VITOLDO SWINKA FILHO
IMAGENS DE DEFEITOS POR DESCARGA PARCIAL
ESTIMULADA POR RAIO X PULSADO EM MATERIAIS
DIELÉTRICOS POLIMÉRICOS
Tese apresentada como requisito parcial à
obtenção do grau de Doutor em Engenharia.
Programa Interdisciplinar de Pós-graduação
em Engenharia, Universidade Federal do
Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Renê Robert
CURITIBA
2000
Dedico este trabalho à minha esposa e filhos,
Martinha, Tiago e Bruna
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Renê Robert pela orientação segura e dedicação durante o
desenvolvimento do trabalho.
A Companhia Paranaense de Energia (COPEL) pela bolsa de estudos.
Ao Instituto Tecnológico para o Desenvolvimento (LACTEC-UFPR) pela utilização
das instalações e equipamentos.
Ao Laboratório de Óptica de Raios X e Instrumentação do Departamento de Física da
Universidade Federal do Paraná pela utilização das instalações e equipamentos.
Aos funcionários do Laboratório de Alta Tensão do LACTEC pelo apoio técnico e
sugestões.
Ao colega físico e doutorando Ms. C. Hamilton Pereira da Silva pelas sugestões no
desenvolvimento do sistema de aquisição de imagens.
Ao colega doutorando Prof. Ms. C. Sérgio Luiz Berleze e ao Eng. Ricardo Luiz Araújo
pelo apoio e pelas sugestões na elaboração do trabalho.
Aos colegas da área de materiais do LACTEC pelo apoio na confecção e microscopia
das amostras.
Ao Sr. Douglas Sergey Domingues da Silva da Oficina de Apoio à Pesquisa do
Departamento de Física da UFPR pela confecção dos eletrodos.
Aos colegas e professores Programa Interdisciplinar de Pós-Graduação em Engenharia
(PIPE) pelo apoio e amizade e a todos que de alguma forma colaboraram para a realização
deste trabalho.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ VII
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .................................................................. XIV
RESUMO.................................................................................................................. XV
ABSTRACT ............................................................................................................. XVI
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................1
1.1 OBJETIVO ....................................................................................................................2
1.2 JUSTIFICATIVA............................................................................................................2
1.3 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO..............................................................................3
2 REVISÃO DA LITERATURA ...................................................................................5
2.1 DESCRIÇÃO DO FENÔMENO DE DESCARGAS PARCIAIS .....................................9
2.2 CLASSIFICAÇÃO DAS DESCARGAS PARCIAIS .......................................................9
2.2.1 DESCARGA PARCIAL INTERNA ....................................................................................10
2.2.2 DESCARGA PARCIAL SUPERFICIAL ............................................................................11
2.2.3 EFEITO CORONA ............................................................................................................12
2.3 CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA DE DESCARGAS PARCIAIS INTERNAS........13
2.3.1 INFLUÊNCIA DO CAMPO ELÉTRICO LOCAL................................................................13
2.3.2 GERAÇÃO DE ELÉTRONS INICIAIS ..............................................................................14
2.4 PRINCÍPIOS DE DETECÇÃO ....................................................................................16
2.4.1 CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS PARA A IMPEDÂNCIA DE MEDIÇÃO...................17
2.5 GRANDEZAS RELACIONADAS ................................................................................19
2.5.1 GRANDEZAS BÁSICAS...................................................................................................19
2.5.2 GRANDEZAS INTEGRADAS...........................................................................................20
2.6 TÉCNICAS DE ANÁLISE............................................................................................22
2.6.1 ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES ESTATÍSTICAS ..........................................................22
2.7 ANÁLISE DAS FORMAS DE ONDA...........................................................................28
3 COMPORTAMENTO DAS DESCARGAS PARCIAIS ESTIMULADAS POR RAIO
X PULSADO.............................................................................................................. 31
3.1 TÉCNICA DE PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS COM VAZIOS ESFÉRICOS............32
3.2 DESCRIÇÃO DO ARRANJO EXPERIMENTAL .........................................................34
3.3 ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES DAS DESCARGAS PARCIAIS..............................37
3.4 DEPENDÊNCIA DO ÂNGULO CRÍTICO COM O CAMPO ELÉTRICO LOCAL.........42
3.5 ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES DE AMPLITUDE DAS DESCARGAS PARCIAIS ..44
3.6 INFLUÊNCIA DA VARREDURA DO FEIXE DE RAIO X NA REGIÃO DO DEFEITO 45
4 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS ................. 48
4.1 GERAÇÃO DOS PULSOS DE RAIO X ......................................................................49
4.2 GERAÇÃO DA TENSÃO ALTERNADA......................................................................53
4.3 ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS COM RESOLUÇÃO EM AMPLITUDE E
FASE..................................................................................................................................54
4.3.1 IMPEDÂNCIA DE MEDIÇÃO E PRÉ-AMPLIFICADOR ...................................................56
4.3.2 RETIFICADOR DE PRECISÃO DE ONDA COMPLETA .................................................59
4.3.3 FILTRO SUAVIZADOR ....................................................................................................60
4.3.4 CONVERSÃO DO SINAL ANALÓGICO PARA DIGITAL ................................................61
4.3.5 DETECTOR DE ZERO .....................................................................................................64
4.4 POSICIONADOR XY ..................................................................................................66
4.5 SOFTWARE PARA CONTROLE DO SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS ......67
4.5.1 POSICIONAMENTO DO FEIXE DE RAIO X ...................................................................69
4.5.2 ANÁLISE E GERAÇÃO DAS DISTRIBUIÇÕES ESTATÍSTICAS DAS DESCARGAS
PARCIAIS. ...................................................................................................................................72
4.6 CALIBRAÇÃO DO ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS ...............................76
4.7 VISTA DO SISTEMA PROTÓTIPO ............................................................................81
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................82
5.1 IMAGENS DE VAZIOS ESFÉRICOS .........................................................................82
5.1.1 TENSÃO APLICADA À AMOSTRA..................................................................................82
5.1.2 INTENSIDADE E ENERGIA DO FEIXE DE RAIO X........................................................83
5.1.3 DIÂMETRO DO FEIXE DE RAIO X..................................................................................84
5.1.4 CONSTRUÇÃO DA IMAGEM ..........................................................................................84
5.2 REPETITIVIDADE DO MÉTODO DE CONSTRUÇÃO DE IMAGENS .......................87
5.3 EFEITO DA INTENSIDADE DO FEIXE DE RAIO X...................................................89
5.4 DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE DETECÇÃO .........................................................91
6 CONCLUSÕES ................................................................................................... 103
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ...................................................... 104
ANEXO A - PROGRAMA FONTE EM LINGUAGEM C .......................................... 105
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................112
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Imagem por microscopia eletrônica de varredura de um material compósito
com falta de adesão entre as fases............................................................................... 6
Figura 2 - Imagem por microscopia eletrônica de varredura de um material compósito
com falta de adesão entre as fibras e a matriz polimérica ............................................ 6
Figura 3 - Imagem por microscopia óptica de um corte da seção transversal do
isolamento epóxi-mica de uma barra estatórica de hidrogerador com um vazio na
região do epóxi. (ampliação 40 vezes).......................................................................... 7
Figura 4 - Imagem por microscopia óptica de um corte da seção transversal do
isolamento de uma barra estatórica de hidrogerador com grande delaminação do
compósito epóxi-mica.................................................................................................... 8
Figura 5 - Representação dos tipos comuns de vazios internos ................................. 10
Figura 6 - Representação dos caminhos condutores gerados por descarga parcial em
um material dielétrico polimérico ................................................................................. 11
Figura 7 - Representação da descarga parcial superficial em um material dielétrico
polimérico .................................................................................................................... 12
Figura 8 - Representação de um eletrodo metálico com ponta aguda gerando
descarga corona.......................................................................................................... 12
Figura 9 - Relação entre o campo elétrico local e o campo elétrico médio no interior do
material dielétrico para um vazio plano e um esférico................................................. 14
Figura 10 - Circuito básico para detecção de pulsos de descargas parciais em uma
amostra de material dielétrico. .................................................................................... 16
Figura 11 - Impedância de medição com circuito RLC paralelo .................................. 18
Figura 12 - Representação da ocorrência de pulsos de corrente de descarga parcial
em relação ao ângulo de fase da tensão aplicada à amostra. .................................... 22
Figura 13 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais em função do ângulo
de fase da tensão aplicada à amostra......................................................................... 23
Figura 14 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais por efeito corona em
função do ângulo de fase da tensão aplicada ............................................................. 24
Figura 15 - Distribuição da carga aparente média das descargas parciais em função
do ângulo de fase da tensão aplicada à amostra ........................................................ 25
Figura 16 - Distribuição das amplitudes das descargas parciais em uma amostra de
epóxi com vazio esférico ............................................................................................. 25
Figura 17 - Representação 3D das ocorrências das descargas parciais em função do
ângulo de fase e da amplitude .................................................................................... 27
Figura 18 - Representação da ocorrência das descargas parciais em função do ângulo
de fase e da amplitude utilizando mapas em tons de cinza ........................................ 28
Figura 19 - Forma de onda de uma descarga parcial por efeito corona registrada por
um osciloscópio Tektronicx TDS 210 .......................................................................... 29
Figura 20 - Espectro de frequência de um pulso de descarga parcial obtido por
Transformada Rápida de Fourier (FFT) ...................................................................... 30
Figura 21 - Diagrama esquemático de uma amostra com um vazio esférico. ............. 33
Figura 22 - Fotografia de uma amostra com o eletrodo de alumínio. .......................... 34
Figura 23 - Diagrama esquemático do arranjo experimental para estimular descargas
parciais por pulsos de raio x........................................................................................ 35
Figura 24 - Distribuição temporal dos pulsos de raio x para diversas posições de
sincronismo em relação ao ângulo de fase da tensão aplicada à amostra. ................ 36
Figura 25 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais estimuladas por raio x
pulsado, no primeiro quadrante da tensão aplicada à amostra (entre 0° e 90°), para
diversos valores de intensidade dos pulsos de raio x. ................................................ 38
Figura 26 - Ampliação da região de distribuição das ocorrências das descargas
parciais estimuladas por raio x pulsado, no primeiro quadrante da tensão aplicada à
amostra, para diversos valores de intensidade dos pulsos de raio x. ........................ 38
Figura 27 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais estimuladas por raio x
pulsado, no terceiro quadrante da tensão aplicada à amostra para diversos valores da
intensidade dos raio x. ................................................................................................ 40
Figura 28 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais estimuladas por raio x
pulsado, para ângulos de fase entre -45° e +45°, para diversos valores de intensidade
do pulso de raio x. ....................................................................................................... 40
Figura 29 - Distribuições de ocorrências das descargas parciais em uma amostra
estimulada por raio x pulsado e também distribuições de ocorrências devidas a outros
fatores de inicialização. ............................................................................................... 41
Figura 30 - Representação do campo elétrico local ultrapassando o valor crítico e
definindo um ângulo crítico para ocorrência das descargas parciais. ......................... 42
Figura 31 - Deslocamento do ângulo crítico para ocorrências das descargas parciais
em função do campo elétrico aplicado à amostra. Intensidade dos pulsos de raio x
constante..................................................................................................................... 43
Figura 32 - Distribuições de ocorrências das descargas parciais, em função da
amplitude, para diferentes valores de intensidade do pulso de raio x ......................... 44
Figura 33 - Representação da área de interseção entre a área irradiada pelo feixe de
raio x e a área projetada pelo vazio na superfície da amostra .................................... 46
Figura 34 - Varredura do feixe de raio x com diâmetro de "spot" aproximado de 2 mm
na região da amostra com vazio de diâmetro aproximado de 1 mm. .......................... 46
Figura 35 - Diagrama esquemático do sistema protótipo de aquisição de imagens de
defeitos por descarga parcial estimulada por raio x pulsado....................................... 49
Figura 36 - Fotografia do “Chopper” de raio x. 1 - Disco giratório de chumbo. 2 Janelas. 3 - foto-acoplador. 4 - Suporte do motor ....................................................... 50
Figura 37 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do foto-acoplador............... 51
Figura 38 - Forma de onda do sinal do “Chopper” utilizado para sincronizar a tensão
senoidal aplicada à amostra........................................................................................ 52
Figura 39 - Circuito de medida de descargas parciais. T - transformador elevador de
tensão, K - capacitor de acoplamento, a - amostra, Z - impedância de medição e A pré-amplificador........................................................................................................... 53
Figura 40 - Diagrama em blocos do analisador de descargas parciais com resolução
em amplitude e fase e controle do posicionamento da amostra.................................. 54
Figura 41 - Forma de onda de um pulso de descarga parcial corona medida em um
resistor de 1 kΩ. .......................................................................................................... 55
Figura 42 - Diagrama eletrônico do circuito pré-amplificador com a impedância de
medição T1.................................................................................................................. 57
Figura 43 - Sinal na saída da impedância de medição................................................ 57
Figura 44 - Sinal na saída do pré-amplificador............................................................ 58
Figura 45 - Diagrama eletrônico do circuito retificador de precisão de onda completa.59
Figura 46 - Sinal na saída do retificador de precisão de onda completa..................... 60
Figura 47 - Diagrama eletrônico do filtro suavizador. .................................................. 61
Figura 48 - Sinal na saída do filtro suavizador. ........................................................... 61
Figura 49 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do conversor analógicodigital e a lógica de controle. ....................................................................................... 62
Figura 50 - Sinais de controle para aquisição dos dados do conversor AD. A - Sinal
proveniente do decodificador de endereços . B - Sinal de final de conversão do
ADS774. ...................................................................................................................... 63
Figura 51 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do detector de zero............ 64
Figura 52 - Formas de onda no circuito detector de zero. A - Sinal de referência na
entrada. B - Sinal nível TTL a ser lido pela placa de aquisição de dados. .................. 65
Figura 53 - Fotografia do posicionador de amostras ................................................... 66
Figura 54 Fluxograma simplificado das operações realizadas pelo software de
controle. ...................................................................................................................... 68
Figura 55 - Representação da área da amostra de dimensões (DxXDy),varrida pelo
feixe de raio x de diâmetro Φ e passos de avanço ∆X e ∆Y........................................ 69
Figura 56 - Fluxograma do software de controle da varredura.................................... 71
Figura 57 - Representação da sequência de varredura do feixe de raio x sobre a
amostra. ...................................................................................................................... 72
Figura 58 - Fluxograma da rotina que executa uma amostragem. .............................. 73
Figura 59 - Fluxograma da rotina para determinação do período da tensão de
referência e do número de ciclos por amostragem ..................................................... 74
Figura 60 - Circuito para calibração dos pulsos de descarga parcial. ......................... 76
Figura 61 - Distribuições de amplitudes dos pulsos de calibração para diversos
valores de carga aparente injetada na faixa de 5 pC a 50 pC..................................... 77
Figura 62 - Curva de calibração do analisador de descargas parciais. Carga aparente
injetada utilizando um calibrador de descargas parciais na faixa de 5 a 50 pC. ......... 78
Figura 63 - Distribuição das ocorrências dos pulsos do gerador de descargas parciais.
A - No início do semi-ciclo positivo. B - No início do semi-ciclo negativo. ................... 79
Figura 64 - Distribuição das ocorrências dos pulsos do gerador de descargas parciais.
A - Em função do número da janela. B - Convertido para ângulo de fase ( 0 a 360
graus) .......................................................................................................................... 79
Figura 65 - Fotografia de parte do sistema de aquisição de imagens. A - Tubo de raio
x. B - Colimador. C - Chopper. D - Posicionador de amostras. E - Amostra. F Capacitor de acoplamento. ......................................................................................... 81
Figura 66 - Fotografia de parte do sistema de aquisição de imagens. A - Tubo de raio
x. B - Colimador. C - Chopper. D - Posicionador de amostras. E - Amostra. F Capacitor de acoplamento. G - Pré-amplificador. H - Transformador elevador de altatensão. ........................................................................................................................ 81
Figura 67 - Espectro de energia do tubo de raio x ...................................................... 83
Figura 68 - Imagem do vazio esférico de 0,9 mm de diâmetro da amostra E03
construída utilizando mapa de cores com 5 tons de cinza. ......................................... 85
Figura 69 - Imagem do vazio esférico de 0,9 mm de diâmetro da amostra E03
construída utilizando mapa de cores com 5 tons de cinza com curvas de nível ......... 85
Figura 70 - Representação em superfície 3D da imagem do vazio esférico de 0,9 mm
de diâmetro da amostra E03. Tubo de raio x 15kV - 1,0 mA - Colimador 0,5 mm de
diâmetro. ..................................................................................................................... 86
Figura 71 - Seqüência de imagens da amostra E03 com varredura iniciada de 3
formas: A) Logo após ser aplicada a tensão. B) 15 minutos após a tensão ser
aplicada. C) Sem tensão aplicada por 1h30min e iniciada a varredura logo após ser
aplicada a tensão. ....................................................................................................... 88
Figura 72 - Seqüência de imagens da amostra E01 mostrando a influência da
intensidade do feixe de raio x de 15 kV, para os valores de corrente ajustados em. A)
1,0 mA. B) 2,0mA. C) 4,0 mA. C) 6,0mA. .................................................................... 89
Figura 73 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04 obtidos com uma lupa
estereoscópica com aumento de 12 vezes. A - Vista superior, lado do eletrodo de alta
tensão. B - Vista inferior, lado do eletrodo de baixa tensão. ....................................... 92
Figura 74 - Imagem resultante da soma das imagens da vista superior e inferior dos
vazios esféricos na amostra E04. Os vazios foram classificados e numerados para
determinação dos diâmetros. ...................................................................................... 93
Figura 75 - Representação em superfícies da imagem da amostra E04 com diversos
vazios esféricos. Tubo de raio x 35 kV - 2,0 mA - Colimador 0,5 mm de diâmetro. .... 95
Figura 76 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04. A - Obtida com uma lupa
estereoscópica com aumento de 12 vezes. B - Obtida por descarga parcial estimulada
por raio x pulsado de 35 kV - 2,0 mA com tensão aplicada à amostra de 12 kVrms... 96
Figura 77 - Espectro de amplitudes das descargas parciais em vazios esféricos com
diferentes diâmetros: - A - 1,0 mm, B - 0,9 mm, C - 0,6mm e 0,3 mm, D - 0,6mm, E 0,5 mm, F - 0,4 mm, G - 0,3 mm e H - 0,3mm............................................................. 99
Figura 78 - Correlação entre o diâmetro dos vazios esféricos e a carga aparente
transferida nas descargas parciais.............................................................................. 99
Figura 79 - Curva de Paschen. Ar para pressões de 0,2 atm, 1,0 atm e 2,0 atm.... 100
Figura 80 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04 separados em função da
amplitude das descargas parciais. A - descargas com amplitudes superiores a 90 pC.
