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Instruções de operação HAEFELY TEST AG MIDAS micro 2883 Sistema Móvel, Diagnóstico e Análise de Isolação Versão 1.3 4843122 Título Instruções de operação MIDAS micro 2883 Data 11-2014 Autor TH, DL, LWA Layout LWA Revisão de história 1.0 06/2014 DL TH Liberação inicial do documento 1.1 11/2014 DG Fórmula PF modificada 1.2 02/2015 TH Alterações para o firmware V1.1.0 e V1.1.1 Versão Data Autor Observações Este equipamento contém terminais expostos com tensões perigosas. Não existem componentes que possam ser reparados pelo utilizador na unidade. Todas as reparações e atualizações que exijam a abertura da unidade devem ser realizados pela HAEFELY TEST AG ou por um de seus agentes nominados. A abertura não autorizada da unidade pode danificar o EMI de proteção do sistema e reduzirá a sua resistência a interferências e transientes. Pode também fazer com que a unidade individual deixe de estar em conformidade com as EMC de emissões e de susceptibilidade. Se a unidade tiver sido aberta, tornará a calibração inválida. Em toda a correspondência, por favor indique o número exato do tipo e o número de série do instrumento e a versão do software atualmente instalado nele. Nota HAEFELY TEST AG tem uma política de melhoria contínua em todos os seus produtos. O design deste instrumento estará sujeito a revisão e modificação ao longo de sua vida útil. Pode haver pequenas discrepâncias entre o manual e o funcionamento do instrumento, especialmente quando o software foi atualizado no campo. Embora todos os esforços sejam feitos para garantir que não haja erros nos manuais, a HAEFELY TEST AG não assume qualquer responsabilidade pela precisão deste manual. HAEFELY TEST não se responsabiliza por danos ou perdas que possam resultar de erros contidos neste manual. Nós mantemos o direito de modificar a funcionalidade, especificação e operação do instrumento sem aviso prévio. Todos os direitos reservados. Nenhuma seção deste manual pode ser reproduzida em qualquer forma, mecânica ou eletrônica sem a permissão da HAEFELY TEST AG. 2014, HAEFELY TEST AG, Suíça. ATENÇÃO Antes de operar este instrumento, esteja certo de que leu e compreendeu a instruções de operação. Este instrumento está ligado a tensões perigosas. É de responsabilidade do usuário garantir que o sistema seja operado de maneira segura. 1.1 Convenções do Manual No manual, são usadas as seguintes convenções: Nota de indicação – Se isto refere-se a uma sequência de operações, o não seguimento das instruções pode resultar em erros de medição. Indica perigos. Existe o risco de danos ao equipamento, lesões pessoais ou morte. Leia atentamente e siga as instruções. Certifique-se de seguir todas as instruções de segurança dadas, além daquelas para o local em que os testes estão sendo realizados. Texto em negrito é usado para botões, Portas e conectores de dispositivos, cabeçalhos de tabela, bem como legendas em texto contínuo. O texto em itálico é usado para itens de menu, referências de capítulos e notas. O texto sublinhado é usado para enfatizar. 1.2 Abreviações e definições Sempre que possível, são utilizadas as definições IEC correspondentes. As seguintes abreviaturas e definições são utilizadas neste manual: AC Corrente alternativa CX Teste de capacitância do objeto CN Capacitação padrão DC Corrente direta DUT Dispositivo em teste HV Tensão alta LV Tensão baixa RMS Raiz quadrado médio VI Introduction Conteúdo 1.1 Convenções do manual ............................................................................................. VI 1.2 Abreviações e definições ........................................................................................... VI 2 Introdução 1 2.1 Geral .......................................................................................................................... 1 2.2 Âmbito do fornecimento .............................................................................................. 1 3 Dados técnicos 3 4 Segurança 5 4.1 General ...................................................................................................................... 5 4.2 Segurança pessoal ..................................................................................................... 5 4.3 Características de segurança ..................................................................................... 6 4.4 Precações de segurança ............................................................................................ 6 4.5 Sumário ...................................................................................................................... 7 5 Teoria 8 5.1 Por que o isolamento é testado? ................................................................................ 8 5.2 O que é fator de perda? .............................................................................................. 8 5.3 Qual é o fator de dissipação ? .................................................................................. 8 5.4 A diferença entre o fator de potência e o fator de dissipação .................................... 10 5.5 Poder aparente, poder real, poder reativo ................................................................ 10 5.6 Instrumentos de teste ............................................................................................... 11 5.7 Avaliação dos resultados dos testes ......................................................................... 11 5.7.1 Significado de capacitância e fator de dissipação ...................................... 11 5.7.2 Fator de dissipação do isolamento típico de aparelhos .............................. 12 5.7.3 Fator de dissipação e constante dielétrica de materiais de isolamento típicos.12 5.7.4 Influência de temperatura .......................................................................... 13 5.7.5 Influência de umidade ............................................................................... 13 5.7.6 Influência do vazamento superficial ........................................................... 14 5.7.7 Interferência eletrostática .......................................................................... 14 5.7.8 Fator negativo de dissipação ..................................................................... 14 5.8 Condensador padrão, corrente de medição e limites........... ...................... 15 5.9 Circuitos equivalentes paralelos e de séries .............................................. 16 6 Descrição Funcional 17 6.1 Visão geral do sistema ............................................................................................. 17 6.2 V-ponto potencial e proteção .................................................................................... 17 6.3 Modos de teste ......................................................................................................... 18 6.3.1 Modo de teste „UST” para objetos de teste não aterrados ......................... 20 6.3.2 Modo de teste „GST“ para objetos de teste aterrados ............................... 20 6.3.3 Modo de teste „GST g“ para objetos de teste aterrados com proteção (V- potencial). 21 6.4 Supressão de Interferências ..................................................................................... 22 Introduction VII 6.4 Elementos de operação ........................................................................................................ 23 7 Recursos do painel frontal 23 7.1.1 Terminal de aterramento ...........................................................................24 7.1.2 Fendas de ventilação ................................................................................ 24 7.1.3 Saída de alta tensão ................................................................................. 24 7.1.4 Botão de parada de emergência ............................................................... 24 7.1.5 Ponto de baixa tensão V ........................................................................... 24 7.1.6 Entrada de medição HV GND ................................................................... 24 7.1.7 Entrada de medição A ............................................................................... 24 7.1.8 Entrada de medição B ............................................................................... 24 7.1.9 Entrada do interruptor de segurança ......................................................... 25 7.1.10 Lâmpada externa de aviso ........................................................................ 25 7.1.11 Lâmpada de aviso ..................................................................................... 25 7.1.12 Sensor de temperatura externo ................................................................. 26 7.1.13 Porta USB ................................................................................................. 26 7.1.14 Porta ethernet ........................................................................................... 26 7.1.15 Touchscreen ............................................................................................. 26 7.1.16 Impressora ................................................................................................ 26 7.1.17 Conector de rede ...................................................................................... 26 7.1.18 Caixa de fusíveis de rede .......................................................................... 26 7.1.19 Interruptor de energia ................................................................................ 