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Capítulo III
Técnicas de ensaios de alta potência, laboratórios e
fundamentos dos principais ensaios
Por Sérgio Feitoza Costa*
Laboratórios de ensaios e o
desenvolvimento da indústria
elétrica brasileira
natural (Gasoduto Brasil Bolívia) e carvão
equipes que resolviam bem os problemas
mineral.
do setor elétrico. O nível de educação no
laboratórios de ensaios para a indústria
avançava positivamente.
Os países líderes na produção de
elétrica brasileira, vale lembrar três
Antes
equipamentos e tecnologias de produtos
períodos distintos do setor elétrico. No
laboratórios de testes no Brasil, quase nada
para o setor elétrico têm em comum um
primeiro, de meados dos anos 1970 até
de novo era produzido em tecnologias e
planejamento
implementado
1995 havia a construção de Itaipu e outras
produtos elétricos. Para fazer testes era
com pouca interferência política, um
grandes usinas e subestações. O segundo
necessário enviar o equipamento para o
bom sistema de normas técnicas, a
vai até por volta de 2004, incluindo o
exterior. O transporte e as despesas com
disponibilidade de laboratórios e centros
racionamento de energia de 2001 e a
o pessoal para acompanhar os ensaios
de pesquisa, além de um nível crescente
RESEB – reestruturação do setor elétrico.
faziam o teste no exterior custar uns 40%
de educação da população. Entre os
O terceiro é o que vem após 2005 com
a mais do que fazê-lo no Brasil.
exemplos mais recentes estão os países
outras mudanças no setor elétrico.
do leste asiático, como a China e a Coreia
deficiente sendo as normas uma mistura
do Sul. Boa parte de seu sucesso se deve
um modelo centralizado.
Havia um
de normas americanas ANSI e UL com
a fortes investimentos na educação que é
competente processo de planejamento
normas IEC. Neste período houve grande
algo que ainda não começamos a praticar
de longo prazo da expansão conduzido
avanço no sistema de normalização,
no Brasil.
principalmente
as
setorial
Para
falar
da
importância
dos
No primeiro período, o setor tinha
por
técnicos
da
Brasil, na média, era insuficiente mas
da
criação
dos
grandes
O sistema de normalização técnica era
concessionárias
não
competiam
elétrico
Eletrobras. Quase tudo que era planejado
entre si e isto permitia normas e regras
brasileiro desde 1976, quando me formei
pelos técnicos tinha suporte político e
homogêneas.
engenheiro eletricista. Trabalhei 21 anos
era construído. Fazia-se um ranking das
recursos na normalização e participava
no projeto, implantação, operação e
próximas plantas de energia a construir.
da condução da normalização. Estes
coordenação dos laboratórios de ensaios
O valor da planta construída não era tão
avanços deram base para a certificação de
do Cepel. Participei alguns anos das
diferente do planejado como é hoje e isto
produtos (Inmetro).
reuniões de planejamento da expansão
dava credibilidade ao planejamento. Isto
do setor elétrico na época do Grupo
era possível porque a influência política
de um modelo com maior participação
Coordenador
nas empresas e concessionárias era muito
da iniciativa privada nos investimentos.
Sistemas Elétricos (GCPS) em contato
menor que hoje.
A ideia era boa e representava uma
com a Eletrobras e com a Secretaria de
tendência
Energia do Ministério de Minas e Energia
e bons laboratórios de ensaios. Havia
a intenção de áreas do governo de
(MME). Ali se tratavam projetos como o
a visão de que o mais importante era a
enfraquecer o excelente planejamento
PNCE, o Proinfa (fontes alternativas) e o
formação de bons especialistas e não as
setorial
planejamento de usinas hidrelétricas, gás
caras instalações. Formaram-se excelentes
Este período foi curto e os conceitos
Acompanho
o
do
setor
Planejamento
dos
Foram criados centros de pesquisa
A
Eletrobras
colocava
No segundo período, houve a busca
mundial.
conduzido
Foi
pela
perceptível
Eletrobras.