B - descargas com amplitudes inferiores ou iguais a 90 pC...................................... 102
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AD - Analógico para digital.
CCD - Charge-coupled Device.
FFT - Fast Fourier Transform.
IEC - International Electrotechnical Commission.
ISA - Industry Standard Architecture.
NBR - Norma Brasileira Registrada.
RLC - Resistor, Indutor e Capacitor.
TTL - Transistor -transistor Logic.
RESUMO
Neste trabalho é mostrado o desenvolvimento de uma técnica de obtenção de
imagens de defeitos geradores de descarga parcial em materiais dielétricos
poliméricos, utilizados em sistemas de isolamento de equipamentos elétricos.
A técnica por nós denominada de Imagens de Defeitos por Descarga Parcial
Estimulada por Raio X Pulsado, consiste em realizar uma varredura sobre a
amostra, utilizando um feixe de raio x em forma de pulsos em sincronismo com a
tensão alternada aplicada a amostra, e registrar de forma simultânea a ocorrência
das descargas parciais estimuladas pelo raio x pulsado.
O comportamento das descargas parciais estimuladas por raio x pulsado,
mostra que as amplitudes das distribuições estatísticas são proporcionais a
intensidade do pulso de raio x sobre o defeito. Estes resultados tornam possível
construir imagens tridimensionais, em forma de superfícies ou mapa de cores, as
quais trazem informações a respeito da posição, dimensões e nível de ocorrência de
descargas parciais em cada defeito.
ABSTRACT
In the present work the development of a technique to construct image of partial
discharge sources in dielectric materials used as insulation in electrical equipment is
shown. The technique labeled Defect Imaging in Dielectric Materials by Pulsed X-ray
Induced Partial Discharge, is performed by an x-ray beam scanning over the sample
bulk with simultaneous partial discharge analysis.
The analysis of the pulsed x-ray induced partial discharge behaviour shows that
the statistical distribution of amplitudes is proportional to the x-ray pulse intensity on
the defect. Using this result, it is shown that is possible to construct images using
three dimensional plotting which carries information on the defect position, size and
partial discharge activity.
1
1
INTRODUÇÃO
A ocorrência de descargas parciais internas em materiais dielétricos utilizados
em sistemas de isolamento de equipamentos elétricos, pode ser considerada como
uma das principais causas da ruptura dielétrica desses materiais ao longo da sua
vida útil de operação. Descargas parciais internas são descargas elétricas que
ocorrem em vazios ou inclusões na estrutura do material, quando o campo elétrico
no interior do vazio ou inclusão ultrapassa um determinado valor crítico [1, 2, 3, 4]. A
contínua ocorrência de descargas parciais no interior dos vazios gera um
bombardeamento eletrônico e iônico nas superfícies internas dos vazios, e como
conseqüência a condutividade superficial é alterada, dando início a caminhos
condutores que se propagam na direção do campo elétrico. Estes caminhos
condutores são conhecidos como “electrical trees” ou arborescência elétrica [1,2,5].
Quando um caminho de arborescência liga totalmente os dois eletrodos metálicos
ocorre a ruptura do dielétrico, danificando o sistema de isolamento.
Com a crescente utilização de materiais poliméricos em sistemas de
isolamento de componentes elétricos como capacitores, isoladores e barras
estatóricas de geradores, a medida de descargas parciais passou a ser um
importante indicador da qualidade desses sistemas. Este fato deve-se às
dificuldades encontradas em controlar os processos de produção e injeção de
polímeros e compósitos poliméricos sem que haja a ocorrência de vazios ou
inclusões na estrutura do material.
2
1.1
OBJETIVO
O objetivo deste trabalho é desenvolver uma técnica de ensaio não destrutivo,
capaz de detectar a localização dos vazios geradores de descargas parciais internas
em materiais dielétricos poliméricos aplicados em sistemas de isolamento de
componentes utilizados em alta tensão, a qual deverá fornecer um indicativo da
potencialidade que cada defeito gerador de descarga parcial pode apresentar para
levar à ruptura do sistema de isolamento.
1.2
JUSTIFICATIVA
As técnicas de medidas elétricas utilizadas atualmente em ensaios de
componentes de sistemas de isolamento não apresentam resultados com
informações substanciais, que permitam um diagnóstico seguro a respeito do estado
de degradação do sistema. Os ensaios de descargas parciais trazem informações a
respeito da atividade total das descargas parciais, mas por outro lado, não permitem
a localização e a distinção da atividade dos defeitos de forma individual.
A utilização da técnica não destrutiva de obtenção de imagens internas de
objetos, como a tomografia industrial computadorizada de raio x, também apresenta
limitações. Em geral, os componentes elétricos a serem analisados apresentam
dimensões na ordem de dezenas ou centenas de centímetros, enquanto os defeitos
geradores de descargas parciais apresentam dimensões na ordem de dezenas ou
centenas de micrometros. Tomógrafos industriais, que são construídos para analisar
objetos desta ordem de grandeza, em geral apresentam resolução espacial próxima
a um milímetro, sendo que estes tipos de defeitos não seriam detectados na
imagem. Por outro lado, técnicas de microtomografia desenvolvidas para apresentar
3
resoluções na ordem de micrometros possuem limitações quanto às dimensões
máximas dos objetos.
Por último, mesmo que fosse possível detectar estes defeitos em objetos com
as dimensões mencionadas utilizando técnicas de tomografia, a imagem não
apresentaria informações a respeito das atividades das descargas parciais em cada
defeito detectado.
Diante do exposto acima, optou-se por desenvolver uma técnica na qual fosse
possível obter as duas informações de forma simultânea, a localização e as
dimensões dos defeitos e o nível de atividade das descargas parciais em cada
defeito.
1.3
APRESENTAÇÃO DO TRABALHO
Neste trabalho é mostrado o desenvolvimento de uma nova técnica de
construção de imagens, a qual detecta defeitos geradores de descarga parcial em
materiais dielétricos aplicados em sistemas de isolamento. A técnica por nós
designada de “Imagens de Defeitos por Descarga Parcial Estimulada por Raio X
Pulsado” teve seu início de desenvolvimento motivado nos estudos realizados
anteriormente por S. Rizzetto et al. [6] cujos resultados mostram que descargas
parciais podem ser moduladas na presença de raio x. A técnica por nós
desenvolvida consiste em realizar uma varredura com um feixe de raio x pulsado
sobre a amostra de material dielétrico e analisar simultaneamente o comportamento
das descargas parciais em cada região da amostra. Com os resultados gerados,
imagens
podem
ser
construídas
utilizando
representações
tridimensionais ou mapas de cores em forma de curvas de nível.
de
superfícies
4
No capítulo 2, intitulado “Revisão da Literatura”, é descrito o fenômeno das
descargas parciais e sua forma de ocorrência. Também são mostrados os princípios
elétricos de detecção, as grandezas relacionadas e as técnicas de análise de
descargas parciais utilizadas atualmente.
Para se verificar a possibilidade de se construir imagens de defeitos por
descarga parcial realizou-se preliminarmente um estudo, o qual foi intitulado de
“Comportamento das Descargas Parciais Estimuladas por Raio X Pulsado” , cujos
resultados e discussões são apresentados no capítulo 3.
Com base nos resultados positivos apresentados no capítulo 3 foi iniciado o
desenvolvimento de um sistema automático para aquisição de imagens, descrito no
capítulo 4. As partes do sistema e seus princípios de funcionamento são descritos
em detalhes, assim como o desenvolvimento do analisador de descargas parciais
com resolução em amplitude e fase, cujo hardware e software executam o controle
do sistema de forma automática.
No capítulo 5 são apresentados os resultados e discussões com base em
imagens obtidas pelo sistema, em amostras de epóxi com vazios esféricos gerados
de forma artificial. Por último, no capítulo 6 são apresentadas as conclusões do
trabalho.
5
2
REVISÃO DA LITERATURA
A formação de vazios na estrutura de materiais poliméricos pode ser devida a
causas diversas, dependendo da natureza do material e do processo de fabricação.
No caso específico de materiais poliméricos termoplásticos como, por exemplo o
polietileno, a falha pode acontecer durante o processo de injeção do polímero com a
infiltração do ar atmosférico. Para os polímeros termofixos, como as resinas epóxi, a
formação dos vazios pode ocorrer durante o processo de cura do material, podendo
ser devido a infiltração do ar atmosférico ou devido a formação de gases residuais
das reações químicas durante o processo de cura da resina.
Em sistemas de isolamento para alta-tensão é comum a utilização de
materiais compósitos com a finalidade de se obter melhores propriedades elétricas e
mecânicas. A falta de adesão entre as fases de um material compósito, matriz e fase
dispersa, é uma fonte comum para o aparecimento de vazios geradores de descarga
parcial. Em isoladores poliméricos utilizados em redes de distribuição de energia
elétrica é comum a adição de uma fase dispersa de negro de fumo (carbon black)
com a finalidade de reduzir a degradação do polímero devido à radiação solar
ultravioleta. Na Figura 1 é mostrada uma imagem por microscopia eletrônica de
varredura de um material compósito onde a fase dispersa particulada ficou com uma
pobre adesão à matriz polimérica [7]. Já em linhas de transmissão de alta tensão
utiliza-se cadeias de isoladores cujos núcleos são construídos com resinas epóxi
reforçadas com fibra de vidro. A utilização desses materiais compósitos tem a
finalidade de aumentar a resistência mecânica à tração do componente. Também,
neste caso, a falta de adesão entre as fases pode apresentar vazios geradores de
6
descargas parciais. Na Figura 2 é mostrada a imagem de uma amostra onde
aparecem estes tipos de vazios [7].
Figura 1 - Imagem por microscopia eletrônica de varredura de um
material compósito com falta de adesão entre as fases
Figura 2 - Imagem por microscopia eletrônica de varredura de um
material compósito com falta de adesão entre as fibras e a matriz
polimérica
7
Em sistemas de isolamento de barras estatóricas de hidrogeradores se utiliza
o compósito epóxi e mica, cujo objetivo é aumentar a rigidez dielétrica, já que a mica
apresenta uma alta rigidez dielétrica quando o campo elétrico é aplicado
perpendicularmente ao seus planos atômicos. Os vazios podem aparecer na matriz
de epóxi decorrentes do processo de cura do epóxi ou na interface entre o epóxi e a
mica devido a falta de adesão entre as duas fases. Este segundo processo é
bastante conhecido pelos especialistas em barras de hidrogeradores como
“delaminação”, cuja principal característica é a formação de vazios planos e de
grande extensão em relação aos vazios esféricos [8,9].
Na Figura 3 é mostrada uma imagem obtida por microscopia óptica no
Laboratório Metalográfico do LACTEC, de um corte da seção transversal do
isolamento de uma barra estatórica de hidrogerador, onde aparece um grande vazio
formado na região de epóxi. A região escura corresponde a matriz de epóxi e as
linhas claras são as lâminas de mica.
Figura 3 - Imagem por microscopia óptica de um corte da seção
transversal do isolamento epóxi-mica de uma barra estatórica de
hidrogerador com um vazio na região do epóxi. (ampliação 40 vezes)
8
Figura 4 - Imagem por microscopia óptica de um corte da seção
transversal do isolamento de uma barra estatórica de hidrogerador
com grande delaminação do compósito epóxi-mica.
Na
Figura 4 é mostrada uma imagem obtida por microscopia óptica no
Laboratório Metalográfico do LACTEC, de um corte da seção transversal do
isolamento de uma barra estatórica de hidrogerador, onde aparece um grande vazio
devido a delaminação do epóxi e da mica na região próxima aos condutores.
As técnicas de medida de descargas parciais sofreram nos últimos anos uma
evolução substancial devido ao aumento da velocidade dos sistemas de aquisição
de dados. A utilização de osciloscópios digitais com banda de passagem superior a
100 MHz e taxa de amostragem na ordem de “Giga samples” por segundo, permite a
análise das formas de onda das descargas parciais e, como conseqüência, um maior
entendimento sobre o fenômeno [10,11]. Através das formas de onda é possível
classificar os diferentes mecanismos de descargas parciais, os quais podem ser
associados aos estágios de envelhecimento do material [10].
Uma outra técnica de medida, que tem gerado diversas publicações recentes,
consiste na análise das distribuições estatísticas das ocorrências das descargas em
função da amplitude e do ângulo de fase de ocorrência das descargas em relação à
tensão aplicada à amostra [12,13,14]. Alguns trabalhos mostram a correlação entre
9
parâmetros estatísticos dessas distribuições e estágios de envelhecimento do
material até a sua ruptura dielétrica [12,15,16]. Com a utilização de padrões de
distribuição de descargas gerados em defeitos artificiais, como um conjunto de
treinamento de redes neurais, é possível identificar tipos de defeitos que geram
descarga parcial em materiais dielétricos [17,18,19,20]. Por último, a análise das
seqüências das ocorrências das descargas em função do ângulo de fase pode trazer
informações a respeito dos mecanismos de ocorrência das descargas e, ainda,
sobre as influências devidas a formação de carga superficial e alteração da
condutividade superficial no interior dos vazios.
2.1
DESCRIÇÃO DO FENÔMENO DE DESCARGAS PARCIAIS
Descarga parcial é uma descarga elétrica que ocorre numa região do espaço
sujeita a um campo elétrico, cujo caminho condutor formado pela descarga não une
os dois eletrodos de forma completa [1]. A ocorrência de uma descarga parcial
depende a princípio de dois fatores: a) a existência de cargas livres (elétrons e ou
ions positivos) numa determinada região do espaço e b) um campo elétrico intenso o
suficiente para acelerar as cargas livres com energia necessária para iniciar um
processo de avalanche.
2.2
CLASSIFICAÇÃO DAS DESCARGAS PARCIAIS
A terminologia usada para classificar os tipos de descargas parciais é
normalizada pela IEC270 [21] e pela norma brasileira NBR 6940 [22]. Na literatura
inglesa e americana o termo “ionização” é normalmente usado para o fenômeno de
descarga parcial. Segundo F.H. Kreuger [1], este termo é considerado incorreto e os
termos derivados como “ponto de ionização” e “nível de ionização” são igualmente
incorretos. Outro termo incorretamente usado na literatura americana, é a utilização
da palavra “corona” para descargas parciais no interior de vazios ou inclusões e,
10
também, instrumentos para medir descargas parciais são chamados de detector de
corona. A terminologia atual diferencia descarga parcial interna, descarga parcial
superficial e descarga corona [21].
2.2.1 DESCARGA PARCIAL INTERNA
Descarga parcial interna é a descarga que ocorre no interior de vazios ou
inclusões em um material dielétrico. Este tipo de descarga pode ocorrer numa região
do material dielétrico onde um vazio está totalmente circundado pelo dielétrico ou na
interface entre o dielétrico e um dos eletrodos. Na Figura 5 são representados
alguns tipos comuns de vazios que ocorrem em materiais dielétricos e podem gerar
descarga parcial interna.
Figura 5 - Representação dos tipos comuns de vazios internos
Descargas parciais também podem ocorrer em inclusões na estrutura do
material. Uma forma comum de inclusão que ocorre em materiais dielétricos é a
formação dos caminhos condutores conhecidos como arborecência elétrica. A
arborescêcia elétrica em geral é iniciada pela ocorrência contínua de descargas
parciais internas em vazios preenchidos por gases. A ação das descargas causa
alterações nas propriedades das superfícies internas dos vazios, e a quebra das
moléculas do polímero inicia a formação dos caminhos condutores. A formação de
11
caminhos de arborescência elétrica a partir de um vazio esférico é representada na
Figura 6.
Figura 6 - Representação dos caminhos condutores gerados por
descarga parcial em um material dielétrico polimérico
Os caminhos formados pela arborescência elétrica são canais preenchidos por
materiais com propriedades condutoras, em geral, carbono resultante das reações
químicas das moléculas do polímero sob ação das descargas e vazios preenchidos
com gases também resultantes dessas reações. Dentro desses vazios também
ocorrem descargas parciais que aceleram o processo de crescimento da
arborescência levando o material à ruptura dielétrica [1,23].
2.2.2 DESCARGA PARCIAL SUPERFICIAL
Descarga parcial superficial é a descarga que ocorre na superfície de um
material dielétrico, normalmente partindo de um eletrodo para a superfície. Quando o
campo elétrico paralelo à superfície excede um certo valor crítico, inicia-se o
processo de descarga superficial [1]. Assim como as descargas internas, as
descargas superficiais ocasionam alterações na superfície iniciando caminhos
condutores que se propagam ao longo da direção do campo elétrico. Estes
caminhos condutores conhecidos como “trilhamento” também podem levar o
12
isolamento à ruptura total. Na Figura 7 está representado um caso típico onde há
um espaço vazio entre o eletrodo curvo e o material dielétrico.
Figura 7 - Representação da descarga parcial superficial em um
material dielétrico polimérico
Este tipo de descarga normalmente ocorre em cabos protegidos, em saias de
isoladores e no sistema de alívio de barras de geradores.
2.2.3 EFEITO CORONA
O efeito corona é caracterizado por descargas parciais que ocorrem no ar e
partem de pontas agudas em eletrodos metálicos. Pontas agudas em eletrodos de
alta-tensão, ou seja, partes com pequenos raios de curvatura, geram regiões nas
vizinhanças do condutor com campo elétrico elevado, o qual ultrapassa o valor
crítico, dando origem a descargas parciais [1,2]. Na Figura 8 é mostrada uma
representação de descarga parcial por efeito corona.
Figura 8 - Representação de um eletrodo metálico com ponta aguda
gerando descarga corona.
13
Quando a tensão aplicada é alternada com forma senoidal, a descarga parcial
corona pode ser facilmente identificada devido a sua ocorrência inicial localizar-se no
máximo do semi-ciclo negativo da tensão aplicada. Isto se deve ao fato de que um
eletrodo metálico disponibiliza elétrons no ar na região próxima do eletrodo (nuvem
eletrônica).
