Índice de Polarização ou Teste PI

Teste de Índice de Polarização (Teste de Valor PI) juntamente com Teste de Resistência ao Isolamento (Teste de Valor IR) é realizado em máquinas elétricas de alta tensão para determinar a condição de serviço do isolamento. O teste IP é realizado especialmente para determinar a secura e a limpeza do isolamento.
No teste de resistência ao isolamento, uma alta tensão DC é aplicada através do isolante. Esta tensão aplicada é então dividida pela corrente através do isolante elétrico para obter o valor resistivo do isolante. Conforme a lei de Ohm,

Sem usar fonte separada para tensão direta, voltímetro e amperímetro para medir a tensão e corrente correspondentes, podemos usar um potenciômetro indicador direto, também chamado localmente de megger.

Megger fornece a tensão DC necessária através do isolante e também mostra o valor resistivo do isolamento diretamente na faixa de M – Ω e G – Ω. Geralmente usamos meggers de 500 V, 2,5 kV e 5 kV, dependendo da resistência dielétrica do isolamento. Por exemplo, usamos megger de 500V para medir até isolamentos classificados como 1,1 kV. Para transformadores de alta tensão, outros equipamentos e máquinas de alta tensão, usamos meggers de 2,5 ou 5 kV, dependendo do nível de isolamento.
Como todos os isolantes elétricos são dielétricos por natureza, eles sempre têm uma propriedade capacitiva. Devido a isso, durante a aplicação da tensão através do isolante elétrico, inicialmente haverá uma corrente de carga. Mas após alguns instantes, quando o isolante fica totalmente carregado, a corrente de carga capacitiva se torna zero. Por isso, recomenda-se medir a resistência ao isolamento pelo menos 1 minuto (às vezes 15 segundos) após a aplicação da tensão através do isolante.

Apenas medir a resistência ao isolamento com megger nem sempre fornece um resultado confiável. Como o valor resistivo de um isolante elétrico também pode variar com a temperatura.
Essa dificuldade é parcialmente resolvida com a introdução do teste de índice de polarização ou, em resumo, teste de valor PI. Discutiremos a filosofia por trás do teste PI, abaixo.
Quando aplicamos uma tensão através de um isolante, haverá uma corrente correspondente através dele. Embora essa corrente seja minúscula e esteja na faixa de miliampere ou às vezes microampere, ela tem principalmente quatro componentes.

1. Componente capacitivo.

2. Componente condutivo.

3. Componente de vazamento superficial.

4. Componente de polarização.

Vamos discutir um por um.

Componente Capacitivo

Quando aplicamos uma tensão DC através de um isolante, devido à sua natureza dielétrica, haverá uma corrente de carga inicial alta através dele. Essa corrente decresce exponencialmente e se torna zero após algum tempo. Essa corrente existe nos primeiros 10 segundos do teste. Mas leva cerca de 60 segundos para desaparecer completamente.

Componente Condutivo

Esta corrente é puramente condutiva em natureza e flui através do isolante como se o isolante fosse puramente resistivo. Esta corrente é um fluxo direto de elétrons. Todo isolante tem esse componente de corrente elétrica. Na prática, todo material no universo possui alguma natureza condutiva. Esta corrente condutiva permanece constante durante todo o teste.

Componente de Vazamento Superficial

Devido à poeira, umidade e outros contaminantes na superfície do isolante sólido, há um pequeno componente de corrente que flui através da superfície externa do isolante.

Componente de Polarização

Todo isolante é hidroscópico por natureza. Algumas moléculas de contaminantes, principalmente como umidade no isolante, são muito polares. Quando um campo elétrico é aplicado através do isolante, as moléculas polares alinham-se na direção do campo elétrico. A energia necessária para esse alinhamento de moléculas polares, vem da fonte de tensão na forma de corrente elétrica. Esta corrente é chamada de corrente de polarização. Ela continua até que todas as moléculas polares se alinhem na direção do campo elétrico.
Leva cerca de 10 minutos para alinhar as moléculas polares ao longo do campo elétrico, e é por isso que, se tomarmos o resultado do megger por 10 minutos, não haverá efeito de polarização no resultado do megger.
Portanto, quando tomamos o valor do megger de um isolante por 1 minuto, o resultado reflete o valor IR livre do efeito do componente capacitivo da corrente. Novamente, quando tomamos o valor do megger do isolante por 10 minutos, o resultado do megger mostra o valor IR, livre dos efeitos de ambos, o componente capacitivo e o componente de polarização da corrente.

O índice de polarização é a razão entre o valor do megger tomado por 10 minutos e o valor do megger tomado por 1 minuto.
A importância do teste de índice de polarização.
Seja I a corrente total inicial durante o teste de índice de polarização ou teste PI.
IC é a corrente capacitiva.
IR é a corrente resistiva ou condutiva.
IS é a corrente de vazamento superficial.
IP é a corrente de polarização do isolante.

O valor do teste de resistência ao isolamento ou teste de valor IR, ou seja, o valor da leitura do megger logo após 1 minuto do teste, é-

O valor do megger do teste de 10 minutos, é

Portanto, o resultado do teste de índice de polarização, é

A partir da equação acima, é claro que, se o valor de (IR + IS) >> IP, o PI do isolante se aproxima de 1. E um grande IR ou IS ou ambos indicam a falta de saúde do isolamento.
O valor do PI se torna alto se (IR + IS) for muito pequeno em comparação com IP. Esta equação indica que um alto índice de polarização de um isolante implica a saúde do isolante. Para um bom isolante, a corrente de vazamento resistiva IR é muito pequena.
É sempre desejável ter um índice de polarização de um isolante elétrico superior a 2. É perigoso ter um índice de polarização inferior a 1,5.

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