27 8 Interface do usuário 28 8.1 Tela de inicialização ................................................................................................. 28 8.2 Tela inicial ................................................................................................................ 29 9 Modo básico 30 9.1 Tela de modo básico ................................................................................................ 30 9.1.1 Barro de status .......................................................................................... 31 9.1.2 Área de definição de teste ......................................................................... 32 9.1.3 Barra de medição e displays ..................................................................... 33 9.1.4 Medições gravadas ................................................................................... 35 9.1.5 Símbolos especiais e valores de medição ................................................. 35 9.1.6 Controles da barra de ferramentas ............................................................ 35 10 Conduzido 37 10.1 DUe seleção de teste ............................................................................................... 37 10.1.1 Define parâmetros de teste ....................................................................... 37 10.2 Tela de instrução ...................................................................................................... 40 10.3 Tela de início da medição......................................................................................... 41 10.4 Tela de medição ....................................................................................................... 43 10.4.1 Barra de status .......................................................................................... 44 10.4.2 Barra de status e Displays......................................................................... 46 10.4.3 Medições gravadas ................................................................................... 46 10.4.4 Símbolos especiais e valores de medição ................................................. 47 10.4.5 Barra de ferramentas ................................................................................ 47 10.5 Tela de resultados .................................................................................................... 48 11 Modo avançado 49 11.1 Guia manual ............................................................................................................. 49 11.1.1 Barra de medição e Displays ..................................................................... 51 Introduction III 11.1.2 Configurações de teste ............................................................................. 52 11.1.3 Valores da área de medição ...................................................................... 52 11.1.4 Símbolos especiais e valores de medição ................................................. 53 11.1.5 Barra de ferramentas ................................................................................ 53 11.1.6 Barra de ferramentas do menu .................................................................. 54 11.1.7 Menu de arquivos ...................................................................................... 56 11.2 Guia de sequência ................................................................................................... 57 11.2.1 Configurando uma sequência .................................................................... 57 11.2.2 O menu de ferramentas ........................................................................... 59 11.2.3 Menu de arquivo ....................................................................................... 60 11.2.4 Guia sequência durante a medição ........................................................... 61 12 Configuração 62 12.1 Guia DUT ................................................................................................................. 62 12.2 Guia diversos ........................................................................................................... 63 12.3 Guia de configurações ............................................................................................. 65 12.3.1 Configurações de medição ........................................................................ 65 12.3.2 Exatidão GST estendida............................................................................ 66 12.3.3 Redução estendida de ruído ..................................................................... 68 12.4 Guia de preferências ................................................................................................ 69 12.5 Guia de notas ........................................................................................................... 70 12.6 Atualização de Firmware .......................................................................................... 70 13 Tela de resultados 72 13.1 Guia de tabela .......................................................................................................... 72 13.1.1 Menu de arquivos ...................................................................................... 73 13.1.2 Selecionar Colunas de Diálogo ................................................................. 75 13.2 Guia gráfico .............................................................................................................. 76 13.2.1 Filtros ........................................................................................................ 76 13.2.2 O gráfico ................................................................................................... 77 14 Valores de medição 78 14.1 Descrição ................................................................................................................. 78 14.2Formato de dados .................................................................................................... 79 15 Acessórios e opções 80 15.1 Acessórios padrão ................................................................................................... 80 15.1.1 Cabo de alta tensão .................................................................................. 80 15.1.2 Garra/Clamp de extensão ......................................................................... 81 15.1.3 Adaptadores de bucha para medição de C1 .............................................. 82 15.1.4 Adaptadores de bucha para medição de C2 .............................................. 83 15.1.5 Adaptador de bloqueio .............................................................................. 83 15.1.6 Carretéis de cabos .................................................................................... 84 15.2 Acessórios opcionais ................................................................................................ 84 15.2.1 Interruptor de pé ........................................................................................ 84 15.2.2 Luz estroboscópica de segurança ............................................................. 84 15.2.3 Sonda de temperatura externa .................................................................. 84 15.2.4 Termo-Higrômetro ..................................................................................... 84 15.2.5 Adaptador LEMO para BNC ...................................................................... 84 15.2.6 Gancho para cabo HV .............................................................................. 85 IV Introduction 15.2.7 Conjunto de teste de colarinho quente ...................................................... 85 15.2.8 Midas Office software ................................................................................ 85 15.2.9 Célula de teste de óleo 6835 ..................................................................... 85 16 Diversos 86 16.1 Armazenamento de instrumentos ............................................................................. 86 16.2 Cuidados e manutenção .......................................................................................... 86 16.2.1 Limpando o instrumento ............................................................................ 86 16.2.2 Calibração do instrumento......................................................................... 86 16.2.3 Trocando os fusíveis ................................................................................. 86 16.3 Embalagem e transporte .......................................................................................... 87 16.4 Reciclagem .............................................................................................................. 87 17 Resolução de problemas 88 18 Atendimento ao cliente 90 19 Conformidade 91 20 Guia de aplicações 92 20.1 Buchas ..................................................................................................................... 92 20.1.1 Buchas sobressalentes ............................................................................. 94 20.1.2 Buchas instaladas ..................................................................................... 95 20.1.3 Interpretação de dados de medição .......................................................... 97 20.2 Transformadores ...................................................................................................... 97 20.2.1 Transformadores de potência e distribuição .............................................. 