2.3
CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA DE DESCARGAS PARCIAIS INTERNAS
A ocorrência das descargas parciais no interior de defeitos em materiais
poliméricos depende a princípio de dois fatores: a) o campo elétrico local (campo no
interior do vazio) deve ultrapassar um certo valor crítico e b) deve haver elétrons
livres o suficiente para iniciar o processo de avalanche.
2.3.1 INFLUÊNCIA DO CAMPO ELÉTRICO LOCAL
A condição de que o campo elétrico local deve ultrapassar um certo valor de
campo elétrico crítico, pode ser vista de forma análoga ao caso de descargas entre
eletrodos metálicos, dada pela curva de Paschen [1, 2]. Neste caso a ocorrência da
descarga depende do produto da pressão do gás pela distância entre os eletrodos. A
ocorrência das descargas em vazios também depende da pressão e da natureza
dos gases resultantes na formação do vazio. O campo elétrico local no interior do
vazio pode ser determinado em função do campo elétrico macroscópico médio no
restante do material dielétrico para vazios com geometria simples e considerando
que o restante do material dielétrico seja homogêneo. Para um vazio plano e pouco
espesso, com campo elétrico perpendicular ao plano, o campo elétrico local é dado
pela equação (1) e para um vazio esférico o campo elétrico local
equação (2) [1, 4]:
é dado pela
14
Figura 9 - Relação entre o campo elétrico local e o campo elétrico
médio no interior do material dielétrico para um vazio plano e um
esférico
El = ε r .Em
onde:
El −
(1)
El =
3.ε r
.Em
1 + 2.ε r
(2)
campo elétrico local
E m - campo elétrico médio
ε r - permissividade elétrica relativa
Considerando um dielétrico com permissividade relativa igual a 2,5 e um vazio
plano com espessura de 1mm e pressão do gás no interior de1 atm e verificando a
curva de Paschen, o campo elétrico local crítico é de 6,8kV/mm. Desta forma, as
descargas parciais neste defeito devem iniciar para um campo elétrico médio acima
de 2,7 kV/mm. Este campo elétrico é inferior aos campos elétricos normalmente
utilizados em sistemas de isolamento poliméricos.
2.3.2 GERAÇÃO DE ELÉTRONS INICIAIS
A segunda condição para ocorrência das descargas é a disponibilidade de
elétrons livres na região do vazio onde o campo elétrico local está acima do campo
elétrico crítico. Estes elétrons são necessários para dar início ao processo de
avalanche da descarga, e podem ser gerados de várias formas:
15
Quando ainda não ocorreram descargas no vazio, isto é, vazio virgem, a
primeira descarga dependerá da geração de elétrons livres através da foto-ionização
do gás no interior do vazio. A foto-ionização depende da interação da radiação
cósmica ou da radiação natural do meio (radiação de fundo) com o gás no interior do
vazio ou com a própria superfície do vazio. Medidas do tempo de atraso para a
ocorrência da primeira descarga em vazios virgens, mostram estar de acordo com o
tempo de atraso (time lag) calculado [4], levando-se em consideração a
probabilidade de interação dessas radiações com o vazio. A probabilidade de
interação é proporcional ao volume do vazio, à densidade do gás e à densidade de
fluxo de radiação. Outro mecanismo que poderia gerar os elétrons iniciais seria a
emissão por campo pela superfície interna do vazio. Este segundo mecanismo é
pouco provável devido a elevada função trabalho apresentada pelas superfícies lisas
dos materiais poliméricos [4].
Após a ocorrência da primeira descarga, elétrons iniciais adicionais estarão
disponíveis na forma de cargas superficiais depositadas na superfície interna do
vazio. A emissão desses elétrons presos em ”armadilhas” na superfície do vazio,
deve obedecer um processo de emissão térmica [4]. A carga superficial depositada
nas superfícies internas do vazio depende da carga total transferida na descarga
anterior e das propriedades da superfície. As propriedades da superfície interna do
vazio se alteram ao longo da vida do material, sendo que, o bombardeamento iônico,
em geral, aumenta a condutividade elétrica da superfície diminuindo o tempo de
permanência dessas cargas nas armadilhas [4].
16
2.4
PRINCÍPIOS DE DETECÇÃO
A ocorrência da descarga parcial dentro de um vazio causa uma rápida
transferência de cargas entre as superfícies opostas do vazio, na direção do campo
elétrico aplicado. Esta transferência de cargas implica em um novo arranjo das
cargas na amostra como um todo e, como conseqüência, aparece um pulso de
corrente no circuito externo do qual a amostra faz parte (ver Figura 10). Em geral o
pulso de corrente apresenta uma largura média na ordem de dezenas de
nanosegundos e a frente do pulso com tempos de subida na ordem de
picosegundos. Para detectar esses pulsos de descargas parciais são utilizados
circuitos cuja configuração deve favorecer a propagação do pulso e otimizar a sua
detecção. Um circuito básico para medição de descargas parciais é mostrado na
Figura 10.
Figura 10 - Circuito básico para detecção de pulsos de descargas
parciais em uma amostra de material dielétrico.
A fonte de alta tensão alternada U fornece alimentação para o circuito. Em
geral as fontes de alimentação de alta tensão utilizam transformadores elevadores
de tensão e estes apresentam alta impedância para pulsos de alta freqüência. Para
que o pulso de corrente devido a descarga parcial possa se propagar e ser
detectado na impedância de medição Z, um capacitor de acoplamento K é colocado
em paralelo com a capacitância a da amostra. Desta forma, o circuito série formado
17
por K, a, e Z será um caminho de baixa impedância para o pulso de descarga. O
pulso desenvolvido na impedância de medição Z é amplificado pelo amplificador A,
cuja escolha da banda de passagem depende da configuração da impedância de
medição utilizada ( ver seção 2.4.1).
Uma outra variação deste circuito de detecção é colocar a impedância de
medição em série com o capacitor de acoplamento. Esta configuração é mais
utilizada para medidas em equipamentos com operação contínua, quando não é
possível desconectar o condutor de aterramento.
2.4.1 CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS PARA A IMPEDÂNCIA DE MEDIÇÃO
A escolha da configuração adequada para a impedância de medição depende
das grandezas relacionadas às descargas parciais que se pretende medir. Para o
estudo do fenômeno de descargas parciais em amostras com defeitos gerados
artificialmente em laboratório, a forma de onda apresenta parâmetros importantes
para determinar os mecanismos da descarga, tais como amplitude, largura, tempo
de subida e tempo de descida, [3,10]. Neste caso, a impedância de medição a ser
utilizada deve se aproximar de uma resistência pura, para que a forma de onda da
corrente possa ser convertida fielmente em um pulso de tensão, e possa ser
registrada em um osciloscópio digital com memória. Também, é importante que o
amplificador utilizado possua uma banda de passagem superior ao espectro de
freqüências do pulso a ser medido, evitando que o amplificador introduza distorções
no sinal analisado.
Para medidas onde a informação mais relevante é a carga aparente
transferida (ver seção 5.1) e o instante da ocorrência da descarga, uma configuração
utilizando um circuito RLC paralelo pode ser utilizada. Na Figura 11 é mostrado um
18
diagrama elétrico de um circuito com impedância de medição RLC e uma resposta
típica do sinal medido.
Figura 11 - Impedância de medição com circuito RLC paralelo
A impedância de medição é basicamente um circuito ressonante sintonizado e
amortecido pelo resistor R, que ao ser estimulada pelo pulso rápido de corrente
responde com uma oscilação amortecida. A solução da resposta do circuito em
função do tempo, utilizando a transformada de Laplace é dada por [1]:
V (t ) =
onde:
ω=
q
 −t 
⋅ exp 
 ⋅ cos[ω ⋅ t ]
(1 + C k ) ⋅ a + C
2 ⋅ R ⋅ m
1
1
−
L⋅ m 4 ⋅ R 2 ⋅ m2
(4)
(3)
m= C+
a⋅k
a+k
(5)
Dependendo da resposta em freqüência da impedância de medição associada
aos cabos de sinal e à banda de passagem do amplificador, os circuitos de medição
podem ser classificados como: banda larga (resposta alfa), banda média (resposta
beta) ou banda estreita [15]. Os circuitos de banda estreita, com freqüências típicas
de 30kHz, apresentam oscilação pouco amortecida e baixa resolução em amplitude,
sendo pouco utilizados na prática. Os circuitos alfa e beta apresentam resposta em
freqüências superiores a 300kHz, sendo uma oscilação altamente amortecida, e
19
oferecem maior sensibilidade e resolução em amplitude. Como os pulsos de
descargas parciais possuem larguras típicas de 10 ns e frente de pulso na ordem de
5 ps, o circuito de medida associado com a impedância de medição fornece uma
resposta a estes pulsos com freqüência mais baixa, na ordem de dezenas de kHz.
Este sinal de freqüência baixa apresenta amplitude proporcional a carga aparente do
pulso de descarga e sua amplitude pode ser determinada utilizando um conversor
analógico/digital com taxa de amostragem relativamente baixa (100 ksamples/s) [24].
2.5
GRANDEZAS RELACIONADAS
Diversas grandezas podem ser associadas às medidas das amplitudes das
descargas parciais [15]. Estas grandezas são definidas pela IEC 270 [21] e/ou pela
sua versão da norma brasileira NBR 6940 [22] e são classificadas em grandezas
básicas e grandezas integradas, as quais são descritas a seguir.
2.5.1 GRANDEZAS BÁSICAS
- Carga Transferida: é a carga deslocada entre as duas superfícies internas do
vazio durante o processo de descarga e é expressa em coulombs (C). Se a
capacitância da amostra dielétrica como um todo é muito maior que a capacitância
do vazio, a carga transferida pode ser aproximada por:
qt ≅ (b + c).∆V
(6)
onde: b é a capacitância total da amostra,
c é a capacitância do vazio e
∆V é a variação de tensão nos eletrodos da amostra.
20
- Carga Aparente Transferida na Amostra: Na prática, somente a carga deslocada
nos eletrodos externos é que pode ser medida, esta grandeza chamada de carga
aparente é definida como:
q = b .∆ V
(7)
onde: b é a capacitância total da amostra,
∆V é a variação de tensão nos eletrodos da amostra.
A carga aparente pode ser determinada através da variação de tensão na
amostra ou pela integração da corrente no circuito externo durante a descarga e é
expressa em coulombs (C). A carga transferida no interior do vazio é responsável
pela deterioração da amostra, mas, em geral não pode ser medida e, também, a
capacitância c do vazio não pode ser determinada.
- Energia da Descarga: A energia transferida em cada descarga
wi
é deduzida a
partir da variação na energia armazenada na capacitância da amostra, considerando
algumas aproximações e depende da tensão instantânea na amostra no momento
da descarga
vi
( tensão de início) e da carga aparente
qi ,
sendo expressa em
joules (J).
wi = qi .vi
(8)
2.5.2 GRANDEZAS INTEGRADAS
As grandezas integradas são definidas a partir das grandezas básicas e são
medidas com equipamentos especiais.
21
- Corrente Média da Descarga: é definida como a somatória das cargas aparentes
das descargas individuais
ampères (A).
q i dividida pelo período T da medida e é expressa em
n
1
I =
T
∑q
i =1
(9)
i
- Potência da Descarga: é a energia total transferida nas descargas dividida pelo
período da medida e é expressa em watts (W).
1
P=
T
n
∑ q .v
i =1
i
i
(10)
- Taxa de Repetição: número de descargas n por unidade de tempo (1/s).
r =
n
T
(11)
- Carga Máxima: corresponde ao maior valor de carga aparente transferida durante
o período de medição:
qmax = max {q1 , q2 , q3 ,..., qn }
(12)
- Carga Média: é a somatória das cargas aparentes de cada descarga dividida pelo
número de descargas:
qmed
1 n
= ∑ qi
n i =1
(13)
22
2.6
TÉCNICAS DE ANÁLISE
2.6.1 ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES ESTATÍSTICAS
A técnica de análise de descargas parciais que é conhecida como “PhaseResolved Partial Discharge Analysis” ou Análise das Distribuições das Descargas
Parciais em Função do Ângulo de Fase, consiste em registrar cada descarga parcial
com a sua amplitude, que é proporcional à carga aparente, e ao ângulo de fase em
relação à tensão aplicada à amostra. Para registrar os eventos que correspondem a
um par de informações, amplitude e ângulo de fase, é necessário que a leitura dos
pulsos seja realizada com um conversor analógico digital e também um sistema para
determinar o ângulo de fase em relação a um sinal de referência da tensão aplicada
à amostra.
corrente (mA)
1,0
0,5
0,0
-0,5
-1,0
tensão (kV)
10,0
5,0
0,0
-5,0
-10,0
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
tem po (m s)
Figura 12 - Representação da ocorrência de pulsos de corrente de
descarga parcial em relação ao ângulo de fase da tensão aplicada à
amostra.
23
Na Figura 12 está representada a ocorrência de pulsos de descargas parciais
em relação à tensão aplicada nos eletrodos da amostra. Com o conjunto de dados
acumulados durante o período de medição, que corresponde a um número inteiro de
períodos da tensão aplicada à amostra, é possível gerar algumas distribuições
estatísticas, as quais são utilizadas para identificar os defeitos geradores de
descarga parcial [25,26,27,28], descritas a seguir.
- Número de Ocorrências em Função do Ângulo de Fase Hn (Φ)
As distribuições Hn(Φ) fornecem a freqüência de ocorrência das descargas
em função do ângulo de fase. Na Figura 13 é mostrada uma distribuição das
descargas parciais que ocorrem em uma amostra de acrílico com um vazio cilíndrico
plano de 0,1 mm de altura. A medida foi realizada utilizando um o analisador de
descargas parciais MS/SPAC Modelo 120 Marubun Corp. e a diferença da forma das
distribuições nos dois semiciclos se deve à irregularidade na superfície interna do
vazio.
600
Hn ( φ) (número)
500
400
300
200
100
0
0
45
90
135
180
225
270
315
360
ângulo de fase φ
Figura 13 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais em
função do ângulo de fase da tensão aplicada à amostra
24
Em geral, descargas parciais internas em vazios geram distribuições com a
forma mostrada na Figura 13. Por outro lado, descargas parciais devidas ao efeito
corona apresentam como principal característica a ocorrência somente em torno do
valor máximo do semi-ciclo negativo da tensão aplicada. Na Figura 14 é mostrado o
resultado da medida das distribuições das descargas em um gerador corona com
tensão aplicada de 3,2 kVrms
160
140
Hn ( φ) (número)
120
100
80
60
40
20
0
0
45
90
135
180
225
270
315
360
ângulo de fase ( φ ) (graus)
Figura 14 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais por
efeito corona em função do ângulo de fase da tensão aplicada
- Carga Média em Função do Ângulo de Fase Hqmed (Φ)
Com o sistema de medição calibrado, podemos relacionar a amplitude dos
pulsos com a carga aparente transferida na descarga. Na Figura 15 é mostrada uma
distribuição da carga aparente média (ver seção 2.5.2.) em função do ângulo da
tensão aplicada em uma amostra de acrílico com um vazio cilíndrico plano.
25
120
Hqmed (φ) (pC)
100
80
60
40
20
0
0
45
90
135
180
225
270
315
360
ângulo de fase φ
Figura 15 - Distribuição da carga aparente média das descargas
parciais em função do ângulo de fase da tensão aplicada à amostra
- Distribuições das Ocorrências das Amplitudes ou Carga Aparente
A distribuição das ocorrências das amplitudes ou a carga aparente, se o
sistema for calibrado, também traz informações relevantes a respeito da evolução
das descargas parciais em sistemas de isolamento [29,30,31]. Na Figura 16 é
mostrada a distribuição de amplitudes das descargas ocorrendo em um defeito
esférico em uma amostra de epóxi.
ocorrências (número)
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
c a rg a a p a re n te (p C )
Figura 16 - Distribuição das amplitudes das descargas parciais em
uma amostra de epóxi com vazio esférico
26
Esta técnica está sendo utilizada atualmente para monitoração em linha da
evolução das descargas parciais em sistemas de isolamento de grandes geradores.
- Parâmetros Estatísticos das Distribuições
Os parâmetros estatísticos dessas distribuições são utilizados em correlações
com os tipos de defeitos [12,18,25,32,33]. Alguns fabricantes de analisadores de
descargas parciais fornecem software para a identificação de prováveis tipos de
defeitos através da utilização de redes neurais treinadas com os parâmetros
estatísticos das distribuições geradas por defeitos conhecidos. Os parâmetros
estatísticos das distribuições: valor médio, desvio padrão, assimetria e curtose são
definidos da seguinte forma:
n
Valor Médio
∑ x . f (x )
i
i =1
n
m=
i
∑ f (x )
i
i =1
n
Desvio Padrão
σ2 =
∑ (x
i
i =1
− m ) . f ( xi )
2
∑ f (x )
i
n
Assimetria (Skewness)
(15)
n
i =1
s=
(14)
∑ (x − m ) . f ( x )
3
i
i =1
i
n
σ 3 .∑ f ( xi )
(16)
i =1
n
Curtose (Kurtosis)
K=
∑ (x
i =1
− m ) . f ( xi )
4
i
n
σ .∑ f ( xi )
4
i =1
(17)
27
T. Okamoto e T.Tanaka [12] mediram as distribuições Hn(q) em uma amostra
de epóxi com um vazio cilíndrico, a qual foi envelhecida sob ação de campo elétrico,
e verificaram a existência de correlação entre o parâmetro de assimetria das
distribuições (skewness) e os estágios de envelhecimento do material. Eles
observaram que este parâmetro de assimetria torna se negativo durante o
crescimento de arborescêcia elétrica no material. Desta forma sugerem que a
ruptura do material pode ser prevista através do acompanhamento deste parâmetro.
- Representação em 3-Dimensões
As ocorrências das descargas parciais em função do ângulo de fase e das
amplitudes podem ser representadas em 3D, onde é possível visualizar facilmente a
evolução das descargas.
D escarga Parcial Interna
vazio esférico 1m m epoxi
60
50
ocorrências (n)
150
40
100
30
50
0
0
20
45
90 135 180 225 270 315 360
ca
rg
a
a
ap
re
n
te
(p
C
)
10
angulo de fase φ (graus)
Figura 17 - Representação 3D das ocorrências das descargas parciais
em função do ângulo de fase e da amplitude
28
Na Figura 17 é mostrada a representação 3D das descargas parciais em
amostra de epóxi com vazio esférico de 1mm de diâmetro. Uma outra forma de
representar os mesmos dados utilizando mapas de cores ou tons de cinza é
mostrada na Figura 18.
