Como criar sistema abrangente de diagnóstico de descarga parcial

A criação de um sistema abrangente de diagnóstico de descarga parcial é essencial para monitorar e avaliar a condição do isolamento elétrico em equipamentos de alta tensão. Este artigo explora como desenvolver esse sistema, destacando os principais conceitos, componentes e metodologias.

Introdução

A degradação do estado do isolamento em sistemas de alta tensão pode ser causada por vários fatores, inclusive descargas parciais (DP). As descargas parciais são pequenas descargas elétricas que não atravessam completamente o isolamento entre os condutores. Elas deterioram gradualmente o isolamento, levando, por fim, a um colapso (perda completa do isolamento). O desenvolvimento de um sistema abrangente de diagnóstico de descarga parcial é fundamental para a detecção precoce, permitindo o monitoramento em tempo real e melhorando a previsão da vida útil dos equipamentos de alta tensão.

Como se desenvolvem as descargas parciais?

As descargas parciais ocorrem em regiões localizadas dentro ou na superfície do isolamento devido a pequenas rupturas do material dielétrico. À medida que o isolamento se degrada, a frequência e a intensidade dessas descargas aumentam. Elas são caracterizadas por pulsos eletromagnéticos de alta frequência e curta duração, que podem ser detectados e analisados para avaliar a saúde do isolamento.

Para que ocorra uma descarga parcial, o sistema deve atender a pelo menos um dos seguintes fatores de acionamento:

• Gradiente de tensão: Uma alta diferença de potencial elétrico através do isolamento.
• Gradiente de inclinação: Mudanças rápidas na distribuição do campo elétrico, especialmente nos picos de tensão.
• Gradiente de velocidade: Variações rápidas na tensão, como as causadas por conversores de energia ou eventos de comutação.

Quais são os tipos básicos de descargas parciais?

Há três formas de descargas parciais:

• Descarga interna: Causada por materiais isolantes não homogêneos que levam a pontos fracos dentro do isolamento.
• Descarga externa: Devido à contaminação da superfície ou à folga insuficiente do isolamento, especialmente em ambientes externos.
• Descarga corona: Ocorre em regiões de alta intensidade de campo elétrico próximo a condutores, geralmente resultante da geometria ou do espaçamento dos condutores.

O que é a cadeia de medição de descarga parcial?

Em primeiro lugar, o sensor de medição detecta o pulso eletromagnético, seja diretamente por meio de um divisor capacitivo ou indiretamente por meio do fluxo de corrente usando uma bobina Rogowski. Em segundo lugar, o sinal fraco de descarga parcial deve ser amplificado com um amplificador de correção.

Por fim, a unidade de processamento local remove o ruído ambiente e processa o pulso PD para identificar sua ocorrência e magnitude. Métodos de processamento de banda larga e banda estreita são empregados para filtrar o ruído e extrair o sinal PD com precisão.

Todos os dados coletados são arquivados e apresentados em um sistema avançado, como o PD Doctor. Esse sistema registra informações críticas, como a hora da descarga, sua magnitude e a fase do harmônico fundamental em que ocorreu. Ele também fornece monitoramento automatizado e diagnósticos em tempo real que notificam o usuário em caso de um evento e usa inteligência artificial para prever a vida útil restante do equipamento com base nas tendências de atividade de DP.

Como reconhecer as descargas parciais?

Ao detectar descargas parciais, usamos a detecção de pulso eletromagnético. As descargas parciais geram pulsos eletromagnéticos que são semelhantes aos pulsos de Dirac em sua forma, com um amplo espectro de frequência semelhante ao ruído branco. Esses pulsos podem ser detectados em várias bandas de frequência, e suas propriedades podem ser analisadas para fins de diagnóstico.

Há várias técnicas de detecção possíveis. Para obter a melhor resposta de frequência, use o sensoriamento ativo com um divisor capacitivo ou resistivo conectado diretamente ao equipamento de alta tensão ou sensores capacitivos conectados às partes isoladas do cabo. Outra maneira menos sensível é medir a corrente de fuga induzida no condutor com bobinas Rogowski ou com antenas UHF que capturam as emissões de alta frequência do PD sem a necessidade de conexão física com o circuito de alta tensão.

Como avaliar os dados medidos?

Os limites da atividade de PD, que definem as zonas operacionais, baseiam-se nas recomendações do fabricante e nos dados de campo dos operadores. Os diagnósticos on-line contínuos, em oposição aos diagnósticos off-line, permitem o monitoramento em tempo real e a identificação mais rápida das condições de falha, reduzindo o risco de falhas inesperadas.

Isso permite a avaliação básica do alcance de determinados limites que exigem investigação adicional, a localização da fonte de descarga por meio da instalação de sensores em ambas as extremidades de um cabo e o cálculo da vida útil residual do isolamento do equipamento graças a algoritmos preditivos.

Para diagnósticos off-line, registradores portáteis de DP podem ser implantados em pontos críticos do sistema. Esses dispositivos armazenam dados de atividade de DP em um cartão SD para análise posterior. Isso é útil quando o monitoramento on-line contínuo não é viável, fornecendo uma etapa intermediária para avaliar a integridade do isolamento durante a manutenção programada.

Conclusão

A criação de um sistema abrangente de diagnóstico de descargas parciais envolve vários estágios, desde a detecção e filtragem de sinais de DP até a análise e o arquivamento para a previsão da vida útil. Com sistemas modernos, como o PD Doctor, os operadores podem garantir diagnósticos em tempo real, evitando falhas repentinas e otimizando a vida útil do equipamento. À medida que os sistemas de isolamento se degradam, o monitoramento de DP é uma ferramenta indispensável para manter a segurança e a confiabilidade dos equipamentos de alta tensão.

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