A descarga parcial (DP) é um desafio de manutenção encontrado em equipamentos de alta tensão em todo o mundo, especialmente em infra-estruturas mais antigas e envelhecidas. Os trabalhadores da manutenção preditiva estão agora a começar a utilizar a imagem acústica para detetar a DP, encontrando a sua assinatura sonora caraterística mesmo antes de o equipamento sobreaquecer. Quando utilizadas em conjunto com as câmaras termográficas FLIR, as câmaras de imagem acústica, como a FLIR Si124, são indispensáveis para detetar eficazmente as descargas parciais antes que estas provoquem falhas no equipamento, danos dispendiosos e períodos de inatividade inesperados.
A corrente eléctrica está sempre a tentar escapar quando ninguém está a olhar, saltando do seu condutor e tentando em vão atravessar para um elétrodo próximo. Em busca de uma rota de fuga, começa por uma fenda num isolador gasto. Ou começa na superfície de um isolador de linha aérea, sujo com anos de contaminação. Talvez faça um pequeno buraco nos enrolamentos de papel dos cabos de alta tensão. Ou esconde-se perto de uma bolha de gás que se formou no dielétrico líquido envelhecido. É implacável, tentando uma e outra vez com cada pico alto e baixo da onda sinusoidal da tensão.
As empresas de serviços públicos podem reduzir o tempo de inspeção até 90 % sem formação extensiva com a FLIR Si124.
Este tipo de descarga parcial ou DP permanece oculto, uma vez que a corrente tenta passar para um condutor vizinho, dia após dia. A dada altura, deteriorado pelo stress constante da alta tensão, o material isolante vizinho irá falhar e ceder.
Eventualmente, a corrente interrompe a divisão para outro condutor e, quando isso acontece, o condutor falha completamente. Isto causa danos dispendiosos e destrutivos no equipamento elétrico, nos comutadores, nas máquinas ou nas instalações no futuro. As descargas parciais podem danificar o equipamento das instalações ou fritar componentes electrónicos sensíveis. Pior ainda, as descargas parciais podem cortar o fornecimento de energia a uma comunidade durante as horas ou turnos de inatividade da fábrica, custando uma produtividade valiosa.
A norma IEC 60270 descreve mais formalmente uma DP como uma "descarga eléctrica localizada que une apenas parcialmente o isolamento entre condutores e que pode ou não ocorrer adjacente a um condutor". Em geral, uma DP é a consequência de concentrações localizadas de tensão eléctrica no isolamento ou na superfície do isolamento e aparece geralmente como impulsos com uma duração muito inferior a 1 μs.
DIAGNÓSTICO DE DESCARGAS PARCIAIS: ESSENCIAL PARA A MANUTENÇÃO PREDITIVA
A deteção de descargas parciais é uma parte essencial de um programa eficaz de monitorização baseada no estado (CBM) ou de manutenção preditiva (PdM). Quanto mais cedo forem detectadas, menores serão os danos que as descargas parciais podem causar aos isoladores e menor será o risco de falha do equipamento e subsequente tempo de inatividade.
O incentivo financeiro para acompanhar as descargas parciais é simples: é muito menos dispendioso e perturbador localizar uma, planear o tempo de inatividade programado e depois reparar e substituir isoladores e ligações eléctricas no local da DP.
FERRAMENTAS PARA O SUCESSO
Para localizar com precisão um DP, existem inúmeras tecnologias de diagnóstico disponíveis para empreiteiros eléctricos, inspectores e profissionais de manutenção. Os medidores de teste de isolamento fornecem leituras numéricas do grau de eficácia ou resistividade de um isolador. As câmaras de imagem térmica da FLIR localizam e identificam o calor resistivo gerado no equipamento elétrico, identificando-o numa imagem visual com leituras de temperatura pixel a pixel. As imagens térmicas podem ser utilizadas em conjunto com imagens acústicas para determinar a gravidade da descarga parcial. Um aumento da temperatura em conjunto com uma assinatura acústica pode indicar que a integridade do equipamento de isolamento está comprometida.
LOCALIZAR TRANSFERÊNCIAS PARCIAIS INSTANTANEAMENTE
Como parte de um ecossistema de diagnóstico completo, a FLIR também complementa a imagem térmica de infravermelhos com capacidades de imagem acústica. As câmaras de imagem acústica, como a FLIR Si124 oferecem soluções avançadas baseadas no som para localizar e analisar falhas industriais, deterioração e defeitos como a DP. Verificou-se que ocorrem anomalias no som gerado pela DP antes de os componentes começarem a aquecer e se tornarem visíveis para as câmaras termográficas. Isto proporciona uma camada adicional de alerta precoce para detetar potenciais falhas futuras.
E embora não seja invulgar ouvir zumbidos perto de linhas eléctricas, os DPs são muitas vezes inaudíveis ao ouvido humano, o que os torna particularmente difíceis de localizar, especialmente em locais de trabalho ruidosos com ruído de fundo excessivo. Com uma câmara de imagem acústica portátil, muito semelhante a uma câmara de imagem térmica, um utilizador pode analisar uma área e ver a localização dos sons ultra-sónicos gerados pelos DPs numa imagem digital dos componentes a serem inspeccionados, inaudíveis ou ocultos pelo som de fundo.
