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Medidores de Isolamento - Manutenção Preditiva (INS372)

O princípio de funcionamento dos medidores de isolamento,consiste num tema bastante extenso e de grande importância para a manutenção de qualquer tipo de instalação elétrica em boas condições.Neste artigo vamos tratar da manutenção preditiva, um ponto de extrema importância para as instalações modernas. Boa parte do artigo é baseada na documentação farta fornecida pela Fluke que fabrica, dentre outros instrumentos, medidores de isolamento.

Medidores de isolamento ou Megohmetros são os instrumentos básicos para se verificar o estado de uma instalação elétrica.

Seu uso na realização de testes preditivos é fundamental para fornecer informação sobre o estado presente e futuro de diversos elementos de uma instalação tais como cabos, motores, transformadores e muito mais.

O ponto fundamental para se poder fazer uma previsão do que pode ocorrer numa instalação é a coleta de dados confiáveis e consistentes.

Examinando os dados coletados o profissional competente pode agendar um eventual trabalho de reparação, manutenção, reduzindo os tempos em que a instalação ficará inoperante através de um planehjamento cuidadoso de como tudo deve ser feito.

Para a realização de testes de isolamento um primeiro ponto a ser considerado é a tensão usada. A tensão de teste para equipamentos comuns é dada pela seguinte tabela:

Tensão AC do equipamento (V) Tensão DC de teste (V)
0 - 100 100 – 250
440 - 880 500 – 1000
2 300 1 000 ou mais
4100 e mais 1 000 ou mais

 

Medidas Rápidas

Nos testes rápidos o Megôhmetro é conectado ao equipamento em teste e mantido na condição de medida durante pelo menois 60 segundos.

Esse tempo é importante para garantir que o instrumento alcance uma condição estável de funcionamento. Isso é necessário, pois conforme vimos em outro artigo sobre o assunto, capacitâncias parasitas exigem que a corrente se estabilize num teste desse tipo.

Num circuito em bom estado observa-se claramente o aumento da resistência à medida que a capacitância parasita é carregada. Lembramos que as medidas devem ser feitas com uma temperatura do equipamento ou circuito acima do ponto de condensação para se evitar que a umidade condensada junto a sujeira venha causar problemas de correntes de fugas.

A figura 1 mostra num gráfico como varia tipicamente a resistência lida com o tempo.

 


 

 

 

Para equipamentos que operem com tensões abaixo de 1 000 volts a resistência de isolamento deve ser de 1 M Ω ou maior.

Para equipamentos especificados para tensões acima de 1 000 V a resistência de isolamento esperada deve aumentar de 1 MegΩ para cada 1 000 volts de tensão aplicada.

Nos testes acumulados durante um certo período de tempo, pode-se constatar variações bruscas de resistência devido à problemas de isolamento, como mostra o exemplo da figura 2.

 


 

 

 

Teste por Tensão Escalonada

Neste teste levantam-se curvas de variação da resistência de isolamento para diversas tensões de prova, normalmente em passos de 250 V. As medidas são tomadas em intervalos de 60 segundos aproximadamente para haver uniformidade nas curvas levantadas.

No teste a resistência final, independentemente da tensão aplicada deve tender para um mesmo valor.

Se a tensão tender para diversos patamares, como mostra a figura 3, podemos estar diante de um caso de um sistema com problemas de isolamento.

 


 

 

 

Na figura 4 mostramos um gráfico em que exemplificamos o caso de uma instalação em bom estado de isolamento e outra que não está.

 

 


 

 

 

Veja que na instalação problemática a resistência varia bastante caindo com o aumento da tensão de prova. Isso não ocorre com a instalação em bom estado, em que a resistência se mantém praticamente constante independentemente da tensão usada no teste.

 

 

Teste de Resistência-Tempo/Absorção Dielétrica

O teste resistência-tempo é independente do tamanho do equipamento e da temperatura. Nesse teste é comparada as características de absorção de um isolamento contaminado com as característica de um isolamento em bom estado.

A tensão de teste é aplicada num intervalo de tempo de 10 minutos, sendo anotada a cada 10 segundos até o primeiro minuto e depois em intervalos de 1 minuto até o final do teste.

Os valores anotados são colocados num gráfico através do qual pode ser feita a avaliação do estado do isolamento. Na figura 5 temos um exemplo de curvas de um isolamento em bom estado e de um isolamento em condições insatisfatórias.

 


 

 

 

Observe que no isolamento ruim, a curva tende para um valor mais baixo no final do teste.

Outra forma de se determinar o estado de um isolamento é usando o teste do índice de polarização do dielétrico (PI).

Esse teste é importante quando não existe sujeira e óleo cobrindo o isolamento, já que eles podem ter um efeito de achatamento nas curvas obtidas nesse teste, pela corrente de fuga que aparece nessas condições.

O índice de polarização é a relação entre as leituras feitas duas vezes da resistência em função do tempo, uma tomada depois de um minuto de conectado o instrumento e a outra depois de 10 minutos.

