terem falhado ou não, isso resulta diretamente em interrupções prolongadas, riscos de incêndio, danos a equipamentos e não conformidade com as normas. Testador de tensão de impulso A análise de tensão dielétrica continua sendo fundamental nos testes de pré-qualificação, testes de campo e testes de confiabilidade em linha de produção. Ela permite que os engenheiros conheçam a resposta dos dielétricos a eventos súbitos de alta tensão, em vez de em regime permanente de estresse. Essa diferença é essencial, visto que o isolamento normalmente falha em vários níveis, nos quais a energia é induzida por meio de transientes rápidos.
Um evento de surto não é semelhante a uma sobretensão contínua de corrente alternada ou contínua. Surtos de comutação, impulsos de raios, sequências de partida de motores, desconexões de cargas indutivas ou picos de ressonância de alta frequência são frequentemente as causas de falhas no mundo real.

Objetivo da avaliação por impulsos

A injeção controlada de impulsos não visa simplesmente causar a ruptura, mas sim monitorar a propagação da onda, o comportamento de envelhecimento dos isolamentos, o tempo de acúmulo de carga e o atraso entre o início da descarga e a falha. Numerosos sistemas de isolamento comportam-se de maneira diferente quando a tensão aumenta rapidamente na faixa de microssegundos. A concentração de tensão elétrica ocorre nos pontos fracos das camadas dielétricas, o que não é revelado em testes de rampa lenta.
Enrolamentos de transformadores preenchidos com epóxi, estruturas de papel-óleo e sistemas de polímeros reticulados sofrem um acúmulo de distorção do campo elétrico durante surtos de tensão causados ​​por compósitos isolantes de alta tensão. Essa distorção se propaga pelas camadas e interfaces. Em caso de erros de fabricação, como vazios, umidade, microfissuras, falta de aderência da resina ou espessura irregular, as fragilidades podem ser detectadas instantaneamente pela medição do transiente de impulso.

Características da forma de onda em testes de surto

Um sinal de tensão de impulso normal é um sinal de decaimento exponencial com tempo de subida curto. As especificações da indústria usam terminologia como 1.2/50 µs ou 8/20 µs para especificar as formas de onda em termos de tempo de subida e tempo de decaimento. No caso de um testador de tensão de impulso, a tensão no isolamento é caracterizada pela inclinação da forma de onda quando submetida ao impacto do testador.
As subidas acentuadas representam surtos causados ​​por raios que atravessam os sistemas de transmissão. As inclinações moderadas representam transferências de surtos de manobra entre a energização de bancos de capacitores, transferências de carga em subestações ou religamento de linhas. A replicação das características da forma de onda na realidade é usada para corresponder à reprodutibilidade dos eventos elétricos no gerador de surtos.

Função dos circuitos de descarga controlada

A seção de um sistema de impulsos que libera energia é extremamente bem projetada, pois a energia deve ser fornecida de forma regular e sem distorção. O gerador de surtos faz com que a carga armazenada seja emitida por resistores em série, que são calibrados e possuem elementos de modelagem para garantir a integridade da forma de onda. Pequenas variações na resistência alteram os tempos de subida e as constantes de decaimento, o que modifica o comportamento da tensão de isolamento.
Os testes de isolamento de equipamentos elétricos são realizados com uma série de pulsos, em vez de um único pulso. O envelhecimento é observado quando se constata deterioração em impulsos repetitivos. Existem equipamentos que podem suportar os pulsos iniciais, mas que posteriormente desenvolvem fadiga dielétrica. Os engenheiros registram os padrões de tensão suportável, o ruído de descarga e os valores de início de descarga parcial, que indicam a probabilidade de falha a longo prazo.

Figura: testador de tensão de impulso

Importância da inversão da polaridade do impulso

É preciso considerar os impulsos de polaridade positiva e negativa. A maioria dos impulsos de polaridade positiva tende a tensionar as interfaces de isolamento nas superfícies, enquanto a polaridade negativa concentra o campo elétrico na periferia dos condutores. O uso de plataformas de impulsos modernas permite a comutação da polaridade da saída com facilidade, sem a necessidade de refazer a fiação, mantendo a segurança e a precisão. LISUN Oferece o melhor testador de tensão de impulso.

Análise de resistência máxima em exposição multinível

Na avaliação, os engenheiros utilizam aumentos graduais na magnitude das tensões. Uma sequência normalmente se inicia em níveis mais baixos e prossegue para cima. Os incrementos de múltiplos níveis não visam à confirmação da resistência, mas sim a uma simples verificação.
Certos equipamentos sofrem descargas internas parciais abaixo da tensão de ruptura completa. Caso a tensão de início da descarga parcial seja muito inferior aos valores de projeto, a fadiga do isolamento provavelmente ocorrerá sob condições de operação severas. O efeito positivo do aumento controlado do impulso é que os efeitos temporários manifestam esse fenômeno mais rapidamente do que com o uso lento de corrente alternada.

