Técnicas ultra-sónicas para avaliação de descargas parciais em equipamento eléctrico.
As descargas parciais são pequenas faíscas eléctricas que ocorrem no isolamento eléctrico da ligação, fios, transformadores e bobinas em grandes motores e geradores eléctricos. A análise de descarga parcial é uma abordagem de diagnóstico proactiva que utiliza medições de descarga parcial (PD) para avaliar a integridade deste equipamento. Este artigo descreve como os instrumentos ultra-sónicos aéreos podem ser utilizados para detectar e avaliar descargas parciais em equipamento eléctrico.
Descargas Parciais
As descargas parciais são pequenas faíscas eléctricas que ocorrem no isolamento eléctrico da ligação, cabos, transformadores e bobinas em grandes motores e geradores eléctricos. A análise de descarga parcial é uma abordagem de diagnóstico proactiva que utiliza medições de descarga parcial (PD) para avaliar a integridade deste equipamento. Cada PD é o resultado da distribuição eléctrica de uma bolsa de ar no isolamento. As medições de DP podem ser feitas de forma contínua ou intermitente e são detectadas on-line ou off-line. Os resultados das descargas eléctricas são utilizados para prever de forma fiável que o equipamento eléctrico necessita de manutenção.
Tal como cada material tem um limite característico de resistência à tracção, cada material também tem uma avaria eléctrica (dieléctrica) que representa a intensidade eléctrica necessária para que a corrente flua e para que ocorra uma descarga eléctrica. Materiais isolantes comuns, tais como epoxi, poliéster e polietileno, têm uma resistência dieléctrica muito elevada. Em contrapartida, o ar tem uma resistência dieléctrica relativamente baixa. A interrupção eléctrica no ar provoca um fluxo muito breve (durando apenas fracções de nanossegundos) de corrente eléctrica através da bolsa de ar. A medição das descargas parciais é, de facto, a medição destas correntes de ruptura.
O equipamento eléctrico pode sofrer de uma variedade de defeitos de fabrico ou problemas operacionais que minam a sua fiabilidade. O isolamento eléctrico de motores e geradores é susceptível a:
Variações térmicas Ataque químico Abrasão devido ao movimento excessivo da bobina. Em todos os casos, estas tensões irão enfraquecer as propriedades de ligação das resinas de poliéster ou epoxi que protegem e isolam os enrolamentos. Como resultado, desenvolve-se uma bolsa de ar nos enrolamentos.
Os níveis de descarga parcial não só fornecem um aviso prévio de falha iminente do equipamento, mas também aceleram o processo de desgaste.
Ultrasónico / Emissão acústica
Todo o equipamento eléctrico em funcionamento produz uma vasta gama de sons. Os componentes ultra-sónicos de alta frequência destes sons são ondas muito curtas, e os sinais de ondas curtas tendem a ser bastante direccionais. Por conseguinte, é relativamente fácil isolar estes sinais do ruído de fundo e detectar a sua localização exacta. Além disso, à medida que mudanças subtis começam a ocorrer no equipamento eléctrico e mecânico, o ultra-som permite que estes potenciais sinais de perigo sejam descobertos muito cedo, antes que a avaria muito provável ocorra.
Os instrumentos ultra-sónicos aéreos, frequentemente referidos como “tradutores ultra-sónicos”, fornecerão informação de duas maneiras: Qualitativamente, devido à capacidade de “ouvir” ultra-sons através do isolamento do ruído, e Quantitativamente, através de leituras incrementais da medição. Isto é conseguido na maioria dos tradutores ultra-sónicos por um processo electrónico chamado “heterodinâmica”, que converte com precisão o ultra-som captado pelo instrumento em sons de alcance audível, que os utilizadores podem conhecer e reconhecer através de auscultadores.
Embora a capacidade de medir a intensidade sonora e ver padrões seja importante, é igualmente importante ser capaz de “ouvir” os ultra-sons produzidos por diferentes equipamentos. É precisamente isso que torna estes instrumentos úteis, que permitem aos analistas confirmar um diagnóstico no terreno, capazes de discriminar entre vários sons de diferentes equipamentos.
A razão pela qual os utilizadores podem determinar com precisão a localização de um sinal ultra-sónico numa máquina deve-se ao seu comprimento de onda de alta frequência/curta. A maioria dos sons captados pelos humanos varia de 20 Hz a 20 kHz (20 ciclos por segundo a 20.000 ciclos por segundo). Os sons de baixa frequência no alcance audível medem aproximadamente 1,9 cm a 17 metros de comprimento, enquanto os ultra-sons percebidos pelos tradutores medem apenas entre 0,3 - 1,6 cm de comprimento. Uma vez que os comprimentos de onda dos ultra-sons são de menor magnitude, a gama ultra-sónica é o ambiente mais adequado para a localização e isolamento de fontes de problemas em ambientes de piso elevado.
A utilização de ultra-sons / emissão ultra-sónica em descargas parciais
Os testes ultra-sónicos são frequentemente utilizados para a avaliação de tensões superiores a 1000 V, especialmente em locais fechados. Isto é especialmente útil na identificação de problemas de rastreio. Em locais fechados, a frequência de seguimento é muito mais elevada do que a frequência de falhas graves, que podem ser identificadas utilizando técnicas como a termografia.
Quando a electricidade vaza em linhas eléctricas ou salta através de uma fenda numa ligação eléctrica, perturba as moléculas de ar à sua volta e gera ultra-sons. Muitas vezes estes sons são percebidos como um som de fritura ou crepitação, e em outras situações é ouvido como um zumbido.
Existem problemas básicos que podem ser detectados através de ultra-sons:
Corona: Quando a tensão num condutor eléctrico, tal como uma antena de alta tensão ou linha de transmissão, excede um valor limiar, o ar circundante começa a ionizar-se para formar um brilho azul ou roxo. Saiba mais sobre o efeito corona e as câmaras de efeito corona Rastreio: Muitas vezes referido como “arco de bebé”, segue o caminho do isolamento danificado. Arcos: Um arco ocorre quando a electricidade flui através do espaço. O relâmpago é um bom exemplo. As aplicações de alta tensão incluem: isoladores, cabos, interruptores, barras de autocarro, relés, contactores e caixas de derivação. Em subestações e componentes, tais como isoladores, transformadores e buchas, pode ser detectado.
O método de detecção de arcos e corona é semelhante ao procedimento utilizado para detectar emissões acústicas de fontes mecânicas. Em vez de ouvir um pio, o utilizador ouve um crepitar ou um zumbido. Em alguns casos, como quando se tenta localizar a interferência de fontes de rádio e televisão ou subestações, a área de perturbação pode ser localizada com um transistor de rádio ou um localizador de interferência de banda larga.
Determinar se existe ou não um problema é relativamente simples. Ao comparar a qualidade sonora e os níveis sonoros entre equipamentos semelhantes, a diferença de som tende a ser muito diferente. Alternativamente, as tendências de amplitudes do sinal durante um período de tempo prolongado podem ser indicativas de defeitos.