1 4 0 .0 - - 1 6 0 .0
1 2 0 .0 - - 1 4 0 .0
1 0 0 .0 - - 1 2 0 .0
8 0 .0 0 - - 1 0 0 .0
6 0 .0 0 - - 8 0 .0 0
4 0 .0 0 - - 6 0 .0 0
2 0 .0 0 - - 4 0 .0 0
0 - - 2 0 .0 0
60
55
carga aparente (pC)
50
45
40
35
30
25
20
0
45
90
135
180
225
270
315
360
a n g u lo d e f a s e φ ( g r a u s )
Figura 18 - Representação da ocorrência das descargas parciais em
função do ângulo de fase e da amplitude utilizando mapas em tons de
cinza
2.7
ANÁLISE DAS FORMAS DE ONDA
A análise da evolução do pulso de descarga no tempo é utilizada para estudar
o fenômeno das descargas parciais em vazios em materiais dielétricos. As formas de
onda das descargas apresentam comportamentos distintos dependendo do tipo de
defeito gerador e do estágio de degradação [10]. A técnica consiste em registrar a
forma de onda do pulso de descarga para posterior análise. Para que os pulsos
registrados sejam fiéis à evolução da descarga, a impedância de medição deve ser
29
uma resistência pura, isto significa que, capacitâncias e indutâncias parasitas dos
cabos que transportam o sinal devem ser minimizadas. O osciloscópio a ser utilizado
deve possuir limite de banda superior > 1GHz e taxa de amostragem > 2 GS/s. Na
Figura 19 é mostrado o sinal de uma descarga parcial corona registrada em um
osciloscópio Tektronicx TDS 210.
0,0
corrente (µA)
-50,0
-100,0
-150,0
-200,0
-250,0
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
tempo (ns)
Figura 19 - Forma de onda de uma descarga parcial por efeito corona
registrada por um osciloscópio Tektronicx TDS 210
Utilizando a análise dos espectros de freqüência do pulso de descarga parcial
e realizando estatísticas relacionadas com parâmetros do pulso, tais como a largura
a meia altura e o tempo de subida da frente de onda, é possível classificar tipos de
descargas e relacioná-las com as fases de envelhecimento do material [10]. Na
Figura 20 é representado o espectro de freqüências do sinal medido obtido através
da Transformada Rápida de Fourier (FFT).
30
Frequência (Hz)
Ângulo (graus)
2,00E+007
4,00E+007
6,00E+007
8,00E+007
1,00E+008
1000
500
0
-500
-1000
0,06
Amplitude
0,04
0,02
0,00
100k
1M
10M
100M
Frequência (Hz)
Figura 20 - Espectro de frequência de um pulso de descarga parcial
obtido por Transformada Rápida de Fourier (FFT)
31
3
COMPORTAMENTO DAS DESCARGAS PARCIAIS ESTIMULADAS POR
RAIO X PULSADO
A influência do raio x sobre a ocorrência de descargas parciais foi investigada
anteriormente por S. Rizzetto et al. [6] com o objetivo de verificar se haveria aumento
na sensibilidade de detecção do sistema e se haveria possibilidade de localizar
vazios em espaçadores de epóxi utilizados em subestações isoladas a gás.
Amostras de epóxi de 4 mm de espessura contendo vazios esféricos com diâmetros
de 0,2 mm a 2,0 mm com campo elétrico de 15 kV/mm foram irradiadas com raio x
de 65 kV - 1,1 mA. A principal conclusão apresentada por S. Rizzetto et al. é que a
interação do raio x com o gás no interior do vazio reduz a tensão de início das
descargas parciais em média para 50 % em relação a tensão de início sem raio x,
para a maioria das intensidades de feixe utilizadas. Um outro efeito observado é que
a taxa de ocorrência das descargas aumenta de forma proporcional a intensidade do
feixe de raio x e a tensão aplicada [6].
A vantagem de estimular descargas parciais por raio x é que podemos
modular a ocorrência das mesmas e as medidas tornam-se mais precisas e
repetitivas, já que o tempo estatístico de ocorrência das descargas (time lag) é
reduzido pela ionização do gás no interior do vazio. Desta forma, podemos
direcionar o feixe de raio x na amostra e ativar os defeitos geradores de descargas
de forma individual, obtendo a localização dos mesmos [6,34,35].
Neste trabalho nós introduzimos a técnica para estimular as descargas
parciais utilizando um feixe de raio x pulsado. A técnica consiste em disparar os
pulsos de raio x em sincronismo com a tensão alternada aplicada à amostra, e
registrar as distribuições das ocorrências das descargas em função do ângulo de
32
fase. O comportamento das distribuições de ocorrências das descargas é registrado
utilizando um analisador de descargas parciais com resolução em ângulo de fase
(PRPDA - Phase Resolved Partial Discharge Analyser ).
3.1
TÉCNICA DE PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS COM VAZIOS ESFÉRICOS
Um tipo comum de vazios que se formam em materiais poliméricos são
bolhas com formas esféricas ou elipsoidais. Em geral estas bolhas são preenchidas
com ar atmosférico devido às infiltrações ou com vapores resultantes do processo de
cura do polímero. Com o objetivo de simular estes tipos de defeitos em materiais
poliméricos e avaliar o método de obtenção de imagens, preparou-se amostras de
material epóxi com vazios com forma esférica gerados de forma artificial.
A técnica de preparação de amostras consiste em duas fases. Inicialmente é
preparada uma amostra de resina epóxi liquida sendo a mesma misturada com o
catalisador. Durante o processo de mistura formam-se bolhas devidas à infiltração
do ar atmosférico. Com a resina ainda na forma líquida, algumas bolhas são
selecionadas, em função da forma geométrica e dimensão, e separadas com a
utilização de uma agulha, sendo as demais eliminadas. Após o término do processo
de cura, a amostra é cortada em cubos, cada um contendo uma bolha selecionada.
A segunda fase da preparação consiste em posicionar um cubo no centro de
uma fôrma com formato de disco e preenchê-la com a resina epóxi misturada com o
catalisador, totalmente livre de bolhas. Aguardando o processo de cura, obtemos
uma amostra com uma única bolha selecionada e posicionada no centro.
Após a secagem da amostra são colocados os eletrodos. Um eletrodo
cilíndrico de alumínio, onde será aplicado a alta tensão, é fixado em um dos lados da
33
amostra. O eletrodo é inicialmente colado na amostra, utilizando a própria resina
epóxi, e após a secagem, o mesmo é totalmente revestido de resina epóxi com o
objetivo de evitar descargas parciais corona na sua superfície. O lado oposto da
amostra é pintado com tinta prata, formando o eletrodo de baixa tensão, o qual será
conectado ao ponto de potencial zero do circuito (terra).
Na Figura 21 é mostrada uma representação esquemática da preparação de
uma amostra com vazio esférico.
Figura 21 - Diagrama esquemático de uma amostra com um vazio
esférico.
Para a primeira fase de caracterização do método de obtenção de imagens,
foram confeccionadas 4 amostras em forma de discos com diâmetro de 40 mm e
espessura de 2 mm. As três primeiras contendo um vazio esférico centrado e a
quarta amostra apresentando uma distribuição aleatória de vazios esféricos com
diâmetros diversos. As amostras foram identificadas da forma apresentada na
Tabela 1 e na Figura 22 é apresentada uma vista de uma das amostras utilizadas.
34
AMOSTRA DE EPÓXI
DIÂMETRO DO VAZIO
(IDENTIFICAÇÃO)
(mm)
E01
1,2
E02
1,5
E03
0,9
E04
DIVERSOS
Tabela 1 - Identificação das amostras de epóxi em função do diâmetro
dos vazios esféricos gerados de forma artificial
Figura 22 - Fotografia de uma amostra com o eletrodo de alumínio.
3.2
DESCRIÇÃO DO ARRANJO EXPERIMENTAL
Foram construídas amostras de epóxi em forma de disco com 2mm de
espessura e com um vazio esférico de 1mm de diâmetro aproximadamente, gerado
artificialmente. A amostra foi submetida a um campo elétrico alternado de 6 kV/mm –
60 Hz e simultaneamente exposta aos pulsos do feixe de raio x. O feixe com um
35
diâmetro aproximado de 2mm, gerado por um tubo de raio x com alvo de molibdênio
a uma tensão de 35 kV, foi direcionado em cima do vazio esférico da amostra.
Gerador de
sinais
Amplificador de
potência
Transformador
elevador de
alta tensão
amostra
Gerador de
Raio X Pulsado
Alta tensão
sincronismo
Microcomputador
Pentium 100
Impedância
de medida
Analisador de
Descargas Parciais
MS/SPA 120
Sinal de DP
Figura 23 - Diagrama esquemático do arranjo experimental para
estimular descargas parciais por pulsos de raio x.
Um diagrama esquemático do arranjo experimental é apresentado na Figura
23. O gerador de raio x utilizado foi do tipo retificado em meia onda, onde o próprio
tubo de raio x atua como retificador de alta tensão. Desta forma, o tubo emite os
fótons de raio x obedecendo uma distribuição no domínio do tempo, com um máximo
de emissão coincidente com o máximo de um dos semi-ciclos da tensão senoidal
aplicada ao próprio tubo de raio x. Para gerar a tensão senoidal responsável pelo
campo elétrico a ser aplicado à amostra, livre de distorções harmônicas, foram
utilizados um gerador de sinal senoidal em 60 Hz, um amplificador de potência e um
transformador elevador de tensão. O arranjo experimental permite que os pulsos de
raio x possam ser sincronizados com a tensão aplicada à amostra.
36
0,8
0,6
0,4
0,2
Intensidade Relativa
1,0
0
50
100
150
200
250
300
350
Po
si
çã
o
Si
nc
r
on
ism
o
0,0
Ângulo de Fase (φ) (graus)
Figura 24 - Distribuição temporal dos pulsos de raio x para diversas
posições de sincronismo em relação ao ângulo de fase da tensão
aplicada à amostra.
Na Figura 24 são mostradas as distribuições geradas pela medida dos pulsos
de saída de uma válvula foto-multiplicadora, registrados em função do ângulo de
fase da tensão aplicada a amostra. A medida das distribuições foi realizada para
diversas posições de sincronismo em relação à tensão aplicada à amostra.
Para a medida dos pulsos de descarga, foi utilizado um Analisador de
Descargas Parciais modelo MS/SPAC120 Morubun Corp.. O analisador registra a
amplitude e o ângulo de fase de cada descarga, durante um certo período de
medida e, em seguida, transfere esses dados para o microcomputador. O
microcomputador trata os dados e gera as matrizes das distribuições estatísticas das
ocorrências das descargas em função da amplitude e do ângulo de fase.
37
3.3
ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES DAS DESCARGAS PARCIAIS
Os pulsos de raio x foram sincronizados inicialmente no primeiro quadrante do
campo elétrico senoidal aplicado à amostra (entre 0° e 90°). A intensidade dos
pulsos de raio x foi alterada em função da variação da corrente no filamento do tubo
na faixa de 2 a 18 mA. As distribuições das ocorrências das descargas para cada
intensidade dos pulsos de raio x são mostradas na Figura 25. A linha tracejada
representa a intensidade do feixe de raio x em unidade arbitrária. A primeira
observação importante a respeito do comportamento das descargas parciais
estimuladas por raio x pulsado, é que estas ocorreram somente no intervalo de
tempo coincidente com o intervalo de tempo de duração do pulso de raio x, para
todos os níveis de intensidade do feixe utilizado. Este fato mostra que, nestas
condições, as descargas estão sendo moduladas pelo pulso de raio x, não havendo
outro mecanismo de inicialização atuante. Uma segunda observação importante, é
que a amplitude e a largura da distribuição das ocorrências das descargas depende
da intensidade do feixe de raio x. Para uma análise mais detalhada, na Figura 26
temos uma ampliação das distribuições das descargas na região do pulso de raio x.
Podemos observar que para uma intensidade do pulso de raio x relativamente baixa,
correspondente a corrente de 2 mA no tubo de raio x, a distribuição apresenta menor
amplitude e largura relativamente maior. Ao passo que se a intensidade do pulso de
raio x aumenta, a amplitude da distribuição também aumenta, de forma diretamente
proporcional, seguida de um estreitamento da sua base.
38
450
C orrente no T ubo
2 mA
6 mA
10 m A
14 m A
18 m A
Int. R X
400
Hn ( φ) (número)
350
300
250
200
150
100
50
0
0
45
90
135
180
225
270
315
360
ang ulo de fase φ (graus)
Figura 25 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais
estimuladas por raio x pulsado, no primeiro quadrante da tensão
aplicada à amostra (entre 0° e 90°), para diversos valores de
intensidade dos pulsos de raio x.
450
Corrente no Tubo
2 mA
6 mA
10 mA
14 mA
18 mA
Int. RX
400
350
Hn ( φ)
300
250
200
150
100
50
0
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
angulo de fase φ (graus)
Figura 26 - Ampliação da região de distribuição das ocorrências das
descargas parciais estimuladas por raio x pulsado, no primeiro
quadrante da tensão aplicada à amostra, para diversos valores de
intensidade dos pulsos de raio x.
39
Com uma maior intensidade de fótons, há uma maior probabilidade de
ionização do gás no interior do vazio e, como conseqüência, um aumento na
geração de elétrons iniciais, causando a redução do tempo de atraso para
ocorrência das descargas. Desta forma, as ocorrências das descargas tendem a
concentrar-se próximas do instante onde o campo elétrico local ultrapassa o campo
elétrico crítico, definindo um ângulo crítico mínimo para a sua ocorrência (início da
distribuição aproximadamente 15°). Quando a intensidade de raio x é suficiente para
estimular uma descarga a cada ciclo do campo elétrico senoidal, a distribuição será
concentrada no ângulo crítico e o número de ocorrências não dependerá mais da
intensidade do pulso de raio x, atingindo a saturação. Comportamento semelhante
foi observado quando as descargas foram estimuladas em outras posições de
sincronismo. Na Figura 27 são mostradas as distribuições das ocorrências de
descargas estimuladas no terceiro quadrante (entre 180° e 270°).
Posicionando o pulso de raio x entre o intervalo de ângulo de fase entre -45° e
45° (ver Figura 28), verificou-se novamente a dependência da amplitude da
distribuição com a intensidade dos pulsos de raio x. Porém, neste caso, não há um
alargamento da base das distribuições para os menores valores de intensidade do
pulso de raio x. Apesar da distribuição ter seu início a partir do ângulo crítico
(aproximadamente 15°), o seu ramo descendente, fica limitado pela distribuição
temporal do pulso de raio x. Este fato mostra novamente que as descargas estão
ocorrendo somente pela interação do pulso de raio x com o vazio.
40
200
Corrente no Tubo
2 mA
6 mA
10 mA
14 mA
18 mA
Int.Raio X
Hn ( φ)
150
100
50
0
0
45
90
135
180
225
270
315
360
angulo de fase φ (graus)
Figura 27 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais
estimuladas por raio x pulsado, no terceiro quadrante da tensão
aplicada à amostra para diversos valores da intensidade dos raio x.
350
Corrente no Tubo
2 mA
6 mA
10 mA
14 mA
18 mA
Int. RX
300
Hn ( φ)
250
200
150
100
50
0
-45
-30
-15
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
angulo de fase φ (graus)
Figura 28 - Distribuição das ocorrências das descargas parciais
estimuladas por raio x pulsado, para ângulos de fase entre -45° e
+45°, para diversos valores de intensidade do pulso de raio x.
41
Na Figura 29 são mostradas distribuições de ocorrências de descargas em
uma amostra, onde outros mecanismos de inicialização de descargas parciais estão
atuantes.
200
180
Corrente no Tubo
2 mA
6 mA
10 mA
14 mA
18 mA
Int. RX
160
140
Hn ( φ)
120
100
80
60
40
20
0
0
45
90
135
180
225
270
315
360
angulo de fase φ (graus)
Figura 29 - Distribuições de ocorrências das descargas parciais em
uma amostra estimulada por raio x pulsado e também distribuições
de ocorrências devidas a outros fatores de inicialização.
As duas primeiras distribuições de ocorrências, a primeira a 15° e a segunda
a 195° aproximadamente, estão fora do intervalo do pulso de raio x e possuem
amplitude constante, ou seja, independem da intensidade do pulso de raio x. Por
outro lado, a terceira distribuição está sendo modulada pelo pulso de raio x. Outro
fato a observar é que estas duas primeiras distribuições, com amplitude constante,
ocorrem próximas ao ângulo crítico, tanto para o semi-ciclo positivo quanto para o
negativo. Segundo Gutfleisch et al. [4] descargas que ocorrem após a inversão do
semi-ciclo são devidas a elétrons liberados de armadilhas na superfície interna do
vazio.
42
3.4
DEPENDÊNCIA DO ÂNGULO CRÍTICO COM O CAMPO ELÉTRICO LOCAL
Quando há elétrons livres em número suficiente no interior do vazio para
inicialização da avalanche, as descargas tenderão a ocorrer quando o campo
elétrico local ultrapassar o campo elétrico crítico. Na Figura 30 está representada a
variação temporal do campo elétrico local no semi-ciclo positivo da tensão senoidal
aplicada à amostra. A primeira curva (campo elétrico alto), representa um caso onde
o campo elétrico local apresenta amplitude algumas vezes superior ao valor crítico
(linha tracejada), A segunda curva (campo elétrico baixo), representa um campo
elétrico local, cuja amplitude é ligeiramente superior ao valor crítico. Para o primeiro
caso, o campo elétrico local ultrapassa o valor crítico em um ângulo crítico baixo (ver
ponto A da Figura 30), e para o segundo caso, o ângulo crítico deverá ser próximo a
90° (ver ponto B da Figura 30). Se o valor de pico for inferior ao valor crítico não
haverá ocorrência das descargas.
1,0
Campo Elétrico Local
(unidade relativa)
0,8
Campo Elétrico
Alto
Baixo
Crítico
0,6
0,4
0,2
A
B
0,0
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
Angulo de Fase φ (graus)
Figura 30 - Representação do campo elétrico local ultrapassando o
valor crítico e definindo um ângulo crítico para ocorrência das
descargas parciais.
