Uma descarga parcial (PD) é um fenómeno de avaria eléctrica que se localiza num meio isolante, entre dois condutores com um potencial diferente. As descargas parciais ocorrem devido à existência de um campo eléctrico elevado não uniforme e têm o efeito de deteriorar o sistema de isolamento ao longo do tempo, ou seja, reduzir a sua vida útil (ruptura da resistência dieléctrica).
As descargas parciais ocorrem devido a tensões dieléctricas no meio isolante. A descarga parcial é causada pelo stress dieléctrico causado pela presença de alta e não homogénea tensão nos materiais de isolamento. As principais causas de ocorrência da DP são:
- Distribuição não homogénea do campo eléctrico.
- Presença de bolhas de ar no isolamento de sólidos e líquidos.
- Efeitos pontuais que localizam a tensão dieléctrica no isolamento.
- Presença de humidade, fissuras ou arbustos aquáticos.
- Presença de contaminantes na superfície de isolamento.
- Tensão que excede a resistência dieléctrica dos materiais isolantes.
A grande vantagem do teste PD é que nos permite analisar e diagnosticar o equipamento durante o seu funcionamento normal, uma vez que uma queda na corrente PD ocorre imediatamente antes da falha. Uma vez detectado o problema, o encerramento seria programado para levar a cabo a acção correctiva.
As descargas parciais dividem-se em 4 grupos principais: Interno As descargas internas são normalmente devidas a cavidades no interior do isolamento eléctrico. As cavidades são pontos fracos dentro do isolamento e são geralmente causadas por um trabalho pobre ou pelo envelhecimento do material. O campo eléctrico dentro de uma cavidade é igual ou maior do que o campo eléctrico que envolve o isolamento. Isto porque o gás tem uma resistência dieléctrica inferior à do isolamento que o envolve e, como resultado, as cavidades são pontos fracos dentro do isolamento, onde a actividade PD é iniciada.
A figura abaixo mostra como o PD pulsa em relação à tensão aplicada. Nesta figura, Vc é a tensão cavitária que é uma fracção da tensão Va aplicada. Quando a tensão na cavidade atinge U +, que é a tensão de ruptura do gás dentro da cavidade, ocorre a descarga e a tensão na cavidade cai para V + onde a descarga pára.
Deve-se notar que a humidade e o contaminante ambiental podem formar camadas no isolador. Esta camada indesejada é um caminho para a corrente de fuga na superfície do isolador. Esta corrente produzirá calor à superfície e gerará evaporação que provocará uma perturbação física na camada contaminante.
São geradas grandes diferenças potenciais sobre as lacunas na camada contaminante e pequenas faíscas podem fechar essas lacunas. O calor das faíscas provoca a carbonização do isolamento e leva à formação de pistas permanentes de carbono na superfície.
Em tais condições, este processo desenvolver-se-á ao longo do tempo e eventualmente conduzirá a uma descarga disruptiva e a uma falha completa do isolamento.
Superfície
Deve-se notar que a humidade e o contaminante ambiental podem formar camadas sobre o isolamento. Esta camada indesejada é um caminho para a corrente de fuga na superfície do isolador. Esta corrente produzirá calor à superfície e gerará evaporação que provocará uma perturbação física na camada contaminante.
São geradas grandes diferenças potenciais sobre as lacunas na camada contaminante e pequenas faíscas podem fechar essas lacunas. O calor das faíscas provoca a carbonização do isolamento e leva à formação de pistas permanentes de carbono na superfície. Em tais condições, este processo desenvolver-se-á ao longo do tempo e eventualmente conduzirá a uma descarga disruptiva e a uma falha completa do isolamento.
Corona
A coroa é um tipo de descarga que ocorre em torno de pontos de condução acentuada em alta tensão quando o gradiente de tensão excede um valor crítico. O efeito corona é produzido pela ionização do meio que envolve um condutor, pode também ocorrer num ponto marcado no potencial do solo, e pode ser visível sob a forma de luz, normalmente um brilho roxo, uma vez que a corona é geralmente constituída por microarcas.
O efeito corona é um processo de baixa energia mas, durante um período prolongado de tempo, pode degradar substancialmente o isolamento, causando falhas devido a avarias dieléctricas. Por outras palavras, a presença do efeito corona pode reduzir a fiabilidade de um sistema de isolamento. Deve-se também notar que os efeitos corona são cumulativos e permanentes, e que a falha pode ocorrer sem aviso prévio.
O efeito corona pode gerar:
- Luz
- Radiação ultravioleta
- Som (assobio, crepitação causada pela expansão de gases visíveis)
- Ozono
- Nítrico e outros ácidos
- Sais (por vezes vistos como depósitos de pó branco)
- Erosão mecânica das superfícies por bombardeamento iónico
- Aquecimento (geralmente ligeiro e especialmente em material isolante)
- Depósitos de carbono, criando uma potencial via de arco
No caso de comutadores, se o equipamento fechado não for bem ventilado, a ionização pode reduzir a resistência dieléctrica do ar e a distância de isolamento mais curta acabará por causar um arco fase-a-fase ou fase-a-terra de alta energia. A acumulação de ácido nítrico dentro de um espaço fechado, tal como um quadro de distribuição isolado a ar, irá criar marcas de carbono nos materiais isolantes. O bombardeamento com iões também destrói alguns materiais sólidos de isolamento, acabando por transformá-los em pó.
Arborescência eléctrica
A arborescência eléctrica tem origem num ponto defeituoso, tal como um pequeno vazio de gás, uma borda afiada do eléctrodo ou uma partícula metálica; onde o campo eléctrico é elevado. Esta descarga parcial pode gerar ozono e luz ultravioleta e, com o tempo, reagir com o material dieléctrico circundante e causar decomposição, gerando assim um novo vácuo. Este ponto fraco pode crescer e crescer ao longo do tempo formando uma árvore dentro do isolamento. Esta árvore pode crescer ao ponto de causar uma ruptura completa.
Arborescência eléctrica
A arborescência eléctrica tem origem num ponto defeituoso, tal como um pequeno vazio de gás, uma borda afiada do eléctrodo ou uma partícula metálica; onde o campo eléctrico é elevado. Esta descarga parcial pode gerar ozono e luz ultravioleta e, com o tempo, reagir com o material dieléctrico circundante e causar decomposição, gerando assim um novo vácuo. Este ponto fraco pode crescer e crescer ao longo do tempo formando uma árvore dentro do isolamento. Esta árvore pode crescer ao ponto de causar uma ruptura completa.
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