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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA
Realização e avaliação de ensaios de suportabilidade em um novo Sistema
Inibidor de Furtos
Lucas de Mattos Graziani
Itajubá, outubro de 2018
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA
Lucas de Mattos Graziani
Realização e avaliação de ensaios de suportabilidade em um novo Sistema
Inibidor de Furtos
Monografia apresentada ao Instituto de Sistemas
Elétricos e Energia, da Universidade Federal de
Itajubá, como parte dos requisitos para obtenção do
título de Engenheiro Eletricista.
Orientador: Prof. Dr. Gustavo Paiva Lopes
Coorientador: Prof. Dr. Estácio Tavares W. Neto
Itajubá, outubro de 2018
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
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Resumo
Este trabalho possui como objetivo avaliar a suportabilidade de um novo sistema inibidor de
furtos, que está sendo desenvolvido pela Eletrobras em parceria com outras empresas e foi
enviado para avaliação no Laboratório de Alta Tensão Prof. Manuel Luís Barreira Martinez
(LAT-EFEI). Foram selecionados os ensaios a serem desenvolvidos, tais como: ensaio de
corrente nominal e de sobrecarga, tensão suportável ao impulso atmosférico, tensão transferida,
tensão disruptiva e tensão suportável em frequência industrial (60 Hz). Os ensaios de corrente
nominal e em sobrecarga tem como objetivo avaliar a suportabilidade aos efeitos térmicos
causados pela corrente nominal e pela corrente de sobrecarga sobre os componentes do gerador.
A finalidade dos ensaios de tensão de impulso atmosférico e tensão transferida é a verificação
da suportabilidade do sistema mediante solicitações de tensão com frente rápida, característica
de descargas atmosféricas. Já o ensaio de tensão disruptiva busca determinar o valor de U10%,
também conhecido como tensão suportável estatística, para posteriormente utilizá-lo como
referência no ensaio de tensão suportável. Ao final do trabalho, busca-se uma análise geral da
suportabilidade do sistema inibidor de furtos quando submetido a estes ensaios.
Palavras chave: Suportabilidade, corrente nominal, sobrecarga, tensão disruptiva, tensão
suportável, furto de energia elétrica.
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Abstract
This work aims to evaluate the withstanding of a new power theft inhibitor system, which is
being developed by Eletrobras in a partnership with other companies and was sent for
evaluation in the Laboratory of High Voltage Prof. Manuel Luís Barreira Martinez (LAT-
EFEI). The tests to be developed were selected, such as: rated and overload current tests,
atmospheric impulse withstand voltage, transfer voltage, disruptive voltage and industrial
frequency withstand voltage (60 Hz). The rated and overload current tests were designed to
evaluate the withstanding to thermal effects caused by the rated current and the overload current
on the components of the generator.The purpose of the tests of atmospheric voltage impulse
and voltage transferred were the verification of the system withstanding by means of requests
of voltage with fast front, characteristic of atmospheric discharges.The test of voltage disruptive
sought to determine the value of U10%, also known as withstand statistical voltage, to later use
it as reference in the test of withstanding voltage. At the end of the work, a general analysis of
the withstanding of the power theft inhibitor system when submitted to these tests is sought
Key words: Withstanding, rated current, overload, disruptive voltage, withstanding voltage,
electric power theft.
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Lista de Figuras
Figura 1 - Indicação das redes com energia elétrica limpa e com ruído. ................................ 15
Figura 2 - Esquema de ligação do sistema inibidor de furtos. ................................................. 16
Figura 3 - Forma de onda da tensão de distribuição antes e depois da inserção do ruído. ....... 16
Figura 4 – Visão interna do Gerador de Ruídos. ...................................................................... 17
Figura 5 – Módulo Transmissor (TX) desenvolvido pela Escelsa em parceria com o Lactec . 18
Figura 6 - Protótipo desenvolvido pela Coelba em parceria com a UEFS .............................. 19
Figura 7 - Montagem completa para os ensaios de corrente nominal e sobrecarga. ............... 21
Figura 8 - Aspecto final da montagem para o ensaio em corrente nominal e sobrecarga. ....... 22
Figura 9 - Perfil da corrente utilizado durante o ensaio com corrente nominal. ...................... 23
Figura 10 - Perfil de corrente utilizado durante o ensaio com corrente 30% acima da nominal
(sobrecarga). ............................................................................................................................. 24
Figura 11 - Séries médias e máximas da temperatura nos barramentos durante o tempo no ensaio
de corrente nominal. ................................................................................................................. 26
Figura 12 - Visão da temperatura interna do gerador de ruídos com temperaturas máximas no
transformador toroidal para o ensaio de corrente nominal, sendo a Figura 12 - (a) no instante
15:51 e a Figura 12 - (b) referente ao instante 16:30. .............................................................. 27
Figura 13 - Visão da temperatura interna do gerador de ruídos em seus casos máximos, durante
o ensaio de corrente nominal, sendo a Figura 13 - (a) no instante 13:30 e a Figura 13- (b)
referente ao instante 14:00. ....................................................................................................... 28
Figura 14 - Séries médias e máximas da temperatura nos barramentos ao longo do ensaio de
sobrecarga. ................................................................................................................................ 29
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Figura 15 - Visão da temperatura interna do gerador de ruídos, com temperaturas máximas no
transformador toroidal, durante o ensaio de sobrecarga, sendo a Figura 15 - (a) no instante 11:00
e a Figura 15 - (b) referente ao instante 17:20. ......................................................................... 30
Figura 16 - Visão da temperatura interna do gerador de ruídos em seu caso máximo, durante o
ensaio de sobrecarga. ................................................................................................................ 30
Figura 17 - Esquema de conexão para a determinação da tensão disruptiva entre barramentos.
