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Poryoyo shiA resolução de problemas relacionados à descarga parcial em isolantes termorretráteis começa com a distinção entre dois mecanismos de falha — eles apresentam sintomas que se sobrepõem, mas têm origens físicas diferentes. Confundi-los leva à aplicação de medidas corretivas equivocadas — como limpar uma unidade que precisa ser substituída ou substituir uma que precisava apenas ser recolocada no lugar. Este guia explica como diferenciá-los, como cada um se apresenta na prática e como decidir entre reparo e substituição.
A descarga parcial (PD) é uma ruptura elétrica localizada que se estende apenas por parte do isolamento entre duas superfícies condutoras, em vez de uma descarga completa que atravessa toda a distância dielétrica. Ela ocorre quando um vazio preenchido de ar ou uma lacuna interfacial se encontra dentro de uma região de campo elétrico concentrado — mais comumente no ombro do cone de tensão, onde a blindagem semicondutora do cabo termina e começa a graduação do campo. Em uma terminação típica do tipo “cold shrink” da classe de 15 kV a 35 kV, a atividade de DP abaixo de aproximadamente 5 pC é frequentemente considerada ruído de fundo em uma unidade bem instalada, embora esse limite varie de acordo com o método de teste e o projeto do sistema de cabos.
O rastreamento superficial é um modo de degradação distinto e visível: um caminho carbonizado que se forma progressivamente ao longo de uma superfície isolante, impulsionado pela corrente de fuga que atua sobre uma camada de umidade e contaminação, e não sobre um vazio interno. Ele se desenvolve no corpo externo de silicone ou EPDM, geralmente começando próximo à região de maior tensão, a uma distância de aproximadamente 20 mm a 40 mm do ombro do cone de tensão.
Ambos podem produzir o mesmo sintoma posterior — flashover ou perfuração do isolamento —, razão pela qual as equipes às vezes atribuem uma falha por rastreamento à “DP” sem confirmação por meio de instrumentos. A DP é um fenômeno interno confirmado por meio de testes; o rastreamento deixa evidências físicas na inspeção. Uma unidade pode apresentar ambos simultaneamente, uma vez que a contaminação superficial que dá início ao rastreamento pode, em estágios avançados, também criar as condições de vazio que sustentam a DP.
A detecção de descargas parciais geralmente começa antes mesmo de um técnico conectar um equipamento de teste — as equipes costumam identificar os primeiros sinais durante uma inspeção de rotina, quando uma fonte ativa de descarga parcial já está fazendo barulho ou está quente o suficiente para ser percebida.
Uma fonte ativa de descarga parcial (PD) frequentemente produz um leve chiado ou estalo, audível a curta distância, mas captado de forma mais confiável por um detector ultrassônico sintonizado na faixa de 20 kHz a 100 kHz. Em terminações de distribuição da classe de 15 kV a 25 kV, a amplitude do sinal ultrassônico tende a aumentar acentuadamente nos dias ou semanas que antecedem um evento de descarga elétrica; portanto, uma detecção confirmada justifica uma inspeção mais detalhada, em vez de ser apenas um item para se aguardar e monitorar. Um ponto quente infravermelho localizado próximo ao ombro do cone de tensão pode acompanhar o sinal acústico, embora a assinatura térmica por si só não seja conclusiva, uma vez que a corrente de carga normal também gera aquecimento de fundo.
Durante um teste de resistência programado em frequência muito baixa (VLF), a atividade de descarga parcial (PD) geralmente se manifesta como um traço instável de corrente de fuga ou uma variação brusca na leitura do tan delta — sendo o tan delta a razão entre a corrente resistiva e a corrente capacitiva no isolamento, uma medida padrão de perda dielétrica —, em vez de uma falha total no teste. Em uma terminação em bom estado da classe de 15 kV a 35 kV, os valores de tan delta geralmente permanecem abaixo de aproximadamente 1,0% a 1,5% na tensão nominal [VERIFICAR NORMA: limites exatos de estabilidade do tan delta de acordo com a norma IEEE 400.2 para terminações com encolhimento a frio]; uma tendência de aumento ao longo de testes sucessivos costuma ser o primeiro sinal quantificável de degradação da interface.
