PARTE CINCO.DOIS
de uma série de
manutenção preventiva
Manutenção de um super colisor com
testes de resistência de isolamento
Nota de aplicação
Ferramentas de medição:
Megôhmetro Fluke 1550B
Operador: Fermi National Accelerator
Laboratory, instalação de alta energia
Teste realizado: capacitor, cabo,
Varistores de Óxido Metálico,
supressores, amplificador de potência
Até mesmo o equipamento mais
complexo continua sendo um
conjunto de peças - e essas
peças necessitam de manutenção
preventiva regular.
Essa é a filosofia seguida por
Mitch Adamus, Técnico Sênior
do Fermi National Accelerator
Laboratory (Fermilab). Localizado
nos arredores de Chicago, o
Fermilab abriga o Tevatron,
o acelerador de partículas
subterrâneo de maior energia do
mundo, localizado dentro de um
túnel que mede 4 quilômetros
de circunferência. O Tevatron
acelera prótons e antiprótons, e as
partículas colidem a velocidades
vertiginosas, próximas à velocidade
da luz. Os dados gerados ajudam
algumas das mentes mais
brilhantes do mundo a responder
perguntas do tipo “Como o universo
foi criado? Como ele funciona?“
Vista aérea dos Aceleradores do Fermilab, com o Injetor Principal em construção em
segundo plano e o Tevatron em primeiro plano
Como seria de esperar,
muitos componentes exóticos
encontram-se dentro desse
complexo equipamento, além
da fiação, dos conectores e dos
dispositivos de proteção - todos
expostos a energias extremamente
altas e sujeitos a degradação.
Adamus é responsável por
garantir que os equipamentos
funcionem corretamente quando
for necessário. Isso significa que os
teste dos componentes devem ser
programados durante as paradas
do laboratório; que o desempenho
deve ser acompanhado; e que
o momento de substituir as peças
para evitar falhas deve ser previsto.
Para realizar os testes de
resistência de isolamento e outros
tipos de testes de alta resistência,
Adamus usa o Megôhmetro Fluke
1550B.
Para obter mais informações
sobre os Produtos e Serviços de
Manutenção Preventiva da Fluke,
acesse www.fluke.com/pdm
Medições comuns
Testes de cabos
Para garantir a integridade dos
grandes cabos coaxiais e de altatensão em vários sistemas, os
técnicos aplicam uma tensão de
5 kV. “O cabo de alta-tensão é
o ponto mais comum de falha“,
afirma Adamus. “Quando eles
falham, rompem sob baixas
tensões“ “Em geral, a falha é
aparente. Em ambientes agressivos,
a falha completa é mais comum do
que a simples degradação. “Se eles
suportarem 5 kV, podemos supor
que eles estão em boas condições“,
afirma Adamus. “Se não suportarem
5 kV, sabemos que já não são
próprios para uso“.
Metodologia
Para aplicar altas tensões nos
cabos, os técnicos do Fermilab
ajustam o 1550B para 5 kV. Então,
eles aplicam essa tensão entre
um condutor e a blindagem do
cabo. Como esses cabos falham
catastroficamente em vez de se
deteriorar, os técnicos procuram
condições de aprovação ou
reprovação. Se o medidor indicar
uma resistência elevada, os
técnicos realizam o teste entre
outro condutor e a blindagem
e repetem esse processo até
observarem uma falha (baixa
resistência) ou terem testado todos
os condutores.
Correspondência de MOVs
O MOV é um resistor variável.
Ele tem uma ponta energizada
e uma ponta aterrada. Ele age
Os técnicos do Fermilab também
como um fusível aberto (alta
usam o 1550B para estabelecer a
resistência) até que a tensão
correspondência entre Varistores
entre seus terminais atinja um
de Óxido Metálico (MOVs) que
determinado valor. Então, ele
formam grupos paralelos em vários muda sua resistência - ele rompe
conjuntos de soquetes de tubo.
e conduz eletricidade (mas
Esses MOVs servem para suprimir
apenas parcialmente). Os MOVs se
picos de tensão transientes. Eles
comportam de maneira semelhante
são agrupados porque um único
a um dispositivo de proteção contra
MOV simplesmente não dá conta
arco voltáico, pois são dispositivos
da energia desse ambiente. Com
limitadores de tensão. Os MOVs
o agrupamento, o Fermilab passa
funcionam apenas por causa da
a ter, na prática, um MOV de
Lei de Kirchoff (a eletricidade se
grande porte.