.................................................................................................................................................. 33
Figura 18 - Montagem para o ensaio de tensão de descarga disruptiva entre os barramentos de
entrada e saída da fase A. ......................................................................................................... 33
Figura 19 - Aparência da cela durante o ensaio de tensão disruptiva...................................... 34
Figura 20 - Tensão de impulso atmosférico pleno. Fonte: ABNT NBR IEC 60060-1(2013) .. 38
Figura 21 - Tensão transferida. Fonte: ABNT NBR IEC 60060-1:2013 ................................. 39
Figura 22 - Esquema do circuito para ensaio de tensão suportável ao impulso atmosférico pleno.
.................................................................................................................................................. 40
Figura 23 - Esquema do circuito para ensaio de tensão transferida com o gerador de ruídos,
para-raios e filtro capacitivo. .................................................................................................... 42
Figura 24 – Imagem do esquema de ensaio montado em laboratório. ..................................... 43
Figura 25 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 09:20, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 51
Figura 26 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 09:50, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 51
Figura 27 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 10:20, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 51
Figura 28 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 10:55, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 52
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Figura 29 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 11:25, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 52
Figura 30 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 11:55, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 52
Figura 31 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 13:30, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 53
Figura 32 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 14:00, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 53
Figura 33 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 14:50, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 53
Figura 34 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 15:20, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 54
Figura 35 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 15:51, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 54
Figura 36 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 16:30, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 54
Figura 37 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 17:00, durante
o ensaio de corrente nominal. ................................................................................................... 55
Figura 38 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 09:22, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 56
Figura 39 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 09:58, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 56
Figura 40 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 11:00, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 56
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Figura 41 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 11:40, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 57
Figura 42 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 12:10, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 57
Figura 43 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 14:30, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 57
Figura 44 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 15:00, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 58
Figura 45 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 15:30, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 58
Figura 46 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 16:10, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 58
Figura 47 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 16:50, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 59
Figura 48 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 17:2 0, durante
o ensaio de sobrecorrente. ........................................................................................................ 59
Figura 49 - Distribuição de densidade de probabilidade da tensão disruptiva produzida entre o
barramento da fase A e carcaça. ............................................................................................... 60
Figura 50 - Distribuição de densidade de probabilidade da tensão disruptiva produzida entre o
barramento da fase B e carcaça. ............................................................................................... 60
Figura 51 - Distribuição de densidade de probabilidade da tensão disruptiva produzida entre o
barramento da fase C e carcaça. ............................................................................................... 61
Figura 52 - Distribuição de densidade de probabilidade da tensão disruptiva produzida entre o
barramento da fase C e o barramento de neutro. ...................................................................... 61
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Figura 53 - Calibração do tempo de frente no barramento A, para o ensaio de aplicação de
impulso pleno. .......................................................................................................................... 62
Figura 54 - Calibração do tempo de cauda no barramento A, para o ensaio de aplicação de
impulso pleno. .......................................................................................................................... 62
Figura 55 – Impulsos plenos sobrepostos aplicados sobre o barramento A. ............................ 62
Figura 56 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados sobre o barramento A.............................. 62
Figura 57 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados sobre o barramento A.............................. 62
Figura 58 - Calibração do tempo de frente no barramento B, para o ensaio de impulso pleno.
.................................................................................................................................................. 62
Figura 59 - Calibração do tempo de cauda no barramento B, para o ensaio de impulso pleno.
.................................................................................................................................................. 63
Figura 60 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados sobre o barramento B. ............................. 63
Figura 61 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados sobre o barramento B. ............................. 63
Figura 62 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados sobre o barramento B. ............................. 63
Figura 63 - Calibração do tempo de frente no barramento C, para o ensaio de impulso pleno.