Distinção entre avaliação destrutiva e não destrutiva

O teste de impulso não danifica necessariamente o isolamento. Os valores nominais estarão dentro de faixas seguras, onde, na faixa normal, em vez de causar danos aparentes, o envelhecimento interno é apenas comprovado pelo teste. Os testes não destrutivos permitem que os fabricantes de produtos aprovem as amostras de produção antes do envio.
Durante a avaliação destrutiva, a intenção se transforma em pesquisa de inovação de materiais. As informações sobre o ponto de ruptura auxiliam os engenheiros a comparar suas formulações ou a prever o envelhecimento acelerado.
O processo de ruptura controlada permite aos engenheiros determinar a localização dos mecanismos de falha: descarga de borda, perfuração do dielétrico, falha de isolamento entre espiras ou trilhamento superficial ao longo de camadas de contaminação.

Diagnóstico de suporte durante a aplicação de impulsos

Nos sistemas modernos, contadores de transferência de carga, unidades de monitoramento de ponto de equilíbrio e medições com osciloscópio são incorporados ao sistema. A avaliação de assistência não se baseia mais apenas no limiar de tensão. Os engenheiros analisam a distorção temporária das formas de onda, o resíduo da forma de onda, o padrão de oscilação e o tempo de falha.
Com isolamentos avançados, microssegundos antes da ruptura completa, ocorre uma descarga parcial interna. A detecção precoce nesse momento fornece informações prospectivas. Um gerador de surtos de alta frequência tem o potencial de revelar a precisão da descarga repetida, o que permite a classificação e categorização dos defeitos.

efeitos do controle ambiental integrado

Uma avaliação precisa do isolamento abrange os efeitos da temperatura e da umidade. Isolantes poliméricos, quando submetidos a altas temperaturas, apresentam menor rigidez dielétrica. Em sistemas à base de óleo, a variação da umidade dissolvida em função da tensão é drástica devido à alteração na velocidade de propagação da ruptura dielétrica causada pela água.
Quando o testador de tensão de impulso é utilizado em conjunto com câmaras de condicionamento ambiental ou ciclos de desidratação de óleo, a tensão operacional é simulada de forma mais eficaz. Quando os engenheiros testam um motor sob carga com impulsos em condições de temperatura de enrolamento mais elevadas, isso equivale a uma operação sob carga contínua.

Aplicação em todas as principais categorias de isolamento.

Os enrolamentos do transformador devem ser examinados por impulso para garantir a existência de uma camada isolante entre as espiras de cobre e a estrutura do núcleo. Da mesma forma, rajadas repetidas de energia precisam ser absorvidas pelos para-raios, sem interferir no espaçamento do isolamento. A resistência do entreferro nos contatos do disjuntor a vácuo deve ser adequada à energia de impulso.
A avaliação de surtos em grandes máquinas rotativas é feita fase por fase. O atraso de propagação expõe as tolerâncias de fabricação (envolvendo assimetria), a saturação das bobinas ou a falta de compressão do isolamento nas ranhuras.

Interpretação avançada de resposta a surtos

O isolamento reage a um impulso que demonstra sua integridade mecânica e química. Um isolamento em bom estado interrompe imediatamente a propagação do efeito corona, enquanto um isolamento envelhecido libera pulsos de corona repetidos e, consequentemente, falha.
Avaliação dos especialistas:
• Distorção da frente de onda
• Quedas repentinas na amplitude dos degraus
• Variação da inclinação da subida
• Decaimento do anel pós-descarga
O foco continua sendo a manutenção preditiva, e não a manutenção emergencial. Quando os primeiros sinais de deterioração dielétrica se tornam evidentes, o equipamento é revisado, a resina é reaplicada ou a peça interna é tratada a vácuo.

Garantia de qualidade de fabricação

O gerador de surtos é incorporado ao controle de qualidade de fim de linha nas linhas de produção. Os fabricantes realizam testes de resistência a impulsos em níveis reduzidos, em vez de conduzir esses testes aleatoriamente em uma amostra de unidades para serem testadas de forma destrutiva. Isso garante a consistência dos componentes.
À medida que a quantidade de produção aumenta, os registros de forma de onda são armazenados pelos engenheiros. No futuro, quando ocorrem falhas em campo, o histórico permite rastrear as prioridades, determinando se os problemas de isolamento começaram no projeto ou em campo.

Integração com estruturas de conformidade de segurança

A capacidade de suportar impulsos dos equipamentos é classificada como uma especificação obrigatória de acordo com as normas de segurança elétrica. O teste gera automaticamente uma série de relatórios nos laboratórios de certificação. Esses relatórios são então anexados aos equipamentos exportados. A certificação é exigida por muitos mercados globais antes da instalação em sistemas de rede elétrica.
Ao cumprir essas normas de conformidade, garante-se que esses produtos cheguem aos setores industriais onde o estresse por impulso é inevitável.

Conclusão

Controlado testador de tensão de impulso Ainda é um dos dispositivos mais úteis para garantir a confiabilidade do isolamento de equipamentos de energia elétrica. Os engenheiros extraem informações valiosas sobre a confiabilidade modelando as condições reais da sobretensão, através da formação precisa da forma de onda, inversão de polaridade, instalação repetitiva em intervalos regulares e detecção de falhas controladas. Um gerador de surtos avançado, aliado ao suporte de diagnósticos auxiliares e ao controle da influência ambiental, garante uma abordagem preditiva para a correção de surtos, em vez de uma abordagem reativa. Isso assegura a operação confiável de transformadores, painéis de distribuição, máquinas rotativas, para-raios e sistemas de cabos ao longo de seus ciclos de vida, evitando falhas catastróficas e minimizando os custos de manutenção e tempo de inatividade.