97 20.2.2 Reatores de derivação ............................................................................ 103 20.2.3 Transformadores de corrente .................................................................. 104 20.2.4 Transformadores de tensão .................................................................... 104 20.2.5 Medição de corrente de excitação ........................................................... 106 20.3 Isolamento de liquido ............................................................................................. 108 20.3.1 Procedimento de teste ............................................................................ 108 20.3.2 Interpretação de dados de medição ........................................................ 109 20.4 Cabos .................................................................................................................... 110 20.4.1 Procedimento de teste em diferentes cabos ............................................ 110 20.4.2 Exemplo de procedimento de teste ........................................................ 111 20.4.3 Medição da interpretação dos dados ....................................................... 111 20.5 Capacitores ............................................................................................................ 112 20.6 Disjuntores ............................................................................................................. 112 20.6.1 Disjuntor de tanque sem carga ................................................................ 114 20.6.2 Disjuntor de tanque vivo .......................................................................... 115 20.6.3 Medição da interpretação dos dados ....................................................... 116 20.7 Sobre tenções (relâmpagos) ................................................................................. 116 20.7.1 Níveis de teste ........................................................................................ 117 20.7.2 Procedimentos de teste ........................................................................... 117 20.7.3 Medição da interpretação dos dados ....................................................... 118 2 Introduction 2 Introdução 2.1 Geral O MIDAS micro 2883 é o testador de isolação mais pequeno e compacto do mercado. Ele é projetado para fator de potência / dissipação e teste de capacitância no campo e na fábrica. 2.2 Âmbito do fornecimento Os itens a seguir são fornecidos com um sistema de canal único padrão: Qtd Part No. Descrição 1 4842957 Unidade Midas micro 1 4843122 Manual Midas micro 1 0781811 Cartão de memória 1 4843112 Bolsa de acessórios Os acessórios consistem nos seguintes itens: Qtd Part No. Descrição 1 4843309 Bolsa 2 0781721 Carretéis para cabos de AT e cabos de medição 1 4843042 Cabo de alta tensão 20m 1 4842635 Cabo de medição azul 20m 1 4842636 Cabo de medição branco 20m 1 4842637 Cabo de medição amarelo 20m 3 4843107 Grampo do cabo de medição 2 0781769 Fio de conexão 2 0780069 Clip de ligação 1 4843125 Cabo de aterramento com grampo 20m 1 4843440 Braçadeira de alta tensão 1 4842106 Grampo de extensão 2 4843453 Bucha Adaptador BNC 1 4843455 Bucha Adaptador HV 1 4843115 Portátil com cabo 10m 1 0781758 Fio de cobre 25m / 0.8mm de diâmetro 1 0781631 ODU Conector 1 0780999 Proteção de dobra ODU 2 0781256 Rolo de papel de reposição para impressora térmica Introduction 1 Cabo de alimentação Um cabo de alimentação específico do país também é fornecido dentro do saco de acessórios. Part No. Descrição 0937401 USA / Japão, 2.0m, 10A 0938201 Suíça; 2.0m, 10A 0938561 UK, 2.5m, 10A 0194091 China, 2.5m, 10A 0938251 Europa (Schuko), 2.5m, 10A Acessórios opcionais (não incluídos no fornecimento padrão): Part No. Descrição 4843116 Lâmpada de aviso 4843117 Interruptor de pé 4842187 Sonda de Temperatura Externa 3490045 Higrômetro Térmico 4842640 Adaptador LEMO para BNC 4840155 Gancho para cabo HV 4843459 Cinto quente do colarinho Ao receber a unidade, verifique se todos os itens foram entregues. Verifique também se o cabo de alimentação correto parasua localização foi fornecido. No caso de peças ausentes ou danificadas, entre em contato com o representante de vendas local, indicando o número de série, o tipo de instrumento e o número da ordem do cliente. Technical Data 3 3 Dados Técnicos Sistema de Medição Faixa Resolução Exatidão Fator de Dissipação (tan δ) 0 .. 100 (0 .. 99’999%) 0.0001 0.01 % 0.5 % rdg 0.0001 @ 50..60 Hz 0.5 % rdg 0.01% @ 50..60 Hz Fator de Potência (cos φ) 0 .. 1 (0 .. 100%) 0.0001 0.01 % 0.5 % rdg 0.0001 @ 50..60 Hz 0.5 % rdg 0.01% @ 50..60 Hz Capacitância 50Hz: 8 pF .. 47 nF @ 12kV 10 pF .. 57 nF @ 10 kV 4 nF .. 22 uF @ 25 V 60Hz: 6.5 pF .. 39 nF @ 12kV 8 pF .. 47 nF @ 10 kV 3 nF .. 19uF @ 25 V 0.01 pF 0.3 % rdg 0.3 pF Tensão de Teste 25 .. 12’000 Vrms 1 V 0.3 % rdg 1V Corrente de Teste 30 A .. 180 mARMS 0.1 A 0.3 % rdg 1 A < 0.2A Watts / Potência 0 .. 2.16 kW 0.1 mW, mVA, mVAR 0.8 % rdg 1 mW, mVA, mVAR Fator de Qualidade 0.01 .. 10’000 0.0001 0.5 % rdg 0.0001 Indutância 50Hz: 212 H .. 1.27 MH @ 12kV 177 H .. 1.06 MH @ 10 kV 0.44 H .. 2.65 kH @ 25 V 60Hz: 177 H .. 1.06 MH @ 12kV 147 H .. 884 kH @ 10 kV 0.37 H .. 2.2 kH @ 25 V 0.1 mH 0.5 % rdg 0.5 mH Frequência 50 .. 60 Hz @ 12kV 15 .. 400 Hz @ 5 kV 1 Hz 0.1 % rdg 0.3 Hz Saída Corrente 180 mARMS (20 min ON, 20 min OFF) Potência 2’160 VA (20 min ON, 20 min OFF) Referência Interna 100 pF Capacitância de Referência, tan δ < 0.00001 Coeficiente de Temperatura < 0.01 % K Envelhecimento da Capacitância < 0.01 % / ano Introduction 1 Intervalo de Calibração recomendado 2 anos Interfaces Display 7” TFT , 800 x 480, Colour Touch Screen (tela sensível ao toque) Entradas de Medição 3 x BNC USB 1 x USB 2.0 Ethernet/LAN 1 x RJ-45 Dispositivos de Segurança Detecção de terra aberto Chave manual de segurança, Chave Pedal Lâmpada de Alerta Sinal de Alerta Audível em Alta Tensão (High-Voltage) ON Valores Medidos DF (tan ) DF (tan )@20°C DF%(tan ) DF%(tan )@20°C PF (cos ) PF (cos )@20°C PF%(cos ) PF%(cos )@20°C Capacitância Cx Resistência Rx Indutância Lx Frequência f Corrente de Teste Ix Frequência da rede fm Frequência do ruído fn Potência Aparente S Potêncioa Real P Potência Reativa Q S/N Ratio (relação S/N) Fator de Qualidade QF Corrente de Ref In Capacitância Cn Currente Imag (Lp) Corrente Ife (Rp) Ângulo de Fase (Zx) Tensão URMS Temp Isolação. Temp. Corr. Fator K Condições Comentários Modo de Conexão Hora/Data Settings/programações Standards Segurança IEC 61010-1 (2010) EN 61010-1:2001(ZEK 01.4-08) EMC EN 61000-3-2 (2006) EN 61000-3-3 (2008) EN 61000-4-2 (2009) EN 61000-4-3 (2010) EN 61000-4-4 (2004) EN 61000-4-5 (2006) EN 61000-4-6 (2007) EN 61000-4-11(2004) EN 55011 +A1(2009) Teste de queda IEC 60068-2-31 Edition 4.0 (face, corner, free fall) Choque & Vibração IEC 60068-2-6 IEC 60068-2-64 Edition 2.0 IEC 60068-2-27 Envelhecimento MIL-T-28800 Especificações Físicas e Ambientais Alimentação 90 .. 264 VAC 50/60 Hz, 800 W, ativo PFC (acc. IEC61000-3-2) Fusível de proteção T 10 A Conexão Conector com fusível IEC-320 Temperatura de operação -10 ... +50°C (14 .. 122 °F) Temperatura de estoque -20 … +70°C (-4 .. 158 °F) Umidade Relativa 5 ... 95 %, sem condensação Dimensões (W x D x H) 54.6 x 34.7 x 24.7 cm (21.5” x 13.66” x 9.72”) Peso do MIDAS 24.9 kg (55 lb) Peso da bolsa de Acessórios 16 kg (35.7 lb) 4 Technical Data Safety 5 4 Segurança Segurança é de responsabilidade do usuário. Sempre opere o equipamento de acordo com as instruções, sempre prestando total atenção às práticas de procedimentos em locais de segurança. Este sinal de aviso é visível na unidade MIDAS micro 2883. Significado: Este equipamento só deve ser operado depois de ler atentamente o manual do usuário, que é parte integrante do instrumento. A Haefely Test AG e os seus parceiros comerciais recusam-se a aceitar qualquer responsabilidade por danos diretos ou indiretos / ou mercadorias devido a nenhuma observância das instruções contidas neste documento ou devido ao uso incorreto do MIDAS micro 2883. 4.1 Geral Segurança é o aspecto mais importante ao trabalhar com ou ao redor de equipamento elétrico de alta tensão. Pessoas cujas responsabilidades envolvem a manutenção e testes dos vários tipos de equipamento de alta tensão devem ter entendido as regras de segurança escritas neste documento e as práticas de segurança associadas especificadas pela companhia deles/delas e governo. Também devem ser consultados os procedimentos de segurança locais e estatais. Os regulamentos da companhia e os do governo têm prevalência sobre as recomendações da Tettex. O MIDAS 2880 gera alta tensão e é capaz de causar sério e até mesmo choque elétrico letal. Se o instrumento está avariado ou é possível que dano tenha ocorrido, por exemplo, durante o transporte, não aplique o energize. O instrumento só pode ser usado sob as condições operacionais a seguir. O uso de MIDAS é proibido sob chuva ou neve. Não abra o MIDAS 2880, ele não contém quaisquer partes substituíveis pelo usuário. Não ligue ou opere um MIDAS 2880 instrumento se um perigo de explosão existir. 