.................................................................................................................................................. 63
Figura 64 - Calibração do tempo de cauda no barramento C, para o ensaio de impulso pleno.
.................................................................................................................................................. 63
Figura 65 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados sobre o barramento C. ............................. 64
Figura 66- Impulsos sobrepostos aplicados sobre o barramento C. ......................................... 64
Figura 67 - Impulsos sobrepostos aplicados sobre o barramento. ............................................ 64
Figura 68 - Calibração do tempo de frente para o ensaio de tensão transferida. ...................... 65
Figura 69 - Calibração do tempo de cauda para o ensaio de tensão transferida. ...................... 65
Figura 70 - Tensão no enrolamento de alta do transformador no ensaio de tensão transferida
sem o gerador de ruídos e sem para-raios................................................................................. 65
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x
Figura 71 - Tensão de X1 do transformador durante a verificação das formas de onda do ensaio
de tensão transferida sem para-raios. ........................................................................................ 65
Figura 72 - Tensão de X2 do transformador durante a verificação das formas de onda do ensaio
de tensão transferida sem o gerador de ruídos e sem para-raios. ............................................. 65
Figura 73 - Tensão de X3 do transformador durante a verificação das formas de onda do ensaio
de tensão transferida sem o gerador de ruídos e sem para-raios. ............................................. 65
Figura 74 - Tensão no enrolamento de alta do transformador no ensaio de tensão transferida
sem o gerador de ruídos e com para-raios. ............................................................................... 66
Figura 75 -Tensão de X1 do transformador durante a verificação das formas de onda do ensaio
de tensão transferida sem o gerador de ruídos e com para-raios. ............................................. 66
Figura 76 - Tensão de X2 do transformador durante a verificação das formas de onda do ensaio
de tensão transferida sem o gerador de ruídos e com para-raios. ............................................. 66
Figura 77 - Tensão de X3 do transformador durante a verificação das formas de onda do ensaio
de tensão transferida sem o gerador de ruídos e com para-raios. ............................................. 66
Figura 78 - Tensão no enrolamento de alta do transformador no ensaio de tensão transferida
com o gerador de ruídos, para-raios e filtro capacitivo. ........................................................... 66
Figura 79 - Primeiro valor de tensão após o filtro capacitivo durante o ensaio de tensão
transferida com gerador de ruídos e com para-raios................................................................. 66
Figura 80 - Segundo valor de tensão após o filtro capacitivo durante o ensaio de tensão
transferida com gerador de ruídos e com para-raios................................................................. 67
Figura 81 - Terceiro valor de tensão após o filtro capacitivo durante o ensaio de tensão
transferida com gerador de ruídos e com para-raios................................................................. 67
Figura 82 - Quarto valor de tensão após o filtro capacitivo durante o ensaio de tensão transferida
com gerador de ruídos e com para-raios. .................................................................................. 67
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
xi
Figura 83 - Quinto valor de tensão após o filtro capacitivo durante o ensaio de tensão transferida
com gerador de ruídos e com para-raios. .................................................................................. 67
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xii
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Níveis de corrente esperados e temperaturas atingidas no interior do painel do
gerador de ruídos durante o ensaio de corrente nominal. ......................................................... 25
Tabela 2 - Níveis de corrente esperados e temperaturas atingidas no inibidor de furtos durante
o ensaio de sobrecarga. ............................................................................................................. 29
Tabela 3 – Valores suportáveis e médios de tensão disrupitiva, além do seu desvio padrão. .. 35
Tabela 4 – Resumo dos valores de tensão suportável entre barramento e carcaça. ................. 37
Tabela 5 - - Tensão a aplicada no barramento A do gerador de ruídos. .................................. 40
Tabela 6 - Tensão a aplicada no barramento B do gerador de ruídos. ..................................... 40
Tabela 7 - Tensão a aplicada no barramento C do gerador de ruídos – Etapa1. ...................... 41
Tabela 8 - Características do transformador utilizado. ............................................................. 43
Tabela 9 - Características do para-raios utilizado para o ensaio. ............................................. 43
Tabela 10 - Características do para-raios utilizado para o ensaio – Curva VxI. ...................... 43
Tabela 11 - Valores de tensão lidos no lado de alta e de baixa do transformador sem para-raios.
.................................................................................................................................................. 44
Tabela 12 - Valores de tensão lidos no lado de alta e de baixa do transformador com para-raios.
.................................................................................................................................................. 44
Tabela 13 - Valores de tensão obtidos no ensaio de tensão transferida com para-raios e filtro
capacitivo. ................................................................................................................................. 45
Tabela 14 - Valores de capacitância antes e após os procedimentos experimentais. ............... 45
Tabela 15 - Valores corrigidos de tensão disruptiva entre o barramento da fase A e a carcaça.