43
A análise anterior foi confirmada experimentalmente quando foi fixada a
intensidade do feixe de raio x , relativa a corrente de 14 mA no tubo e sincronizado
no primeiro quadrante da tensão aplicada, garantindo a geração de elétrons livres
em quantidade suficiente para iniciar as descargas. Os resultados das medidas das
distribuições para diferentes valores de campo elétrico aplicado à amostra são
apresentados na Figura 31. Para um campo elétrico de 5,4 kV/mm, a distribuição
tem seu início em um ângulo crítico pequeno (aproximadamente 22°), ao passo que
quando o campo elétrico é reduzido para 3,9 kV/mm, o ângulo crítico desloca-se
tendendo ao limite de 90°.
300
270
240
Campo Elétrico Aplicado
3,9 kV/m
4,5 kV/mm
5,1 kV/mm
5,4 kV/mm
Hn ( φ) (número)
210
180
150
120
90
60
30
0
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
ângulo de fase φ (graus)
Figura 31 - Deslocamento do ângulo crítico para ocorrências das
descargas parciais em função do campo elétrico aplicado à amostra.
Intensidade dos pulsos de raio x constante.
44
3.5
ANÁLISE DAS DISTRIBUIÇÕES DE AMPLITUDE DAS DESCARGAS
PARCIAIS
A amplitude das descargas parciais, que está relacionada com a carga
transferida entre as paredes internas opostas do vazio, depende do valor
instantâneo do campo elétrico local na inicialização da descarga. Desta forma,
descargas
que
possuem
um
tempo
de
atraso
de
ocorrência
maior
e,
conseqüentemente, são inicializadas em tempos próximos aos máximos do campo
elétrico senoidal aplicado, devem apresentar uma amplitude relativa maior. Este fato
é verificado quando construímos a distribuição das amplitudes das descargas
estimuladas por raio x pulsado em função da amplitude, para os diversos valores de
intensidade dos pulsos de raio x.
600
Corrente no Tubo
2 mA
6 mA
10 mA
14 mA
18 mA
Ocorrências (número)
500
400
300
200
100
0
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
amplitude (unidade arbitrária)
Figura 32 - Distribuições de ocorrências das descargas parciais, em
função da amplitude, para diferentes valores de intensidade do pulso
de raio x
45
Na Figura 32 pode-se observar que a distribuição de amplitudes das descargas que
foram estimuladas por raio x pulsado com intensidade relativa mais baixa (ver curva
correspondente a corrente no tubo de 2 mA), apresentam um valor médio mais alto
que as estimuladas com intensidade do pulso de raio x mais alta (ver curva
correspondente a corrente no tubo de 18 mA).
3.6
INFLUÊNCIA DA VARREDURA DO FEIXE DE RAIO X NA REGIÃO DO
DEFEITO
Os resultados obtidos na investigação da influência da intensidade do feixe de
raio x pulsado apresentados na seção 3.3 mostraram a correlação entre a amplitude
das distribuições das ocorrências das descargas e a intensidade dos pulsos de raio
x. Se a intensidade do feixe de raio x for mantida constante, e realizarmos uma
varredura do feixe sobre toda a superfície da amostra, devemos esperar um
comportamento semelhante ao da variação da intensidade, quando o feixe estiver
próximo a região do defeito. Quando o feixe estiver fora da região do vazio, a
probabilidade de ocorrência da descarga num intervalo próximo ao ângulo crítico
será mínima, já que o pulso de raio x não está estimulando as descargas parciais no
vazio. Por outro lado, quando o feixe encontrar a região do vazio (ver Figura 33), a
área de interseção entre a área irradiada pelo feixe e a projeção da área do vazio na
superfície da amostra será diferente de zero. A intensidade dos pulsos de raio x, que
irá estimular as descargas, será proporcional a esta área de interseção. Para
verificar este comportamento, realizou-se medidas das distribuições mudando a
posição do feixe de raio x pulsado na região da amostra próxima ao defeito. Os
resultados são mostrados na Figura 34.
46
Figura 33 - Representação da área de interseção entre a área irradiada
pelo feixe de raio x e a área projetada pelo vazio na superfície da
amostra
140
120
Posição do feixe em relação
ao defeito esférico
Em cima
1 mm acima
2 mm acima
1 mm abaixo
2 mm abaixo
Int. Relativa de raio X
Hn ( φ)
100
80
60
40
20
0
0
45
90
135
180
225
270
315
360
angulo de fase φ (graus)
Figura 34 - Varredura do feixe de raio x com diâmetro de "spot"
aproximado de 2 mm na região da amostra com vazio de diâmetro
aproximado de 1 mm.
47
Os resultados confirmam o comportamento descrito acima, quando o feixe foi
posicionado a 2 mm acima e abaixo do defeito (ver distribuições correspondentes na
Figura 34), somente uma pequena parte da radiação interagiu com o defeito,
gerando distribuições de baixa amplitude. Ao posicionar o feixe a 1mm acima e
abaixo do defeito, a amplitude das distribuições apresentou um aumento
significativo, mostrando a ocorrência de uma maior interação do feixe com a
amostra. Por último, quando o feixe foi posicionado em cima do defeito, houve um
aumento maior ainda da amplitude e um correspondente estreitamento da base da
distribuição, mostrando uma máxima interação do feixe com o defeito.
Estes resultados mostraram que as formas das distribuições das descargas
dependem da posição do feixe em relação ao defeito. Este fato mostrou que além de
localizar os defeitos, podemos determinar seus contornos e obter informações a
respeito da geometria dos mesmos. Com o objetivo de utilizar os resultados
descritos acima para construir imagens dos defeitos geradores de descarga parcial
foi desenvolvido um sistema para obtenção dos dados de forma automática.
48
4
DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE IMAGENS
Com base nos resultados obtidos nos estudos do comportamento das
descargas parciais estimuladas por raio x pulsado foi desenvolvido um sistema
protótipo para aquisição de imagens de defeitos por descarga parcial estimulada por
raio x pulsado. A técnica de obtenção de imagens consiste em realizar uma
varredura automática com um feixe de raio x pulsado e colimado sobre a superfície
da amostra e registrar as distribuições estatísticas das descargas em cada ponto da
amostra, gerando uma matriz de dados. Com os parâmetros escolhidos das
distribuições e a posição do feixe, é construída a imagem de defeitos.
Neste
capítulo
mostra-se
inicialmente,
com
descrição
detalhada,
o
desenvolvimento do sistema protótipo de aquisição de imagens. O sistema foi
desenvolvido com a finalidade de caracterizar o método de obtenção de imagens
através da utilização de amostras com defeitos controlados, gerados de forma
artificial.
Na Figura 35 é mostrado um diagrama esquemático do sistema protótipo. O
sistema pode ser dividido, para fins didáticos, em 4 partes. A primeira e a segunda
parte consistem na geração de raio x pulsado e geração da tensão alternada a ser
aplicada à amostra, respectivamente. A terceira parte é responsável pela varredura
do feixe de raio x sobre a amostra. A quarta parte consiste do Analisador de
Descargas Parciais com Resolução em Amplitude e Fase, cujo desenvolvimento e o
princípio de funcionamento das partes são descritos a seguir.
49
Alta tensão
Gerador de
sinais
Transformador
elevador de
alta tensão
Amplificador de
potência
Chopper de
raios X
Tubo de
raios X
amostra
sincronismo
Impedância
de medida
Microcomputador
Pentium 100
ref. de fase
Analisador de
Descargas Parciais
MS/SPA 120
Posição xy
Sinal de DP
Posicionanador
xy
Pré-amplificador
sinal DP
Figura 35 - Diagrama esquemático do sistema protótipo de aquisição
de imagens de defeitos por descarga parcial estimulada por raio x
pulsado
4.1
GERAÇÃO DOS PULSOS DE RAIO X
Para a geração do feixe de raio x foi utilizado um gerador de raio x modelo
CHF 160S Gilardoni, o qual utiliza um tubo com alvo de tungstênio e admite uma
tensão máxima de 160 kV e corrente máxima de 10 mA. O gerador de tensão para o
tubo de raio x gera tensão contínua e, desta forma, o feixe de raio x emitido é
também de forma contínua. O feixe de raio x foi colimado utilizando um colimador de
chumbo com um orifício circular de 0,5 mm de diâmetro.
Para produzir pulsos de raio x sincronizados com a tensão a ser aplicada à
amostra foi construído um “chopper” de raio x. Este dispositivo consiste de uma
placa de chumbo em forma circular, com duas aberturas retangulares, que gira com
rotação constante, acionada por um motor elétrico, interrompendo e liberando o fluxo
do feixe de raio x. Um dispositivo foto-acoplador foi incorporado de forma que o
50
caminho óptico do mesmo seja paralelo ao caminho óptico do feixe de raio x,
permitindo que os dois feixes sejam bloqueados e liberados simultaneamente
durante a rotação do disco de chumbo. Na Figura 36 é mostrada uma fotografia do
“chopper” de raio x.
Figura 36 - Fotografia do “Chopper” de raio x. 1 - Disco giratório de
chumbo. 2 - Janelas. 3 - foto-acoplador. 4 - Suporte do motor
Um circuito comparador ligado ao foto-acoplador, montado próximo ao
“chopper”, gera um sinal lógico correspondente a abertura do pulso de raio x. Este
sinal é utilizado para sincronizar o pulso de raio x com a tensão a ser aplicada à
amostra. Na Figura 37 é mostrado o diagrama esquemático do circuito comparador
do foto-acoplador.
51
Figura 37 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do fotoacoplador.
Considerando-se a observação feita na seção 3.3, que os comportamentos
das descargas são semelhantes quando estimuladas no primeiro e terceiro
quadrantes da tensão aplicada, o disco de chumbo foi confeccionado com duas
janelas retangulares dispostas a 180°. Desta forma, dois pulsos de raio x serão
disparados a cada ciclo gerando distribuições de descargas no primeiro e terceiro
quadrante da tensão aplicada à amostra. O disparo dos pulsos em cada meio ciclo
da tensão reduz pela metade os ciclos a serem analisados. Isso reduz o tempo de
análise em cada ponto sobre a amostra, uma vez que o número de descargas
geradas será praticamente duas vezes maior em relação a um único disparo por
ciclo.
Com base na largura das distribuições mostradas na seção 3.3, a abertura
das janelas foi calculada de forma a corresponder a 20 graus em relação a uma
revolução completa (360 graus). Assim, o início do pulso de raio x pode ser
sincronizado a partir do ângulo crítico e a amostra será irradiada somente durante o
52
período onde há maior probabilidade de ocorrência das descargas. A escolha dessa
largura da janela também tem como objetivo, diminuir o tempo de exposição da
amostra ao feixe de raio x, evitando possíveis danos devido a radiação. Na Figura 38
é mostrada a forma de onda da tensão a ser aplicada à amostra, sincronizada com
os pulsos de saída do circuito do foto-acoplador. Neste caso, temos um pulso no
semiciclo positivo e um segundo pulso no semiciclo negativo da tensão senoidal. Isto
permite que as descargas sejam estimuladas nos dois semiciclos, em períodos
iguais em relação ao início dos mesmos.
32
Sinal do Chopper
Tensão Aplicada
24
Tensão (V)
16
8
0
-8
-16
-24
-32
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
Tempo (ms)
Figura 38 - Forma de onda do sinal do “Chopper” utilizado para
sincronizar a tensão senoidal aplicada à amostra.
O motor do “chopper” quando alimentado em 127 VAC, tem sua rotação
estabilizada em 3.390 RPM. Desta forma, é possível sincronizar a tensão senoidal
na freqüência de 56,5 Hz. Nesta freqüência, o período correspondente é de 17,7 ms
e o tempo de duração de cada pulso de raio x é de 1,1 ms.
53
4.2
GERAÇÃO DA TENSÃO ALTERNADA
Para que a medida das descargas parciais possa ser realizada sem
interferências indesejáveis, a tensão a ser aplicada à amostra deve apresentar uma
forma senoidal pura, livre de distorções harmônicas e ruídos. Para esta finalidade, foi
utilizado um gerador de sinal HP3310B, gerando um sinal com forma senoidal, cuja
amplitude pode ser ajustada entre 0 e 1 Vpp, sincronizado com o sinal do “chopper”.
Uma outra característica importante do gerador de sinal é que a entrada de
sincronismo permite um ajuste de deslocamento de fase. Com isso, é possível
ajustar o início do pulso de raio x coincidindo com o ângulo crítico de ocorrência das
descargas,
possibilitando
que
estas
sejam
estimuladas
no
período
cuja
probabilidade de ocorrência é máxima.
Figura 39 - Circuito de medida de descargas parciais. T transformador elevador de tensão, K - capacitor de acoplamento, a amostra, Z - impedância de medição e A - pré-amplificador.
Em seguida, o sinal senoidal é amplificado em um amplificador de potência
Brüel&Kjaer Type 2713 , podendo atingir uma amplitude de 0 a 100 Vpp. A tensão
da saída do amplificador de potência é fornecida ao primário de um transformador
elevador de tensão Osaki Electric Co. Ltd., tipo EM10C  com relação 1:120. No
54
secundário do transformador elevador desenvolve-se uma tensão ajustável entre 0 e
12 kVrms, a qual é aplicada ao circuito de medida de descargas parciais. O circuito
de medida é mostrado na Figura 39.
4.3
ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS COM RESOLUÇÃO EM
AMPLITUDE E FASE
Com o objetivo de medir as descargas foi desenvolvido um Analisador de
Descargas Parciais com Resolução em Amplitude e Fase. O analisador consiste em
um dispositivo eletrônico capaz de detectar a ocorrência dos pulsos de descarga e
registrar a amplitude e o ângulo de fase de cada descarga durante um período de
medida pré determinado. O diagrama em blocos dos estágios do analisador é
mostrado na Figura 40.
Figura 40 - Diagrama em blocos do analisador de descargas parciais
com resolução em amplitude e fase e controle do posicionamento da
amostra.
55
Com o objetivo de minimizar a introdução de ruídos por interferência
eletromagnética, o pré-amplificador foi montado junto com a impedância de medição,
em uma caixa metálica blindada localizada próxima da amostra. Os demais estágios
do analisador foram montados em uma placa protótipo de aquisição de dados, com
barramento ISA, dentro do gabinete do microcomputador Pentium 100.
Os quatro primeiros estágios, i. e., impedância de medição, pré-amplificador,
retificador de precisão e filtro suavizador, são responsáveis pelo tratamento do sinal
de descarga parcial. O tratamento é realizado para que a amplitude do pulso possa
ser determinada com a utilização de um conversor analógico-digital. A ocorrência da
descarga apresenta larguras típicas na ordem de dezenas de nanosegundos e a
frente do pulso com tempo de subida típico na ordem de picosegundos, desta forma,
a medida direta deste sinal envolveria um dispositivo conversor analógico-digital de
alta velocidade.
0,0
tensão (V)
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1,0
-50,0
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
tempo (ns)
Figura 41 - Forma de onda de um pulso de descarga parcial corona
medida em um resistor de 1 kΩ.
56
Na Figura 41 é mostrado um sinal de descarga parcial sem tratamento, o qual
foi medido utilizando um resistor de 1,0 kΩ como impedância de medição, e um
osciloscópio Tektronix 210 com banda de passagem de 60 MHz.
Optou-se pela utilização de estágios para tratamento deste sinal, de forma
que fosse possível utilizar um conversor AD com velocidade relativamente mais
baixa, compatível com a velocidade do barramento do microcomputador utilizado.
Para a determinação do ângulo de fase no instante da ocorrência da
descarga, foi utilizado um sinal de referência de fase da tensão aplicada à amostra.
Este sinal é fornecido pelo amplificador de potência e corresponde a 1:10 do sinal de
saída (ver diagrama em blocos na Figura 40) e é tratado pelos seguintes estágios:
detector de zero, conversor TTL e porta digital, antes de ser lido pelo
microcomputador.
O analisador ainda fornece dois sinais de saída analógica, as quais são
responsáveis pelo posicionamento XY da amostra em relação ao feixe de raio x. O
funcionamento completo do analisador e a geração dos dados para construção das
imagens é gerenciado por um software desenvolvido em linguagem C. A descrição
detalhada do desenvolvimento de cada estágio do analisador e do software é
apresentada a seguir.
4.3.1
IMPEDÂNCIA DE MEDIÇÃO E PRÉ-AMPLIFICADOR
A função principal da impedância de medição é acoplar os pulsos de
descarga desenvolvidos no circuito de medida ao analisador e, também, fornecer um
sinal cuja amplitude seja proporcional à carga aparente transferida na descarga.
Para este fim, foi confeccionado um transformador de pulsos com núcleo de ferrita,
cujo enrolamento primário foi conectado ao circuito de medida e o enrolamento
57
secundário ao pré-amplificador. Esta configuração é usualmente utilizada porque
oferece uma isolação galvânica entre o circuito de medida, que opera com tensões
elevadas, e os demais componentes do analisador. O diagrama esquemático do préamplificador com a impedância de medição é mostrado na Figura 42.
Figura 42 - Diagrama eletrônico do circuito pré-amplificador com a
impedância de medição T1.
120,0
100,0
80,0
60,0
tensão (mV)
40,0
20,0
0,0
-20,0
-40,0
-60,0
-80,0
-100,0
-5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
tempo (µs)
Figura 43 - Sinal na saída da impedância de medição.
58
O pulso de corrente gerado pela descarga parcial excita o transformador de
pulso T1, causando uma oscilação amortecida pelo resistor de 100kΩ, que está em
paralelo com o enrolamento secundário de T1. O sinal é mostrado na Figura 43.
Este sinal é amplificado primeiramente pelo amplificador operacional A1, o
qual apresenta um ganho de tensão igual a 10 e possui um filtro para retirar as
componentes de alta freqüência do sinal devidas a ruídos eletromagnéticos
induzidos no circuito de medida. Um segundo estágio de amplificação formado pelo
amplificador operacional A2 fornece um ganho de tensão adicional igual a 20 vezes,
que pode ser selecionado através da chave S1. O sinal de saída do pré-amplificador
é mostrado na Figura 44.
10
8
6
tensão (V)
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
tempo (µs)
Figura 44 - Sinal na saída do pré-amplificador.