FUNCIONAMENTO PORTÁTIL COM UMA SÓ MÃO
Embora existam inúmeras ferramentas disponíveis para os electricistas realizarem imagens acústicas, há considerações importantes a ter em conta, desde a portabilidade à precisão.
Em primeiro lugar, embora a maioria das ferramentas de imagiologia acústica sejam portáteis, seleccione uma que seja fácil de transportar de um local para outro. Considere uma câmara de imagiologia acústica que seja portátil, pronta a utilizar e suficientemente fácil de segurar com uma mão, o que a torna útil para o transporte, ergonomia e melhoria da pontaria.
Esta ilustração mostra dois sinais de dois sons que se podem perder se a sensibilidade da câmara acústica não for suficientemente boa. O sinal sonoro de 16,5 kHz pode ser detectado com um sistema de 32 microfones e o sinal sonoro de 18,5 kHz com um sistema de 124 microfones.
MAIS MICROFONES, MELHORES RESULTADOS
A gama de ferramentas de imagiologia acústica disponíveis revela também uma grande variedade no número de microfones utilizados para desenvolver imagens acústicas. Como regra geral em tecnologia, mais é melhor, por isso é evidente que a utilização de mais microfones é essencial para criar imagens acústicas ricas em pormenor. Tal como acontece novamente com a tecnologia, maior nem sempre é melhor quando se trata de microfones. Procure especificamente microfones do tipo MEMS (sistemas microelectromecânicos). Estes podem oferecer aos utilizadores um bom equilíbrio entre desempenho, estabilidade em diferentes ambientes, baixo consumo de energia para baterias mais pequenas e maior tempo de funcionamento. Além disso, o tamanho reduzido dos microfones significa que são mais fáceis de organizar de forma compacta numa ferramenta de mão.
Sensibilidade: Ao examinar a câmara de imagem acústica FLIR Si124, existe um conjunto cuidadosamente organizado de 124 microfones MEMS que, trabalhando em conjunto, oferecem o mais elevado nível de sensibilidade. O maior número de microfones também reduz o potencial de "spatial aliasing", que é o posicionamento incorreto da fonte sonora na imagem.
Uma câmara acústica como a FLIR Si124 pode ajudar as empresas de serviços públicos a analisar padrões de descargas eléctricas parciais, a dar prioridade às reparações com estimativas de custos de fugas automatizadas e classificação do tipo de descarga, e a realizar inspecções sem contacto de forma rápida e segura.
Alcance de deteção e acesso: Uma outra vantagem garantida por um grande número de microfones é um maior alcance de deteção. Note-se que o som que viaja através do ar sofre uma atenuação de 6 decibéis cada vez que a distância percorrida é duplicada. Uma descarga parcial de tamanho médio pode medir 40 dB(Z). O som ouvido a 15 metros (aprox. 50 pés) de distância da fonte é 6 dB mais alto do que a 30 metros (aprox. 100 pés), e assim por diante. Para compensar este facto, os fabricantes de câmaras de imagem acústica aumentam o número de microfones para aumentar o alcance de deteção. No caso da FLIR, o resultado é um alcance máximo de deteção que é aproximadamente duplicado ao utilizar quatro vezes o número de microfones.
Muitos componentes eléctricos são de difícil acesso porque estão vedados por razões de segurança ou estão a uma altura elevada do solo. As restrições de acesso também podem ser baseadas no tempo, limitadas a quando um contacto do cliente está no local para permitir a entrada. Tendo em conta estas barreiras de acesso, é fundamental utilizar ferramentas que possam encontrar PD com precisão, mesmo à distância. Por exemplo, a FLIR Si124 pode ser utilizada para inspecionar cabos aéreos a partir do solo, bem como componentes de subestações que estão protegidos atrás de vedações, a uma distância de até 130 metros (426 pés).
A FLIR Si124 pode ser utilizada para inspecionar cabos aéreos a partir do solo, bem como componentes de subestações que estejam presos atrás de vedações, a uma distância de até 130 metros (426 pés).
Poder de processamento: A FLIR Si124 produz 124 fluxos de dados de áudio que são processados e convertidos num ecrã visual. A câmara possui uma seleção automática de frequência de áudio que simplifica a utilização sem sacrificar o desempenho. Os avanços na capacidade de processamento de dados e nos gráficos tornaram possível a integração instantânea de grandes quantidades de dados acústicos numa imagem fácil de compreender no ecrã.
Os utilizadores que optam por câmaras com menos microfones e/ou processadores mais antigos podem acabar por ter imagens de menor qualidade, menor resolução e, potencialmente, uma taxa de atualização mais lenta. Em termos de produtividade, uma câmara de última geração como a FLIR Si124 pode encontrar problemas até 10 vezes mais rapidamente em comparação com outras ferramentas disponíveis.
