Análise dos resultados do teste de fator de potência

Edição 104 – Setembro de 2014
Artigo:  Dicas de instalação
Por Jill Duplessis*

Como as diretrizes adotadas pelo setor podem confundir o usuário

Atualmente, a medição do fator de potência na frequência da rede é um dos testes de campo mais usados no setor elétrico para facilitar uma avaliação de rotina da condição dielétrica de um ativo de energia no campo.

O fator de potência pode ser eficaz para determinar, em um nível geral, se um sistema de isolamento está limpo e seco, ou se não está mais apresentando um desempenho eficiente ou adequado. Mas será que o setor elétrico espera muito dessa medição? Compreender as limitações dessa ferramenta de diagnóstico não só responde a essa pergunta, como também em conjunto com as conclusões de um teste semelhante (o teste de fator de potência de frequência variável), mostra porque a abordagem normalmente usada para a análise dos resultados do teste de fator de potência pode levar a decisões ruins e deve ser repensada.

Limitações

As limitações de uma medição isolada do fator de potência na frequência da rede incluem:

Condição média
A medição do fator de potência representa a condição média do isolamento total do sistema que está sendo testado.

Essa é uma das limitações da medição do fator de potência que é reconhecida há décadas. Isso significa, por exemplo, que não há como ter certeza de que uma medição elevada de fator de potência de CHL (Condição de Isolamento entre os enrolamentos de alta e baixa tensão) de 0,6% indica se o sistema de isolamento entre os enrolamentos (CHL) ficou contaminado de forma geral e uniforme, ou se a maior parte do sistema de isolamento, entre os enrolamentos, está funcionando adequadamente e uma área localizada está com contaminação extremamente elevada.

A segunda situação trata de um defeito localizado e uma condição mais séria que geralmente exige ação imediata, portanto, é vital se ter a habilidade de diferenciar as duas situações (uma contaminação dispersa ou uma contaminação localizada.) Não é possível fazer isso com a medição do fator de potência. Consequentemente, os usuários têm sido advertidos de que é importante separar e testar a menor seção possível de um sistema de isolamento para minimizar uma influência média, na qual os detalhes sobre a condição do sistema de isolamento se perdem. Quanto menor o componente de isolamento testado, maior é o nível de detalhamento obtido.

Ponto cego

A medição do fator de potência padrão na frequência da rede possui algo semelhante a um “ponto cego”.

Para os profissionais que usam essa metodologia há muito tempo, esse é um dos fatores mais preocupantes da medição, especialmente quando ele reflete em suas ramificações de longo alcance. Isso significa que um sistema de isolamento pode estar contaminado com umidade, por exemplo, mas o nível de contaminação ainda não está “visível”, então o resultado do fator de potência é afetado. Consequentemente, a medição do fator de potência permanece inalterada mesmo com o aumento da contaminação de umidade (neste exemplo) do sistema de isolamento. O grau de contaminação não será detectado até atingir um determinado nível e ser visível na linha de visão da medição isolada do fator de potência na frequência do sistema.

Incapacidade de classificação do problema

Quando se determina que um sistema não está mais desempenhando o teste adequadamente, é impossível diferenciar e caracterizar essas perdas, o que pode indicar umidade, envelhecimento, contaminação, condutividade do óleo isolante ou alguma combinação desses fatores.

Quando essas limitações são consideradas em conjunto com as abordagens disponíveis para analisar os resultados do teste de fator de potência, o usuário começa a perceber que a avaliação do fator de potência não é simples. As ferramentas fornecidas para facilitar a tarefa (diretrizes, limites e banco de dados) podem confundir. O resultado é que o usuário, em última análise, não está sendo bem atendido pela ferramenta, na qual tem depositado plena confiança.

Entendendo o fator de potência

De modo geral, o fator de potência é um número que reflete a eficiência do dielétrico em cumprir seu propósito de manter o isolamento elétrico entre pontos de diferentes potenciais em um equipamento elétrico. O isolamento executa melhor sua função quando está limpo, seco e sem vácuo. Quando o isolamento fica contaminado em um grau suficientemente grande, há uma alteração no fator de potência na frequência da rede (geralmente um aumento). Geralmente, um fator de potência menor (por exemplo, perto de zero) representa um sistema de isolamento em melhores condições.

Três abordagens para análise do fator de potência

Há diversas abordagens para a análise do fator de potência em prática no setor, incluindo:

1)      Comparação com o nível de referência ou com os resultados de testes anteriores. Quando há mais de um resultado de teste anterior disponível, é possível fazer a análise de tendências;

2)      Comparação com os limites ou com as diretrizes gerais;

3)      Comparação com um equipamento similar em um banco de dados.

Apesar das limitações de uma medição isolada do fator de potência na frequência da rede como ferramenta de diagnóstico, enumeradas anteriormente e apesar da abordagem analítica, a abordagem mais confiável é a primeira – a comparação com o nível de referência ou com os resultados de testes anteriores e a análise de tendências.

