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É necessária uma coordenação de isolamento adequada para aumentar a vida útil dos equipamentos de subestações, já que estes possuem um alto custo. Os para-raios instalados em subestações têm o objetivo de desviar as sobretensões para a terra e, assim, proteger os caros equipamentos de manobra.
Para-raios são monitorados basicamente por meio de três testes que avaliam sua condição: monitoramento da corrente de fuga, medição da resistência de isolamento e varredura térmica indicam qualquer deterioração nos para-raios. Destes, a medição de corrente de fuga e a varredura de visão térmica são medições on-line e é necessário desligamento para medição de IR. Como a disponibilidade do sistema é crucial para concessionárias de energia, mais ênfase deve ser dada às medições on-line.
Medição de corrente de fuga: De acordo com o padrão IEC-60099(5), as seguintes técnicas para monitoramento de condição para para-raios em uso são sugeridas:
- Medição de corrente de fuga total
- Medição de perda de Watt
- Medição de resistência de isolamento
- Monitoramento da corrente resistiva do terceiro harmônico (THRC) com compensação para terceiros harmônicos na tensão do sistema
A medição de corrente de fuga total não é sensível à deterioração dos discos do para-raios, pois não indica a gravidade da degradação do disco de ZnO, já que a corrente resistiva é apenas 20-30% da corrente de fuga total e um aumento acentuado na corrente resistiva devido à degradação dos discos não afetam consideravelmente a corrente de fuga total.
A medição de perda de Watt é um método útil, porém que envolve uma fonte de tensão separada e os resultados são afetados por mudanças de fase introduzidas pelo CVT/PT. Os harmônicos presentes na tensão do sistema podem criar correntes harmônicas capacitivas, que podem ser comparáveis às correntes de harmônicos geradas pela resistência não linear do para-raios. Como resultado, o erro na corrente harmônica medida pode ser considerável. O erro na corrente do terceiro harmônico medido pode ser de até 100% com 1% do terceiro harmônico presente na tensão do sistema. Consequentemente, é possível realizar um monitoramento confiável de para-raios por meios de kits de teste que fornecem compensação para harmônicos presentes na tensão do sistema.
O circuito equivalente de um para-raios é uma combinação paralela de capacitância e resistência variável, como mostrado na figura 1. A corrente que flui pelos discos de óxido de zinco é a corrente de fuga total (h), possuindo os componentes corrente de fuga capacitiva (Ic) e corrente de fuga resistiva (Ir). Tensões de operação normais causam o envelhecimento dos discos de ZnO, enquanto as sobretensões de comutação/relâmpagos podem causar sobrecarga de tudo ou parte dos blocos de ZnO. O aumento na corrente de fuga resistiva (Ir) devido às razões acima pode levar o para-raios à instabilidade térmica e resultar em uma quebra completa do para-raios. Portanto, o monitoramento da corrente de fuga resistiva (Ir) é muito importante.
Harmônicos são criados em corrente de fuga na aplicação de frequência fundamental, devido à característica não linear de tensão/corrente de para-raios. O terceiro harmônico é o maior componente harmônico da corrente resistiva. Terceiro harmônico na tensão do sistema cria correntes harmônicas capacitivas que afetam o valor medido. Erros nos valores medidos podem ser consideráveis. Como relatado, 1% de terceiro harmônico na tensão do sistema pode introduzir erros de até 100% no valor medido.
Corrente resistiva consiste nos componentes fundamental, terceiro harmônico, quinto harmônico e sétimo harmônico. O conteúdo do harmônico depende da magnitude da corrente resistiva e no grau de não linearidade das características de tensão/corrente (V-I). O conteúdo do harmônico também varia com a tensão e temperatura do para-raios.
O terceiro harmônico é o maior componente harmônico da corrente resistiva e é geralmente usado para medições de diagnóstico. Não é necessário referência para medição da corrente resistiva do terceiro harmônico (THRC) já que é assumido que todos os harmônicos surgem da corrente resistiva não linear. A conversão do nível harmônico a corrente resistiva, se necessária, depende da informação dada pelo fabricante do para-raios e de medições em laboratório. O princípio básico desta técnica reside na medição da corrente resistiva do terceiro harmônico devidamente compensado por terceiros harmônicos presentes na tensão do sistema. Uma análise de tendência da corrente resistiva do terceiro harmônico é necessária para observar mudanças periódicas devido a envelhecimento normal/anormal. Um aumento repentino no THRC ou valor muito alto da corrente resistiva do terceiro harmônico indica degradação dos discos de ZnO, inspeção/ações corretivas são necessárias para prevenir falhas catastróficas.
A corrente total (It) pelo para-raios possui componentes de corrente capacitiva (Ic) e corrente resistiva (Ir) fluindo pelo monitor de corrente de fuga. O componente Ir tem o 3º, 5º e outros harmônicos presentes no mesmo. No entanto, quando a degradação dos discos de ZnO ocorre, a variação da corrente resistiva do terceiro harmônico é mais pronunciada do que outras correntes de harmônicos, do que a corrente total (h) e que a corrente capacitiva total (Ic).
O arranjo de conexão para o instrumento é bastante simples, como mostrado na figura 2 acima. Conectando uma sonda de CT tipo grampo ao terra permite que a corrente de fuga seja detectada. A saída da sonda passa por um cabo isolado até a unidade de detecção.
Um filtro passa-banda é embutido no estágio inicial para passar o 3º harmônico e cortar o 5º e harmônicos mais altos. Após a seleção do terceiro harmônico, ele é amplificado e, em seguida, exibido. Também é fornecida uma antena de compensação, cuja saída é fornecida ao kit de teste para compensar os harmônicos presentes na tensão do sistema.
Os harmônicos presentes no sistema EHV são compensados e circuitos de filtro são fornecidos para contornar correntes indesejadas e apenas a corrente resistiva do terceiro harmônico é medida.
Medição de Resistência de Isolamento: A medição da resistência de isolamento deve ser realizada primeiro em pilhas individuais e, em seguida, no para-raios completo. Por se tratar de um teste off-line, o para-raios deve ser colocado fora de serviço para tal medição. O teste de infravermelho se mostra ideal para descobrir qualquer entrada de umidade através da vedação dentro do para-raios. Manter uma pilha com baixo valor LR gerará estresse para a outra pilha e a falha torna-se mais provável também nas outras pilhas. Uma ação corretiva deve ser tomada imediatamente.
Varredura térmica: a varredura térmica ajuda a identificar defeitos no parque de manobras EHV. Como não requer desligamento dos equipamento de manobra, pode ser amplamente usado em monitoramento de condição. Qualquer junta solta, contato de isolamento impróprio e peças de transferência de corrente podem ser identificados usando varredura térmica.
Varredura térmica também ajuda a identificar defeitos em para-raios. Isto pode não ser sempre verdade, mas se há um defeito e mais corrente está passando pelo para-raios, a temperatura interna do para-raios irá aumentar e poderá ser detectada pela varredura térmica.
É aconselhável realizar este teste durante a condição de tensão máxima do pátio de manobra, ao contrário da varredura térmica de outros componentes de transporte de corrente durante a condição de fluxo de corrente máxima. Este teste, seguido de uma medição de infravermelho/Tan ∂ e medição de capacitância, deve indicar a salubridade dos para-raios.
Texto traduzido do Manual de Referência nas Práticas Operacionais e de Construção de Linhas & Subestações de EHV e Operações Comerciais de de Despacho de Carga – Volume II – APTRANSCO