4.2 Segurança pessoal O MIDAS deve ser operado por uma equipe de não menos duas pessoas. A função delas é descrita a seguir: Operador de Teste: É a pessoa que está fazendo as conexões de teste e opera o MIDAS. Ele deve ser capaz de ter uma clara visão do objeto sob teste e da área onde o teste está sendo realizado. Observador de Segurança: A pessoa que é responsável pela observação do desenrolar do teste vendo qualquer risco de segurança e advertindo os membros da equipe. Ambas as pessoas não devem realizar outra tarefa enquanto o MIDAS estiver energizado. Quando fazendo os vários tipos de conexões envolvidas nos diferentes tipos de testes, poderá ser necessário que o pessoal suba no equipamento, porém, ninguém deverá permanecer sobre o equipamento durante o teste em si. Pessoas que estejam trabalhando nas proximidades da área onde o teste está sendo feito devem ser informadas. Sinais visuais e verbais devem ser combinados e seguidos. Realize uma tarefa por vez em qualquer equipamento. A situação onde duas equipes estão realizando duas tarefas ao mesmo tempo no mesmo equipamento é um convite para confusões problemas e perigo ao pessoal. Pessoas portando marca-passo não devem estar próximas ao sistema durante a operação. Pessoas portando marca-passo não devem estar próximas ao sistema durante a operação. Tensões perigosas podem dar choque, queimar ou matar! 6 Safety 4.3 Recursos de segurança Além de um botão de Parada de Emergência o MIDAS está equipado com um Interruptor de Segurança externo (tipo retorno por mola ou o tipo 'dead man'). O Interruptor de Segurança deve ser controlado pelo Segundo membro da equipe (o observador de segurança). Sem o Interruptor de Segurança o equipamento não pode ser ativado. Antes de se fazer as primeiras medições o Operador de Segurança deve verificar o funcionamento correto do Interruptor. Recomenda-se que o Interruptor de Segurança seja o último Interruptor a ser fechado. Ele deverá permanecer aberto até que todo o pessoal esteja afastado em segurança. Se pessoas não autorizadas entrarem na área ou ocorrer outra situação indesejável o Operador de Segurança deverá soltar o Interruptor imediatamente, e então notificar o operador do MIDAS. O Interruptor de Segurança deve ser usado todo o tempo. Nunca o curto-circuito nem use qualquer dispositivo de travamento mecânico pressionando o botão do interruptor. O botão do interruptor deve ser sempre operado manualmente. Para a indicação visual da presença da alta tensão há uma lâmpada de aviso está localizada no lado superiorposterior do instrumento. Uma luz estroboscópica opcional é fornecida e que pode ser montada sobre o Objeto Sob Teste. O MIDAS é equipado com o monitoramento da conexão HV GND. A alta tensão somente pode ser ligada quando o circuito de aterramento estiver conectado apropriadamente. O status “Aterrado” [Grounded] ou “Aberto” [Open] é indicado no instrumento por LED e pelo software. Um cabo separado verde/amarelo é provido com o propósito de aterrar o instrumento com segurança. O cabo de terra deve ser conectado de um lado ao Parafuso de Terra nas costas do MIDAS e do outro lado ao sistema de aterramento. O cabo verde/amarelo de aterramento de segurança deve ser o PRIMEIRO condutor a ser conectado ao conjunto. 4.4 Precauções de segurança Todos os testes devem ser executados com o dispositivo sob teste completamente desenergizado e isolado dos sistemas de potência. A carcaça ou o tanque do equipamento deverão ser desconectados de todos os barramentos e aterrados apropriadamente de forma que todas as tensões induzidas ou cargas contidas sejam neutralizadas. Os aterramentos poderão ser temporariamente removidos somente quando o procedimento de teste estiver realmente sendo executado. O MIDAS deve ser solidamente aterrado à mesma terra que o objeto sob teste. Quando o MIDAS estiver permanentemente abrigado em um veículo a sua conexão de terra deverá estar unida ao chassi do veículo, que, por sua vez, é aterrado. Normalmente, os terminais expostos do equipamento não devem ficar “flutuando”, eles devem ser aterrados diretamente ou através dos condutores (INPUT V) do MIDAS a menos que especificado de outra maneira. O teste do equipamento de alta tensão envolve a energização do equipamento pelo MIDAS. Isto pode produzir níveis de tensão e corrente perigosos. Deve-se tomar cuidado para evitar o contato com o equipamento que está sendo testado, com as buchas e com condutores e com os cabos do MIDAS. Especialmente, não se deve se segurar o cabo de alta tensão durante a energização do MIDAS. Descarga no espécime sob teste ou o MIDAS podem gerar tensões transitórias de magnitude suficiente para perfurar a capa protetora do cabo de teste de alta tensão. É altamente recomendável que a equipe faça uma verificação visual para se assegurar de que os terminais do equipamento estejam isolados dos sistemas de potência. Se há a possibilidade real de que o dispositivo sob teste falhe precauções às causas devem ser tomadas tais como barreiras ou restrições à entrada no caso de falha violenta. Deve ser assegurada distância entre o equipamento de teste e o dispositivo sob teste durante a presença de alta tensão. Barreiras e fitas de segurança podem ser dispostas ao redor da área para impedir a entrada não intencional na área de risco. Também deve ser assegurado de que objetos não exteriores como escadas casulos, etc. não possam entrar na área de teste. Safety 7 Após aterrar o MIDAS apropriadamente, os demais condutores e o Cabo de Teste de Alta Tensão são plugados nos seus receptáculos. Não conecte os condutores aos terminais do equipamento antes de conectá-los primeiramente ao MIDAS. Os procedimentos apropriados para a conexão dos condutores do MIDAS ao dispositivo sob teste estão descritos detalhadamente no capitulo “Acessórios e Opções”. O Observador de segurança deve supervisionar estes procedimentos todo o tempo. O MIDAS funciona a partir de uma fonte de força monofásica. Possui um cordão de força de três fios e requer uma tomada do tipo bipolar com três terminais sendo um a fase, outro o neutro e o terceiro a terra. Não desconecte ou elimine a conexão a terra. Qualquer interrupção do aterramento pode criar o risco de choque elétrico. A ligação da alimentação do equipamento deve ser a última a ser feita durante a preparação do teste. Quando os testes forem concluídos, todos os condutores de teste devem ser desconectados primeiramente no dispositivo sob teste e aterrados antes de serem desconectados do instrumento. O cabo de aterramento de segurança verde/amarelo deve ser a ÚLTIMA ligação a ser desfeita no aparelho. Não desconecte os cabos de tensão até que a tensão do MIDAS esteja desligada [HV OFF] e o Interruptor de Segurança liberado. Tentativas de desconectar as ligações enquanto o MIDAS está energizado podem resultar em um choque elétrico serio ou letal. 4.5 Sumário Nota: Muitos dos acidentes que ocorrem ao redor de equipamento de alta tensão envolvem pessoas que estão familiarizadas e talvez bastante familiarizadas com equipamentos de alta tensão. Manter-se alerta e observante requer treinamento constante e consciência dos riscos inerentes. O maior perigo é a possibilidade expor-se a um circuito vivo. Para se evitar, isto é, necessária a constante vigilância sua e dos seus companheiros de trabalho. Além dos perigos óbvios, as pessoas devem estar alertas para reconhecer também perigos sutis. Por exemplo, durante os testes de corrente de excitação em transformadores os terminais flutuantes poderão ter potenciais induzidos neles pela simples ação do transformador. Por isso, todos os terminais de um dispositivo sob teste deverão ser considerados como vivos enquanto o teste está em andamento a menos que estejam aterrados. Quando transformadores de potencial ou quaisquer transformadores estão interconectados, tensões podem realimentar enrolamentos secundários e produzir alta tensão no primário ainda que o primário esteja aparentemente isolado do sistema de potência. Isto leva a uma segunda regra – todos os dispositivos sob teste devem estar completamente isolados. Finalmente deve-se notar de que o MIDAS é relativamente pesado. Recomenda-se que pelo menos duas pessoas sejam usadas para deslocar o MIDAS e três para levantá-lo. Ao levantá-lo ou ao deslocá-lo para dentro ou para fora de um veiculo deve-se tomar cuidado especial para não se machuquem. Lembre-se – Segurança, PRIMEIRO, ÚLTIMO, SEMPRE! Theory 9 5 Teoria 5.1 Por que o isolamento é testado? Todos os transformadores, seccionadores de alta tensão, motores e assessórios de equipamentos têm uma expectativa de vida em alta tensão. Desde o primeiro dia de uso o equipamento é submetido a esforços térmicos e mecânicos, ao ingresso de partículas do exterior e variações da temperatura e da umidade. Todas estas influencias elevam a temperatura de funcionamento do equipamento quando é ligado. O aquecimento acelera reações químicas no isolamento elétrico as quais resultam em uma degradação das características dielétricas. Este processo tem uma característica de avalanche, isto é, a mudança das características do isolamento aumentando o fator de perdas e produzindo aquecimento que degrada o isolamento ainda mais. Se o fator de perdas do isolamento for periodicamente monitorado e registrado, será então possível predizer e / ou evitar uma falha catastrófica do equipamento elétrico. No começo da indústria de fornecimento de eletricidade pública, foram buscados os métodos e os processos para se evitar as perdas inesperadas causadas por defeitos do equipamento. Um método simples que constava das medições realizadas no local que fornecia dados repetentes era a medição do fator da capacitância e das perdas (fator de potência) da isolação do equipamento. Nos casos em que os testes de medição do fator de perdas eram executados regularmente e os resultados relevantes comparados com os resultados anteriores se notava a deterioração do isolamento e as medidas preventivas eram tomadas. Baseados neste trabalho de campo foram desenvolvidos uma série de procedimentos de testes que são descritos em vários documentos e normas IEEE, ANSI e IEC que especificam a qualidade do isolamento para os vários tipos de equipamentos elétricos. De forma a definir valores de perdas aceitáveis, um “serviço de registro de dados” foi desenvolvido com base em dados estatísticos de equipamentos tipos e modelos deequipamentos. Foram feitas medições padronizadas da capacitância e das perdas dos meios isolantes para se assegurar de que os dados eram comparáveis. O fator de perdas foi calculado e os resultados corrigidos comparando-se com as medições do valor da energia com uma tensão de teste de 10 kV. Alguns resultados de teste ainda foram multiplicados por um fator de correção de temperatura para produzir valores compatíveis a 20°C e registrados e comparados. Desta forma, a degradação das características do isolamento em um determinado período de tempo pode ser determinada. Com o histórico de teste, um engenheiro experiente será capaz de tomar as medidas de manutenção necessárias baseado nas mudanças do valor do fator de perdas. 