Redes Subterrâneas 2013
São Paulo – SP – Brasil
10 – 12 Junho
Ensaio e Diagnose em Cabos de Média
Tensão com Sistemas VLF
TN 04-09
1945 - 2013
TN 04-09
Condição Atual do Cabo
•O que temos hoje?
• A condição atual do cabo é normalmente desconhecida.
• Hoje temos falhas seguidas de reparos de emergência.
(Corretiva).
• O acesso é normalmente muito difícil.
TN 04-09
Condição Atual do Cabo
•O que desejamos ou necessitamos?
• Uma Manutenção baseada nas condições do cabo.
(Preditiva)
• Reduzir o índice de falhas.($$ - gera altos custos)
• Ter uma base de dados confiável para otimizar
investimentos.
• Como gestor, eu quero saber quando e onde eu devo
TN 04-09
Ensaio e Diagnose com Tensão VLF
1. Ensaio
Gerador VLF
2. Diagnóstico
Gerador VLF+TD+PD
2.1 TD Estado global do isolamento
2.2 MWT Monitored Withstand Testing
2.3 PD Detecção exata do defeito
2.4 PD On Line MT e AT
TN 04-09
Ensaio e Diagnose com Tensão VLF
Destrutivo (Passa – não Passa)
1. Ensaio
2. Diagnóstico
Não destrutivo
2.1 TD Estado global do isolamento
2.2 MWT Monitored Withstand Testing
2.3 PD Detecção exata do defeito
2.4 PD On Line MT e AT
TN 04-09
1.1 Ensaio de cabos com DC
Cabos com isolação de papel (óleo)
 Ensaio DC (Até 8 *Uo)
Aceito e Utilizado por
décadas
TN 04-09
1.1 Ensaio de cabos em DC
Em Cabos PE,XLPE
Ensaio DC não é mais aceito
porque:
 ainda que existam defeitos
graves, poucas vezes se
detectam com um teste DC.
 podem criar-se cargas
espacias de longa duração.
TN 04-09
1.2 Ensaio VLF
Objetivo:
Encontrar um método ou procedimento para determinar
se o sistema de cabos está saudável ou não, com um
mínimo de tensão de stress aplicado ao cabo.
Solução:
Teste com tensão VLF
TN 04-09
1.2 Ensaio VLF
Normas Europeas para Cabos após a instalação
Ensaio de campo CENELEC HD 620 S1 and 621 S1 1)
Ensaio de AT para cabos PE ou XLPE de 6 a 36 kV
Frequência
Tensão de ensaio [RMS]
Tempo ensaio
Procedimento
0,1 Hz
3 x Uo
1 hora
de ensaio
50 Hz
2 x Uo
1 hora
1)
Se recomenda para cabos de papel impregnado em DC o un ensayo con
los parámetros arriba mencionados
TN 04-09
Normas para ensaio em campo utilizando VLF
IEEE 400.2
Guía para Ensaio em campo
para sistemas de cabos
subterrâneos com malha
utilizando baixíssimas Frequências
IEC 60060 – 3
Técnicas de Ensaio de AT
Parte 3: Definições e requisitos
para ensaios em campo
TN 04-09
Ensaio: Arborescência elétrica
@ 50 Hz
TN 04-09
Ensaio: Arborescência elétrica
@ 0.1 Hz
TN 04-09
Comparação do crescimento
dos canais
Arborescencia ,
Dirección no recta
Dirección no recta
Dirección recta
TN 04-09
Comparação do crescimento
dos canais
Crescimento dos canais a 50 Hz: 1.7 mm/h
Senoidal
Crescimento dos canais a 0.1 Hz: 7.8 mm/h
(cos-retangular)
Crescimento dos canais a 0.1 Hz:
12.3 mm/h
(Senoidal)
TN 04-09
Percentual de perfuração durante o ensaio em XLPE , PILC e
Cabos de isolamento misto vs. Tempo a VLF senoidal
80
70
60
68%
50
40
22%%
30
5%
20
4%
10
0
12
30
Tiempo de la falta/ min
45
60
Referencia: S. C. MOH, 2003, “Very low Frequency Testing –
Its Effectiveness in Detecting Hidden Defects in Cables",
CIRED Barcelona, Sesión 1, Hoja 84
TN 04-09
Vantagens dos Systemas VLF
Ensaios de cabos segundo as normas: IEEE400.2,
IEC60060-3 e CENELEC HD 620 uma vez que a tensão
de ensaio é eficaz (rms)
A tensão true sinus de BAUR a 0,1Hz é copletamente
simétrica independente das características da carga,
por tanto não se criam cargas espaciais de longa
duração em cabos com isolação XLPE.
TN 04-09
Sistema VLF
Sem
Carga
Tensão de saída
independente da
carga
Com
Carga
TN 04-09
Vantagens do Sistema VLF BAUR
Frequência de ensaio programável de 0,01 Hz a
0,1 Hz segunda a norma IEEE 400.2
Sistema ampliável para funções de diagnóstico:
-Medição de fator de dissipação (tan delta)
-Medição e localização de descargas parciais
TN 04-09
Manutenção baseada nas condições
Diagnóstico