Este tipo de resposta da impedância de medição pode ser classificada como
resposta “alfa” (ver seção 2.4.1). O período da oscilação amortecida do sinal foi
59
ajustado em 8 µs. Este valor foi escolhido de forma que o sinal final possua um
período algumas vezes maior que o tempo de leitura do conversor AD.
4.3.2 RETIFICADOR DE PRECISÃO DE ONDA COMPLETA
O estágio seguinte de tratamento do sinal consiste de um retificador de
precisão de onda completa. Para este fim, foram utilizados dois amplificadores
operacionais na configuração mostrada na Figura 45.
Figura 45 - Diagrama eletrônico do circuito retificador de precisão de
onda completa.
O sinal proveniente do pré-amplificador é retificado em meia onda pelo
amplificador operacional A3 em conjunto com os diodos D1 e D2. O sinal retificado
no catodo do diodo D2 e o sinal de entrada são somados pelo amplificador A4. O
sinal resultante do somador A4 tem sua envoltória condicionada pelo filtro formado
pelo capacitor de 560 pF, fornecendo na saída um pulso com polaridade negativa. A
forma de onda do sinal de saída deste estágio é mostrada na Figura 46.
60
0,5
0,0
tensão (V)
-0,5
-1,0
-1,5
-2,0
-2,5
-3,0
-10,0
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
tempo (µs)
Figura 46 - Sinal na saída do retificador de precisão de onda completa
4.3.3 FILTRO SUAVIZADOR
O sinal de saída do retificador de precisão apresenta variações na sua envoltória.
Para que sua amplitude máxima possa ser determinada com maior precisão pelo
conversor AD, um último estágio para suavização do sinal foi adicionado. O
diagrama do circuito eletrônico é mostrado na Figura 47. O amplificador operacional
A5, na configuração amplificador inversor e com um filtro RC na entrada do sinal,
fornece a suavização necessária. Este estágio possui em sua saída um conector
BNC fêmea para que o sinal possa ser monitorado utilizando um osciloscópio. O
sinal de saída do filtro suavizador é mostrado na Figura 48.
A largura do sinal de 60 µs impõe uma limitação quanto a detecção de pulsos
subseqüentes. Neste caso, um segundo pulso que ocorrer neste intervalo não será
detectado sendo que o número máximo de pulsos detectados em um ciclo de
61
freqüência 60 Hz será igual a 278. Este número é suficiente já que medidas de
descargas parciais em vazios apresentam valores na ordem de 10 ppc (pulsos por
ciclo)[6].
Figura 47 - Diagrama eletrônico do filtro suavizador.
7
6
5
tensão (V)
4
3
2
1
0
-1
-10,0
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
tempo ( µ s)
Figura 48 - Sinal na saída do filtro suavizador.
4.3.4 CONVERSÃO DO SINAL ANALÓGICO PARA DIGITAL
Para realizar a interface entre o microcomputador e o sistema de tratamento
de sinal, foi utilizada uma placa protótipo de aquisição de dados com barramento
62
ISA. Um conversor analógico-digital ADS774 e uma lógica de controle foram
implementados, utilizando uma área de expansão da placa de aquisição. A escolha
do conversor AD foi realizada considerando fatores adequados como a velocidade
de conversão, custo e resolução de conversão. Na Figura 49 é mostrado o diagrama
esquemático do conversor AD e a lógica de controle.
Figura 49 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do conversor
analógico-digital e a lógica de controle.
Para otimizar a taxa de conversão (máxima de 4,5 µs), o conversor ADS774
foi configurado para uma resolução de 8 bits. Tres portas lógicas “NOU” de um
circuito integrado 74HC02 foram utilizadas, permitindo que o conversor AD possa
operar independente de sincronismo com o restante do sistema. Na Figura 50 são
mostrados os sinais de controle para aquisição dos dados do conversor AD.
63
6
A
tensão (V)
5
4
3
2
1
0
7
B
6
tensão (V)
5
4
3
2
1
0
-1
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
tempo (µs)
Figura 50 - Sinais de controle para aquisição dos dados do conversor
AD. A - Sinal proveniente do decodificador de endereços . B - Sinal de
final de conversão do ADS774.
Ao final de cada conversão os dados são transferidos e armazenados pelos
Flip-flop D (74HC374), para posterior leitura pela porta digital da placa de aquisição.
Isto ocorre quando o conversor AD disponibiliza o resultado da última conversão na
sua saída de dados, através de um sinal na saída “Status” (pino 28). Este sinal é
invertido pela lógica de controle e ativa a transferência dos dados para 74HC374,
durante a transição de nível lógico “zero” para “um” na entrada CP, pino 11 do
CI74HC34 (ver sinal 2 da Figura 50). Quando uma instrução de leitura é executada
pelo software, o decodificador de endereços da placa de aquisição habilita as saídas
do 74HC374, disponibilizando o dado armazenado para o barramento de dados
interno da placa de aquisição (ver sinal 1 da Figura 50).
64
4.3.5 DETECTOR DE ZERO
Para obter o ângulo de fase de ocorrência de cada descarga, foi utilizado um
sinal de referência fornecido pelo amplificador de potência. Este sinal é de forma
senoidal e corresponde a 1:10 da tensão de saída do amplificador. Na Figura 51 é
mostrado o diagrama do circuito eletrônico do detector de zero.
Figura 51 - Diagrama esquemático do circuito eletrônico do detector
de zero.
O amplificador operacional A6 na configuração comparador recebe o sinal de
referência na entrada inversora e compara com a entrada não inversora, que está
ligada a massa (referência 0 volts). No semiciclo positivo do sinal de entrada a saída
do comparador coloca o transistor BC547A na região de corte, deixando a tensão de
coletor próxima a +5V, definindo um nível lógico “um” na entrada do “buffer 3-state”
74HC244. Quando a tensão de forma senoidal passa pelo zero novamente, iniciando
o semiciclo negativo, a saída do comparador inverte, deixando o transistor na região
de saturação,
definindo um nível lógico ”zero” na entrada do “buffer”.
Ao ser
executada uma instrução de leitura no endereço configurado no decodificador de
65
endereços da placa de aquisição, a saída do “buffer 3-state” é ativada colocando a
informação na linha D0 do barramento de dados. Na Figura 52 são mostradas as
formas de onda dos sinais no detector de zero.
8
6
A
tensão (V)
4
2
0
-2
-4
-6
-8
6
tensão (V)
5
B
4
3
2
1
0
-1
-4,0
0,0
4,0
8,0
12,0
16,0
20,0
tempo (ms)
Figura 52 - Formas de onda no circuito detector de zero. A - Sinal de
referência na entrada. B - Sinal nível TTL a ser lido pela placa de
aquisição de dados.
66
4.4
POSICIONADOR XY
A placa de aquisição de dados fornece duas saídas analógicas com faixas de
tensão de 0 a 10 V. Estes dois sinais analógicos foram utilizados para controlar o
posicionamento da amostra em relação ao feixe de raio x. Um plotter Hewlett
Packard modelo 7015B foi modificado para atuar como posicionador da amostra.
Um porta amostra foi acoplado ao carro do plotter e o mesmo foi configurado para
uma faixa de entrada de 500 mV/cm. A variação do sinal analógico de saída da
placa de aquisição foi ajustada para que uma área de 10 x 10 mm da amostra fosse
varrida pelo feixe de raio x, com passos de 0,5mm, gerando uma matriz quadrada de
dimensão 20 X 20 para a formação da imagem. Na Figura 53 é mostrada uma
fotografia do posicionador de amostras.
Figura 53 - Fotografia do posicionador de amostras
67
4.5
SOFTWARE PARA CONTROLE DO SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE
IMAGENS
O controle do sistema de aquisição de dados é realizado por um computador
Pentium 100 MHz através da placa de aquisição de dados. Para executar todas as
operações necessárias para realizar a aquisição de uma matriz de dados de forma
automática, foi desenvolvido um software em linguagem C, o qual executa as
seguintes funções:
1. Gera a seqüência da varredura e posiciona o feixe de raio x sobre a amostra;
2. Realiza a análise das descargas parciais através da leitura dos sinais do
analisador e gera as distribuições estatísticas das ocorrências das descargas em
função da amplitude e ângulo de fase;
3. Determina os máximos das distribuições estatísticas e gera a matriz da imagem.
Na Figura 54 é mostrado um fluxograma simplificado das operações realizadas
pelo software. O programa fonte desenvolvido em linguagem C é mostrado no
Apêndice A e a seguir são descritas as principais operações realizadas pelo
software.
68
Figura 54 Fluxograma simplificado das operações realizadas pelo
software de controle.
69
4.5.1 POSICIONAMENTO DO FEIXE DE RAIO X
O controle do posicionamento e a seqüência de varredura do feixe de raio x
sobre a amostra são realizados considerando-se dois parâmetros: a área da amostra
a ser analisada e a resolução desejada para a formação da imagem. A resolução da
imagem é limitada pelo diâmetro do feixe de raio x, o qual depende do colimador
utilizado. A diferença de posição do feixe de raio x entre dois pontos na amostra, que
corresponde a um passo no avanço do feixe, deve ser igual ou menor que o
diâmetro do feixe. Para construção das primeiras imagens, utilizou-se amostras que
possuem defeitos esféricos com diâmetros aproximados entre 0,8 e 1,0 mm. Desta
forma, foi escolhido um colimador com 0,5 mm de diâmetro, e também, um passo de
avanço com o mesmo valor. Na Figura 55 é mostrada uma representação da área da
superfície da amostra a ser varrida pelo feixe de raio x, os círculos representam as
posições ocupadas pelo feixe de raio x em cada ponto a ser analisado.
Figura 55 - Representação da área da amostra de dimensões
(DxXDy),varrida pelo feixe de raio x de diâmetro Φ e passos de avanço
∆X e ∆Y.
70
O número de pontos a ser analisado em cada dimensão da superfície da
amostra será igual ao comprimento total da dimensão considerada dividido pelo
comprimento do passo do avanço do feixe de raio x.
DimX =
Dx
∆x
e
DimY =
Dy
∆y
(18)
O número total de pontos em cada imagem será o produto das duas dimensões.
N = DimX × DimY
(19)
Com o objetivo de caracterizar o sistema e realizar os primeiros testes, foi escolhida
uma área quadrada da superfície da amostra de 10 mm X 10 mm de lado, com o
defeito esférico localizado no centro do quadrado. Desta forma, para um avanço de
0,5 mm teremos uma matriz de dados de dimensão 20 X 20, com um total de 400
pontos.
A seqüência de varredura é controlada pelo software de forma que, partindo
da posição inicial X = 1 e Y = 1, onde X e Y correspondem aos índices dos
elementos da matriz de imagem, o valor X é incrementado de uma unidade,
causando o deslocamento do feixe no sentido positivo do eixo X, até atingir o valor
DimX. Em seguida o valor de Y é incrementado de uma unidade, e o valor de X
passa ser decrementado, causando um deslocamento no sentido negativo do eixo X,
até atingir a posição X = 1. Neste ponto o valor de Y é incrementado novamente
iniciando uma nova varredura no sentido do eixo X positivo. Este processo se repete
até o valor de Y atingir o valor DimY, completando a varredura sobre toda a
superfície da amostra. A posição do feixe na amostra é definida por:
PosX = X .∆x
(20)
PosY = Y .∆y
(21)
71
Na Figura 56 é mostrado o fluxograma da parte do software que controla a
varredura.
INÍCIO
Delta = ?
Dim = ?
DeltaX = Delta
DeltaY = Delta
Direção = +
X= Y=1
Dx = Dy = 1
S
Direção = +
?
Dx = Dx + Delta
X=X+1
N
Dx = Dx - Delta
X=X-1
X > Dim
?
X<1
?
Direção = Dx = Dx - Delta
Dy = Dy + Delta
X=X-1
Y=Y+1
Direção = +
Dx = Dx + Delta
Dy = Dy + Delta
X=X+1
Y = Y +1
N
Y > Dim
?
S
FIM
Figura 56 - Fluxograma do software de controle da varredura
72
Na Figura 57 é mostrada uma representação da seqüência de varredura do
feixe de raio x sobre a amostra.
Figura 57 - Representação da sequência de varredura do feixe de raio
x sobre a amostra.
4.5.2 ANÁLISE E GERAÇÃO DAS DISTRIBUIÇÕES ESTATÍSTICAS DAS
DESCARGAS PARCIAIS.
A análise dos pulsos de descarga parcial e, conseqüentemente, a geração
das distribuições estatísticas em função do ângulo de fase e amplitude, é realizada
através da leitura dos sinais fornecidos pelo analisador de descargas parciais (ver
Diagrama em blocos - Figura 40). Uma análise completa consiste em detectar os
pulsos de descarga parcial, durante um número pré-estabelecido de ciclos da tensão
aplicada à amostra e determinar o número de ocorrências dos pulsos em função da
amplitude e ângulo de fase.
Devido às limitações de memória RAM, a análise completa foi dividida em
amostragens. Uma amostragem corresponde a uma seqüência temporal de leituras
do conversor AD e da porta digital, armazenada em uma matriz de amostragem.
73
Cada amostragem é disparada no início de um ciclo da tensão de referência, para
isso, a porta digital é monitorada até que ocorra uma transição de nível lógico “zero”
para “um”. Na Figura 58 é mostrado o fluxograma da parte do software que realiza a
amostragem.
IN ÍC IO
L Ê SIN A L D E
R EF ER ÊN C IA
D E F A SE
IN ÍC IO
D E C IC L O
?
N
S
L Ê SIN A L D P
LÊ
R EF ER ÊN C IA
D E F A SE
G R A VA N A
M A T R IZ D E
A M O ST R A G EM
F IN A L D E
A M O ST R A G EM
?
N
S
F IM
Figura 58 - Fluxograma da rotina que executa uma amostragem.
A matriz de amostragem é uma matriz de dimensão 2 X 25.000. Na primeira
coluna é armazenada a leitura do conversor AD e na segunda a leitura da porta
digital. Um ciclo da rotina de amostragem é executado a cada 4,5 µs, desta forma, a
matriz de amostragem é carregada de forma completa em 112,5 ms.
74
Após a execução da amostragem, a rotina seguinte determina o período do
sinal de referência e o número de ciclos da tensão de referência a ser analisados por
amostragem. Esta operação é executada através da contagem do número de
amostras no primeiro ciclo da tensão de referência, que corresponde a um período.
O número de ciclos analisados na amostragem, será igual a dimensão da matriz de
amostragem dividido pelo período. Na Figura 59 é mostrado o fluxograma da rotina
para determinação do período e número de ciclos por amostragem.
Figura 59 - Fluxograma da rotina para determinação do período da
tensão de referência e do número de ciclos por amostragem
Considerando-se a freqüência de rotação do “chopper”, que é de 56,5 Hz e
corresponde a um período de 17,7 ms, teremos 6 ciclos da tensão aplicada à
amostra analisados por amostragem.
75
A próxima operação realizada pelo software é a determinação de ocorrências
de picos de descarga parcial através da análise dos dados da matriz de
amostragem. A matriz de amostragem é lida de forma seqüencial e a presença de
um pico é detectada quando o sinal do conversor AD ultrapassa um valor limiar préestabelecido e apresenta uma taxa de variação positiva. Estas duas condições
devem ser satisfeitas para evitar que ruídos sejam interpretados como picos de
descarga. Satisfeitas as condições o valor máximo do sinal é acumulado até que a
taxa de variação do sinal se torne negativa.
Durante a leitura da matriz de amostragem o sinal de referência também é
verificado. Quando o sinal de referência sofre uma transição de nível lógico “zero”
para “um”, significa que um novo ciclo está sendo iniciado, neste instante o índice da
matriz de amostragem i ref é armazenado como referência de fase. O índice da
matriz de amostragem i max no momento em que o valor máximo de pico é
encontrado e utilizado para a determinação do ângulo de fase. Para gerar a
distribuição estatística das ocorrências das descargas em função do ângulo de fase,
o período da tensão aplicada foi dividido em 200 partes (“janelas”). Desta forma o
ângulo de fase é determinado por:
fase =
(i max − i ref ) × 200
período
(22)
Durante uma análise completa, duas matrizes unidimensionais são geradas. A
primeira matriz de amplitudes tem dimensão 150 e a segunda matriz de ângulos de
fase tem dimensão 200. A cada pico de descarga detectado, um elemento de cada
matriz é incrementado, gerando as distribuições estatísticas.
76
Uma análise em um ponto da amostra é completada pela repetição de
amostragens, até atingir o número de ciclos pré determinado. Ao final da análise os
seguintes parâmetros são determinados: número total de descargas, amplitude
máxima das distribuições de amplitudes e amplitude máxima das distribuições de
ângulos de fase. Estes parâmetros associados aos índices da matriz de imagem
(X,Y) do ponto analisado são gravados no arquivo de imagem. Uma imagem pode
ser formada usando os índices de posição (X,Y) e escolhendo um dos parâmetros
da análise, como terceira dimensão.
4.6
CALIBRAÇÃO DO ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS
Para calibrar o analisador de descargas parciais e estabelecer uma relação
entre a amplitude do pulso medido e a carga aparente transferida em cada
descarga, foi utilizado um calibrador de descargas parciais portátil ENRAF. Os
pulsos do calibrador foram injetados em paralelo com a amostra, com o amplificador
de potência desligado, e as distribuições de amplitudes dos pulsos detectados pelo
analisador foram registradas. O diagrama esquemático do circuito com o calibrador é
mostrado na Figura 60.
Figura 60 - Circuito para calibração dos pulsos de descarga parcial.
77
Inicialmente, foi injetado o valor máximo do calibrador, que corresponde a 50
pC de carga aparente, e realizado um ajuste no valor lido pelo conversor analógicodigital, de forma a obter uma indicação igual a 50. Diversos valores de carga foram
injetados, dentro da faixa de medida, com objetivo de verificar a linearidade do
analisador. As distribuições de amplitude para os diversos valores de carga injetada
no circuito são mostradas na Figura 61.
400
50 pC
200
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
400
30 pC
200
0
contagens (número)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
400
20 pC
200
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
400
15 pC
200
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
400
10 pC
200
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
400
5 pC
200
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
carga aparente (pC)
Figura 61 - Distribuições de amplitudes dos pulsos de calibração para
diversos valores de carga aparente injetada na faixa de 5 pC a 50 pC.