.................................................................................................................................................. 60
Tabela 16 - Valores corrigidos de tensão disruptiva entre o barramento da fase B e carcaça. 60
Tabela 17 - Valores corrigidos de tensão disruptiva entre o barramento da fase C e carcaça. 61
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xiii
Tabela 18 - Valores corrigidos de tensão disruptiva entre o barramento da fase C e neutro. .. 61
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xiv
Lista de Abreviaturas e Siglas
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
TFG Trabalho Final de Graduação
UNIFEI Universidade Federal de Itajubá
LAT-EFEI Laboratório de Alta Tensão Prof. Manuel Luís Barreira Martinez
Coelba Companhia de Eletricidade do Estado da Bahia
Escelsa Espírito Santo Centrais Elétricas S. A
Lactec Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento
UEFS Universidade Estadual de Feira de Santana
ISGT Innovative Smart Grid Technologies Conference
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
P&D Pesquisa e Desenvolvimento
NBR Norma Brasileira
BT Baixa Tensão
AMPLA AMPLA ENERGIA E SERVIÇOS S.A
COELCE Companhia Energética do Ceará
NBI Nível Básico de Isolamento
RX Receptor - Remota
TX Módulo Transmissor
PLC Power Line Communication
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
xv
Lista de Símbolos
U10% Tensão suportável estatística
U50% Tensão média
Ue Maior valor medido no impulso registrado
SN Potência nominal
VP/ Tensão primária
VS Tensão secundária
UR Tensão nominal
UC Tensão de operação contínua
IN Corrente de descarga nominal
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
xvi
Sumário
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 13
1.1 Objetivo ............................................................................................................................. 13
1.2 Motivação e Relevância do Tema .................................................................................... 13
1.3 Estrutura ........................................................................................................................... 14
2 SISTEMAS INIBIDORES DE FURTOS .......................................................................... 15
2.1 Sistema Inibidor de Furtos em questão .................................................................... 15 -17
2.2 Revisão de Sistemas Inibidores já desenvolvidos ........................................................... 17
2.2.1 Detector eletrônico de desvio de energia ................................................................. 18
2.2.2 Identificador de Furtos .............................................................................................. 19
2.2.3 Detecção de roubo de eletricidade usando dados de medidores inteligentes (Smart
Metering) .............................................................................................................................. 20
3 ENSAIOS DE CORRENTE NOMINAL E SOBRECARGA .......................................... 20
3.1 Metodologia abordada nos ensaios de corrente nominal e sobrecarga ....................... 20
3.2 Equipamentos utilizados durante os ensaios de corrente nominal e sobrecarga ....... .24
3.3 Análise dos resultados obtidos durante os ensaios de corrente nominal e sobrecarga
.........................................................................................................................................24
3.3.1 Avaliação do comportamento do gerador de ruídos em corrente nominal .......... 25
3.3.2 Avaliação do comportamento do gerador de ruídos em sobrecarga .................... 28
4 ENSAIOS DE TENSÃO DISRUPTIVA E SUPORTÁVEL ............................................ 31
4.1 Metodologia abordada nos ensaios de tensão disruptiva e suportável ........................ 31
4.2 Equipamentos utilizados durantes os ensaios de tensão disruptiva e tensão suportável
.........................................................................................................................................35
4.3 Análise dos resultados obtidos durante os ensaios de tensão disruptiva e suportável
.........................................................................................................................................35
4.3.1 Avaliação dos resultados obtidos durante o ensaio de tensão disruptiva ............. 35
4.3.2 Avaliação dos resultados obtidos durante o ensaio de tensão suportável............. 36
5 ENSAIOS DE TENSÃO DE IMPULSO ATMOSFÉRICO E TENSÃO
TRANSFERIDA ..................................................................................................................... 37
5.1 Equipamentos utilizados durante os ensaios de tensão de impulso e tensão
transferida ............................................................................................................................... 39
5.2 Metodologia utilizada durante o ensaio de tensão de impulso atmosférico ................ 39
5.2.1 Análise dos resultados obtidos no ensaio de tensão de impulso. ............................ 40
5.3 Metodologia utilizada durante o ensaio de tensão transferida ..................................... 41
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
xvii