5.2 O que é fator de perdas? Fator de perdas é a energia total que será consumida pelo equipamento durante o serviço normal. Em particular, o fator de perdas do isolamento é a energia tirada pelo fluxo de corrente através da componente resistiva do isolamento. O caminho para terra varia de acordo com o tipo do equipamento elétrico. Por exemplo, comutadores provavelmente irão desenvolver uma trilha para terra dos ângulos retos para as conexões da base. Nos transformadores, trilhas podem desenvolver-se na resistência isoladora entre os enrolamentos ou entre os enrolamentos e a carcaça (tanque). Em todos os casos, o resultado é um fator de perdas na forma de aquecimento. Nota: Neste texto, se refere a fator de perdas (perdas, watts) em contraste ao fator total de perdas. Fator total de perdas é normalmente usado para descrever as perdas totais de um transformador sob carga e não deve ser confundido com a perda devido à degradação do isolamento. 5.3 O que é a tan δ , fator de dissipação? Para se especificar o fator de perdas do isolamento, o objeto sob teste deve ser considerado como sendo um capacitor no circuito de teste. Considere que todos os objetos de teste, isto é, transformadores, buchas, geradores, barramentos motores, comutadores de alta tensão são construídos com metais e isolamentos e, por conseguinte, apresentam propriedades associadas a capacitâncias. Cada objeto de teste consiste de várias capacitâncias pelo isolamento entre si e capacitâncias de isolamento para terra. A figura mostra o componente que compreende uma capacitância e o diagrama de um capacitor de disco simples. 8 Theory Figura 1: Capacitor de disco C A d Onde: A face do eletrodo d distância entre os eletrodos C capacitância 0 constante dielétrica do ar (0=8,8542•10 -12 F/m) r constante dielétrica dependente do material relativa = 0 • r, constante dielétrica Em um capacitor ideal, a resistência do material isolante (dielétrico) é infinitamente grande. Isto significa que quando uma tensão CA é aplicada a corrente segue a tensão por exatamente 90° uma vez que ela flui como uma corrente pura. Além disso também se percebe que cada material isolante contém individualmente elétrons livres que apresentam pequenas perdas sob condições de tensão CC sendo P= U2/R. Sob CA, ocorre a chamada de perdas por histerese que é análoga às perdas no ferro. Como as perdas ocorrem em qualquer material isolante, um circuito equivalente de uma capacitância real pode ser construído como se segue: Fator de perdas (Fator de dissipação) tan PR IR XC 1 QC IC R C R Fator de potencia PF cos IR PR tan I SC Figura 2: Diagrama paralelo equivalente de uma capacitância com perdas acentuadas e o diagrama vetorial. UTest tensão de teste aplicada IC corrente através da capacitância IR corrente através da resistência (material isolante) C capacitância ideal R resistência ideal Devido a P = Q • tan , as perdas, que são proporcionais à tan , serão usualmente dadas com um valor de tan para expressar a qualidade do material de isolamento. Por conseguinte, o angulo é descrito como sendo o angulo de perdas e a tan como o fator de perdas. Theory 11 5.3 A diferença entre o Fator de Potência e o Fator de Dissipação Enquanto o “Fator de Dissipação” é usado na Europa para descrever perdas do dielétrico, o cálculo usado nos Estados Unidos e o do “Fator de Potência” cos cos . Os dados estatísticos coletados na América do norte foram calculados usando-se o fator de perdas cos Os dados estatísticos coletados na América do norte foram calculados usando-se o fator de perdas cos ou cos já que a diferença nos valores muito pequenos é desprezível. De qualquer forma, as formulas são: PF tan 1 tan2 tan PF 1 PF 2 5.4 Potência aparente, potência real, potência reativa A relação entre os vários tipos de potência é esclarecida pelas equações seguintes. Figura 3 : Diagrama vetorial da Potência Aparente, da Potência Real e da Potência Reativa Uma vez que a maioria dos objetos de teste não é uma Resistência pura e por isso tem um angulo de fase entre a tensão de teste e a corrente, este deslocamento de fase também precisa ser tomado em conta no cálculo da potencia Potência aparente S = U·I [VA] Potência real P = U·I cos [W] Potência reativa Q = U·I sin [var] 10 Theory 5.5 Instrumentos de teste Existem em uso três tipos básicos de instrumentos de teste de capacitância, tan e Fator de Potência. Não obstante que a Ponte de Schering de alta precisão precise ser balanceada manualmente e o equilíbrio tenha que ser observado em um indicador de nulo ela tem sido amplamente vendida e usada durante décadas até os dias de hoje. A capacitância e o fator de dissipação são calculados lendo-se a posição dos elementos de balanceamento. O instrumento de medição de C e da tan δ ,automaticamente balanceado, executa a medição pelo método do transformador diferencial. O balanceamento automático torna a operação muito fácil. O método do medidor de duplo vetor é essencialmente um aprimoramento do método do transformador diferencial. Todos os três métodos estão correntemente em uso para medições precisas e reprodutíveis de C e da tan em vários objetos de teste. As diferenças dependem basicamente da resolução e da precisão. São desenvolvidos instrumentos diferentes especiais para campo e para laboratório. Instrumentos de campo são especialmente construídos para suportar as condições severas do campo e são equipados com uma fonte de alta tensão móvel. Adicionalmente, estes instrumentos provem a supressão de ruídos para uso no campo. Instrumentos para laboratórios são construídos para uso interno onde especificações requerem alta precisão. Estes sistemas são construídos de maneira modular para uso com elevados níveis de teste. Estes sistemas podem ser usados em rotinas diárias de testes, para testes precisos com longa duração ou para testes de aceitação. 5.6 Avaliação dos resultados de teste 5.6.1 Significância da Capacitância e do Fator de Dissipação Uma grande porcentagem de falhas de aparelhos elétricos é devida à deterioração da condição do isolamento. Muitas destas falhas podem ser antecipadas pela aplicação regular de uma manutenção com simples testes que definem a periodicidade de repetição. Não se deve condenar um sistema de isolamento ou aparelho até que ele seja completamente isolado, limpo ou reparado. A correta interpretação dos testes de capacitância e fator de dissipação geralmente requer o conhecimento da construção do aparelho e das características dos tipos de isolamentos utilizados. Mudanças na capacitância normal do isolamento indicam tais condições anormais como uma camada de umidade, curtos-circuitos, ou um circuito aberto na rede da capacitância. A seguir, a medição do fator de perdas indica as condições do isolamento de uma ampla gama de aparelhagens elétricas: A deterioração química devido ao tempo e à temperatura, incluindocerta deterioração aguda facilitada causada pelo superaquecimento local. Contaminação por água, depósitos de carbono, óleo ruim, sujeira e outros químicos. Fuga severa através de trincas e sobre superfícies. Ionização A interpretação dos resultados é usualmente baseada na experiência, nas recomendações do fabricante do equipamento sendo testado e pela observação destas diferenças: Entre medições na mesma unidade após sucessivos intervalos de tempo. Medições entre unidades idênticas ou entre partes similares da mesma unidade, testadas nas mesmas condições ao redor do mesmo tempo, por exemplo, vários transformadores idênticos ou um enrolamento de um transformador trifásico testado separadamente . Entre medições feitas com diferentes Níveis de Teste em uma parte da unidade; um incremento na rampa (subida) do fator de dissipação versus a curva de tensão é uma indicação de ionização que se inicia naquela tensão. 12 Theory Um incremento do fator de dissipação acima de um valor típico pode indicar estas condições mostradas acima: Se o fator de dissipação varia significativamente com a tensão até uma tensão mais baixa em que se torna substancialmente constante isso é indicio de ionização. Se a tensão de extinção for menor que o nível de operação então a ionização poderá progredir com a subsequente deterioração. Algum aumento da capacitância (aumento na corrente de carga) também pode ser observado acima da tensão de extinção devido ao curto-circuitamento de numerosos vazios provocado pelo processo de ionização. Um aumento do fator de dissipação acompanhado por um aumento definido da capacitância usualmente indica umidade excessiva no isolamento. O aumento do fator de dissipação somente pode ser causado pela deterioração térmica ou por outra contaminação que não água. A menos que as superfícies das buchas, das muflas, das placas de terminais de conexão, estejam limpas e secas etc., os valores medidos não se aplicam necessariamente à isolação sob o teste. Quaisquer vazamentos sobre as superfícies dos terminais podem adicionar perdas ao isolamento em si e dar uma falsa indicação de sua condição. 