Análise de Falhas de Descarga na Barramento de Subestações e Suas Soluções

1. Métodos para Detecção de Descargas na Barramento

1.1 Teste de Resistência de Isolamento

O teste de resistência de isolamento é um método simples e comumente utilizado em testes de isolamento elétrico. É altamente sensível a defeitos de isolamento do tipo passagem, absorção geral de umidade e contaminação superficial — condições que geralmente resultam em valores de resistência significativamente reduzidos. No entanto, é menos eficaz na detecção de envelhecimento localizado ou falhas de descarga parcial.

Dependendo da classe de isolamento do equipamento e dos requisitos de teste, os testadores de resistência de isolamento comuns usam tensões de saída de 500 V, 1.000 V, 2.500 V ou 5.000 V.

1.2 Teste de Tensão Alternada de Frequência de Rede

O teste de tensão alternada aplica um sinal CA de alta tensão — superior à tensão nominal do equipamento — ao isolamento por um período especificado (geralmente 1 minuto, a menos que seja especificado de outra forma). Este teste identifica efetivamente defeitos locais de isolamento e avalia a capacidade do isolamento de suportar sobretensões nas condições reais de operação. É o teste de isolamento mais realista e decisivo para prevenir falhas de isolamento.

No entanto, é um teste destrutivo que pode acelerar defeitos de isolamento existentes e causar degradação cumulativa. Portanto, os níveis de tensão de teste devem ser cuidadosamente selecionados de acordo com a GB 50150–2006 Código para Teste de Aceitação de Equipamentos Elétricos em Projetos de Instalações Elétricas. Os padrões de teste para isolamento de porcelana e orgânico sólido são mostrados na Tabela 1.

Tabela 1: Padrões de Tensão Alternada para Isolamento de Porcelana e Orgânico Sólido

Existem vários métodos de tensão alternada, incluindo teste de frequência de rede, ressonância série, ressonância paralela e ressonância série-paralela. Para o teste de descarga no barramento, o teste de tensão alternada de frequência de rede padrão é suficiente. A configuração do teste deve ser determinada com base na tensão de teste, capacidade e equipamentos disponíveis, geralmente usando um conjunto completo de teste de alta tensão CA.

1.3 Teste Infravermelho

Todos os objetos com temperatura acima do zero absoluto emitem continuamente radiação infravermelha. A quantidade de energia infravermelha e sua distribuição de comprimento de onda estão intimamente relacionadas à temperatura da superfície do objeto. Medindo essa radiação, a termografia infravermelha pode determinar com precisão a temperatura da superfície — formando a base científica da medição de temperatura infravermelha.

Do ponto de vista de monitoramento e diagnóstico infravermelho, as falhas em equipamentos de alta tensão podem ser classificadas em duas categorias: externas e internas. As falhas externas ocorrem em partes expostas e podem ser detectadas diretamente usando instrumentos infravermelhos. As falhas internas, no entanto, estão ocultas dentro de isolantes sólidos, óleo ou caixas e são difíceis de detectar diretamente devido ao bloqueio pelos materiais de isolamento.

O diagnóstico infravermelho de descarga no barramento envolve a medição de temperatura, cálculo da diferença de temperatura relativa (levando em conta a temperatura ambiente) e comparação com barramentos em operação normal. Isso permite a identificação intuitiva de locais de superaquecimento e descarga.

2. Aplicação de Novas Tecnologias

2.1 Tecnologia de Imagem Ultravioleta (UV)

Quando a tensão elétrica local em equipamentos energizados excede um limiar crítico, ocorre a ionização do ar, levando à descarga corona. O equipamento de alta tensão frequentemente experimenta descargas devido a design, fabricação, instalação ou manutenção inadequados. Dependendo da intensidade do campo elétrico, isso pode resultar em corona, flashover ou arco. Durante a descarga, os elétrons no ar ganham e liberam energia — emitindo luz ultravioleta (UV) quando a energia é liberada.

A tecnologia de imagem UV detecta essa radiação UV, processa o sinal e a sobrepor a uma imagem de luz visível exibida em uma tela. Isso permite a localização precisa e avaliação da intensidade da corona, fornecendo dados confiáveis para avaliar a condição do equipamento.

2.2 Teste Ultrassônico (UT)

O teste ultrassônico (UT) é um método de inspeção industrial portátil e não destrutivo. Permite a detecção, localização, avaliação e diagnóstico rápidos, precisos e não invasivos de defeitos internos, como trincas, vazios, porosidade e impurezas — tanto em laboratórios quanto em ambientes de campo.

As ondas ultrassônicas são ondas elásticas que se propagam através de gases, líquidos e sólidos. São categorizadas por frequência: infrassom (<20 Hz), som audível (20–20.000 Hz), ultrassom (>20.000 Hz) e ondas hipersônicas. O ultrassom se comporta de maneira semelhante à luz em termos de reflexão e refração.

À medida que as ondas ultrassônicas se propagam através de um material, as mudanças nas propriedades acústicas e na estrutura interna afetam a propagação das ondas. Analisando essas mudanças, o teste ultrassônico avalia as propriedades do material e a integridade estrutural. Métodos comuns incluem transmissão direta, eco-pulso e técnicas em tandem.

Os detectores de defeitos ultrassônicos digitais emitem ondas ultrassônicas no objeto de teste e analisam reflexões, efeitos Doppler ou transmissão para obter informações internas, que são então processadas em imagens. Esta tecnologia é altamente eficaz para avaliar a condição do isolamento de barramentos de alta tensão em operação.

3. Soluções Específicas para Descarga no Barramento de Alta Tensão

Se a descarga anormal nos barramentos de alta tensão não for abordada prontamente, pode levar ao superaquecimento do isolamento, eventual falha do isolamento e até mesmo grandes apagões. Portanto, as falhas de descarga devem ser resolvidas rapidamente e prevenidas proativamente.

3.1 Testes de Comissionamento e Aceitação Rígidos

Muitas falhas de descarga no barramento decorrem de má execução ou falta de responsabilidade durante a construção. Os pessoal de teste deve seguir rigorosamente os códigos e padrões durante os testes de aceitação de novos equipamentos, identificando riscos potenciais de descarga precocemente e corrigindo-os antes da comissão.

3.2 Substituir Isoladores de Barramento Envelhecidos

A maioria das descargas operacionais nos barramentos é causada pelo envelhecimento dos isoladores de suporte. Deve-se manter um inventário detalhado e substituir os isoladores com base na vida útil para garantir a força adequada do isolamento.

3.3 Análise Abrangente Usando Testes de Isolamento e Diagnóstico

Os testes de isolamento podem detectar efetivamente falhas de descarga graves. No entanto, para descargas iniciais ou ocultas, são necessários métodos de diagnóstico avançados, como imagens infravermelhas, imagens UV e teste ultrassônico, para detecção e intervenção precoces. Portanto, uma análise abrangente combinando testes de isolamento e testes de diagnóstico é essencial para prevenir e mitigar efetivamente as falhas de descarga no barramento.