5.3.1 Análise dos resultados obtidos no ensaio de tensão transferida. ........................... 44
6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................. 46
6.1 Conclusões ......................................................................................................................... 46
6.2 Sugestões para trabalhos futuros .................................................................................... 47
6.3 Publicações em congresso ................................................................................................. 47
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 49
ANEXO A - IMAGENS TÉRMICAS DO ENSAIO DE CORRENTE NOMINAL ........ 51
ANEXO B - IMAGENS TÉRMICAS DO ENSAIO DE SOBRECARGA ........................ 56
ANEXO C – TABELAS E GRÁFICOS OBTIDOS DURANTE TODO O ENSAIO DE
DESCARGA DISRUPTIVA .................................................................................................. 60
ANEXO D – IMAGENS OBTIDAS DURANTE O ENSAIO DE APLICAÇÃO DE
IMPULSO PLENO. ................................................................................................................ 62
ANEXO E – IMAGENS OBTIDAS DURANTE O ENSAIO DE TENSÃO
TRANSFERIDA. .................................................................................................................... 65
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13
1 Introdução
1.1 Objetivo
O presente trabalho tem como finalidade apresentar a metodologia utilizada e os resultados
obtidos no decorrer dos ensaios de suportabilidade em corrente nominal e sobrecarga, tensão
suportável ao impulso atmosférico e tensão transferida e dos ensaios de tensão disruptiva e
suportável em um sistema inibidor de furtos. Por intermédio dos ensaios de corrente nominal e
sobrecarga é possível avaliar a suportabilidade térmica em função da corrente elétrica dos
principais componentes do gerador de ruídos (principal componente do sistema inibidor de
furtos). Por outro lado, com os ensaios de tensão de impulso atmosférico e tensão transferida
busca-se a verificação da suportabilidade do sistema mediante solicitações de tensão com frente
rápida, característica de descargas atmosféricas. Já o ensaio de tensão disruptiva visa a
determinação da tensão suportável estatística (U10%), para posteriormente utilizá-la como
referência durante o ensaio de tensão suportável. Além disso, busca-se propor também, se
necessário, melhorias ou adaptações para sistema inibidor de furtos.
1.2 Motivação e Relevância do Tema
De acordo com a ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica há dois tipos de perdas
não técnicas em um sistema elétrico, as quais se referem à energia consumida, mas não faturada,
os furtos e as fraudes. As perdas não técnicas por fraudes são devidas a adulteração nos
medidores de consumo de energia elétrica. Por outro lado, as perdas não técnicas por furtos são
devidas aos desvios de corrente executados nos ramais de ligação e/ou nas redes secundárias de
BT, por consumidores irregulares, ou seja, aqueles sem a devida medição de consumo e
consequente tarifação (ANEEL, 2011).
Ainda segundo a ANEEL (2011), os gastos devido a perdas não técnicas considerando 61
das 63 distribuidoras no Brasil atingiu o valor de R$ 8,1 bilhões ao ano (de 2007 a 2010). Os
níveis de perdas não técnicas que ocorrem nas redes secundárias e ramais de ligações das
concessionárias de distribuição brasileiras são elevados e em algumas regiões chagam a
ultrapassar 50% do consumo total.
Em 2015, as perdas por furtos ou fraudes das 59 principais distribuidoras de eletricidade
do país foram da ordem de 5% da energia consumida nas redes de distribuição. Esse número é
elevado quando se leva em conta que esta perda ocorre de forma contínua e que incide sobre
toda a energia distribuída no pais. Isto resulta, em um ano, o total de perdas não técnicas
corresponde a mais de 15 milhões de megawatts-hora (MWh), o equivalente ao consumo de
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14
todo o estado de Santa Catarina. Em termos monetários, pode-se multiplicar esse montante pela
tarifa média de fornecimento, incluindo os tributos (R$ 546/MWh), a fim de se obter a perda
de receita anual gerada pelas perdas não técnicas, que totaliza R$ 8,19 bilhões. Em uma
comparação entre os anos de 2007 e 2015 pode-se notar, facilmente, que os prejuízos devido às
perdas não técnicas sequer foram reduzidos.
Esse elevado gasto reflete, principalmente, na conta de energia dos consumidores regulares
através de aumento na tarifação da energia. Além disso, esses consumidores sofrem com o
impacto na qualidade dos serviços prestados, tais como: riscos de queimas provocados por
sobrecarga nas redes de distribuição de BT, interrupção no fornecimento de energia e redução
na qualidade da tensão fornecida.
As redes de baixa tensão (BT) das concessionárias vão dos terminais secundários dos
transformadores de distribuição, passando pelos ramais de ligação que trafegam por vias
públicas, geralmente aéreas, até o ponto de entrega ao consumidor (medidor). A energia elétrica
transportada, tanto na rede de BT quanto nos ramais de ligação, está pronta para o consumo,
possuindo um acesso fácil para os usuários dispostos a realizar o furto (GRAZIANI, 2018).