Tensão de início do PD (Vi) deve, em geral, situar-se acima de 1,5 × a tensão nominal fase-terra do sistema em uma terminação em boas condições; um valor medido de Vi A tensão próxima ou inferior à tensão nominal é um forte indicador da presença de uma cavidade ou de um defeito de interface.
Essas leituras são dados para diagnóstico, não conclusões definitivas — um resultado anômalo justifica a repetição do teste e uma inspeção física antes de qualquer decisão de reparo ou substituição.
[Expert Insight].
- Uma tendência de aumento do tan delta costuma ser um sinal de alerta precoce mais confiável do que um único resultado de aprovação ou reprovação
- A detecção ultrassônica funciona melhor durante uma inspeção a pé realizada em horários de silêncio, longe do ruído de fundo da subestação
- O infravermelho por si só não é conclusivo — combine-o com uma leitura acústica ou elétrica
Uma vez desligado e acessível, a inspeção visual detecta o que os testes instrumentados por si só podem deixar passar — a inspeção deixa evidências físicas identificáveis sem a necessidade de equipamentos especializados, embora uma lupa ou um boroscópio ajudem a confirmar casos em estágio inicial.
O sinal confirmado mais evidente é um traço fino e ramificado, de cor cinza a preta, gravado na superfície, que normalmente segue o gradiente do campo, em vez de se estender aleatoriamente. Em uma terminação da classe de 15 kV a 25 kV, um rastro com comprimento superior a aproximadamente 5 mm a 10 mm é geralmente considerado um evento de traço ativo, uma vez que o verdadeiro traço de carbono é condutor e se autopropaga sob tensão contínua. Uma descoloração mais clara, sem ramificações e sem um traço definido, é mais frequentemente resultado de contaminação da superfície ou envelhecimento por radiação UV e, por si só, não confirma a ocorrência de traço.
Como essa região apresenta a maior concentração de campo, ela também é o local mais comum de erosão — uma textura áspera, com cavidades ou de aspecto calcário, onde a superfície lisa de fábrica se degradou. Inspeções de campo em unidades removidas após vários anos de serviço frequentemente revelam esse padrão antes mesmo que qualquer rastro visível de carbono tenha se formado.
Uma camada de poeira, película de sal ou resíduo industrial na superfície de fuga elétrica, por si só, não indica a ocorrência de traço elétrico; no entanto, sua distribuição é importante: um acúmulo mais intenso próximo ao ombro do cone de tensão ou à base da saia, em vez de uma cobertura uniforme, aponta para o ciclo local de umidade e contaminação que normalmente precede o início do traço elétrico. Unidades externas em ambientes costeiros ou industriais acumulam esse padrão mais rapidamente do que as terminações montadas em quadros de distribuição internos.
Nenhum desses três indicadores, por si só, é conclusivo — a descoloração, a erosão e um padrão irregular de contaminação, quando considerados em conjunto, justificam a realização de testes diagnósticos antes de se decidir entre reparar ou substituir.
O ombro do cone de tensão é a região de maior campo magnético no conjunto; portanto, praticamente todas as causas fundamentais remontam a uma condição que concentra a tensão de campo ou introduz um caminho condutor nessa região.
Um vazio grande o suficiente para causar descarga parcial (PD) quase sempre se origina durante a instalação. Uma blindagem semicondutora cortada no comprimento errado, uma superfície de isolamento com resíduos de solvente ou um cone de tensão posicionado mesmo que apenas alguns milímetros fora da posição especificada criam uma pequena lacuna de ar entre a geometria interna da terminação e o isolamento do cabo. Em um cabo de média tensão da classe de 15 kV a 35 kV, um erro de posicionamento de 3 mm a 5 mm em relação ao ponto de corte da camada semicondutora pode deslocar o cone de tensão para fora de sua zona de graduação de campo projetada.