5.6.2 Fator de dissipação do Isolamento de um aparelho típico Nesta tabela são mostrados os fatores de dissipação do isolamento de vários aparelhos. Estes valores são úteis para dar uma indicação grosseira dentro da faixa encontrada na pratica; no entanto, os valores limites superiores não são valores de serviço confiáveis. Equipamento Fator de dissipação @ 20°C Transformador em óleo, Novo, HV (> 115 kV) 0.25% .. 1.0% Transformador em óleo, 15 anos de Idade, HV (> 115 kV) 0.75% .. 1.5% Transformador em óleo, 15 anos de Idade, LV, distribuição 1.5% .. 5% Disjuntores, a óleo 0.5% .. 2.0% Cabos, papel impregnado a óleo, “sólido” (até a 27.6 kV) novo novo 0.5% .. 1.5% Cabos, papel impregnado a óleo, AT, a óleo ou pressurizado 0.2% .. 0.5% Enrolamentos de estatores, 2.3.. 13.8 kV 2.0% .. 8.0% Capacitores 0.2% .. 0.5% Buchas, (solidas ou secas) 3.0% .. 10.0% Buchas, enchidas com compostos, até a 15 kV 5.0% .. 10.0% Buchas, enchidas com compostos, 15. 46 kV 2.0% .. 5.0% Buchas, enchidas com óleo, abaixo de 110 kV 1.5% .. 4.0% Buchas, enchidas com óleo, acima de 110 kV 0.3% .. 3.0% 5.6.3 Fator de Dissipação e constante Dielétrica de materiais de Isolamento Típico Valores típicos de fator de dissipação em 50 / 60 Hz e permissividade (constante dielétrica ε) de alguns materiais tipicamente utilizados. Material Fator de dissipação @ 20°C ε Resina de acetato (Delrin™) 0.5% 3.7 Ar 0.0% 1.0 Askaréis 0.4% 4.2 Papel Kraft, seco 0.6% 2.2 Óleo de Transformador 0.02% 2.2 Poliamida (Nomex™) 1.0% 2.5 Filme de Poliéster (Mylar™) 0.3% 3.0 Poliestireno 0.05% 2.3 Filme de Poliamida (Kapton™) 0.3% 3.5 Polipropileno 0.05% 2.2 Porcelana 2.0% 7.0 Material Fator de dissipação @ 20°C ε Borracha 4.0% 3.6 Theory 13 Silicone liquida 0.001% 2.7 Tecido envernizado, seco 1.0% 4.4 Água 100% 80 Gelo 1.0% @ 0°C 88 Nota: Testes de umidade não devem ser feitos a temperaturas congelantes causa da relação 100 para 1 na diferença do fator de dissipação da água e do gelo. 5.6.4 Influência da temperatura Muitas das medições têm que ser interpretadas com base na temperatura do espécime. As perdas dielétricas da maioria dos isolamentos aumentam com a temperatura. Em muitos casos, isolamentos falharam devido ao efeito cumulativo da temperatura, isto é, o aumento da temperatura causa um aumento das perdas no dielétrico o qual faz com que a temperatura aumente ainda mais e assim em diante. É importante determinar as características de temperatura do fator de dissipação do objeto sob teste, pelo menos em uma unidade típica de cada projeto de aparelho. De outra forma todos os testes precisam ser feitos com as mesmas especificações o mais próximo possível da mesma temperatura. Em transformadores e aparelhos semelhantes, medições durante o esfriamento (após o teste de elevação de temperatura na fábrica ou depois de desconectado da carga) podem proporcionar os fatores de correção de temperatura requeridos. Para se comparar o valor do fator de dissipação de testes no mesmo ou em um tipo de equipamento similar em temperaturas diferentes é necessário corrigir o valor para a base de referência de temperatura, 20°C (68°F). O MIDAS faz isto automaticamente. Veja o capitulo "Software: ”. A temperatura do material de aparelhos como buchas sobressalentes, isoladores, disjuntores a ar ou a gás e para-raios é assumida como sendo a mesma temperatura que a do ambiente. Para disjuntores a óleo e transformadores assume- se que a temperatura destes seja a temperatura do óleo. A temperatura do isolamento de buchas (montadas em transformadores) pode ser assumida como o ponto intermediário entre as temperaturas do óleo e a do ambiente. A capacitância de isolamento seco não é afetada pela temperatura; no entanto no caso de isolamento úmido há uma tendência de a capacitância aumentar com a temperatura. A característica Fator de dissipação – temperatura, assim como as medições do fator de dissipação em uma dada temperatura pode mudar com a deterioração ou dano do isolamento. Isto sugere que qualquer mudança desta característica de temperatura poderá ser de ajuda na avaliação da condição desta deterioração. Seja cuidadoso quando estiver fazendo medições abaixo do ponto de congelamento da água. Uma rachadura em um isolador, por exemplo, é facilmente detectável porque ela possui uma película condutora de água. Quando a água congela, ela torna-se não condutora e o defeito pode não ser revelado pela medição porque o gelo tem uma resistividade volumétrica 100 vezes maior do que a água. Os testes não devem ser feitos em temperaturas congelantes em sólidos que pretensamente deveriam estar secos e sem presença da umidade. Umidade em óleo ou óleo impregnado em sólidos foi detectada em medições a temperaturas muito abaixo do congelamento sem nenhuma descontinuidade das medições no ponto de congelamento. Superfícies isolantes expostas às condições ambientes do tempo também podem ser afetadas pela temperatura. A temperatura da superfície do espécime isolante deve estar acima (nunca abaixo) da temperatura do ambiente para se evitar o efeito da condensação das superfícies isolantes expostas. 5.6.5 Influência da umidade A superfície exposta de buchas pode sob condições de umidade relativa adversas adquirir uma superfície úmida a qual pode ter efeito significante nas perdas da superfície e consequentemente nos resultados das medições do teste de medição do Fator de Dissipação. Isto é particularmente verdadeiro se a superfície de uma bucha de porcelana está com uma temperatura inferior à temperatura do ambiente (abaixo do ponto de orvalho) porque a umidade provavelmente irá se condensar na superfície da porcelana. Erros de medição sériosresultam mesmo estando a uma umidade relativa a 50% quando a umidade condensa na superfície de uma porcelana já contaminada por depósitos químicos industriais. É importante notar que se forma uma película fina invisível de umidade se forma e se dissipa rapidamente em materiais como porcelana vitrificada, a qual possui uma absorção volumétrica insignificante. Um equilíbrio é obtido em questão de minutos após uma ampla mudança súbita da umidade relativa. Isto exclui películas mais grossas que resultaram de chuvas, nevoas ou ponto de orvalho por condensação. Os erros devido a fugas nas superfícies podem ser minimizados se as medições do fator de dissipação forem feitas na condição em que o tempo esteja claro e ensolarado e onde a umidade relativa não exceda a 80%. Em geral os melhores resultados são obtidos ao final da manhã e até a metade da tarde. Deve-se considerar a possibilidade da deposição de umidade pela chuva ou nevoa sobre o equipamento logo antes da execução de quaisquer medições 14 Theory 5.6.6 Influência de fugas da superfície Qualquer fuga sobre a superfície do isolante do espécime será adicionada às perdas do volume da isolação e poderá dar a falsa impressão de que é a condição do espécime. Mesmo uma bucha de tensão nominal muito maior que a tensão de teste pode ficar suficientemente contaminada a ponto de causar um erro significativo. As superfícies de muflas, buchas e isoladores devem ser limpas e secas quando se fazem medições. Deve-se notar que uma área de resistividade definida da superfície de uma porcelana não contaminada resulta num decréscimo de uma década da resistividade para um incremento de 15% na umidade relativa. 5.6.7 Interferência eletrostática Quando os testes são feitos em subestações energizadas, as leituras podem ser influenciadas por correntes de interferência eletrostática resultante do acoplamento capacitivo entre as linhas energizadas e a fiação executada no espécime sob teste. A dificuldade de medição quando se está testando com a presença de interferência não depende somente da severidade do campo de interferência, mas também da capacitância e do fator de dissipação do espécime. Condições climáticas desfavoráveis tais como umidade relativa alta, névoa, céu nublado, e ventos muito fortes irão aumentar a severidade e a variação do campo de interferência. Durante as medições, quanto mais baixa a capacitância e o fator de perdas do espécime sob teste maior a dificuldade, com a possível redução da exatidão destas medições. Também é possível que seja obtida uma leitura negativa do fator de dissipação e, portanto, é necessário observar-se o sinal de polaridade em cada leitura. O MIDAS possui um recurso de supressão de interferência que minimiza influencias exteriores, no entanto elas podem ser minimizadas consideravelmente por: Usando a maior tensão do conjunto de teste possível Desconectando e aterrando o máximo possível das ligações aos terminais do espécime. Fazendo medições em um dia em que o tempo esteja limpo e ensolarado, a umidade relativa esteja inferior a 80%, que haja pouco vento e que a temperatura da isolação exposta esteja acima da temperatura ambiente. 