78
Com os valores de pico obtidos de cada distribuição, mostradas na Figura 61,
em função do valor de carga aparente gerado pelo calibrador, foi construída a curva
de calibração do analisador. A curva de calibração e a reta ajustada para os pontos
Y = carga aparente média medida (pC)
medidos é mostrada na Figura 62.
50
Calibração
Reta Ajustada
Y =1,00875.X - 0,3562
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
x = carga aparente injetada (pC)
Figura 62 - Curva de calibração do analisador de descargas parciais.
Carga aparente injetada utilizando um calibrador de descargas
parciais na faixa de 5 a 50 pC.
Os parâmetros obtidos da reta ajustada por regressão linear mostram um bom
alinhamento dos pontos
experimentais. O coeficiente de correlação linear R =
0,99973 indica uma boa linearidade do sistema de medida.
Para verificar a resolução da medida do ângulo de fase das descargas, o sinal
do gerador de descargas foi sincronizado com a tensão de referência do analisador.
Desta forma, o calibrador gera um pulso a cada início do semi-ciclo da tensão de
referência. A distribuição dos pulsos nas janelas, para os dois semi-ciclos é
mostrada na Figura 63.
79
500
A
Contagens (número)
400
300
200
100
0
500
-10 -9
-8
-7
-6
-5
-4
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
janela (núm ero)
B
400
-3
300
200
100
0
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110
janela (núm ero)
Figura 63 - Distribuição das ocorrências dos pulsos do gerador de
descargas parciais. A - No início do semi-ciclo positivo. B - No início
do semi-ciclo negativo.
400
A
300
contagens (número)
200
100
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
janelas (1/200)
400
B
300
200
100
0
0
45
90
135
180
225
270
315
360
ângulo de fase (graus)
Figura 64 - Distribuição das ocorrências dos pulsos do gerador de
descargas parciais. A - Em função do número da janela. B Convertido para ângulo de fase ( 0 a 360 graus)
80
Podemos verificar na Figura 63 que a resolução do analisador na
determinação do ângulo de fase está adequada com o número de janelas escolhido
( 200 janelas por período), já que a maioria das ocorrências se concentram em uma
única janela.
Na Figura 64 A são mostradas as distribuições das ocorrências acumuladas
para ciclos da tensão de referência e na Figura 64 B a mesma distribuição,
convertida para ângulo de fase de “0 a 360 graus”.
81
4.7
VISTA DO SISTEMA PROTÓTIPO
Figura 65 - Fotografia de parte do sistema de aquisição de imagens. A
- Tubo de raio x. B - Colimador. C - Chopper. D - Posicionador de
amostras. E - Amostra. F - Capacitor de acoplamento.
Figura 66 - Fotografia de parte do sistema de aquisição de imagens. A
- Tubo de raio x. B - Colimador. C - Chopper. D - Posicionador de
amostras. E - Amostra. F - Capacitor de acoplamento. G - Préamplificador. H - Transformador elevador de alta-tensão.
82
5
5.1
RESULTADOS E DISCUSSÃO
IMAGENS DE VAZIOS ESFÉRICOS
Para construção da imagem de defeitos por descarga parcial estimulada por
raio x alguns parâmetros devem ser pré estabelecidos e são descritos a seguir.
5.1.1 TENSÃO APLICADA À AMOSTRA
O primeiro parâmetro a ser determinado é a tensão a ser aplicada à amostra e
para isso uma primeira condição deve ser satisfeita; a amostra com tensão aplicada
não deve apresentar descargas parciais sem a presença do feixe de raio x. A
segunda condição é que a tensão aplicada deve ser próxima à tensão de início das
descargas. Desta forma, uma baixa intensidade do feixe de raio x será suficiente
para estimular as descargas parciais e modular a ocorrência das mesmas de acordo
com a posição do feixe em relação à amostra.
Para as amostras confeccionadas, listadas na tabela 1, realizou-se o ensaio
de tensão de início sem raio x aplicado, sendo que nenhuma apresentou descarga
parcial até a tensão máxima do sistema que é 12 kV rms, a qual corresponde a um
campo elétrico local de 7,8 kv/mm. Segundo os resultados apresentados por S.
Rizzeto et al. [6] , vazios esféricos com diâmetros entre 0,2 e 2,0 mm, sem raio x
aplicado, apresentaram tensões de início para campos elétricos locais na faixa de 15
a 20 kV/mm.
Utilizando a amostra E04, a qual possui diversos vazios cujos diâmetros
variam entre 0,2 a 1,0 mm, foi determinado a tensão de início com raio x aplicado de
35 kV - 9,0 mA. Para todos os vazios foi encontrado um valor de tensão de início em
83
torno de 6 kV rms, a qual corresponde a um campo elétrico local de 3,9 kV/mm. Este
valor corresponde a 25 % da tensão de início sem raio x. Com base nestes
resultados escolheu-se a tensão de 12 kV rms, que corresponde à tensão máxima
do sistema gerador de alta tensão. Estes valores permitem que as descargas sejam
moduladas pela presença do feixe de raio x.
5.1.2 INTENSIDADE E ENERGIA DO FEIXE DE RAIO X
Os parâmetros do feixe de raio x também são fatores importantes para
obtenção da imagem. A tensão aplicada ao tubo de raio x determina a distribuição
de energia dos fótons emitidos e a corrente determina a intensidade do feixe de raio
x. O tubo de raio x utilizado possui alvo de tungstênio, o qual apresenta algumas
linhas características na faixa de tensão até 30 kV. O espectro de energia do tubo
utilizado foi determinado com a utilização de um detector com resolução em energia
Amptek XR-100CR e uma placa de aquisição de dados.
Lα1
2000
contagens (número)
Lβ1
1500
1000
500
0
0
5
10
15
20
25
energia (keV)
Figura 67 - Espectro de energia do tubo de raio x
30
84
Na Figura 67 é mostrado o espectro de energia de emissão do tubo com tensão
aplicada de 50 kV. Os dois picos maiores correspondem às linhas de emissão
característica do tungstênio Lα1 e Lβ1 com energias de 8,4 keV e 9,7 keV
respectivamente.
Para estimular as descargas parciais, o feixe de raio x deve interagir com os
gases ou vapores dentro dos vazios e causar a ionização inicial. Para gases, a
probabilidade de interação é maior para fótons com baixas energias. Baseado neste
fato, inicialmente ajustou-se a tensão do tubo em 15 kV e a corrente em 1,0 mA, com
o objetivo de gerar um feixe de raio x com baixa energia e baixa intensidade.
5.1.3 DIÂMETRO DO FEIXE DE RAIO X
A resolução da imagem depende do número de pontos analisados por
unidade de área da amostra. Neste sistema cada ponto da imagem é obtido através
do avanço do feixe de raio x e o diâmetro do feixe deve ser menor ou igual ao
comprimento de um passo.
Foi selecionada uma área quadrada da superfície da amostra de 10 mm x 10
mm de lado, com o defeito esférico localizado no centro. O diâmetro do feixe de raio
x foi fixado, utilizando-se um colimador de chumbo com um furo circular de diâmetro
0,5 mm. O avanço do feixe durante a varredura também foi fixado em 0,5 mm, desta
forma, teremos uma matriz de dados de dimensão 20 X 20, com um total de 400
pontos. Cada ponto corresponde na imagem a uma área de 0,5 mm.
5.1.4 CONSTRUÇÃO DA IMAGEM
A amostra E03 foi utilizada para a construção da primeira imagem. O número
total de contagens de descargas foi utilizado como a terceira dimensão da imagem.
85
10
640.0 -- 800.0
480.0 -- 640.0
320.0 -- 480.0
160.0 -- 320.0
0 -- 160.0
9
8
coordenada Y (mm)
7
6
5
4
3
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
coordenada X (mm)
Figura 68 - Imagem do vazio esférico de 0,9 mm de diâmetro da
amostra E03 construída utilizando mapa de cores com 5 tons de
cinza.
10
9
8
coordenada Y (mm)
7
6
5
4
3
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
coordenada X (mm)
Figura 69 - Imagem do vazio esférico de 0,9 mm de diâmetro da
amostra E03 construída utilizando mapa de cores com 5 tons de cinza
com curvas de nível
O número total de contagens, relativo a 150 ciclos da tensão aplicada à amostra, foi
dividido em 5 tons de cinza. O resultado em forma de mapa de cores gerado pelo
software gráfico Microcal Origin  versão 5.0 é mostrado na Figura 68. Na Figura 69
86
é mostrada uma imagem, construída com os mesmos dados da imagem mostrada
na Figura 68, onde os contornos do mapa de cores foram preenchidos em forma de
curvas de nível.
Uma outra forma de representar a imagem é usando superfícies
tridimensionais. Na Figura 70 é mostrado este tipo de representação gerada pelo
software PSIPlot versão 5.02A.
.
1800
contagens
(número)
1325
850
375
-100
0
10
2
4
coo
rde
nad
a
8
6
6
X(
mm
)
4
8
2
10
0
ada
den
r
o
co
mm
Y(
)
Figura 70 - Representação em superfície 3D da imagem do vazio
esférico de 0,9 mm de diâmetro da amostra E03. Tubo de raio x 15kV 1,0 mA - Colimador 0,5 mm de diâmetro.
Da mesma forma que em uma imagem de tomografia de raio x, a terceira
dimensão da imagem não está relacionada com a geometria do objeto. No caso das
imagens de descarga parcial estimulada por raio x mostradas na Figura 69 e na
Figura 70 , a terceira dimensão está relacionada com o potencial que o defeito
apresenta para gerar descarga parcial e, conseqüentemente, levar o dielétrico à
ruptura.
87
O tempo para construção de uma imagem, com 150 ciclos analisados por
ponto com um total de 400 pontos, correspondente a uma área na superfície da
amostra de 10 mm x 10 mm, é aproximadamente de 30 minutos.
5.2
REPETITIVIDADE DO MÉTODO DE CONSTRUÇÃO DE IMAGENS
Para uma primeira avaliação a respeito da repetitividade do método de
obtenção de imagens, realizou-se a construção de 3 imagens utilizando a amostra
E03 com 12 kV rms de tensão aplicada. O feixe de raio x com 0,5 mm de diâmetro
foi gerado com tensão aplicada ao tubo de 15 kVcc e corrente de 1,0 mA. As
imagens foram construídas em seqüência cronológica e observadas as seguintes
condições para o início da varredura:
Imagem A - Iniciada a varredura logo após a aplicação da tensão na amostra.
Imagem B - A tensão foi aplicada 15 minutos antes do início da varredura do feixe
de raio x.
Imagem C - A amostra permaneceu sem tensão aplicada durante 1h30min e em
seguida a tensão foi aplicada e a varredura iniciada.
Os resultados das construções das imagens são mostrados, em seqüência
cronológica, na Figura 71. Considerando as condições impostas acima, nenhuma
diferença visual aparente foi observada, mostrando de forma qualitativa uma boa
repetitividade.
88
Figura 71 - Seqüência de imagens da amostra E03 com varredura
iniciada de 3 formas: A) Logo após ser aplicada a tensão. B) 15
minutos após a tensão ser aplicada. C) Sem tensão aplicada por
1h30min e iniciada a varredura logo após ser aplicada a tensão.
89
5.3
EFEITO DA INTENSIDADE DO FEIXE DE RAIO X
Para avaliar o efeito da intensidade do feixe de raio x sobre a imagem, construiuse uma seqüência de imagens da amostra E01 para diferentes valores de
intensidade do feixe de raio x, sendo os demais parâmetros da imagem mantidos
constantes, tensão aplicada à amostra igual a 12 kV rms e tensão aplicada ao tubo
de raio x igual a 15 kVcc. As imagens construídas com valores de corrente no tubo
de 1,0 mA, 2,0 mA, 4,0 mA e 6,0 mA são apresentadas, em seqüência, na Figura 72.
Figura 72 - Seqüência de imagens da amostra E01 mostrando a
influência da intensidade do feixe de raio x de 15 kV, para os valores
de corrente ajustados em. A) 1,0 mA. B) 2,0mA. C) 4,0 mA. C) 6,0mA.
90
Pela análise da seqüência de imagens apresentada na Figura 72 concluiu-se
que a intensidade do feixe de raio x é um importante parâmetro para obtenção de
uma imagem representativa do defeito. A imagem A, que foi construída utilizando
uma baixa intensidade relativa do feixe de raio x (corrente ajustada em 1,0 mA),
apresentou uma boa definição dos contornos do vazio esférico, sendo a região mais
escura da imagem, a região de maior ocorrência de descargas parciais compatível
com as dimensões do vazio esférico (diâmetro de 1,2 mm).
A imagem B, construída com o dobro da intensidade da imagem A (corrente
ajustada em 2,0 mA), apresentou um aumento da área de maior ocorrência de
descargas. Analisando os dados da matriz gerada, verificou-se que houve um
aumento do número de descargas nas regiões onde o defeito é parcialmente
irradiado pelo feixe de raio x (bordas do vazio esférico). Em contrapartida, na região
onde o feixe irradia o defeito de forma completa (região central do vazio esférico),
não houve um aumento significativo do número de ocorrência de descargas,
apresentando uma condição de saturação. A condição de saturação foi observada
anteriormente no estudo do comportamento das descargas parciais estimuladas por
raio x pulsado (ver seção 3.3 ), e justifica o aumento da área escura na imagem.
Com um aumento ainda maior da intensidade do feixe sobre a região do defeito,
observou-se que as descargas parciais são extintas. Na Imagem C , cuja intensidade
do feixe corresponde a corrente de 4,0 mA no tubo, podemos observar o
desaparecimento das descargas na região central do defeito e a ocorrência de
descargas nas regiões da borda do defeito. Com a intensidade ainda maior,
mostrada na Imagem D (corrente igual a 6,0 mA), a região clara no centro do defeito
aumenta ainda mais, tendendo ao desaparecimento total da imagem. A extinção das
91
descargas parciais quando o defeito é irradiado por um feixe com intensidade
relativamente alta, pode ser devida à ionização completa do gás no interior do
defeito. Nestas condições, as moléculas de gás ionizadas causam um colapso do
campo elétrico local (campo no interior do vazio) e não permitem que o mesmo
possa ser restabelecido para que uma nova descarga possa ter início [6].
5.4
DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE DETECÇÃO
A resolução espacial do sistema de obtenção de imagens está limitada pelo
diâmetro do feixe de raio x e pelo avanço do feixe durante o processo de varredura
sobre a amostra. Desta forma, defeitos esféricos com diâmetros inferiores a 0,5 mm
devem aparecer como um único ponto de imagem. Isto significa que não será
possível definir as dimensões de defeitos abaixo de 0,5 mm, mas os mesmos
poderão ser detectados desde que apresentem descargas parciais cujas amplitudes
estejam compatíveis com a sensibilidade do analisador.
Com o objetivo de determinar o menor defeito esférico detectável pelo sistema,
preparou-se uma amostra em epóxi, a qual foi identificada por E04, com diversos
defeitos esféricos com diâmetros variados e distribuídos de forma aleatória. A
amostra foi confeccionada com epóxi transparente a luz visível, com o objetivo de
comparar a imagem óptica com a imagem gerada pelo sistema. As imagens ópticas
obtidas com a utilização de uma lupa estereoscópica Wild M5A Heerbrug 
acoplada a uma câmera CCD Sony CCD IRIS modelo SSC-C350, são mostradas na
Figura 73.
92
Figura 73 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04 obtidos com
uma lupa estereoscópica com aumento de 12 vezes. A - Vista
superior, lado do eletrodo de alta tensão. B - Vista inferior, lado do
eletrodo de baixa tensão.
93
Para que fosse possível visualizar os defeitos esféricos independente da
profundidade, obteve-se uma imagem da parte inferior da amostra, vista do lado do
eletrodo de baixa tensão (Figura 73A), e uma imagem da parte superior da amostra,
vista do lado do eletrodo de alta tensão (Figura 73B). A imagem da parte superior foi
invertida com a utilização de um software para tratamento de imagens, sendo
possível comparar as duas imagens e identificar os defeitos comuns apresentados
em cada imagem. Objetivando visualizar todos os defeitos na mesma imagem, as
duas imagens anteriores foram convertidas para escala de cinza e somadas. A
imagem resultante é apresentada na Figura 74.
Figura 74 - Imagem resultante da soma das imagens da vista superior
e inferior dos vazios esféricos na amostra E04. Os vazios foram
classificados e numerados para determinação dos diâmetros.
94
Uma imagem auxiliar com uma escala milimétrica sobre a amostra foi gerada e,
com a utilização do software de tratamento de imagens Image Toll versão 2.0,
determinou-se a resolução da imagem e efetuou-se a calibração através da
conversão do número de píxels por milímetro. Os diâmetros dos vazios esféricos na
faixa de 0,3 mm a 1,0 mm foram determinados e classificados em ordem
decrescente. O valor médio dos diâmetros são apresentados na Tabela 2.
IDENTIFICAÇÃO DOS VAZIOS DIÂMETRO DO VAZIO ESFÉRICO
ESFÉRICOS NA FIGURA 72
(mm)
(±0,1mm)
1
1,0
2
1,0
3
0,9
4
0,8
5
0,7
6
0,6
7
0,6
8
0,5
9
0,4
10
0,3
11
0,3
12
0,3
13
0,3
14
0,3
Tabela 2 - Identificação dos vazios esféricos na amostra de epóxi E04
em função dos seus diâmetros.
95
A imagem obtida por descarga parcial estimulada por raio x pulsado da
mesma região da amostra E04, a qual foi gerada pelo software PSIPlot versão
5.02A, em superfícies tridimensionais, é mostrada na Figura 75. Esta imagem foi
obtida com os seguintes parâmetros: tensão aplicada à amostra de 12 kV rms em
58Hz, feixe de raio x gerado com 35 kV - 2,0 mA, colimador de 0,5 mm de diâmetro.
600
519
356
0
coo
cont
agen
s
275
(n)
438
2
194
112
31
-50
rde
4
a
nad
6
X(
)
mm
8
10
0
2
4
6
8
10
)
da Y (mm
coordena
Figura 75 - Representação em superfícies da imagem da amostra E04
com diversos vazios esféricos. Tubo de raio x 35 kV - 2,0 mA Colimador 0,5 mm de diâmetro.
96
Figura 76 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04. A - Obtida
com uma lupa estereoscópica com aumento de 12 vezes. B - Obtida
por descarga parcial estimulada por raio x pulsado de 35 kV - 2,0 mA
com tensão aplicada à amostra de 12 kVrms.