Ao efetuar a comparação com os resultados de um teste anterior, espera-se que não haja alteração no fator de potência de um componente de isolamento. Uma alteração exigirá investigações adicionais para validar o resultado do teste de fator de potência. Se identificado que a alteração representa o isolamento, será necessário executar mais testes dielétricos de busca, como o fator de potênc

ia de frequência variável ou medições da resposta dielétrica. Ainda assim, devido ao ponto cego, não é possível supor que, como não houve alteração no resultado do fator de potência, também não houve alteração no estado do sistema de isolamento.

A segunda abordagem para avaliação dos resultados do teste de fator de potência é aplicar os limites que compõem as diretrizes gerais fornecidas na Tabela 1. É importante ressaltar que o uso e a aplicação dessas diretrizes podem resultar em uma avaliação imprecisa, o que nos faz questionar se essas diretrizes mais ajudam ou atrapalham. As diretrizes fornecidas na Tabela 1 são da norma IEEE 62-1995; modificações nessa tabela estão previstas no futuro.

Como exemplo de como essas diretrizes gerais podem confundir o usuário, considere o seguinte. Se uma medição geral do fator de potência para CHL apresentar um resultado do teste de fator de potência de 0,45%, isso seria considerado aceitável de acordo com as diretrizes gerais aceitas pelo setor. No entanto, se resultados de testes anteriores estiverem disponíveis e forem pesquisados, pode-se descobrir que o transformador foi testado no ano anterior e que o resultado desse teste de CHL foi 0,2%! Agora o resultado de 0,45% do teste mais recente se tornou preocupante.

A terceira abordagem é comparar os resultados do teste com os resultados do teste de um equipamento similar conforme encontrado no banco de dados. É importante observar que um banco de dados, do qual os limites do fator de potência fornecidos na Tabela 1 são casualmente derivados, também não é uma ferramenta totalmente confiável para avaliação dos resultados do teste de fator de potência, especialmente devido ao ponto cego do fator de potência.

Por exemplo, nos voltamos para o fator de potência de frequência variável, o teste semelhante para uma medição do fator de potência tradicional e a ferramenta que expõe o ponto cego a 60 Hz. A medição do fator de potência de frequência variável é composta por oito medições individuais do fator de potência em frequências distintas entre 15 Hz e 400 HZ. A análise do fator de potência de frequência variável é baseada principalmente na análise visual. Quando as perdas condutivas são insignificantes no sistema de isolamento de um transformador, o comportamento do fator de potência em comparação com a frequência é tal que o fator de potência é menor a 15 Hz, aumenta progressivamente e é maior a 400 Hz. O formato da curva resultante é mostrado na Figura 1.

À medida que o sistema de isolamento fica contaminado com perdas condutivas, o formato da curva do fator de potência de frequência variável muda e fica no formato de um “anzol” virado para cima nas frequências mais baixas na faixa de 15 Hz a 400 Hz. Já na frequência do sistema, o fator de potência pode não apresentar nenhuma alteração. 

A Figura 2 exibe resultados de teste que exigem mais investigação e neste exemplo estavam associados a um transformador que apresentou posteriormente um conteúdo de água estimado de 3,4% em papel.

É importante observar que um outro transformador idêntico ao transformador exibido na Figura 2 também foi testado. A Figura 3 fornece os resultados desses testes, complementando e sobrepondo os resultados já fornecidos na Figura 2. Apesar de o CHL ser 0,4% para os dois transformadores na frequência de 60 Hz, em um caso, a condição do sistema de isolamento de CHL é considerada aceitável (transformador B com um conteúdo de água posteriormente identificado como 1%) e no outro foi considerada inaceitável (transformador A com um conteúdo de água de 3,4%, conforme determinado anteriormente).

Esse é um exemplo convincente que ilustra que, apesar de os resultados do teste de fator de potência de 60 Hz serem os mesmos para dois equipamentos separados, mas similares, isso não pode ser interpretado como um indicador confiável de que os ativos estão na mesma condição; mesmo assim, essa é a premissa sobre a qual o uso de um banco de dados funciona.

Portanto, assim como pode ser equivocado confiar nas diretrizes fornecidas na Tabela 1 para uma análise, também pode ser equivocado confiar em uma comparação dos resultados do fator de potência de equipamentos similares como uma medição para provar que o resultado do teste de fator de potência de um equipamento é aceitável.

A esperança do mencionado anteriormente é que isso aumente a consciência do usuário sobre as armadilhas ao analisar os resultados do teste de fator de potência. E para que o valor da medição padrão do fator de potência não se torne completamente minimizado, é importante mencionar que uma das vantagens da medição tradicional do fator de potência é que geralmente ela pode ser realizada em uma tensão de teste muito superior à tensão de teste dos testes de fator de potência de frequência variável e que alguns problemas dielétricos exigem uma tensão mais alta para serem identificados. Portanto, o autor não sugere que o diagnóstico de fator de potência seja substituído por medições de fator de potência variável, mas nenhuma das duas opções deve ser usada de forma isolada.

*Jill Duplessis é gerente de soluções de diagnósticos e testes para transformadores na Omicron. Possui mais de quinze anos de experiência na avaliação da condição de ativos de subestações e é considerada especialista em diagnósticos de transformadores de potência, incluindo novas tecnologias de teste.