5.6.8 Fator de dissipação negativo Supõe-se que por existir uma rede T complexa de capacitâncias e resistências no interior de um equipamento pode ocorrer o fenômeno do fator de perdas negativo. Correntes podem fluir erroneamente por instancias do circuito onde surgem nas medições múltiplos terminais fantasmas ou surge um terminal de guarda no circuito de medição. Também se acredita que o fator de dissipação negativo possa ser produzido pela corrente fluindo numa rede T a partir do acoplamento espacial de interferência do campo eletrostático. Se o fator de dissipação da capacitância medida fosse menor que o do capacitor padrão incorporado, o fator exibido seria negativo. Mas isto, é apenas uma causa teórica. Se os fatores de dissipação são vistos negativos no trabalho diário, deve-se verificar cuidadosamente a configuração do teste e todas as conexões. Capacitor padrão, corrente medida e limites Para avaliar os resultados esperados da corrente de teste, da corrente do capacitor padrão, os parâmetros limitadores correspondentes e a faixa de carga resultante usam estas condições e regras básicas: (1) A máxima tensão de teste deverá ser menor que a tensão nominal do capacitor padrão. UTestmax UCN Corrente através do capacitor padrão CN ICN UTest 2 f CN Corrente através do capacitor Cx ICx UTest 2 f Cx Theory 15 (2) mínima corrente através do capacitor padrão CN ou teste Cx IC min 30 µA Nota: Corrente mínima através do CN (interno) para garantir precisão (3) máxima corrente através do capacitor CN ICxmax 180 mA Nota: Corrente máxima fornecida pela fonte de alta tensão incorporada (4) máxima tensão de teste ** U ICx max Test max 2 f C x (5) mínima tensão de teste *** U IC min Test min 2 f C N Corrente de Teste IX através do objeto sob teste CX IX UTest 2 f Cx (6) Máxima corrente de Teste através do objeto sob teste CX IX max 180 mA Nota: Máxima corrente de entrada em “INPUT A, B, HVGND” para evitar sobre carga (7) mínima corrente de Teste através do objeto sob teste CX CX IX min 30 µA Nota: Corrente mínima em “INPUT A, B, HVGND” para assegurar a exatidão (8) Limitações baseadas em “Dados Técnicos” (p. ex. máxima potência de alimentação, corrente etc.) Nota: Estes cálculos são validos para objetos de teste capacitivos (tan = 0). Eles também podem ser uma boa aproximação para objetos de teste com um valor de tan valor < 0.01. * Máxima corrente através “CN INTERNAL ” está limitada por 12kV / 100pF 470µA @ 50Hz ** O valor máx. de potência de saída é limitada 12kV. A máxima potência de saída também limita a máxima tensão de teste. *** Se Cx<CN, use Cx nesta fórmula em vez disso Exemplos: 180mA CX=50nF (tan < 0.01), f=50Hz UTest max 2 50 50 10 9 F 11.46kV 16 Theory 2 30uA CX=50pF (tan < 0.01), f=50Hz UTest min 2 50 50 10 12 F 1.91kV 5.7 Circuito serie & Paralelo Equivalentes O MIDAS mede e apresenta os valores de ambos os circuitos equivalentes – paralelo e / ou série. As formulas seguintes descrevem os cálculos do valore de conversão paralelo – serie: 1 Rp tan *Cp * * valores de medidos Circuito paralelo equivalente Cp-Rp Circuito serie equivalente Cs- Rs Cs Cp * (1 tan2 *) Rs Rp tan * 1 tan2 * * valores medidos Functional Description 17 6 Descrição do funcionamento 6.1 Visão geral do sistema Para que se possam executar as medições de forma correta e reprodutível é essencial entender como o sistema de medição MIDAS funciona. O sistema de medição de MIDAS é baseado no método do medidor de duplo vetor que se baseia na medição da corrente IN através do capacitor de referência conhecida CN e na medição da corrente IX através do CX desconhecido do objeto sob teste. Ambos os braços são energizados pela fonte de potência interna de Alta Tensão (UTest) e ambas as correntes são medidas pelas derivações ajustáveis de elevada exatidão RX e RN e então digitalizadas. Usando a IEEE 1394 com a tecnologia de barramento de dados “Fire wire” cada valor digitalizado tem o tempo marcado. Com esta tecnologia não somente os valores, mas também a informação do tempo (deslocamento da fase) no meio IN e IX podem medidas com elevada rapidez e exatidão. Os fluxos de dados digitalizados são enviados ao PC e pelo capacitor padrão conhecido todos os outros valores de medição desejados podem agora ser determinados em linha. High VoltageI X Corrente através do Dispositivo Sob Teste CX I N Corrente através do capacitor padrão conhecido CN I RX Perdas do Dispositivo Sob Teste CX CX Objeto Sob Teste (capacitância ideal) CN Capacitor padrão (com tan < 10 -5 ) RX Shunt de medição para I X , CX RN Shunt de medição para I N , CN Amplificadores Diferenciais ADC (Conversor Analógico Digital ou CAD) Figura 6 : Esquemático do funcionamento 6.2 Potencial – V e guarda Este sistema de medição é capaz de medir capacitâncias com a mais alta acurácia para a determinação da análise de tendência de materiais isolantes. Na faixa de capacitâncias de um isolamento normal as sempre presentes capacitâncias parasitas – medidas juntamente com o OST (DUT) - influenciam os valores medidos significativamente. Desta forma, os efeitos destas capacitâncias parasitas precisam ser eliminados. Isto é feito pelo assim chamado “guarda” dos elementos relevantes. Isto quer dizer que a fonte de alta tensão completa, a alimentação e os cabos tem que ser blindados pelo assim chamado “Potencial – V” que é o ponto de baixa tensão (referencia) da fonte de alimentação de alta tensão. Todas as capacitâncias a este ponto de referência são contornadas e de forma nenhuma influi sobre o valor medido. Várias partes precisam ser duplamente blindadas ADC RN V Digital Signal Processing N 18 Functional Description (Guarda e Terra) para compensar outros efeitos colaterais e para assegurar a acurácia especificada. Devido a este conceito, os cabos de medição blindados fornecidos (para a fonte de Alta Tensão, Entrada A Entrada B) precisam ser sempre usados. Se o sistema for conectado a cabos normais não blindados os valores medidos estarão incorretos Functional Description 19 O usuário do sistema deve ter em mente de que as capacitâncias relativas ao “Ponto – V” são contornadas. Tenha certeza de que todas as capacitâncias indesejadas estejam relacionadas ao ponto de potencial – V e suas correntes fluindo diretamente ao Ponto - V e não ao Shunt de medição RX. Isto tem de ser avaliado em cada arranjo de medição. Aqueles mais comuns são descritos neste manual – para os demais, o usuário precisa certificar-se de que somente as capacitâncias desejadas sejam medidas no arranjo escolhido. A maioria dos casos pode ser resolvida colocando-se o Seletor Matricial Interno do Modo de Teste corretamente o qual colocará automaticamente os cabos de teste não utilizados e as partes conectadas neles ligadas diretamente ao potencial - V. O ponto de potência – V é acessível através de um plugue de 4 mm no painel lateral do instrumento em onde o usuário poderá conectar as partes externas de um arranjo de teste. Exemplo: Contornar a corrente de fuga sobre a superfície da bucha com a guarda. Figura 7: Medição sem a Guarda (Potencial - V) Conexão normal no modo GST gA+B para a medição do enrolamento de Alta Tensão contra o tanque CHG. Porém, nesta conexão a capacitância parasita Cstray (corrente de fuga sobre a superfície da bucha) é medida em paralelo e desta forma causa um pequeno erro na medição. O valor medido é CHG. + Cstray Figura 8 : Medição com o ponto de potencial – V conectado as buchas energizadas (guarda) Com colares de proteção montados na superfície das buchas perto do tanque (não tocar). Esses eletrodos, conectados ao ponto de potencial V, desviam agora a corrente de fuga e, portanto, também a capacitância parasita Cstray O valor medido é agora apenas CHG. E a melhor precisão é alcançada. Nota: Você pode usar qualquer material condutor como folha de alumínio, fita de cobre, etc. para fazer um colar de guarda. 6.3 Modo de teste Quando se medem transformadores e outros objetos de teste frequentemente surgem um problema em que, além das capacitâncias não aterradas “normais” capacitâncias aterradas em lado também precisam ser medidas (p. ex. capacitância entre um enrolamento e carcaça aterrada). 20 Functional Description 20 Functional Description Sistemas de medição convencionais requerem que o arranjo de teste externo (as conexões dos cabos) seja mudado para estas medições. Isto envolve muito trabalho e tempo especialmente quando medições no campo estão sendo realizadas em grandes transformadores de força. Usando-se o Modo de Teste, o Objeto Sob Teste precisa ser conectado para medição apenas uma vez e todas as capacitâncias relevantes podem ser medidas comutando-se o Modo de Teste conforme necessário. O Modo de Teste selecionado conecta o (s) caminho (s) da (s) corrente (s) do (s) OST (DUT) ao shunt de medição interno RX e as outras ligações feitas (sem medir) conectadas ao potencial – V (ponto de referência) do sistema. Todas as capacitâncias conectadas a este ponto de referência são contornadas e não influenciam a medição selecionada. Figura 9 : Arranjo de medição em um transformador monofásico com dois enrolamentos de baixa tensão. Nota: A conexão entre o HV GND do instrumento de medição e o ponto de terra do objeto sob teste é também um canal de medição. Um contato bem limpo é essencial. A tabela abaixo fornece uma visão geral de qual modo de teste mede quais capacitâncias. Modo de teste Explanação INPUT A conectad a a (S1) INPUT B conectada a (S2) HV GND conectada a (S3) CX Efetiva- mente medida UST A Espécime Sob Teste não aterrado, A usado como canal de medição, B e HV GND conectados ao ponto de potencial-V (contornado) RX V V CHL UST B Espécime Sob Teste não aterrado, B usado como canal de medição, A e HV GND