AS FREQUÊNCIAS DOS MICROFONES PODEM AFECTAR AS INSPECÇÕES.
As ferramentas de inspeção utilizadas pelos electricistas podem, elas próprias, promover ideias erradas sobre a melhor forma de identificar as descargas parciais. Por exemplo, a DP emite constantemente som ultrassónico a uma frequência comum (40 kHz). Muitos dispositivos de imagiologia acústica utilizam ou recomendam quase exclusivamente esta frequência. Embora isto possa ser útil em alguns casos, em muitos outros pode afetar significativamente a sensibilidade da deteção. A utilização de uma gama mais ampla de frequências, de 10 kHz a 30 kHz, pode produzir melhores resultados quando se trabalha à distância, como numa subestação exterior.
Cancelamento inteligente de ruído: As descargas parciais geram um som de banda larga, que vai desde frequências audíveis a frequências inaudíveis ou ultra-sónicas. Além disso, as inspecções raramente são realizadas em locais silenciosos. Em vez disso, os dispositivos têm de lidar com o ruído de fundo de instalações industriais ou locais exteriores, perto da autoestrada ou com o ruído da aviação, por exemplo. As câmaras de imagem acústica mais inteligentes podem compreender as interferências e o ruído de fundo, filtrando-os para isolar o culpado do DP.
PÔR A IA E A NUVEM A TRABALHAR NO DIAGNÓSTICO DE DESCARGAS PARCIAIS
Categorizar a DP é muitas vezes um desafio. A FLIR ajuda os empreiteiros eléctricos aplicando algoritmos de IA para analisar as descargas parciais. Um utilizador pode carregar imagens acústicas para o serviço de nuvem FLIR Acoustic Camera Viewer e a imagem é automaticamente comparada com milhares de imagens. O serviço na nuvem classifica as descargas parciais encontradas em três categorias principais: descargas de superfície, flutuantes e aéreas.
A dependência de um serviço avançado de IA pode ajudar a reduzir erros, acelerar a preparação de relatórios e servir como um diferenciador fundamental para os clientes de inspeção. A facilidade de uso adicional também ajuda a integrar mais trabalhadores para realizar inspeções de imagens acústicas como parte do monitoramento baseado em condições ou da manutenção preditiva.
DECIDIR SOBRE A FERRAMENTA DE IMAGIOLOGIA ACÚSTICA CORRECTA
A imagem acústica tornou-se rapidamente uma tecnologia imprescindível para manter a infraestrutura energética em funcionamento. Cada vez mais gestores de CBM estão a adicionar câmaras como a FLIR Si124 à sua caixa de ferramentas. O retorno do investimento é rápido, uma vez que detectam problemas de forma rápida e fácil, reduzindo os custos de reparação e o tempo de inatividade não planeado.
CAPACIDADES DE CLASSIFICAÇÃO DE DESCARGAS PARCIAIS A CONSIDERAR
A análise de imagens acústicas pode exigir alguma formação e aprendizagem, especialmente quando se trata de compreender os diferentes tipos de PD que foram localizados. Saber quais são os problemas evidentes e a sua gravidade pode ajudar a formular melhores relatórios, melhores recomendações de reparação e acções seguintes mais inteligentes.
Existem vários tipos de DP, dependendo do local onde a descarga ocorre e do seu padrão de impulsos. As descargas superficiais ocorrem nos limites de diferentes materiais de isolamento. As descargas de superfície podem ser encontradas em vários locais, incluindo casquilhos, terminações de cabos ou enrolamentos de geradores que sobreaquecem.
Exemplo do padrão de Descarga Parcial de uma descarga de superfície.
Exemplo do padrão de descarga parcial de uma descarga flutuante.
Exemplo do padrão de Descarga Parcial de descarga corona negativa e positiva. O corona positivo é visto no lado esquerdo e o corona negativo no lado direito.
As descargas flutuantes podem ocorrer quando existe um condutor flutuante no interior de um equipamento de alta tensão, separado por um espaçador, por exemplo. As descargas flutuantes são consideradas como a forma mais frequente de descargas parciais.
Por último, a descarga parcial no ar ocorre quando o ar em torno de um condutor, como uma linha de transmissão de energia, que serve de material isolante, pode perder algumas das suas propriedades isolantes devido à elevada humidade e/ou contaminação. Isto permite descargas para o ar que degradam ainda mais a qualidade imediata do ar e do condutor.
Conhecer o tipo e a gravidade da descarga permite que a instalação escolha as medidas de correção adequadas e programe a manutenção para minimizar as falhas e o tempo de inatividade.
Áreas de equipamento a visar para a imagiologia acústica de descargas parciais
- Condutores e barramentos
- Geradores eléctricos
- Transporte e distribuição de energia eléctrica (T&D)
- Subestações eléctricas
- Estatores, motores e bobinas
- Subestação de controlo
- Transformadores
Programas de imagiologia acústica de descargas parciais
- Programas de manutenção baseada na condição (CBM)
- Programas de controlo de condições (CM)
- Manutenção preditiva (PdM)