Com essa relativa facilidade existente para a realização de furtos de energia entre os pontos
da BT de um transformador de distribuição e o medidor de um consumidor regular, surgiu então
a necessidade da criação de um sistema capaz de reduzir, ou extinguir, esse consumo energético
não tarifado. Com esse objetivo a Eletrobras em parceria com outras empresas iniciou o
desenvolvimento de um projeto P&D que viabilizasse a mitigação ou diminuição desses índices
de furtos existentes na rede BT.
1.3 Estrutura
O presente trabalho é estruturado em sete capítulos principais, de modo que o primeiro
capítulo busca descrever o objetivo, a motivação e a relevância do tema proposto.
O capítulo 2 retrata uma visão geral sobre o sistema inibidor de furtos que foi avaliado no
LAT-EFEI, além de mostrar métodos para mitigação de furtos já propostos anteriormente de
forma comparativa com o sistema inibidor avaliado.
O capítulo 3 descreve as metodologias aplicadas e os resultados obtidos durante os ensaios
de corrente nominal e sobrecarga.
O capítulo 4 descreve as metodologias aplicadas e os resultados obtidos durante os ensaios
de tensão disruptiva e suportável.
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O capítulo 5 descreve as metodologias aplicadas e os resultados obtidos durante os ensaios
de tensão de impulso atmosférico e tensão transferida.
O capítulo 6 apresenta a conclusão e sugestões para trabalhos futuros.
Por fim, o último capítulo consiste nas referências bibliográficas utilizadas e em anexos
para subsidiar este trabalho.
2 Sistemas Inibidores de Furtos
2.1 Sistema Inibidor de Furtos em questão
O equipamento que será analisado consiste em um sistema inibidor de furtos de energia
para redes secundárias. Inicialmente, o protótipo foi desenvolvido e aplicado pelas
concessionárias AMPLA e COELCE. Com base nas experiências obtidas com a aplicação deste
equipamento surgiu a necessidade de aprimorar o seu desenvolvimento. A sua aplicabilidade é
imediata e pode ser estendida em todas as empresas de distribuição do Brasil. Atualmente esse
sistema inibidor de furtos é um projeto P&D desenvolvido pela Eletrobras Distribuição Piauí e
a Eletrobras Amazonas Energia em parceria com as empresas Matrix Engenharia e Sosama e
UNIFEI.
Figura 1 - Indicação das redes com energia elétrica limpa e com ruído.
Fonte: Relatório Técnico I – Estado Atual da Arte do Sistema Energia Segura com Inibidores de Furto.
O sistema inibidor de furtos é composto por um gerador de ruído que torna a energia
imprópria para o consumo, instalado junto à BT do transformador e por removedores do ruído
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16
emitido, instalados em todos os pontos de entrega de energia para os consumidores regulares.
A Figura 1 apresenta a extensão da rede de BT onde a energia elétrica é imprópria para o
consumo. A Figura 2 apresenta o esquema de ligação do sistema inibidor de furtos, composto
basicamente pelo gerador e removedor de ruídos.
Figura 2 - Esquema de ligação do sistema inibidor de furtos.
Fonte: Relatório Técnico I – Estado Atual da Arte do Sistema Energia Segura com Inibidores de Furto.
Dentre as diversas formas analisadas para gerar ruídos na rede de BT (alta frequência,
pulsos de tensão esporádicos e corrente contínua), a inserção de um sinal em corrente contínua
(CC) foi aquela escolhida. Os principais aspectos considerados nas análises foram as
consequências sobre os equipamentos elétricos dos consumidores (geladeira, televisão,
iluminação, computadores, entre outros), a facilidade de adição e remoção deste ruído e a
praticidade de instalação. A opção escolhida foi a de um ruído CC, visto que este pode ser
totalmente removido através de um filtro capacitivo em função de sua alta impedância. Além
disso o ruído CC bloqueia o funcionamento de motores em geladeiras, ar condicionados e
bombas d'água, comuns em casos de furtos de energia elétrica.
Figura 3 - Forma de onda da tensão de distribuição antes e depois da inserção do ruído.
Fonte: Relatório Técnico I – Estado Atual da Arte do Sistema Energia Segura com Inibidores de Furto.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
17
A utilização de um ruído CC é apresentada na Figura 3. Na forma de onda de tensão no
secundário do transformador é adicionada uma tensão CC fornecida pelo gerador de ruídos.
Desta forma, a tensão presente na rede BT fica assimétrica.
Devido ao formato assimétrico, ocasionada pela adição de um nível de corrente contínua,
os consumidores ilegais que praticam furtos de energia elétrica terão a maioria de seus
eletrodomésticos afetados. Estes eletrodomésticos podem não funcionar corretamente ou serem
danificados permanentemente caso insistam nos furtos. A Figura 4 mostra a parte interna do
painel do gerador de ruídos, principal componente do sistema inibidor de furtos avaliado.