Apoio
não chegaram a ser implementados.
empresas ligadas ao governo.
e aperfeiçoados. Quando a economia
AEletrobras parou de colocar recursos
No terceiro período, a boa capacitação
brasileira entrou em ordem, saindo da
e
do
técnica anterior foi quase dizimada
inflação, o Brasil começou acrescer e
sistema de normalização técnica e isto
pelos PDVs. O planejamento técnico da
se pode perceber que não havia mais
o
concessionárias
expansão existe, mas há uma questão
capacidade de atendimento suficiente
reduziram sua participação nas normas
de credibilidade. O que adianta ter um
nos laboratórios brasileiros. Hoje as filas
técnicas ao mínimo necessário. Programas
ranking das plantas mais econômicas a
de espera para fazer um ensaio são mais
de aperfeiçoamento de produtos bem-
implantar, do ponto de vista da sociedade,
demoradas que o aceitável pela indústria
sucedidos, como o Proquip, do período
se no final, como mostrado na mídia, a
elétrica. Por este motivo, há empresas que
anterior, pararam de acontecer. Estes
planta acaba custando dez vezes.
têm necessitado levar equipamentos ao
eram baseados em trazer para as normas
exterior para testar, como ocorria há 30
a experiência de ensaios em produtos
é que motiva a indústria elétrica a
anos.
que falhavam muito no campo, como
melhorar seus produtos e criar produtos
chaves e elos fusíveis de distribuição,
novos. Pode-se perceber claramente isto
FIEMG e SINAEES avançou e está no
reles
entre
no período que veio após a criação dos
início da construção do novo complexo
outros. Naquela época, algumas normas
laboratórios do Cepel até por volta do
de grandes laboratórios em Itajubá (MG).
técnicas brasileiras eram o estado da arte
ano 2000. Várias empresas desenvolveram
O Instituto Senai de Inovação – Centro de
e, por exemplo, a ABNT NBR 7282 foi
equipamentos muito competentes, por
Desenvolvimento Empresarial e Inovação
a base da revisão da IEC 60282-2 (High
exemplo, secionadores de 362 kV e 550
da
VoltageExpulsionTypeFuses),
participar
do
enfraqueceu.
gerenciamento
As
fotoelétricos,
para-raios,
publicada
A existência de laboratórios próximos
Felizmente, uma iniciativa da CNI,
Indústria
Elétrica
e
Eletrônica
kV para correntes de curto-circuito até 63
(ISI-CEDIIEE) – terá laboratórios de
pela IEC em 1989. Neste segundo período,
kAef.
alta
começaram os planos de demissões
de temperatura, grau de proteção e
voluntárias (PDVs) nas concessionárias e
e de baixa tensão foram desenvolvidos
Muitos equipamentos de distribuição
potência,
atmosferas
alta
tensão,
explosivas,
elevação
para-raios,
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50
e atmosferas explosivas incluem, entre
muitos outros, os de grau de proteção de
invólucros primeiro e segundo numerais
(sólidos IP1 a 6, líquidos IPX1 a 8), ensaios
com aparelho de faiscamento padrão,
ensaio do sistema de pressurização e
sistema de proteção, sobre pressão do
meio de pressurização, e análise de
equipamentos com segurança aumentada.
Figura 1 – Novos laboratorios de ensaios em Itajubá (MG).
Há ainda ensaios de compatibilidade
compatibilidade eletromagnética, ensaios
• Ensaios de curto-circuito;
eletromagnética (CEM) como os de
mecânicos, óleos isolantes e calibração.
• Interrupção e estabelecimento de curto-
verificação de limites de emissão radiada
Estes laboratórios estão sendo projetados
circuito;
econduzida
e construídos para atender às demandas
• Arcos de potência internos e externos;
magnéticos. No Laboratório de Para-
oriundas do crescimento da indústria
• Ensaios de interrupção e manobras de
Raios, os ensaios típicos são os de
elétrica brasileira (veja a Figura 1).
cargas ativas, indutivas e capacitivas;
corrente suportável de impulso até 100
• Ensaios de correntes suportáveis de
KA (elevada, retangular e descarga de
curta duração até 220 kAe/575 kAcr
linha), os de ciclo de operação e impulsos
(esforços eletrodinâmicos).
de corrente.
Principais ensaios realizados
em laboratórios
e
imunidade
a
campos
A lista dos ensaios que poderão ser
No laboratório de alta tensão, os
realizados nos novos laboratórios do
ensaios dielétricos para equipamentos até
ISI-CEDIIEE (Itajubá) é típica do que é
a classe de tensão 550 kV serão:
Fundamentos dos ensaios de
alta potência, de alta tensão
e de elevação de temperatura
(Holanda e Estados Unidos), CESI (Itália),
•
KERI (Coreia do Sul), CPRI (Índia), JSTC
industrial a seco e sob chuva;
mostramos
(Japão) e o Cepel.