conectados ao ponto de potencial-V (contornado) V RX V CHT UST A+B Espécime Sob Teste não aterrado, A e B usados como canais de medição, HV GND conectado ao ponto de potencial-V (contornado) RX RX V CHL + CLT GST A+B Espécime Sob Teste aterrado, A e B e HV GND usados como canais de medição. RX RX RX CHL + CHT + CHG GSTgA Espécime Sob Teste aterrado com a guarda (potencial-V) conectado a A (contornado). HV GND e B são usados como canais de medição. V RX RX CHT + CHG GSTgB Espécime Sob Teste aterrado com a guarda (potencial-V) conectado a B (contornado). HV GND e A são usados como canais de medição. RX V RX CHL + CHG GST gA+B Espécime Sob Teste aterrado com a guarda (potencial-V) conectado a A e B (contornado). Somente HV GND é usado como canal de medição. V V RX CHG Nota: Para testar a isolação do enrolamento secundário – tanque, o cabo de AT e os cabos de medição devem ser trocados. A AT deve ser conectada ao (s) enrolamento (s) secundário (s) e o cabo de medição ao enrolamento primário. As capacitâncias medidas na tabela irão mudar de acordo. Functional Description 21 Modo de Teste “UST” para objetos sob teste não aterrados Este modo de teste é o mais comum para se medir capacitância e fator de perdas. Várias capacitâncias não aterradas podem ser medidas usando-se este modo desde que a máxima corrente de teste do instrumento não seja excedida. Quando se mede transformadores de força e transformadores de corrente de alta tensão esta configuração determina a capacitância e o fator de perdas entre os vários grupos de enrolamentos. Neste modo é alcançada a máxima exatidão da medição. Figura 10: A Medição UST A figura acima mostra um transformador de três enrolamentos como um exemplo típico (nota: para simplificar apenas uma fase por enrolamento é mostrado). Existem várias capacitâncias, entre os enrolamentos e entre os enrolamentos e o tanque / terra (CHT, CHG, etc.) É mostrada a configuração UST A, onde a entrada de medição A é comutada pelo relé interno para o desvio de medição (resistência de precisão). As entradas B e HV GNDestão conectadas ao potencial V (guarda). A corrente circula a partir da saída de alta tensão através da capacitância CHL e o resistor Rx. Todas as outras capacitâncias (i.e. CHT, CHG) estão conectados ao potencial V. A corrente que flui através destas capacitâncias não é, portanto, tomada na medição. 22 Functional Description 6.3.1 Modo de teste "GST" para objetos de teste aterrados Esta modalidade de teste permite a medição de capacitâncias que normalmente em serviço são ligadas de um lado a terra. Quando medindo transformadores, esta configuração mede a capacitância e fator de dissipação entre o enrolamento de AT e os todos os outros enrolamentos e a carcaça do transformador. Figura 11: medição GST A+B A figura acima mostra o mesmo transformador de três enrolamentos em um GST A+B configuração do modo de teste. A corrente circula a partir da saída de alta tensão através das capacitâncias CHL, CHT e CHG e através Rx. A capacitância total da medida representa a soma das três capacitâncias. Functional Description 23 6.3.2 Modo de Teste “GST g” para objetos sob teste aterrados com guarda (potencial-V) Este modo de teste mede diretamente a capacitância entre o terminal de AT e a carcaça (que está aterrada). As capacitâncias parciais indesejáveis à medição estão conectadas ao ponto de potencial - V e, por conseguinte mantidas ineficazes. Quando testando transformadores, esta configuração mede a capacitância e o fator de dissipação entre os vários grupos de enrolamentos e a carcaça do transformados. Os enrolamentos que não são usados na medição são conectados ao ponto de potencial – V do sistema de medição via o cabo de medição do terminal A (ou B) e o internamente pelo seletor de Modo de Teste. Figura 12: GST g(A+B) medição 24 Functional Description 6.4 Supressão de interferências A presença de campos de frequência de linha de alimentação induz tensões e correntes espúrias (induções de interferência). Essas interferências tornam mais difícil a medição precisa. O midas micro utiliza, portanto, algoritmos especiais de filtragem para reduzir o ruído e extrair o sinal de medição. Esses algoritmos são iniciados automaticamente sempre que um baixo sinal de ruído é detectado. O usuário é informado sobre o progresso da medição por pequenas barras de progresso na área de medição atual. Quando a barra de progresso está cheia, um novo valor de medição preciso foi determinado e será exibido. A medição levará um pouco mais de tempo quando esses algoritmos são aplicados, seja paciente e não solte o computador de mão antes que a medição esteja completa. Figura 13: A barra de progresso durante a medição da supressão de interferência A supressão de interferência Midas micro 2883 torna possíveis medições precisas mesmo em ambientes interferentes adversos. Operation Elements 23 7 Elementos de operação 7.1 Recursos do painel frontal Figura 14 1 Terminal de aterramento / aterramento 2 Fendas de ventilação 3 Saída de alta tensão 4 Botão de parada de emergência 5 Ponto de baixa tensão V 6 Entrada de medição HV GND 7 Entrada de medição A 8 Entrada de medição B 9 Entrada do interruptor de segurança 10 Saída da lâmpada de advertência externa 11 Lâmpada de aviso 12 Entrada de sensor de temperatura 13 Porta USB 14 Porta Ethernet 15 Visor com painel de toque 16 Impressora 17 Soquete do cabo de alimentação 18 Caixa para fusíveis de rede 19 Interruptor de energia 24 Operation Elements 7.1.1 Terminal de aterramento Terminal de aterramento para conectar o cabo de terra de segurança à terra (conectado à caixa dos instrumentos e ao pino de aterramento do conector, não há nenhuma funcionalidade de medição ou fornecimento AC). Um cabo de aterramento verde / amarelo separado é fornecido com a finalidade de aterramento seguro do instrumento. O cabo de aterramento de segurança deve ser conectado ao parafuso de aterramento no lado esquerdo do painel frontal do Midas micro em uma extremidade e para o sistema de aterramento da estação na outra extremidade. Por razões de segurança, o cabo de terra deve ser o PRIMEIRO condutor a ser conectado ao conjunto e o ÚLTIMO a ser desconectado. 7.1.2 Fendas de ventilação As ranhuras de ventilação permitem o arrefecimento do ar com os ventiladores integrados. Não bloqueie nenhum dos orifícios de ventilação. Manter limpo para um arrefecimento adequado. 7.1.3 Entrada de alta voltagem Conector para ligar o cabo de saída de alta tensão (cinzento), respectivamente, ao objeto de teste 7.1.4 Botão de parada de emergência Quando o botão de paragem de emergência é pressionado, o teste termina automaticamente (a alta tensão é desligada e não é possível ligá-la tensão até o botão ser solto) O interruptor de paragem de emergência é diretamente integrado no circuito de bloqueio de segurança (hardwired) sem qualquer interação da CPU incorporada ou software. 7.1.5 Ponto de baixa voltagem V Plugue de 4 mm para ligar todas as peças cuja capacitância não deve ser medida (com esta referência "v", potencial o transformador AT e todo o circuito AT é fechado Guarda. É também o ponto de baixa tensão do fornecimento de AT, NÃO a terra do sistema) 7.1.6 Entrada de medição HV GND Esta entrada é usada para medir espécimes aterrados. A corrente de entrada máxima é limitada a 200 mA 7.1.7 Entrada de medição A Conector para ligação do cabo de teste de baixa tensão A. A corrente de entrada máxima é limitada a 200mA. 7.1.8 Entrada de medição B Conector para ligação do cabo de teste de baixa tensão A. A corrente de entrada máxima é limitada a 200 mA. Operation Elements 25 7.1.9 Entrada de interruptor de segurança Tomada para ligar a chave de segurança. A chave de segurança de ser usada sempre. Nunca ligá-la em curto e não use elementos mecânicos fixos de bloqueio para manter a chave pressionada. A chave sempre deve ser pressionada com a mão o tempo todo. A entrada do interruptor de segurança também pode ser usada como um bloqueio em um sistema automatizado. Neste caso, a responsabilidade pela segurança pertence inteiramente ao fornecedor do sistema automatizado. A conexão de algo diferente do equipamento fornecido pelo Tettex pode resultar em danificação do dispositivo. 1 4 2 3 (Visão frontal) Pinagem Pino Sinal 1 Saída +12V protegida 45mA 2 Entrada. Faça a conexão apenas no Pino 1! 3 +12V saída protegida 2.5A max +12 V quando o status estiver “pronto” Intermitente 12 V / 0V quando o status é “HV on” 0V quando não está pronto (i.e. aviso ou erro presente) 4 GND 7.1.10 Saída da lâmpada de advertência externa Conector para ligar a luz de advertência externa opcional (Opcional, consulte o capítulo 15 Acessórios e opções) Pinagem Pino Sinal 1 +12V Saída protegida 2.5A max: +12 V quando o status está “pronto” Intermitente 12 V / 0V quando o status é “HV on” 0V quando não está pronto (i.e. aviso ou erro presente) 2 GND 7.1.11 Lâmpada de aviso O LED no painel frontal indica o estado de alta tensão real do Midas micro 2883 (veja no capítulo 4 Segurança). Off A saída de alta tensão está em curto-circuito nenhum perigo do dispositivo. On O sistema está pronto para iniciar HV. Selecionando o HVon no touchscreen irá ligar a fonte no HV. Piscando HV está em perigo! 26 Operation Elements 7.1.12 Sento de temperatura externa Conector para ligação de uma sonda de temperatura externa (opcional, consulte o capítulo 15 acessórios e opções). O sensor pode ser ligado ao DUT magneticamente. A temperatura é medida em um 4-configuração do fio. Pinagem Pino Sinal 1 Fornecedor + 2 Fio sensorial + 3 Fio sensorial -