Atualmente, o principal método para detectar falhas de descarga em transformadores é medir o nível de descarga parcial, existindo o método de medição de descarga parcial por corrente de pulso (doravante denominado método de corrente de pulso) e o método de medição de descarga parcial por ultrassom (doravante denominado método ultrassônico). O método de corrente de pulso requer detecção sob tensão aplicada quando o equipamento está desligado. Embora permita medir quantitativamente a quantidade de descarga para determinar a posição elétrica do ponto de descarga, não é possível determinar a posição espacial do ponto de descarga, e a detecção exige que o equipamento esteja desenergizado. Portanto, torna-se cada vez mais importante realizar detecção ultrassônica de descarga parcial de forma oportuna e online em transformadores, combinando com outros testes de isolamento (como análise de gases por cromatografia de óleo, medição de temperatura por infravermelho distante, etc.) para analisar o estado de isolamento dos transformadores e determinar a natureza dos defeitos de isolamento a tempo.
1 Princípio do teste de descarga parcial por ultrassom
Existem dois tipos de descarga parcial em meios isolantes: descarga intrabolha; ruptura do meio sob alta intensidade de campo. Alguns meios isolantes moldados ou extrudados são propensos a formar vazios ou bolhas de ar. A constante dielétrica do ar é menor que a dos meios sólidos, e a intensidade do campo é inversamente proporcional à constante dielétrica. Portanto, vazios ou bolhas no meio são fontes de descarga parcial; quando o campo elétrico local é muito alto, ocorre ruptura dielétrica nos pontos fracos do isolamento. Esses dois tipos de descarga parcial frequentemente ocorrem simultaneamente ou se induzem mutuamente na maioria dos casos.
Quando ocorre uma descarga parcial sob tensão de teste (ou tensão operacional) do transformador, ela é acompanhada por fenômenos físicos como pulsos elétricos, ondas ultrassônicas, luz, calor e mudanças químicas. Sempre que há descarga parcial dentro do transformador, ocorrem perturbações elétricas de alta frequência que se propagam por todos os circuitos elétricos conectados a ele. A descarga parcial do transformador pode ser detectada quantitativamente ao receber um sinal de descarga de um dispositivo de teste conectado aos terminais do equipamento. Simultaneamente, sempre que há descarga parcial, durante o processo de descarga, com a ocorrência da descarga e a emissão acústica em forma de explosão, são geradas ondas ultrassônicas que se propagam rapidamente pelo meio circundante. Ao montar um sensor na parede externa do tanque do transformador para converter o sinal ultrassônico em sinal elétrico, é possível medir o nível de descarga parcial dentro do transformador. Este é o método de medição de descarga parcial por ultrassom do transformador.
Quando ocorre descarga parcial dentro do transformador, a onda ultrassônica se propaga através de diferentes meios (óleo-papel, separadores, enrolamentos, óleo, etc.) com liberação de energia sonora. O sinal ultrassônico se propaga para o exterior do tanque do transformador através de meios como papelão isolante ou óleo isolante a uma determinada velocidade, propagando-se na forma de onda esférica. A onda ultrassônica atravessa o meio isolante e chega ao sensor na parede do transformador de duas maneiras: uma por propagação direta, ou seja, a onda longitudinal do ultrassom passa pelo meio isolante, óleo do transformador, etc., até a parede interna do tanque, atravessa a chapa de aço e chega ao sensor; a outra é transmitida à parede interna do tanque pela onda longitudinal, e a borda traseira da chapa de aço propaga-se ao sensor na forma de onda transversal, sendo uma onda composta. O caminho de propagação do ultrassom é mostrado na Figura 1. A fonte S gera ondas ultrassônicas, SA é uma onda longitudinal, e SBA e SCA são ondas compostas.
As ondas ultrassônicas têm forte poder de penetração, mas causam alguma distorção da forma de onda ao atravessar vários meios. Essa distorção é principalmente causada pela atenuação da amplitude. A Tabela 1 mostra a velocidade de propagação do ultrassom em diferentes meios e sua taxa relativa de atenuação em relação ao óleo do transformador.
Embora a onda ultrassônica se propague muito mais rápido na chapa de aço do que no óleo do transformador, a atenuação do ultrassom na chapa de aço é grande, portanto a amplitude da onda direta que chega ao sensor é muito maior que a da onda composta.
Os perigos significativos das descargas parciais (PD) são bem conhecidos; no entanto, inspeções de PD em altas altitudes, longas distâncias e não visíveis costumam ser menos eficazes. Portanto, utilizar ultrassom para testes de descarga parcial é um método eficaz. Com um alcance de detecção de até 30 metros, pode cobrir a maioria dos equipamentos elétricos, permitindo uma identificação rápida e precisa dos pontos de falha por descarga parcial, garantindo a segurança do pessoal de teste. Este método supera a grande limitação dos testes por infravermelho, que só podem ser realizados em condições visíveis, e também é econômico, sendo ideal para empresas de manutenção e reparo elétrico com orçamento limitado.
O detector de descargas parciais GTPD-3 é um dispositivo de detecção que pode diagnosticar problemas ocultos em linhas de energia através da coleta e análise de sinais ultrassônicos anormais. Também é adequado para detecção de descargas parciais em isoladores, terminais de cabos, buchas de alta tensão, TC\ TP, pára-raios, interruptores, etc. Este dispositivo permite localizar e identificar o tipo de falhas ocultas em linhas e equipamentos energizados.
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