• Impulso atmosférico e de manobra a
dos principais ensaios realizados em
seco e sob chuva;
laboratórios e que são complementados
equipamentos como transformadores de
• Tensões combinadas (bias);
nas
potência, reatores, painéis, disjuntores,
• Medições de descargas parciais, radio-
quantidade de informações e detalhes é
secionadores, fusíveis limitadores de
interferência, capacitância e tangente
mostrada no livro “Painéis, barramentos
corrente e do tipo expulsão, chaves
delta e ruído audível.
e seccionadores e equipamentos de
feito em outros laboratórios como KEMA
São
de
ensaios
abertura
sob
aplicados
carga,
em
Tensão
aplicada
sob
frequência
Nos capítulos 1 e 2 deste fascículo,
linhas
alguns
a
dos
seguir.
fundamentos
Uma
grande
subestações” (ver referências).
religadores,
contadores, para-raios, entre outros.
Para o laboratório de elevação de
Ensaios de interrupção são aplicáveis
equipamentos
Os equipamentos podem ser de alta
temperatura, os ensaios típicos são os de
a
tensão e de baixa tensão, além de os ensaios
elevação de temperatura, ciclos térmicos,
tensões. Visam verificar a capacidade de
relevantes são especificados nas normas
continuidade elétrica, sobrecorrentes e
disjuntores, fusíveis, chaves e religadores
de produtos da IEC, ABNT, entre outras.
durabilidade elétrica. Serão realizáveis
de
Em geral, os ensaios são classificados
para equipamentos em geral de até 25.000
correntes, desde valores da ordem de
como de alta potência, quando envolvem
A e também para transformadores de
grandeza da corrente nominal até as
correntes, potências elevadas e ensaios
distribuição.
correntes de curto-circuito. Os fatores
dielétricos de alta tensão. Estes últimos
Associados aos acima estão ensaios
que mais impactam nos resultados foram
envolvem tensões elevadas, mas potência
realizáveis no Laboratório de Ensaios
mostrados no capítulo anterior e incluem
e energias relativamente baixas. Há ainda
Mecânicos,
operação
a tensão de restabelecimento transitória,
ensaios de elevação de temperatura
mecânica,
mecânica,
a corrente interrompida e o fator de
que envolvem correntes elevadas, mas
proteção
potências baixas.
resistência do material isolante ao calor
São simulados diferentes tipos de
anormal, ao fogo e corrente de fuga e de
solicitações impostas pela rede elétrica.
serão realizados no laboratório de alta
resistência mecânica.
Os valores aplicados são especificados nas
potência com geradores de 2.500 MVA são:
normas técnicas.
A título de exemplo, os ensaios que
tais
como
durabilidade
contra
choques
elétricos,
Os ensaios típicos de grau de proteção
de
baixas
interromper
a
altas
adequadamente
primeiro polo (Figura 2).
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As forças devem permanecer abaixo
dos limites especificados pelo fabricante
do isolador para não danificá-lo. As
tensões
mecânicas
nos
condutores
devem ser mantidas abaixo de certos
limites (por exemplo, 200 N/mm² para
o cobre), caso contrário, o barramento
sofrerá uma deformação permanente
e visível. Os resultados são afetados
pela corrente de curto-circuito, pelos
materiais utilizados e pela geometria do
sistema de condutores e isoladores. O
Figura 2 – Ensaios de interrupção.
bom desempenho no ensaio é verificado
Ensaios de elevação de temperatura
não de aberturas de ventilação. As
por inspeção visual e, dependendo
são aplicáveis a equipamentos de baixas a
resistências de contato e a área de
do
altas tensões. O equipamento é instalado
ventilação são fatores essenciais para o
resistências elétricas antes e depois do
em uma sala livre de correntes de ar e a
bom desempenho do equipamento. Se
ensaio (Figura 3).
corrente nominal é aplicada durante um
esta resistência não está registrada no
tempo suficiente para a estabilização
relatório de ensaio, o ensaio não tem
aplicáveis a equipamentos de baixas a altas
das temperaturas dos pontos medidos.
reprodutibilidade. As normas de painéis
tensões. A ideia é criar um arco durante
A elevação de temperatura medida
e barramentos pedem para medir apenas
certo período de tempo. Os efeitos das
não deve ir além de certos limites
a resistência total por fase e não também
sobrepressões provocadas são observados.
especificados nas normas técnicas. Estes
a resistência do disjuntor ou chave por
Os requisitos para aprovação nos testes
limites tem relação direta com a vida
fase vista a partir dos terminais.
