Fatores que Afetam a Repetibilidade dos Ensaios de Análise de Resposta em Freqüência

Trabalho apresentado e publicado nos anais do SBSE 2010 – Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos - Belém – PA – Brasil
Autor: Marcelo Eduardo de Carvalho Paulino

Abstract
Este trabalho mostra os fatores que afetam a repetibilidade dos ensaios de análise de resposta em freqüência. A utilização de um sistema de teste ou um equipamento e procedimentos adequados são essenciais para o sucesso da medida. Discute as condições de teste, mostrando diversos resultados que evidenciam os erros de repetibilidade que podem ocorrer.

Index Terms
Transformadores, diagnóstico, repetibilidade, análise de resposta em freqüência, testes e análises, detecção de defeitos.

INTRODUÇÃO
Análise de Resposta em Freqüência, geralmente conhecida dentro da indústria como FRA, do inglês Frequency Response Analyses, é uma técnica de teste de diagnóstico poderosa utilizada no estudo e análise de sistemas lineares. O termo se aplica de maneira geral a qualquer análise para avaliar o desempenho de componentes elétricos, sistemas, circuitos, equipamentos, em termos de respostas para excitação em várias componentes de freqüência. É muito empregada na Engenharia de Materiais e na Eletrônica para avaliar a qualidade dos componentes e circuitos.
Esta técnica consiste em apresentar o comportamento do sistema analisado segundo a aplicação de sinais elétricos em uma ampla faixa de freqüências. Sua aplicação é realizada pelo estudo da variação com a freqüência do quociente entre dois fasores, em amplitude e fase. Na variação da amplitude e da fase com a freqüência estará presente, a diferença de amplitude e o atraso de fase devido à configuração dos circuitos R-L-C que compõe a estrutura do elemento testado.
Os transformadores são equipamentos essenciais em sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica. O principal interesse das medições de Resposta em Freqüência em transformadores é detectar deformações nos enrolamentos e núcleo de um transformador resultante das forças eletromagnéticas ocasionadas por falhas no sistema que o transformador está conectado, falhas no comutador sob carga, falhas de sincronização, transporte, descarga atmosférica ou uma falta dentro do transformador etc., que podem ser geradas altas correntes circulantes nas bobinas e/ou uma alta tensão sobre estas. Conseqüentemente ocasionam danos estruturais, deformações nas bobinas e/ou de isolação do equipamento, fechando-se curto-circuito entre espiras, entre bobinas ou destas para a carcaça (ponto de terra).
A deformação do enrolamento pode eventualmente resultar em uma falha no isolamento entre espiras, resultando finalmente em espiras curto circuitadas. Ou seja, uma deformação ocorrida pelos motivos expostos pode não ser detectada imediatamente, nem produzir efeitos evidenciados por técnicas convencionais de testes elétricos ou por análise dos gases dissolvidos. Mas certamente poderá evoluir para um defeito causando a imediata indisponibilidade do transformador, aumentando a probabilidade de falha total.
Além do diagnóstico de falhas depois de um evento, por exemplo, de curto-circuito, também há interesse crescente na detecção da integridade enrolamento, do grau de deformação, antes de um eventual defeito. Isto é realizado durante interrupções planejadas, ou seja, as avaliações das condições do transformador determinando a confiabilidade esperada do transformador seriam realizadas dentro de um programa de manutenção preventiva.
Outra importante aplicação para medições de Análise de Resposta em Freqüência é verificar a integridade mecânica de um transformador depois de transporte. Isto significa proporcionar um meio confiável de confirmar que o núcleo e a estrutura do enrolamento não sofreram quaisquer danos mecânicos, apesar de sustentar choques durante o transporte. Danos de transporte também podem ocorrer se os procedimentos forem inadequados, podendo conduzir ao movimento do enrolamento e núcleo.

FATORES QUE AFETAM A REPETIBILIDADE
Para o ensaio de Função de Transferência, a figura 3 mostra o sinal é injetado (cabo amarelo) em uma bobina e a medição do sinal de entrada feita no mesmo ponto por um canal de medida (cabo vermelho).outro canal de medida obtem o sinal de saída (cabo azul). Assim são levantados os gráficos de magnitude e defasagem da impedância do transformador em função da freqüência.
Os fatores que influenciam nesse processo de injeção de sinal e medida podem ser divididos em 3 grupos:
A. Condição do Transformador
Devem ser controlados pelo testador ou ser documentado para fins de análise. Dentre as condições do transformador que podem influenciar o resultado tem-se: posição do comutador de tape, buchas, aterramento do neutro, temperatura, umidade, estado do óleo e do papel, TCs internos, enrolamento terciário, dentre outros
B. Testador e equipamento de teste
Este fator também deve ser controlado e documentado. Destacamos os itens que podem influenciar na medida como a formação do testador, precisão e qualidade do instrumento de teste utilizado, pontos de injeção de sinal, arranjo dos cabos, erros de medida, etc.
C. Fatores estocásticos
Os fatores estocásticos podem ou não ser controlados, por exemplo, comportamento eletromagnético e remanescente no núcleo do transformador.

CONCLUSÕES
Este trabalho mostrou alguns exemplos de condições que interferem na repetibilidade do ensaio de resposta em freqüência. Dentre os fatores de influência, fica evidente que a utilização de equipamentos de teste de qualidade e o uso de técnicas de conexão adequadas criam condições para a redução dos erros. Soma-se a isso a necessidade de se assegurar que o responsável pelo teste tenha a formação adequada e a experiência necessária para identificar os problemas assim que ocorrerem.

REFERÊNCIAS
[1] M. E. C. Paulino, “Diagnóstico de Transformadores e Comparações entre Algoritmos para Análise de Resposta em Freqüência” in V WORKSPOT- International Workshop on Power Transformers, Belém, PA, Brasil, 2008.

[2] Technical Brochure “Mechanical condition assessment of transformer windings: guidance” CIGRE Study Committee A2 – Work Group A2.26, 2008

[3] M. E. C. Paulino, et all, “Aplicações de Análise de Resposta em Freqüência e Impedância Terminal para Diagnóstico de Transformadores” in XIII ERIAC – Décimo Terceiro Encontro Regional Ibero-americano do CIGRÉ , Foz do Iguaçu, Argentina, 2009.

[4] J. Velásquez, “Frequency Response Analysis for Condition Assessment of Power Transformers: Basis and Interpretation Principles”, Omicron Electronics GmbH, 2009.

Veja o trabalho completo publicado no site da Adimarco