possibilitado
pelo VLF
TN 04-09
Em um cabo é igual…
Detecção de Water Treeing
Detecção de Electrical Treeing
TN 04-09
Ensaio e Diagnose com Tensão VLF
Destrutivo
1. Ensaio
2. Diagnóstico
Gerador VLF+TD+PD
2.1 TD Estado global do isolamento
2.2 MWT Monitoramento contínuo de TD
durante o teste
2.3 PD Detecção exata do defeito
2.4 PD On Line MT e AT
TN 04-09
2.1 TD – A medição de TD é necessária porque:
Mostra a influencia das arborescência de água
Detecta o ingresso de água nas emendas
(Diminuem as atividades de PD => considerando somente a
medição do nível de PD, a emenda poderia apresentar-se bem
mesmo tendo ingresso de água influenciando seu bom
funcionamento).
 Influencia de corrente térmica pode ser detectado com a
medição de Tan Delta.
TN 04-09
“ARBORESCÊNCIAS DE ÁGUA“ em isolantes poliméricos
(desenho esquemático)
- Campo elétrico
- Água
- Campo alterado
- Tempo
Camada semicondutora
externa
condições para
gerar
„arborescencias de agua"
„arborescencias
tipo gravata
borboleta"
isolante
Camada semicondutora
interna
condutor
„arborescencias
tipo ventilado"
TN 04-09
Comparação entre Arborescência
elétrica e Arborescência de água
Arborescência de água (WT):
 se apresenta com baixa
intensidade de campo (p.e. < 1
kV / mm)
 Crescimento muito lento (p.e.
Mais de 6-10 anos)
 Não se podem ver descargas
parciais
 não são visíveis
TN 04-09
Comparação entre Arborescência
elétrica e Arborescência de água
Arborescência elétrica (ET):
 se dão com campos de
intensidade local forte
 crescimento muito rápido em
isolantes PE o XLPE
 acompanhada de descargas
parciais
 estruturas de canal largas
(arborescências visíveis)
 indicação clara de perfuração
elétrica (ruptura)
TN 04-09
Crescimento de arborescências de água no
interior de cabos com isolamento em XLPE
1mm
1mm
A)
Cable S6, 21 años
500µm
1mm
B)
Cable S6, 21 años
C)
Cable S1, 17 años
D)
Cable S10, 11 años
TN 04-09
Definição da tan δ
tensão
corrente
0
Fator de Dissipação tan δ
10
tempo/seg
U² / R
= Potencia activa=
Potencia reactiva U²
. ωC
=
1
ω C. R
TN 04-09
10-2
10-3
10-4
Escala de medida do PHG TD
fator dissipação a 0,1-Hz
Fator dissipação a 0,1 Hz: Faixa de
medida para cabos PE, XLPE
> 2,2x10-3 Isolante com alta degradação
< 1,2x10-3
Cabo novo
10-5
TN 04-09
Dependência do fator de dissipação em
função da tensão a 0.1 Hz em cabos de
MT XLPE novos e depois de anos de
serviço
factor de disipación 0.1 Hz
7
tan δ . 10
-3
cable referencia (nuevo)
poco servicio (1)
envejecido por el servicio (2)
moderadamente envejecido por el servicio (3)
fuertemente envejecido por el servicio (4)
6
5
4
3
2
1
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
U/U0
JICABLE, Versailles, Junio 1995, hoja B.9.6.
TN 04-09
2.1 TD - Resultado de teste e
diagnóstico - BAUR PHG-TD
A mais alta eficácia!
Quase 20 anos de
experiência.
TN 04-09
2.2 – MWT - Monitoramento da TD durante o Teste
TN 04-09
2.2 – MWT - Monitoramento da TD durante o Teste
1. Estágio: Ramp-up
 Redução do estresse para o cabo
 Avaliação prévia das condições do cabo
 Monitoramento continuo e avaliação dos
resultados.
2. Estágio: MWT (Hold)
 Estimativa da chance de aprovação do cabo.
 Tempo de teste pode ser otimizado
 Influencia da tensão de teste pode ser monitorada
Método em processo de implementação na IEEE
TN 04-09
Vantagens da medição de TD
Manutenção preditiva
 Ferramenta excelente para gestão de
investimentos
(A troca de cabos pode ser planificada
segundo requisitos pré-establecidos)
Custo de manutenção otimizado uma
vez que se pode trocar apenas
trechos curtos de um cabo
TN 04-09
Ensaio e Diagnóstico com
Tensão VLF
Destrutivo
1. Ensaio
2. Diagnóstico
Gerador VLF+TD+PD
2.1 TD Estado global do isolamento
2.2 MWT Monitoramento contínuo de TD
durante o teste
2.3 PD Detecção exata do defeito
2.4 PD On Line MT e AT
TN 04-09
2.2 Aplicação do diagnóstico de
DP em VLF