Como a intensidade do campo elétrico em uma descontinuidade geométrica acentuada varia inversamente ao raio de curvatura local, mesmo uma pequena cavidade (com cerca de 0,1 a 0,5 mm de diâmetro) dentro de uma zona de alta tensão pode exceder localmente o limiar de início de descarga do material, mesmo que o isolamento do material como um todo permaneça bem dentro de sua capacidade nominal de resistência.
Uma vez em operação, a umidade que atinge a interface — por meio de uma vedação ambiental comprometida, condensação ou exposição ao ar livre — combina-se com a contaminação para criar a película condutora na superfície que causa o rastreamento. Esse processo é progressivo: uma terminação pode funcionar por vários anos antes que a exposição cíclica à umidade produza um caminho de corrente de fuga mensurável.
Tecnologia de encolhimento a frio depende inteiramente da pressão elastomérica sustentada contra a superfície do cabo; portanto, qualquer relaxamento a longo prazo — causado por ciclos térmicos, envelhecimento do material ou pela escolha de um kit de tamanho inadequado em relação ao diâmetro externo real do cabo — pode reabrir uma lacuna microscópica em uma interface que estava originalmente intacta no momento da instalação. Uma terminação pode apresentar resultados satisfatórios nos testes durante o comissionamento e só desenvolver suscetibilidade a descargas parciais (PD) anos mais tarde, à medida que a força compressiva diminui gradualmente.
[Expert Insight].
- As lacunas na fase de instalação e a perda de pressão durante a operação parecem idênticas em um teste de PD no final da vida útil — apenas os registros de comissionamento permitem diferenciá-las
- Kits com dimensões inferiores às do diâmetro externo real do cabo são uma causa-raiz recorrente e evitável
Para confirmar a PD, o monitoramento ou ambos, é necessário passar das pistas visuais e acústicas para testes com instrumentos. Os três métodos abaixo diferem em termos de sensibilidade, se o circuito precisa ser desligado e o que cada um mede.
O teste VLF aplica uma forma de onda senoidal ou cosinusoidal-retangular, normalmente a 0,1 Hz, ao cabo desenergizado, enquanto monitora os pulsos de descarga. Ele requer uma interrupção planejada no fornecimento de energia, mas apresenta a correlação mais direta com o desempenho real de resistência sob uma rampa de tensão controlada, podendo ser combinado com uma varredura de tan delta em uma única sessão. IEEE 400.2: Orientações para testes de VLF regula os procedimentos de teste de VLF e as orientações de aceitação para sistemas de cabos de energia blindados, incluindo terminações e acessórios, e constitui a principal referência normativa neste contexto.
Os sensores UHF e as sondas de tensão transitória de terra (TEV) permitem o monitoramento de descargas parciais (PD) enquanto o equipamento está energizado, tornando-os a opção preferível para ativos que não podem ser desligados para uma janela de VLF. Eles detectam o transiente eletromagnético irradiado por cada descarga, sendo adequados para o monitoramento de tendências em intervalos trimestrais a anuais, em vez de um veredicto único de aprovação ou reprovação.
Uma câmera de corona sensível à radiação UV permite visualizar descargas superficiais, muitas vezes invisíveis à luz do dia, sendo útil para confirmar o rastreamento em estágio inicial ou a presença de corona no ombro do cone de tensão durante um teste de queda de tensão. Ela observa apenas a atividade na superfície e não pode confirmar uma fonte de descarga parcial (PD) interna causada por vazios; portanto, ela complementa, e não substitui, os testes elétricos.
Assim que os testes e a inspeção confirmarem a causa raiz, a decisão se resume a determinar se a degradação é uma condição superficial que pode ser corrigida ou se comprometeu a integridade dielétrica interna.
Uma terminação que apresente apenas leve contaminação, descoloração mínima sem traço de carbono e um tan delta estável entre aproximadamente 1,01 TP3T e 1,51 TP3T na tensão nominal é, em geral, candidata à limpeza e recolocação. Isso se aplica quando a pressão interfacial e a posição do cone de tensão permanecem dentro da geometria projetada — a correção aborda a fonte de contaminação (revedar um invólucro, adicionar um laço de gotejamento, melhorar a ventilação) em vez da terminação em si. A experiência em campo em instalações externas da classe de 15 kV a 25 kV mostra que isso resolve a maioria dos casos causados por contaminação detectados antes que comece a ocorrer traçamento mensurável.