Para um isolamento em bom estado, a resistência começa baixa e depois torna-se alta à medida que a corrente capacitiva diminui e a corrente de absorção também se torna menor.

Se a relação entre as medidas estiver entre 0 e 1, teremos um isolamento perigoso. Entre 1 e 2 um isolamento pobre. Para valores entre 2 e 4 teremos um isolamento bom e acima de 4 um isolamento excelente.

 

Teste de Conexões em Geradores, Transformadores, Motores e Fiação

Os procedimentos previamente descritos podem ser usados no teste desses equipamentos para efeito de manutenção preditiva.

 

a) Geradores e Motores

No teste de geradores, motores e outros equipamentos semelhantes é importante separar os diversos enrolamentos separadamente. Os enrolamentos não testados devem ser devidamente aterrados para que o isolamento entre eles seja também comprovado.

Na figura 6 mostramos como realizar o teste de isolamento entre os enrolamentos de um motor.

 


 

 

 

Veja que nesse teste, todos os enrolamentos estão desconectados de qualquer outro circuito. Meça a resistência entre os enrolamentos e entre os enrolamentos e o terra.

A tabela abaixo, sugerida pela Fluke, indica as resistência mínimas que devem ser medidas nestes testes como função da tensão de trabalho do motor.

 

Faixa de Tensões de Operação (V) Resistência mínima permitida (Ω)
0 – 208 100 000
208 – 240 200 000
240 - 600 300 000
600 – 1 000 1 M
1 000 – 2 400 2 M
2400 – 5 000 3 M

 

Esses valores são para uma teperatura de 40º C.

 

Teste de Transformadores

Para o teste de transformadores temos as seguintes opções.

No teste de transformadores monofásicos, teste inicialmente cada enrolamento e depois cada enrolamento em relação à terra. Também podem ser testados um enrolamento de cada vez com os outros aterrados.

Para transformadores trifásicos, proceda da mesma forma e para determinar o isolamento mínimo use as seguintes fórmulas:

 

Tipo de Transformador Formula indicada
Monofásico R = C x E / k
Trifásico estrela R = C x Epp / k
Trifásico delta R = C x Epp / k

Onde:

k – raiz quadrada do número de kVA

R – resistência mínima em um minuto de medida para 500 V em megΩ

C – Constante para medidas a 20º C (conforme tabela abaixo)

E – faixa de tensões do enrolamento

kVA – capacidade do enrolamento sob teste. Para unidades de 3 fases, aproximadamente a raiz cúbica de kVA do equivalente monofásico.

 

Tabela para constante C

Tipo de Transformador 60 Hz
Tipos a óleo 1,5
Tipo sem tanque de óleo 30
Tipos com conteúdo seco 30

 

Teste de Fiação e Instalações a Cabo

Os cabos devem ser mantidos desconectados dos circuitos. Os cabos devem ser testados um em relação aos outros, conforme mostra a figura 7.

 

 


 

 

 

A IPCEA (Insulated Power Cable Engineers Association) sugere a seguinte fórmula para determinar os valores mínimos de resistências de isolamento para efeitos de testes.

 

R = K x log 10 (D/d)

 

Onde:

R = resistêncioa em MegΩ para cada 305 metros de cabos. Baseado em um teste de 500 V, aplicado por 1 minuto a 15,6º C de temperatura.

K = constante dielétrica do material usado como isolante. Por exemplo, Polietlleno Termoplastico = 50 000 – Polietileno composto = 30 000.

D = diâmetro externo do isolamento do condtor para um condutor simples. Para cabos D = d + 2c + 2b

d = Diâmetro do condutor

c = Espessura do isolamento do condutor

b = Espessura da capa externa de isolamento

 

Por exemplo, para um cabo de 305 metros de cabo 6 AWG, com isolamento de borracha natural resistente ao calor, com 0,125 mm de isolamento e uma constante K de 10 560, para log 10 (D/d) = 3,939 M Ω, a resistência de isolamento mínimo que deve ser esperada para um condutor simples é de 3 939 MΩ.

 

Conclusão

Conforme o leitor deve ter percebido pelos dois artigos que publicamos sobre o assunto, a medida do isolamento é algo que emprega uma tecnologia muito bem estabelecida a qual deve ser utilizada para se ter certeza sobre a qualidade de uma instalação, máquina ou outro equipamento.

O que vimos é a parte básica sobre as medidas de isolamento, com material da Fluke que possui uma vasta experiência na fabricação de Megohmetros. Oportunamente voltaremos a tratar desse importante tema da instrumentação eletrônica.

 

 

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Terminando mais um ano (OP198)

Estamos chegando ao final de mais um ano de muito trabalho. Não temos que nos queixar de nossas realizações. Fizemos muito e constatamos que temos ainda muito mais por fazer. Os 365 dias de 2019 não foram suficientes para colocarmos em prática todas as nossas ideias, muitas das quais ficaram para o próximo ano.

 

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