Até o Limite: Equipamento de Medição da HBM para Testes de Alta Tensão

A HBM forneceu três gravadores transientes da família Genesis High Speed para o Laboratório de Alta Tensão da KEMA na Det Norske Veritas, em Arnhem. Os novos sistemas de aquisição de dados substituem o equipamento LDS Nicolet que os Laboratórios KEMA adquiriram entre 1995 e 2000 e usou até recentemente. A principal razão para a mudança para o novo equipamento de medição foi a adoção da norma IEC 60060-2 (2010), que fornece diretrizes para realização de testes de alta tensão e a tecnologia de medição relacionada às solicitações.

Falhas no fornecimento de energia têm consequências significativas

No Laboratório de Alta Tensão, temos nos concentrado em testes e certificação de componentes HV, equipamentos de energia e de medição, equipamento de proteção e controle para geração e distribuição de eletricidade. Teste e certificação da segurança e controle de instalações e sistemas de alta tensão são cada vez mais importantes, porque a infraestrutura de eletricidade está se tornando cada vez mais complexa e vulnerável. Falhas no fornecimento de energia têm consequências significativas, que vão desde danos econômicos elevados até situações de risco de vida, como resultado da falha de sistemas críticos.

 

"Construímos uma reputação considerável no Mercado. Nossos certificados de testes KEMA são internacionalmente reconhecidos.”

John Mooren, engenheiro de testes nos Laboratórios KEMA em Arnhem.

Sobre os Laboratórios KEMA

Instalações e equipamentos são testados no Laboratório de Alta Tensão e no Laboratório de Alta Potência em Arnhem, ambos integrantes dos Laboratórios KEMA, que por sua vez, faz parte da divisão de Energia da DNV GL. O Laboratório de Alta Potência realiza testes para determinar a resistência a curto-circuito dos materiais. Quatro geradores foram usados para criar uma corrente de curto-circuito de 8.800MVA, e foi aumentado para 13.000MVA em 2015 devido à aquisição de dois novos geradores.

O Laboratório de Alta Tensão é usado principalmente para testes e certificação de cabos e componentes de alta tensão conforme recomendado pelos fabricantes. Isso consiste principalmente de ensaios dielétricos que determinam as características de isolamento dos materiais. O laboratório também realiza uma ampla gama de outros testes, como testes de temperatura para instalação de transformadores e comutadores, testes de resistência durando vários meses, calibração de alta tensão e testes mecânicos, incluindo isoladores e relés de segurança.

Testes Dielétricos

Testes dielétricos são realizados utilizando, entre outras, corrente alternada (AC), corrente contínua (DC) e impulso atmosféricos (LI). Os gravadores transientes da HBM são usados para gravar testes com impulsos atmosféricos. Uma onda padrão de impulso atmosférico tem uma duração frontal de 1,2 microssegundos e um tempo para metade do valor de 50 microssegundos. O sistema de gravador transiente da HBM tem uma velocidade de medição muito alta de 10 nano segundos. A duração frontal de uma onda é determinada por aproximadamente 120 medições em 1.200 nano segundos. A tensão pico de uma onda de raio é avaliada usando software com fórmulas de acordo com a IEC60060-2. Este software é parte do sistema de computador da HBM que processa o dado de medição e os gravadores transientes da família Genesis High Speed da HBM são extremamente adequados para esta tarefa.

Configuração de teste para um sistema de cabo de 400kV com gerador de impulso de tensão de 2,6MV e um divisor de 3.000kV na direita. A caixa de EMC com o transmissor da HBM está localizada na base do divisor.
Configuração de teste para calibração de um divisor de 700kV com um gerador de impulso de tensão de 1MV. A caixa de EMC com o transmissor da HBM está localizada na base do divisor.

Sobretensão

A sobretensão é criada por um gerador de tensão de impulso, no qual consiste de um determinado número de capacitores de 100kV (ou 200kV) que são carregados e depois descarregados em séries. Há um total d três geradores de tensão de impulso no Laboratório de Alta Tensão. A máxima tensão atingida é de 2,6MV (13 capacitores de 200kV cada), e possibilidade de tensões de 1,6MV e 1MV (16 e 10 capacitores de 100kV cada, respectivamente). O valor de pico da tensão de impulso é estabelecido de acordo com padrões internacionais. O valor de pico da tensão de impulso para sistemas de alta tensão de 400kV é 1.425kV e, para sistemas de média tensão de 12kV, é 75kV.

O laboratório possui seis divisores de alta tensão, que são usados para medir tensões de pulso. Cada diviso possui seu próprio transmissor digitalizador e também há dois sistemas de medição com os quais sinais secundários podem ser medidos. Há um total de seis transmissores e três receptores, além dos sistemas de medição da HBM.