A detecção confirmada de rastros de carbono, uma tensão de início de descarga parcial (PD) próxima ou inferior à tensão nominal fase-terra, ou erosão visível no ombro indicam que o sistema dielétrico interno está comprometido e não pode ser restaurado por meio de intervenção superficial. A substituição também é indicada quando a perda de pressão interfacial é a causa principal, uma vez que a força compressiva não pode ser restabelecida na prática após ter sido relaxada. Substituir uma unidade suspeita durante uma parada planejada é quase sempre menos arriscado do que adiar a substituição com base em um resultado marginal, considerando que MV acessórios para cabos são projetados para uma vida útil de 25 a 40 anos. Os estrutura de seleção de rescisão é uma referência útil para determinar o tamanho do cabo de reposição com base nas especificações reais do cabo.
Nem todos os casos são resolvidos de forma clara por meio da lógica acima. Resultados ambíguos, um padrão recorrente de falhas em várias unidades do mesmo projeto ou uma causa raiz que remete a uma incompatibilidade de especificações, em vez de uma única unidade com defeito, devem ser encaminhados para análise superior antes de se decidir por uma correção.
Várias falhas provenientes do mesmo lote ou equipe que apresentam localizações de rastreamento ou assinaturas de PD semelhantes costumam indicar um problema sistêmico: um kit de dimensões insuficientes em relação ao diâmetro externo real do cabo, uma incompatibilidade na geometria do cone de tensão ou uma exposição ambiental não prevista nas especificações originais. Identificar a causa no nível das especificações geralmente se beneficia de uma análise técnica em relação ao solicitação de cotação original e documentação do produto, além de uma verificação de padrões de aquisição de transformadores e acessórios para cabos quando ambas as famílias de produtos são adquiridas em conjunto.
Para projetos que utilizam acessórios para cabos com revestimento termorretrátil a frio e a quente, a ZeeyiElec oferece suporte na análise técnica de instalações questionáveis, além de orientações sobre a seleção de padrões, abrangendo a classe de tensão, a faixa de condutores e os fatores de exposição ambiental relevantes para o dimensionamento das terminações.
A descarga parcial geralmente se origina de um vazio ou espaço de ar na interface entre o corpo do terminal e o isolamento do cabo, na maioria das vezes devido a uma preparação inadequada do cabo, pressão interfacial insuficiente ou contaminação introduzida durante a instalação — a causa específica depende da localização do sinal de descarga parcial.
O rastreamento de superfície deixa um rastro carbonizado visível na superfície externa ou na interface do corpo de terminação, enquanto a descarga parcial é um fenômeno elétrico interno geralmente confirmado apenas por meio de testes instrumentados, e não apenas pela inspeção visual.
Contaminações superficiais leves, sem rastros de carbonização, podem, às vezes, ser limpas e recolocadas no lugar; porém, uma vez que se forme um traço de carbonização, o material degradado normalmente não pode ter seu desempenho dielétrico original restaurado, portanto, a substituição é a opção mais segura.
Os sensores UHF e TEV permitem o monitoramento online não intrusivo de descargas parciais (PD), enquanto os testes de resistência a VLF exigem uma interrupção programada — a escolha depende da possibilidade de o equipamento ser desligado durante o período de avaliação.
A velocidade de progressão varia amplamente de acordo com o nível de contaminação, a exposição à umidade e a tensão aplicada, variando de uma degradação lenta ao longo de vários anos até uma falha comparativamente rápida sob condições de umidade e poluição contínuas — o monitoramento das condições é a única maneira confiável de avaliar a trajetória de uma unidade específica.
A umidade por si só raramente é suficiente — ela se torna um fator determinante quando combinada com contaminação superficial ou com uma cavidade já existente, uma vez que, juntas, essas duas condições criam as condições necessárias para a formação de um caminho condutor que sustenta a atividade de descarga progressiva.
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