Grupo: GGH

Tema: Aspectos de Manutenção e Gestão de Equipamentos e Estruturas Hidráulicas:

Título: Modelagem de descargas parciais em cavidades no isolamento de barras de geradores usando a teoria de campo

Autores: Reinaldo Corrã Leite(1); Fabio Moura Sarmento(1)

Instituições: UFPA(1)

Resumo: As empresas concessionárias de energia são cada vez mais levadas a buscar ações de planejamento que as mantenham competitivas no mercado. Desligamentos intempestivos causados por falhas em equipamentos causam transtornos tanto do ponto de vista econômico, pela aplicação de penalidades e perdas de receita como pelos danos à imagem da empresa por afetar a sociedade em geral no caso de grandes desligamentos. Descargas parciais (DP) são definidas como pequenas descargas que ocorrem no interior de cavidades existentes nos sistemas de isolação sólidos ou bolhas em sistemas de isolação líquida dos equipamentos elétricos existentes no sistema de potência. Falhas em uma das etapas associadas ao processo de manufatura de sistemas de isolação elétrica, como por exemplo, uma falha na manutenção do vácuo durante o processo de impregnação de sistemas de isolação papel óleo, permitem a formação de cavidades que são preenchidas com ar. Estas cavidades quando submetidas a elevados valores de estresse elétrico que ultrapassem a rigidez dielétrica do ar, provocam as descargas parciais. Estas descargas parciais produzem avalanches de elétrons e íons que se deslocam através da cavidade até se chocarem com as paredes da cavidade. Estes choques são impactos de alta energia que causam a deterioração do material e levam a falhas do equipamento que podem ser parciais ou totais. Portanto constata-se que a medição de descargas parciais é uma ação importante para a avaliação da vida útil do sistema de isolação que, em última instância, determina a vida útil do equipamento. Como visto no parágrafo anterior, as falhas na isolação elétrica são um grande problema para os equipamentos do sistema de elétrico de potência. A fim de preservar o funcionamento normal e reduzir a probabilidade de falhas e explosões, é imperativo prevenir e identificar essas falhas de antemão. Para máquinas rotativas, os problemas de isolamento mais comuns são desgaste da tinta condutiva, delaminação e quebra da isolação principal, devido a perturbações mecânicas, efeitos térmicos e vibração excessiva. Esses defeitos podem ser detectados por meio de sinais de descargas parciais. Este trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo para descargas parciais em cavidades comuns no isolamento de barras de geradores usando o modelo de descargas parciais (DP) baseado na teoria de campo proposto por Pedersen usando como método numérico o Método dos Elementos Finitos (MEF). O modelo baseado na teoria de campo foi desenvolvido por Pedersen. Em sua teoria ele e considera que os transitórios que ocorrem durante a atividade de descargas parciais induzem uma carga Qi nos eletrodos do objeto sob ensaio, sendo estas cargas induzidas produto da distribuição de cargas nas cavidades do dielétrico devido a descarga parcial. No modelo proposto, a carga induzida não era produzida pela descarga de uma capacitância imaginária e sim pelo estabelecimento de um momento de dipolo na cavidade como consequência das descargas. Portanto durante o tempo necessário para o estabelecimento do momento do dipolo leva-se em conta apenas os campos de Poisson causados pelas cargas espaciais, uma vez que a tensão aplicada aos eletrodos de teste se mantém constante, pode-se desprezar os campos Laplacianos. O modelo numérico desenvolvido contemplou uma cavidade esférica inserida no isolamento de uma barra do enrolamento do estator. A simulação é feita em dois momentos: num primeiro momento modela-se a situação pré descarga, onde ainda não existem as cargas espaciais que darão origem ao dipolo elétrico. Nesta fase, são resolvidas equações de Laplace para calcular o campo produzido pela fonte externa. Numa segunda etapa, a partir do campo externo calculado anteriormente, determina-se a carga espacial que forma o dipolo e calcula-se o campo devido a estas cargas. Este campo, ao atingir valores da ordem do campo externo, distorce o campo na cavidade, na região onde se forma o dipolo, e provoca a descarga parcial. A carga que produziu o campo é a carga induzida pela DP nos eletrodos de um sistema de teste, sendo esta carga induzida uma medida da severidade da descarga parcial. O modelo desenvolvido poderá ser usado para estimar os efeitos das DP localizadas no sistema de isolamento de barras de geradores e gerar padrões Phase Resolved Partial Discharges (PRPD) de identifica-las e estimar sua severidade.