O ensaio de tangente de perdas é muito utilizado para medir o grau de envelhecimento de cabos de média tensão. Neste artigo iremos explicar o porquê de realizar este ensaio, como funciona, como realizar os ensaios e analisar os resultados dos ensaios.
Ângulo de fase
Diferença angular na fase entre a tensão alternada senoidal aplicada no dielétrico e a componente da corrente alternada resultante, tendo o mesmo período da tensão.
Perda do dielétrico
Diferença entre 90°C e o ângulo de fase do dielétrico.
Tangente de perdas
Tangente do ângulo de perdas ou a contagem do ângulo de fase.
Fator de potência
Relação entre a potência dissipada em um material e o produto da tensão senoidal efetiva e pela corrente efetiva. Numericamente pode ser expresso como o cosseno do ângulo de fase do dielétrico ou o seno do ângulo de perdas do dielétrico. Tangente de delta diz o quanto o material dielétrico vira um condutor, onde o ângulo delta fala o quanto à corrente de deslocamento está adiantada em relação à corrente de condução onde a parte real é a corrente de condução e a parte imaginária é a corrente de deslocamento e a divisão entre eles gera a tangente de perdas.
Aparelhagem
Para medição da capacitância e fator de dissipação do dielétrico (ou fator de potência) na escala de frequência de 1Hz a alguns MHz, deve-se utilizar uma ponte capacitiva com ramos de relação indutiva ou resistiva (ponte “Schering”) em suas várias formas. Hipot de alta tensão alternada com capacidade suficiente para aplicar tensão no corpo-de-prova, com uma potência mínima de 5 kVA.
Procedimento
Através de um circuito elétrico pode se obter uma melhor visualização da corrente que passa pelo isolante. Para um cabo novo o circuito equivalente é composto por uma capacitância e uma resistência em paralelo.
A capacitância C representa a parte da reatância capacitiva de um cabo (parte imaginária da sua impedância), a resistência representa a parte resistiva do cabo (parte real da sua impedância), onde se observa a dissipação de energia por efeito joule, consequentemente a corrente é linearmente proporcional a tensão aplicada (comportamento ôhmico).
A parte não linear da corrente resistiva insere componentes harmônicas que estão relacionadas com o comprimento das arborescências presentes no cabo. O terceiro harmônico da corrente resistiva que atravessa a isolação está relacionado com o tamanho das arborescências, logo, para saber o estado de envelhecimento do cabo basta analisar essas componentes harmônicas.
Arborescências em água (Water trees)
A arborescência em água tem consequência a ação combinada de campo elétrico e umidade. Arborescências em água são estruturas difusas e temporárias, com aparência de um arbusto ou gravata borboleta. Desaparecem na secagem da isolação e reaparecem quando esta é novamente umedecida, podendo tornar-se permanentemente visíveis com o uso de tintas solúveis em água, como por exemplo, o azul de metileno. Deve ser feita uma distinção entre dois tipos de arborescências em água: arborescências em forma de gravata borboleta (bow-tie tree) surge na presença de impurezas e vazios no volume da isolação, lateralmente e em direções opostas, ao longo das linhas de campo elétrico e arborescências em forma de canais longos e estreitos (vented tree) começa na superfície da isolação, geralmente a partir da camada semicondutora (no caso de cabos isolados) e se propaga na direção do campo elétrico.
Arborescências elétricas (Eletrical trees)
A arborescência elétrica tem início devido à presença de pontos de concentração de estresse, como vazios, cavidades e impurezas, juntamente com a ocorrência de descargas parciais. Quando o campo elétrico dentro do vazio excede um campo crítico, determinado pelo critério de ruptura dos gases, dá-se início a ocorrência de descargas parciais. A ocorrência de descargas parciais leva a decomposição e consequente carbonização do material, permitindo a formação de canais permanentes a partir do ponto de origem, com encaminhamento paralelo ao campo elétrico aplicado, apresentando a forma de um arbusto de estrutura ramificada e tonalidade escura. Dependendo do grau do estresse elétrico aplicado as arborescências elétricas podem crescer lentamente, mas não tão lentamente quanto as arborescências em água, ou rapidamente como resultado de um impulso produzido por surto ou descarga atmosférica. Atualmente, é aceito que a injeção de cargas espaciais, as quais também podem ocorrer em corrente alternada devido à sobretensões transientes que aumentam muito o campo elétrico, é outro fator que contribui para ocorrência de arborescências elétricas.
Expressão dos resultados
De acordo com as medições consegue-se determinar o envelhecimento dos cabos em testes, uma vez que os equipamentos são submetidos a tensões que serão gradativamente aumentadas, é possível medir as perdas por descargas parciais ao longo do teste. Quanto maior for a tensão aplicada maior será a descarga relativa ocasionando através de algumas tabelas qual o grau de envelhecimento do equipamento.
Para se determinar qual o grau de envelhecimento dos cabos se utiliza resultado final da constante dielétrica relativa da isolação dos cabos unipolares ou cabos multipolares blindados:
Os resultados dos ensaios de tangente delta, são usualmente apresentados em forma gráfica, exibindo a curva de tendência de TD em relação a tensão aplicada. Os valores de um cabo sadio devem se manter constantes, independentemente do nível de tensão aplicado. Quanto maior for a diferença dos valores médios de TD com o aumento da tensão, maior é o grau de envelhecimento do cabo.
O ensaio de tangente de perdas não é um ensaio obrigatório em alguns equipamentos, porém sua aplicação pode diminuir consideravelmente os custos com manutenção. Estes ensaios preventivos estão cada vez mais utilizados em sistemas de média e alta tensão. Você conhecia o ensaio do tangente de perdas? Envie este artigo para amigos, para que mais profissionais adotem os ensaios preventivos visando diminuir futuros defeitos em subestações!
Referências Bibliográficas:
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Por: Mesh Engenharia
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