Comissionamento em cabos recém instalados

Pré-localização de emendas mostrando D. Parciais

Pré-localização de terminações mostrando DP

Pré-localização de arborescências elétricas em cabos
XLPE

Detecção de DP e pré-localização dos pontos onde se
produzem, em cabos de papel impregnado
TN 04-09
2.2 Diagnóstico - PD
Localização de descargas parciais em um cabo
High VLF voltage
HV
Generator
Coupling capacitor
GND
PD Detector
with DSO
High frequent, low voltage PD signal
Measure line
quadripole
GND
GND
TN 04-09
Localização de descargas parciais
em um cabo
Extremo cercano
Fuente de DP
Extremo lejano
cable
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais
em um cabo
Início
Fonte de DP
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais
em um cabo
Extremo cercano
Fuente de DP
Extremo lejano
cable
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais
em um cabo
Início
Reflexión en extremo lejano
Fonte de DP
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais
em um cabo
Início
Fonte de DP
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Disparo do detector de PD e reflexão do início do cabo
Fonte de DP
Final
Início
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Início
Fonte de DP
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Início
Fonte de DP
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Início
Fonte de DP
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Reflexão no início do cabo
Início
Fonte de DP
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Início
Fonte de PD
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Início
Reflexão do final do cabo
Fonte de PD
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Início
Fonte de PD
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Início
Fonte de PD
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Início
Fonte de PD
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Início
Fonte de DP
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais em
um cabo
Início
Fonte de DP
Final
cabo
detector de PD
TN 04-09
Localização de descargas parciais
em um cabo cable
Impulso Direto
near end
Segundo Impulso
Fonte de f PD
far end
cable
PD detector
Distância da fonte de PD ao final do cabo
TN 04-09
Localização de descargas parciais
em um cabo cable
Impulse Direto
near end
Fonte de PD
far end
cabo
PD detector
Comprimento total do cabo
TN 04-09
Diagnóstico DP, gráfico DSO
TN 04-09
Resultado de diagnóstico de DP em
um cable XLPE, 4600 m
PD- faltas em
emendas
PD - falta no
cabo
TN 04-09
Resultado de diagnóstico de DP em
um cabo PILC, 1607 m
PD falta em
emenda
TN 04-09
2.3 MEDIÇÃO DE PD ONLINE
Medição e localização de descargas parciais em sistemas de alta e
média tensão energizados
Medição parelela de
até 4 canais
TN 04-09
Vantagens do PHG-TD/DP BAUR
Sistema integrado para ensaios de cabos conforme
IEEE, IEC y CENELEC,
Resultados reproduzíveis porque é independente das
características da carga (por exemplo comprimento do
cabo)
Diagnóstico de Tan Delta e de Descargas Parciais
Calibração de DP em campo conforme IEC 60 270
Detecção e localização de DP em cabos com
isolamentos poliméricos e de papel
TN 04-09
2.2 Diagnóstico PD – Fontes Típicas
de PD
Defeito na camada semicondutora externa – Emendas
TN 04-09
2.2 Diagnóstico PD – Fontes Típicas
de PD
Ausência de fita semi-condutora na preparação.
TN 04-09
2.2 Diagnóstico PD – Fontes Típicas
de PD
Preparação incorreta do condutor
TN 04-09
Sistemas VLF Portáteis
TN 04-09
PHG-TD: Sistema para Ensaio e diagnóstico
de cabos
TN 04-09
TN 04-09
Referências: Mais de 250 Sistemas de
diagnóstico operando em todo mundo!
USIMINAS Brasil
CESI Italia
CEB Brasil
AES ELETROPAULO Brasil
VALE Brasil
CTEEP Brasil
EDF França
COSIPA Brasil
TAIWAN Power Company
CHILECTRA , Chile
CSN Brasil
CON-EDISON Chicago, USA
EWE Alemanha
RWE Alemanha
Baosteel Shanghai, China
Pudong Shanghai, China
CLP Hong-Kong
London Electricity, Inglaterra
POWER Grid Singapura
CPRI Bangalore India
TN 04-09
Muito obrigada
a todos!
TN 04-09