divide proporcionalmente aos
Mas há uma “pegadinha“.
caminhos de resistência que lhe
Devido à Lei de Kirchoff, a
são apresentados). Usamos os
eletricidade se divide na proporção MOVs para conduzir sobretensões
inversa às resistências que lhe são
ao aterramento (ou ao neutro,
apresentadas. Isso significa que, se dependendo da intenção do
não houver uma correspondência
projetista, nos dispositivos
muito próxima entre os MOVs, um
eletrônicos, mas sempre ao
MOV receberá sozinho a maior
aterramento nos sistemas elétricos).
parte do pico e, depois, deixará de
Assim, um MOV de 500 V
funcionar, reduzindo a eficácia do
permite que um circuito de 480 V
grupo de MOVs.
não seja submetido, digamos, a
um pico de 2 kV. A parte acima de
Metodologia
500 V será conduzida para a terra.
Para testar um MOV, os técnicos
Mas, nem todos os MOVs de 500 V
Fermilab ajustam o 1550B no modo
se rompem a 500 V. Alguns se
de rampa e selecionam o nível
rompem a 497 V, alguns a 514 V,
apropriado de kV. Então, eles elevam
alguns a 503 V, e assim por diante.
a tensão gradualmente e observam
Ao testar cada MOV, você pode
o ponto de ruptura (a tensão na
obter conjuntos coincidentes para
qual o MOV conduz eletricidade)
cada fonte de alimentação, para
de cada MOV. Isto permite que eles
que a ruptura seja muito próxima
posicionem os MOVs em conjuntos
nas 3 fases.
correspondentes.
Sala Principal de Controle do Complexo de Aceleradores do Fermilab
2 Fluke Corporation
Métodos eficientes de teste de resistência de isolamento para a manutenção preventiva essencial
Medições
específicas
no Fermilab
Medição de
pára-centelhas
O Fermilab usa um dispositivo de
proteção contra arco voltáico como
parte de um repertório de dispositivos
para proteger os equipamentos
contra transientes de alta-tensão.
Esses dispositivos de proteção são
simples, robustos e confiáveis mas o Fermilab os utiliza de uma
forma específica. Como Adamus
explica, “Os dispositivos de proteção
contra arco voltáico, comerciais
são pré-ajustados, mas os nossos
são ajustáveis. Então, precisamos
assegurar que eles permaneçam
corretamente ajustados.“
Os dispositivos são tão
importantes que o Fermilab usa dois
deles para proteger o amplificador
de potência de radiofrequência
(RF) de 150 kW. Segundo
Adamus, “Os dois são conectados
em paralelo à grade de tela do
tubo de alimentação para evitar
variações de tensão superiores à
especificada. O modo de rampa
do Megôhmetro Fluke 1550B
verifica as configurações desses
espaços a 3kV“. O Fermilab vinha
procurando uma maneira de ajustar
os dispositivo de proteção de acordo
com o desempenho real, e não com
a distância física entre os terminais.
Eles tiveram a idéia de experimentar
o 1550B para ver se ele se
adequava a este uso – e realmente
foi comprovado a eficiência.
Metodologia
Para realizar os testes, o técnico
faz a conexão entre os terminais
do dispositivo de proteção contra
arco voltáico. Em seguida, o técnico
coloca o 1550B no modo de rampa
e o ajusta para a faixa de 5 kV.
O próximo passo é ativar o modo
rampa a partir de zero para ver se
o dispositivo se “acende“ (se uma
faísca aparece entre os terminais)
a 3 kV. Se não aparecer, ele deve
ajustar o espaçamento até que a
faísca apareça. Se a faísca aparecer,
o espaço é ajustado até que não
apareça e, em seguida, reajusta
o espaço até que ela apareça a
3kV (ajuste de 3kV como ponto de
disparo, ao invés de ter um espaço
que possa atingido com um valor
inferior).
3 Fluke Corporation
Testes de capacitores
Os técnicos do Fermilab usam o
1550B para realizar testes padrão
em capacitores e cabos de altatensão. Eles usam o Megôhmetro
para verificar se o capacitor
suportará uma determinada
tensão. Por exemplo, Adamus
diz: “Conectamos o 1550B aos
terminais de um capacitor, por
alguns instantes. Se o dispositivo
estiver vazando ou defeituoso,
o 1550B nos avisa. Podemos ler
a resistência na escala ou ver o
indicador de descarga no medidor“.
