Análise de Falhas de Isolamento Interno em Equipamentos GIS e Métodos de Teste de Isolamento

Picos de Condutor de Alta Tensão

Durante a instalação de condutores de alta tensão, batidas ou arranhões acidentais podem causar picos metálicos na superfície do condutor, conforme mostrado na Figura 1. Sob tensão de frequência de rede, o efeito de ionização dos campos elétricos elevados nas pontas dos picos gera partículas carregadas, que podem suprimir descargas parciais (DP) ou quebras. No entanto, sob tensão de impulso, o processo de ionização induzido pelo forte campo elétrico não tem tempo suficiente para se desenvolver, tornando as DP e quebras mais propensas a ocorrer.

Contaminantes na Superfície do Isolador

Durante a montagem do GIS, a limpeza no local é frequentemente insuficiente, permitindo que a poeira entre no GIS e se depose sobre as superfícies dos isoladores. Em alguns casos, processos de fabricação inadequados deixam resíduos pegajosos nos isoladores. Esses defeitos frequentemente causam quebras durante os testes de resistência à tensão no local. A energia liberada durante a quebra geralmente remove os contaminantes, tornando difícil encontrar quaisquer vestígios na superfície do isolador ou em outros componentes durante a análise de desmontagem pós-quebra. A Figura 2 mostra um isolador que sofreu uma quebra no local, sem anomalias visíveis em sua superfície.

Componentes Metálicos Soltos

Durante o transporte ou operação, vibrações mecânicas podem causar o afrouxamento de tampas de proteção, outros componentes metálicos e parafusos de fixação. Contato elétrico inadequado nesses casos leva a descargas parciais (DP), que, ao longo do tempo, podem se transformar em acidentes de quebra. A Figura 3 ilustra a estrutura de instalação de uma tampa de proteção propensa a esses problemas.

Pós Metálicos no Interior da Caixa

Durante o transporte ou operação, vibrações mecânicas podem causar atrito entre componentes metálicos, gerando pós metálicos. Higiene inadequada no local durante a instalação pode deixar poeira ou partículas metálicas na superfície interna da caixa. Além disso, descargas parciais devido a contato elétrico inadequado podem produzir partículas de metal ou compostos metálicos. A Figura 3 mostra pós gerados por descarga devido a contato inadequado em uma tampa de proteção. Durante a operação, o salto de pós metálicos pode levar a acidentes de quebra.

Métodos de Teste de Defeitos de Isolamento do GIS
Teste de Resistência à Tensão

Testes de resistência à tensão são necessários durante a entrega e após grandes reformas. DL/T 555-2004 Diretrizes para Testes de Resistência à Tensão e Isolamento no Local de Equipamentos de Manobra Metálicos Fechados com Isolamento a Gás especifica os requisitos e métodos para testes no local [4]. A tensão alternada é sensível a partículas condutivas livres e outras impurezas, tornando-a adequada para detectar defeitos como contaminantes na superfície dos isoladores, componentes metálicos soltos e pós metálicos no interior da caixa. A tensão de impulso, eficaz para identificar contaminantes e estruturas anormais de campo elétrico, é ideal para detectar picos metálicos e pós metálicos internos.

Teste de Descarga Parcial (DP)

Durante os testes de resistência à tensão no local, a medição de DP deve ser realizada simultaneamente. O método de corrente de pulso é atualmente a abordagem principal para medir sinais de DP sob tensão de teste de frequência de rede. No entanto, este método frequentemente falha em detectar defeitos como picos metálicos e pós metálicos internos. Portanto, a medição de DP durante testes de resistência à tensão de impulso é necessária. Para evitar interferências no circuito de teste sob tensão de impulso, métodos de detecção de alta frequência, ultra-alta frequência (UHF) ou ultrassom podem ser utilizados.

Detecção de DP em Vida e Monitoramento On-line

Para defeitos como componentes metálicos soltos e pós metálicos gerados durante a operação, a detecção de DP em vida e o monitoramento on-line devem ser implementados ativamente. Dependendo dos princípios dos sensores, os métodos de detecção em vida incluem técnicas UHF e ultrassom. A detecção em vida é adequada para inspeções periódicas, enquanto o monitoramento on-line é ideal para rastrear defeitos conhecidos.

Conclusões e Perspectivas

Os defeitos de isolamento internos do GIS incluem principalmente quatro tipos: picos de condutor de alta tensão, contaminantes na superfície do isolador, componentes metálicos soltos e pós metálicos internos. Para prevenir que esses defeitos se transformem em falhas, testes de isolamento e detecção de DP devem ser realizados durante a entrega e a operação. Para defeitos comuns, como picos metálicos e pós durante os testes de entrega, a detecção de DP sob tensão de impulso deve ser priorizada.