Outra novidade era a separação da aquisição de dados e a transferência dos dados medidos a um PC via fibra ótica. Isso possui inúmeras vantagens porque elimina interferências, o que torna os dados medidos mais precisos. A segurança também é melhorada, já que não é possível o flash-over da alta tensão via fibra ótica. Exposição a tais tensões é fatal.

Por que novos equipamentos?

“Foi decidida em 2009 a substituição dos equipamentos existentes. Não apenas por conta da mudança para o novo laboratório em 2009, mas principalmente como resultado dos desafios da norma IEC60060, que entrou em vigor em 2010. Como HVL (High Voltage Laboratory), temos uma cadeira no comitê de padronização IEC, porque queremos nos manter atualizados e realizar testes e certificações de acordo com os mais modernos padrões. A norma IEC60060 descreve as condições uniformes para testes de alta tensão. Especifica definições precisas e diretrizes para geração da tensão necessária para os testes e descreve os requisitos para a realização de testes com as tolerâncias de medição permitidas , bem como os requisitos aplicáveis aos sistemas de medição.''

John Mooren, engenheiro de testes nos Laboratórios KEMA em Arnhem.

Em 2010, foi aprovada uma proposta de investimento para aquisição de novos equipamentos de medição, após o recebimento de propostas de cinco fabricantes líderes de mercado. Após a seleção das propostas, três fabricantes foram convidados a realizar demonstrações no laboratório em 2011. A escolha final, com base no melhor custo-benefício, foi da HBM.

Ao escolher a HBM, a DNV GL ficou com os mesmos equipamentos, porque a HBM havia assumido as atividades da LDS Nicolet e trouxe os equipamentos renovados para o mercado em 2009 com o nome de Genesis High Speed. Esta família de produtos modulares destina-se à aquisição super-rápida de dados e gravação transiente. O equipamento para aquisição de dados é usado em testes de durabilidade, testes balísticos, testes de curto-circuito e sobretensão, entre outros.

Software Perception

Imagem da tela do Software Perception da HBM pelo IEC60060-1 (2010), com o Método Fator K com Ajuste de Curva e Filtro (testado de acordo com a norma IEC61083-2).
As Unidades de Recepção e Transmissão da série ISOB5600 da HBM são construídos em caixas EMC.

Implementação

O novo equipamento foi entregue no início de 2012. Eram três gravadores transientes ISOBE5600m da família Genesis High Speed com uma taxa de amostragem de 100MS/s, o que significa ser 100 milhões de amostras por segundo. Um sistema ISOBE5600 é formado por uma unidade digitalizadora/transmissora que é instalada no ambiente de testes de alta tensão e uma unidade receptora em outro local que pode ser conectado a um sistema de aquisição de dados ou a um PC. A comunicação entre o transmissor e o receptor é feita por fibra ótica, o que garante total isolamento elétrico entre a o local de teste e a sala de controle. O Software Perception da HBM para processamento dos dados de medição também é parte da solução e realiza os cálculos descritos no IEC60060-2.

O transmissor/digitalizador ISOBE5600t da HBM no HVL possui atenuadores que processam os sinais de entrada, instalados como unidades fixas em uma caixa EMC, o que significa que os resultados da medição no são afetados por interferência eletromagnética. As caixas EMC são conectadas aos divisores. O digitalizador/transmissor digitaliza os sinais medidos e os torna adequados para transmissão ao receptor via cabo de fibra ótica. O módulo do software Perception para Análise de Impulso de Alta Tensão (HB-IA) fornece um painel de controle para configurar os testes, bem como uma interface gráfica de usuário onde a maioria das funções pode ser visualizada como, por exemplo, as curvas de tensão. O receptor ISOBE5600r, junto com um painel de controle e um PC, é instalado em uma sala de medições. Os dados são mostrados no LabVIEW via uma interface com o Software Perception.

A configuração inicial foi operacionalizada e certificada em 2012, após ter sido integrada com o LabVIEW. O último Nicolet foi retirado de uso no final de 2015 e o Laboratório de Alta Tensão DNV-GL mudou completamente para usar o equipamento Genesis High Speed. O novo equipamento revelou-se mais preciso que o sistema antigo sistema, pois tem a capacidade de executar e reportar ensaios em total conformidade com a norma IEC60060.

*Os equipamentos Genesis High Speed da HBM foram comercializados anteriormente sob as marcas LDS Nicolet, LDS Dactron and Gould Nicolet. A marca Nicolet pertence à Thermo Fisher Scientific Inc. Corporation. Gould é uma marca da Gould Electronics GmbH.