Metodologia
Para realizar um teste de
resistência à tensão (não um
teste de capacitância) em um
capacitor, os técnicos ajustam o
1550B em algum ponto próximo
da tensão nominal do capacitor.
Eles aplicam rapidamente essa
tensão ao capacitor e observam o
visor do 1550B. Um capacitor em
boas condições atinge rapidamente
uma alta resistência à medida
que é carregado. Qualquer
outro comportamento indica um
capacitor defeituoso. Por exemplo,
um capacitor com fuga não será
adequadamente carregado, e isso
se refletirá na leitura de resistência.
Depois da carga, os técnicos
utilizam o 1550B para descarregar
o capacitor. Mas se o 1550B não
apresentar uma descarga, isso
significa que o capacitor não foi
carregado, ou não conseguiu
armazenar sua carga devido à fuga.
Medição dos
amplificadores
de potência
O 1550B também é fundamental
para garantir o tempo de atividade
dos amplificadores de potência em
cada um dos túneis de aceleração.
À medida que os amplificadores
de potência envelhecem, eles
desenvolvem problemas. Segundo
Adamus, “Eles podem desenvolver
curtos interno, e vazamentos
de água podem causar curto
no circuito da tela. Precisamos
detectar esses problemas antes
que eles interrompam pesquisas
importantes.“ Como o Fermilab usa
aceleração de partículas, algumas
partículas também danificam os
respectivos cabos e conectores.
É mais ou menos como se
tivéssemos passando cabos por
dentro de uma máquina de jato
de areia - as partículas acabam
cobrando seu preço.
Adamus afirma que
“Começaremos a detectar falhas
e erros no sistema. Quebramos a
conexão no meio do caminho - no
modulador - com o clássico método
de “dividir para conquistar“ do
isolamento de problemas. Então,
aplicamos uma alta-tensão 5 kV no
cabo do amplificador que volta ao
túnel de aceleração. Se medirmos
em uma direção a partir do ponto
médio e não virmos uma leitura
elevada em megaohms, saberemos
que o problema está nessa
direção“.
Se determinarem que a falha
está no túnel, eles precisarão
pedir o desligamento. Então, eles
precisarão continuar aplicando a
técnica “dividir para conquistar“
até isolar e identificar o problema.
Os técnicos devem entrar no túnel
com seus equipamentos de teste
durante os pequenos intervalos
entre as experiências. Eles
precisam levar um aparelho portátil
de teste de alta tensão para
isolar os vários componentes para
encontrar e resolver rapidamente
o problema. “Não podemos
arrastar para dentro do túnel um
gerador de tensão de 1,2 metro de
altura, 113 kg e com fio“, afirmou
Adamus.
Métodos eficientes de teste de resistência de isolamento para manutenção preventiva essencial
Vista do Tevatron no Setor A, dentro do Túnel do Anel Principal
A bateria do 1550B o torna
particularmente adequado em áreas
de trabalho apertadas, onde o tempo
é também um fator de pressão. Antes
do 1550B, os técnicos do Fermilab
precisavam encontrar os problemas
através de inspeção visual.
Normalmente, o dano é visível, mas
encontrá-lo dessa forma é demorado.
Com o 1550B, eles reduzem
significativamente o processo de
solução de problemas.
Testes de barramento
Barramentos que consistem em
vigas de cobre de 6,35mm de
espessura transportam 2.500 A
para dentro do túnel. Só o
acelerador Booster tem dezoito
fontes de alimentação de 2.500 A.
Adamus e os outros técnicos usam
o Megôhmetro Fluke 1550B para
“examinar a resistência entre
os barramentos e tudo o que
estiver aterrado. Essas fontes de
alimentação devem ser mantidas
fora do potencial de terra.“
Metodologia
O 1550B mede a resistência em
relação ao aterramento a 1 KV,
criando um envelope de tensão
mais do que suficiente para a fonte
de alimentação. Para realizar o
teste, os técnicos ajustam o 1550B
em 1 kV. Eles medem entre dois
barramentos adjacentes e entre os
barramentos e objetos próximos
ao terra (tais como braçadeiras
de apoio). O medidor deve indicar
resistência infinita.
Outras máquinas do Fermilab
que exigem que os componentes
sejam mantidos fora do potencial
de terra são o Tevatron, o Linac
(Acelerador Linear), o Injetor
Principal e vários anéis de suporte
que produzem e armazenam
antiprótons.
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