incluem que as portas não devem abrir
útil do equipamento. Se os limites são
Ensaios de corrente suportáveis de
permitindo a saída dos gases quentes e os
ultrapassados no dia a dia, a vida util é
curta duração e de crista são feitos para
gases expelidos através dos dispositivos
reduzida de forma calculável.
verificar os efeitos das forças e as altas
de alívio de pressão não podem queimar
temperaturas atuantes em isoladores e
os indicadores de algodão colocados
condutores durante um curto-circuito.
perto das partes acessíveis e que simulam
Os resultados do ensaio de elevação
de
temperatura
são
influenciados
equipamento,
por
medidas
das
Ensaios de arco interno também são
de
As forças mecânicas nos isoladores
a pele de uma pessoa. Buracos causados
materiais, as resistências de contato, a
(tração, compressão e flexão) e as
pelo arco nas paredes externas não são
temperatura do fluido, a geometria dos
tensões mecânicas nos condutores são
permitidos.
condutores, o volume interno líquido
calculáveis por expressões mostradas na
do compartimento e a existência ou
referência ao final deste artigo.
a ar, a principal causa de falhas durante
pela
corrente
aplicada,
tipo
Figura 3 – Ensaio de correntes de curta duração.
Em conjuntos de manobra isolados
Figura 4 – Ensaio de arco interno.
Apoio
53
os testes é a queima dos indicadores
de algodão horizontais após reflexões
dos gases quentes no teto. Os principais
fatores que influenciam os resultados são
a tensão, a corrente, o volume líquido
interno do compartimento, o tempo
de resposta e a área dos dispositivos
de alívio de pressão. As aberturas de
ventilação, que causam impacto positivo
nos resultados dos ensaios de elevação de
temperatura, são um caminho de saída
de gases quentes que podem queimar os
indicadores de algodão e provocar falha
no ensaio.
Figura 5 – Tensão suportável à frequência industrial.
A Figura 4 dá uma ideia dos
61641 está virando uma especificação
e mesmo em condições que simulam
fundamentos. Os indicadores de algodão
regular dos compradores.
poluição (Figura 5).
representam a pele das pessoas próximas
Tensão
que não podem ser queimadas pelos
industrial a seco e sob chuva são
seco e sob chuva e tensões combinadas
gases quentes provenientes do interior.
aplicados
alta
(BIAS) buscam simular em laboratório a
Este teste ainda não é um ensaio de tipo
tensão e visam simular as condições
ocorrência se sobretensões de durações
para painéis de baixa tensão. Como os
de tensões temporárias que acontecem
da ordem de microssegundos, mas que
riscos e níveis de energia em instalações
nas subestações e podem ter durações
podem chegar a valores de pico da ordem
acima de 40 kA são consideráveis, o que
da ordem de dezenas de segundos.
de seis vezes a tensão normal do sistema.
está prescrito no documento IEC TR
Podem ser realizados a seco e sob chuva
Os impulsos atmosféricos representam a
aplicada
a
sob
equipamentos
frequência
de
Impulso atmosférico e de manobra a
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Figura 6 – Ensaio de impulso e ensaio de BIAS.
Figura 7 – Ensaio de radio-inteferência.
queda de raios. Os impulsos de manobra
e que se propagam por condutores. Podem
equipamentos de subestações de
representam as sobretensões causadas
interferir nas rádios, especialmente na
transmissão e distribuição. Disponível
por operações como abertura de linhas,
faixa AM. Estes pulsos alcançam valores
em: <http://www.cognitor.com.br/
de transmissão, reatores e bancos de
da ordem de grandeza de 50 µVa 1500 µV
Book_SE_SW_2013_POR.pdf>.
capacitores (Figura 6). O ensaio de BIAS
em função da distância. Em laboratório, a
simula a condição de ocorrência de uma
ideia é medir as ondas “conduzidas”. Em
sobretensão de impulso em um lado do
linhas de transmissão, podem-se medir as
equipamento estando outro lado também
componentes irradiadas.
energizado a 60 Hz.
*Sergio Feitoza Costa é engenheiro
eletricista, com mestrado em sistemas de
potência. É diretor da Cognitor, Consultoria,
P&D e Treinamento.
Continua na próxima edição
Medições de radiointerferência são
Referência
feitas para medir a magnitude de pulsos de
[1] COSTA, Sergio Feitosa. Painéis,
alta frequência gerados por equipamentos
barramentos e secionadores e
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podem ser encaminhados para
[email protected]