Figura 4 – Visão interna do Gerador de Ruídos.
A grande maioria dos métodos encontrados na literatura técnica para combate ao furto
consiste em identificar o local onde ocorre o furto e então atuar junto aos órgãos de fiscalização,
como poderá ser percebido nos subitens 2.2.1, 2.2.2 e 2.2.3. O método avaliado neste trabalho
não identifica o local em que ocorre o furto, apenas insere um sinal DC na baixa tensão visando
desestimular a realização deste.
2.2 Revisão de Sistemas Inibidores já desenvolvidos
Com base nos prejuízos anuais recorrentes devido às perdas não técnicas, as
concessionárias de distribuição de energia elétrica têm investido no desenvolvimento de
equipamentos capazes de eliminar as perdas por desvios de corrente na baixa tensão. Nos itens
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
18
subsequentes são citados alguns exemplos de equipamentos para mitigação das perdas não
técnicas desenvolvidos nacionalmente e internacionalmente.
2.2.1 Detector eletrônico de desvio de energia
De acordo com a revista P&D da ANEEL (2006), um aparelho eletrônico para detecção
de desvio de energia foi testado no Espírito Santo, no ano de 2006. O equipamento foi
desenvolvido para diminuir as perdas comerciais da Espírito Santo Centrais Elétricas S. A
(Escelsa), entre os consumidores de baixa tensão atendidos por essa distribuidora. No ano do
desenvolvimento do projeto, a empresa fornecia energia a aproximadamente um milhão de
clientes e apresentava um índice de perda comercial de 5,1%. O projeto P&D intitulado de
“Detector de desvio de energia por diferencial de corrente” era uma parceria entre a Escelsa e
o Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento (Lactec).
O detector era composto, basicamente, por duas partes: um transmissor (TX), instalado
nos cabos dos postes; e um receptor (RX), também nomeado como Remota, colocado no
medidor dos consumidores. A identificação do desvio era feita por meio da comparação entre
os valores de corrente medidos pelos dois módulos (TX e RX). Sensores com alta exatidão
mediam a corrente. A comunicação entre os módulos seguia o padrão PLC (Power Line
Communication), onde era utilizada a própria rede como meio para transmissão de dados.
Quando a diferença entre os valores ultrapassava um valor percentual de 10%, o Remota
registrava a informação, gravando data e hora da ocorrência. A Figura 5 mostra o Módulo
Transmissor (TX) que foi desenvolvido pelas companhias e aplicado no próprio prédio da
Escelsa.
Figura 5 – Módulo Transmissor (TX) desenvolvido pela Escelsa em parceria com o Lactec
Fonte: Combate às Perdas Comerciais. Revista P&D ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica, Nº 1.
Ano 2006.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
19
2.2.2 Identificador de Furtos
Segundo a revista P&D da ANEEL (2006) um dispositivo desenvolvido pela Companhia
de Eletricidade do Estado da Bahia (Coelba), no ano de 2003, permitia a verificação de desvio
embutido (realizado por aparelhos condutores de energia elétrica ocultos em paredes ou pisos)
sem a necessidade do desligamento das unidades consumidoras. O aparelho conseguia detectar
o desvio com equipamentos elétricos desligados, apresentava grande sensibilidade e baixos
índices de falsos alarmes. Esse aparelho fez parte de um projeto P&D desenvolvido pela Coelba
em parceria com a Universidade Federal de Feira de Santana (UEFS).
A tecnologia que foi utilizada era baseada em propagação de ondas do campo magnético
e em propagação de calor com detecção infravermelho, que possibilitavam a visualização do
desvio na BT em vários casos. Segundo a Coelba, a redução das perdas comerciais poderia
chegar até 37% das perdas não técnicas existentes no ano de 2003, no estado da Bahia.
No ano de 2003, a Bahia registrava 4,79% de perdas por furtos ou fraudes na rede de BT.
Do total das irregularidades descobertas naquele ano, o desvio embutido correspondia a 12%.
A Figura 6 mostra internamente o protótipo desenvolvido inicialmente.
Figura 6 - Protótipo desenvolvido pela Coelba em parceria com a UEFS
Fonte: Combate às Perdas Comerciais. Revista P&D ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica, Nº 1.
Ano 2006.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
20
2.2.3 Detecção de roubo de eletricidade usando dados de medidores inteligentes (Smart
Metering)
Foi apresentado na conferência “Innovative Smart Grid Technologies Conference
(ISGT)”, no ano de 2015, em Washington, DC, USA, um método de detecção de roubo de
eletricidade baseado em um modelo preditivo dependente da temperatura. Esse modelo usa
dados de medidores inteligentes e dados do transformador de distribuição para detectar roubos
de eletricidade em uma determinada área (SAHOO; NIKOVSKI; MUSO; TSURU, 2015)
As perdas por furto podem ser estimadas e detectadas conhecendo-se as perdas técnicas
na rede, a energia fornecida pela concessionaria e a energia consumida nos clientes (SAHOO;
NIKOVSKI; MUSO; TSURU, 2015).