97
Os mesmos dados da imagem mostrada na Figura 75 foram utilizados para
construir a imagem mostrada na Figura 76B, a qual foi representada em curvas de
nível com 10 tons de cinza.
Para comparar a imagem gerada com a imagem óptica a imagem mostrada
na Figura 74 foi reduzida e superposta à Figura 76A. Os vazios esféricos que
aparecem na imagem por descarga parcial (Figura 76B) foram relacionados de
acordo com a identificação apresentada na Figura 76A.
Foi observado que somente os vazios esféricos numerados de 1 a 9, os quais
apresentam diâmetros entre 0,4 mm a 1,0 mm, foram detectados pelo sistema,
sendo que os demais vazios numerados de 10 a 15, com diâmetros inferiores a 0,4
mm não foram detectados.
Para confirmar que os vazios esféricos cujos diâmetros estão abaixo de 0,4
mm não foram detectados pelo sistema por apresentarem descargas com
amplitudes abaixo da sensibilidade do analisador, mediu-se os espectros de
amplitudes das descargas em cada um dos vazios esféricos relacionados na Figura
76A.
Observou-se que a carga aparente transferida nas descargas é proporcional,
de forma direta, ao diâmetro do vazio esférico. Na Figura 77 são mostrados os
espectros de amplitudes para vazios com diferentes diâmetros esféricos e na Figura
78 é apresentado um gráfico mostrando a existência de correlação entre o diâmetro
do vazio esférico e a carga média transferida nas descargas.
98
400
70
A
350
ocorrências (número)
300
ocorrências (número)
B
60
250
200
150
100
50
40
30
20
10
50
0
0
0
20
40
60
80
100
120
140
0
20
40
carga aparente (pC)
50
90
C
80
100
120
140
D
80
ocorrências (número)
40
ocorrências (número)
60
carga aparente (pC)
30
20
10
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0
20
40
60
80
100
120
0
140
20
40
60
80
100
120
140
carga aparente (pC)
carga aparente (pC)
100
70
E
F
90
60
50
ocorrências (número)
ocorrências (número)
80
40
30
20
10
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0
20
40
60
80
100
120
0
140
20
40
100
80
100
120
140
40
G
H
90
80
30
ocorrências (número)
ocorrências (número)
60
carga aparente (pC)
carga aparente (pC)
70
60
50
40
30
20
20
10
10
0
0
20
40
60
80
carga aparente (pC)
100
120
140
0
0
20
40
60
80
carga aparente (pC)
100
120
140
99
Figura 77 - Espectro de amplitudes das descargas parciais em vazios
esféricos com diferentes diâmetros: - A - 1,0 mm, B - 0,9 mm, C 0,6mm e 0,3 mm, D - 0,6mm, E - 0,5 mm, F - 0,4 mm, G - 0,3 mm e H 0,3mm.
140
carga aparente (pC)
120
100
80
60
40
20
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
diâmetro (mm)
Figura 78 - Correlação entre o diâmetro dos vazios esféricos e a carga
aparente transferida nas descargas parciais.
Pela extrapolação da reta ajustada nos pontos experimentais poderíamos
concluir que o limite inferior de detecção do sistema seria para vazios esféricos de
até 0,25 mm de diâmetro. Devido ao ruído ambiente no sinal de medida de
descargas parciais a sensibilidade do analisador foi limitada em 5 pC, e como
conseqüência, o limite de detecção real foi fixado em 0,27 mm de diâmetro.
Em condições especiais de blindagem de ruído em ambiente de laboratório,
descargas parciais podem ser medidas com sensibilidade abaixo de 1,0 pC podendo
chegar a 0,1 pC. S. Rizzetto et al. [6] mediram descargas com amplitudes próximas
a 1,0 pC em vazios esféricos com 0,2 mm de diâmetro em amostras de epóxi .
100
Nestas condições, um fator limitador seria o campo elétrico aplicado a
amostra. A Curva de Paschen mostrada na Figura 79 relaciona o campo elétrico
local crítico em função do diâmetro dos vazios utilizando a pressão do ar no interior
do vazio como parâmetro. Nas condições utilizadas nas medidas apresentadas na
Figura 77, onde foi aplicado uma tensão de 12 kV rms na amostra E04 de espessura
2 mm, o campo elétrico médio é de 6 kV/mm. Para uma amostra de epóxi onde a
permissividade relativa pode variar entre 3 e 4, dependendo da composição da
resina, o campo elétrico local calculado pela equação (2) é aproximadamente 7,8
kV/mm. Considerando que o gás no interior do vazio esférico é ar e está a pressão
de 1,0 atm, e analisando a Curva de Paschen , somente vazios cujos diâmetros são
superiores a 90 µm apresentariam condição de ocorrência de descargas.
20
pressão
1,0 atm
0,2 atm
2,0 atm
18
campo elétrico local (kV/mm)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0,01
0,1
1
diâmetro (mm)
Figura 79 - Curva de Paschen. Ar para pressões de 0,2 atm, 1,0 atm e
2,0 atm.
101
No espectro de amplitudes da Figura 77C aparecem dois picos de distribuição
de ocorrência de descargas, o primeiro cuja moda está em 10 pC e o segundo em
65 pC. A ocorrência dos dois picos se deve a proximidade dos vazios esféricos 7,11
e 12 (ver Figura 74), desta forma, o feixe de raio x estimula as descargas nestes
vazios ao mesmo tempo. Com o objetivo de separar os vazios em função do
diâmetro, as contagens das descargas foram separadas em função das amplitudes
em duas matrizes distintas. Na Figura 80 são apresentadas duas imagens
construídas, sendo a da Figura 80A com a contagem dos pulsos cujas amplitudes
são superiores a 90 pC e da Figura 80B inferiores a 90 pC.
Na imagem da Figura 80A aparecem somente os vazios esféricos 1,2,3 e 4.
Estes vazios possuem diâmetros superiores a 0,7 mm e apresentam distribuições de
descargas maiores que 90 pC. Na imagem da Figura 80B aparecem os vazios
esféricos cujos diâmetros são menores que 0,8 mm e apresentam descargas com
amplitudes inferiores que 90 pC.
Com a utilização deste recurso, os vazios esféricos que não apareciam na
imagem total (ver Figura 76B), podem agora ser visualizados. O vazio esférico
número 10 estava muito próximo ao vazio número 1, sendo que o segundo estava
sobreposto pela imagem do primeiro. O mesmo fato pode ser observado com os
vazios de número 4 e 13.
102
Figura 80 - Imagens dos vazios esféricos na amostra E04 separados
em função da amplitude das descargas parciais. A - descargas com
amplitudes superiores a 90 pC. B - descargas com amplitudes
inferiores ou iguais a 90 pC.
103
6
CONCLUSÕES
- O estudo do comportamento das descargas parciais estimuladas por raio x
pulsado além de possibilitar o desenvolvimento do sistema de aquisição de
imagens de defeitos geradores de descargas parciais abre uma nova área para
pesquisas na área de descargas parciais em vazios e inclusões.
- O sistema desenvolvido para aquisição de imagens de defeitos mostrou-se
eficiente para determinar a localização, dimensões e atividade de vazios
esféricos com diâmetros iguais ou superiores a 0,3 mm.
- A resolução espacial do sistema é limitada pelo diâmetro do feixe de raio x e
pelo avanço do feixe sobre a amostra.
- O limite de detecção do sistema depende da sensibilidade do analisador de
descargas parciais. Com o aumento da sensibilidade, vazios esféricos com
diâmetros abaixo de 0,3 mm poderão ser detectados, mas ficarão abaixo da
resolução espacial, aparecendo na imagem como um único ponto de imagem
correspondente a dimensão do feixe de raio x.
- A técnica por nós desenvolvida poderá ser utilizada como uma nova
ferramenta na análise da qualidade de materiais dielétricos aplicados em
isolamentos de equipamentos elétricos e, também, poderá ser utilizada na
pesquisa da evolução de defeitos em isolamentos durante o processo de
envelhecimento desses materiais.
104
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Construir imagens com outras formas de defeitos ou vazios mais comuns
encontrados em materiais dielétricos.
Aumentar o limite de detecção do analisador de descargas parciais e a
resolução espacial do sistema com o objetivo de detectar vazios na ordem de
dezenas de micrometros.
Desenvolver a técnica para determinação da profundidade dos defeitos na
amostra através do ângulo de incidência do feixe de raio x.
Desenvolver sistemas dedicados a componentes elétricos específicos e
desenvolver a metodologia para análise desses componentes.
105
ANEXO A - PROGRAMA FONTE EM LINGUAGEM C
/* PROGRAMA IMAGEM.C - Controla seqüência de varredura do feixe de raio x e
realiza análise das distribuições estatísticas das descargas parciais. */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
<stdio.h>
<dos.h>
<stdlib.h>
<conio.h>
<graphics.h>
<process.h>
<math.h>
int main()
{
int gdriver=DETECT,gmode,errorcode;
int maxy, maxx, x, y, ampli_max, pico_max;
int zero_cross, sinal_max, ciclo, ciclos, ciclot, pega,
ocorre_max, limiar, ciclofim;
int fase, pico, pega2, amplitude[151], ocorre_1d[205],
sinal_at, sinal_ant;
int ref_at, ref_ant, ponto;
int valorx, valory, posx, posy, delta, direcao, dimensao;
long int i, j, k, totpico, periodo, amostras;
float fatoryo, fatorya;
char *ch_txt1, *ch_txt2, *ch_txt3, *ch_txt4, *sinal;
unsigned char sinal_dp[25001], sinal_ref[25001];
FILE *arquivo;
clrscr();
initgraph(&gdriver,&gmode," ");
errorcode=graphresult();
if(errorcode != grOk)
{
printf("Erro de Funcao Grafica:%s\n",
grapherrormsg(errorcode));
getch();
exit(1);
}
setbkcolor(7);
setcolor(1);
ch_txt2 = "ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS DPSW";
outtextxy(200,10,ch_txt2);
maxx=getmaxx();
maxy=getmaxy();
amostras = 25000;
106
ciclofim = 150;
valorx = 0;
valory = 0;
posx = 1;
posy = 1;
dimensao = 20;
delta = 12;
direcao = 0;
/* ABRE ARQUIVO PARA SALVAR IMAGEM */
arquivo = fopen("imagem.dat", "w+");
/* POSICIONA O FEIXE NA POSICAO INICIAL DA AMOSTRA */
outportb(648,valory);
outportb(652,valorx);
delay(1000);
ch_txt2 = "Posicao do Raio X =";
outtextxy(10,70,ch_txt2);
outtextxy(200,70,itoa(posx,*ch_txt1,10));
outtextxy(250,70,itoa(posy,*ch_txt1,10));
getch();
while (posy <= dimensao)
{
/* INICIALIZACAO DAS VARIAVEIS DA ANALISE */
ampli_max = 1;
totpico = 0;
ciclot = 0;
ocorre_max = 1;
/* INICIALIZACAO DAS MATRIZES DE DISTRIBUICOES ESTATISTICAS
*/
for (i = 0; i <= 150; i++)
{
amplitude[i] = 0;
}
for (i = 0; i <= 204; i++)
{
ocorre_1d[i] = 0;
}
107
/* INICIA ANÁLISE DOS CICLOS NA POSIÇÃO DA AMOSTRA */
while(ciclot <= ciclofim)
{
/* AGUARDA INICIO DO SEMICICLO POSITIVO */
sinal_ref[0] = inport(664);
ref_ant = (int) sinal_ref[0] & 0x01;
sinal_ref[1] = inport(664);
ref_at = (int) sinal_ref[1] & 0x01;
while (ref_at <= ref_ant)
{
sinal_ref[0] = inport(664);
ref_ant = (int) sinal_ref[0] & 0x01;
sinal_ref[1] = inport(664);
ref_at = (int) sinal_ref[1] & 0x01;
}
/* LEITURA DO CONVERSOR ANALOGICO-DIGITAL */
for (i = 0; i <= amostras; i++)
{
sinal_dp[i] = inport(660);
sinal_ref[i] = inport(664);
}
/* DETECAO DOS PICOS DE DESCARGA PARCIAL */
zero_cross = 0;
sinal_max = 0;
ciclo = 1;
pega = 0;
pega2 = 0;
limiar = 5;
y = 1;
fase = 0;
periodo = 0;
108
/* IDENTIFICA O PERIODO DA SENOIDE E O NUMERO DE CICLOS POR
ANALISE */
for (i = 1; i <= amostras; i++)
{
ref_at = (int) sinal_ref[i] & 0x01;
ref_ant = (int) sinal_ref[i-1] & 0x01;
if (ref_at > ref_ant)
{
periodo = i;
ciclos = amostras / periodo;
break;
}
}
/* INICIA ANÁLISE DOS PULSOS DE DESCARGA PARCIAL */
for (i = 1; i <= amostras; i++)
{
sinal_at = (int) sinal_dp[i];
sinal_ant= (int) sinal_dp[i-1];
sinal_at = (sinal_at * 200)/210;
sinal_ant = (sinal_ant * 200)/210;
ref_at = (int) sinal_ref[i] & 0x01;
ref_ant = (int) sinal_ref[i-1] & 0x01;
/* VERIFICA INICIO DO SEMI-CICLO POSITIVO
ANÁLISE */
E FINAL DA
if (ref_at > ref_ant)
{
zero_cross = i;
ciclo++;
ciclot++;
if((ciclo > ciclos)||(ciclot >= ciclofim))
break;
}
109
/* PROCURA O PICO DE DESCARGA */
if (sinal_at > limiar)
{
if ((sinal_at - sinal_ant) > 3) pega = 1;
}
if (pega == 1)
{
pega2 = 1;
if (sinal_at >= sinal_max)
{
sinal_max = sinal_at;
}
else
{
fase = ((i - zero_cross - 1) * 200)/periodo;
pico = sinal_max;
if(pico > 150) pico = 150;
totpico++;
/* GERA DISTRIBUICOES DE AMPLITUDES E ANGULO DE FASE */
ocorre_1d[fase]++;
amplitude[pico]++;
if (ocorre_1d[fase] > ocorre_max) ocorre_max
= ocorre_1d[fase];
if (amplitude[pico] > ampli_max)
{
ampli_max = amplitude[pico];
pico_max = pico;
}
sinal_max = 0;
pico = 0;
pega = 0;
}
}
}
}
if(ciclot >= ciclofim) break;
if((ciclot >= ciclofim/10) && (totpico <= 1))break;
/* GRAVA DADOS DO PONTA NO ARQUIVO DE IMAGEM */
fprintf(arquivo,"%3d %3d %4d",posx, posy, totpico);
fprintf(arquivo,"%4d %4d \n",ampli_max-1,ocorre_max1);
110
/* DEFINE DIRECAO DA VARREDURA DO FEIXE DE RAIO X */
if ( direcao == 0)
{
valorx = valorx + delta;
posx++;
if (posx > dimensao)
{
direcao = 1;
valorx = valorx - delta;
posx--;
valory = valory + delta;
posy++;
}
}
else
{
valorx = valorx - delta;
posx--;
if (posx < 1)
{
direcao = 0;
valorx = valorx + delta;
posx++;
valory = valory + delta;
posy++;
}
}
/* POSICIONA O FEIXE DE RAIO X NA AMOSTRA */
outportb(648,valory);
outportb(652,valorx);
delay(1000);
/* ATUALISA A TELA GRAFICA RELATIVA AO ULTIMO PONTO
ANALISADO NA AMOSTRA */
cleardevice();
ch_txt2 = "ANALISADOR DE DESCARGAS PARCIAIS DPSW";
outtextxy(200,10,ch_txt2);
ch_txt2 = "Ciclos Analisados =";
outtextxy(10,30,ch_txt2);
outtextxy(200,30,itoa(ciclot,*ch_txt1,10));
ch_txt2 = "Picos Detectados =";
outtextxy(10,40,ch_txt2);
outtextxy(200,40,itoa(totpico,*ch_txt1,10));
ch_txt2 = "Maxima Ocor. Pico =";
outtextxy(10,50,ch_txt2);
outtextxy(200,50,itoa(ampli_max-1,*ch_txt1,10));
ch_txt2 = "Maxima Ocor. Fase =";
outtextxy(10,60,ch_txt2);
outtextxy(200,60,itoa(ocorre_max-1,*ch_txt1,10));
111
ch_txt2 = "Posicao do Raio X =";
outtextxy(10,70,ch_txt2);
outtextxy(200,70,itoa(posx,*ch_txt1,10));
outtextxy(250,70,itoa(posy,*ch_txt1,10));
setcolor(3);
rectangle(50,(maxy/2)-100,250,(maxy/2)+1);
rectangle(300,(maxy/2)-100,500,(maxy/2)+1);
rectangle(250,(maxy/2)+50,350,(maxy/2)+150);
fatorya = 100/(ampli_max);
fatoryo = 1;
for (i = 0; i <= 200; i++)
{
y = ((maxy/2) - 50 - (50 * sin((i*6.28)/200)));
if(i==0) moveto(i+300,y);
lineto(i+300,y);
}
setcolor(1);
for (i = 1; i <= 100; i++)
{
y = (maxy/2 - (amplitude[i]*fatorya));
if(i==1) moveto(i+50,y);
lineto((i*2)+50,y);
}
for (i = 0; i <= 200; i++)
{
y = ((maxy/2) - ocorre_1d[i]/fatoryo);
if(i==0) moveto(i+300,y);
lineto(i+300,y);
}
}
/* FECHA ARQUIVO DE IMAGEM E FINALIZA */
fclose(arquivo);
getch();
closegraph();
clrscr();
}
112
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Measurements and their Application to PD Pattern Analysis . IEEE
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Dielectrics and Electrical Insulation, v.2, n.5, p.822, October 1995.
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and Electrical Insulation, v.2, n. 5, p.889, October 1995.
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M.;
SATISH,
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Dielectrics and Electrical Insulation, v.5, n. 1, p.118, February 1998.
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on PD Analysis. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,
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under Electrical Treeing Degradation. IEEE Transactions on Dielectrics
and Electrical Insulation, v. 2, n.5, p.857, October 1985.
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Discharge Activity in GIS Insulators by X-ray. IEEE Electrical Insulation
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Solid Dielectrics using X-ray Induced Discharge Initiation. IEEE
Electrical Insulation Magazine, v.8, n.6, p.33, November/December 1992.