3 Ensaios de corrente nominal e sobrecarga
Os ensaios realizados com corrente nominal e em sobrecarga consistem, respectivamente,
na aplicação de corrente nominal e 30% acima da nominal, definida como limite para operação
satisfatória em sobrecarga pelo fabricante do gerador de ruídos. Por intermédio desses ensaios,
pode-se avaliar a suportabilidade térmica em função da corrente elétrica dos componentes do
sistema gerador, tais como: barramentos, capacitores e demais elementos próximos a estes, uma
vez que o calor dissipado pela corrente nos barramentos provoca um aquecimento de todos estes
elementos. Este calor em excesso, pode ocasionar a destruição do material isolante levando a
falha do equipamento. Dessa forma, é verificado se os níveis de corrente, dados como nominais
e superiores aos nominais, causam danos aos componentes do gerador de ruído, principalmente
os barramentos e os componentes diretamente conectados a este, que sofrem maior
aquecimento.
3.1 Metodologia abordada nos ensaios de corrente nominal e sobrecarga
Sob o aspecto de segurança, foi reservado um local exclusivo para a realização desta etapa
e dos demais ensaios de suportabilidade. Sendo este local uma cela de ensaio totalmente
aterrada e com um sistema de proteção exclusivo alocado dentro de seu painel de alimentação.
Os colaboradores responsáveis pela realização dos ensaios possuíam o curso de Segurança em
Instalações e Serviços em Eletricidade NR-10 e eram pessoas autorizadas.
Para a realização desses ensaios, as extremidades de cada barramento avaliado são
conectadas por cabos capazes de suportar a corrente solicitada, o que permite a circulação de
uma corrente induzida nominal e de sobrecarga em cada fase. As correntes são aplicadas
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21
durante certo intervalo de tempo, nos barramentos do gerador de ruído, sendo que estes
correspondem aos barramentos de saída, isto é, aqueles que fornecem energia elétrica para os
consumidores. Em cada laço obtido é induzida a corrente necessária para o ensaio. A indução
de corrente nos laços é obtida por meio de indutores do tipo toroidais, onde cada indutor é
alimentado por um variador de tensão ligado à rede alternada trifásica. Além disso, também é
aplicada uma tensão de 127 V fase-neutro ao barramento de entrada para que a simulação fique
mais próxima possível do caso real. O esquema do ensaio pode ser visto na Figura 7. A
Figura 8 apresenta a configuração real, dentro da cela de ensaio. Nesta figura é possível
perceber a utilização em alguns pontos de isoladores, tirando qualquer contado dos laços com
o chão, e em outros pontos o contato destes laços com o chão. Nota-se, do ponto de vista da
segurança com eletricidade, que não há a necessidade da utilização de isoladores, visto que os
cabos utilizados durante os testes eram isolados.
Figura 7 - Montagem completa para os ensaios de corrente nominal e sobrecarga.
Ge
rad
or
de
Ru
ído
s
127 V - CA
Componentes eletrônicos – Gerador de
Ruídos
Ia
Ib
Ic
Fluke 1738 - Medição de corrente
0 - 240 V – CA
Indutores toroidais
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22
Inicialmente realiza-se o ensaio de corrente nominal com um valor de corrente de 150 A
(especificado pelo fabricante). Nesse ensaio são aplicados dois níveis de corrente anteriores ao
valor nominal, que correspondem a 50 A e 100 A. Os intervalos de tempo nos quais a corrente
é aplicada devem ser suficientes para que a distribuição de temperatura nos barramentos seja
aproximadamente uniforme. Para cada nível de corrente, a temperatura deve ser monitorada ao
longo do ensaio com o auxílio de um termovisor, durante intervalos de aproximadamente 30
minutos. As principais imagens térmicas obtidas com o termovisor utilizado encontram-se ao
longo da análise dos resultados, e as demais, nos Anexos A e B.
Figura 8 - Aspecto final da montagem para o ensaio em corrente nominal e sobrecarga.
Sendo assim, o ensaio é iniciado induzindo-se uma corrente em torno de 50 A nos três
laços durante uma hora. Em seguida, aumenta-se a corrente para 100 A, à qual é mantida nesse
valor por mais uma hora. Ao final deste período aumenta-se novamente a corrente, agora para
150 A. Este valor corresponde à corrente nominal do gerador de ruídos. Porém, como essa
corrente é a nominal, o seu valor é mantido por um tempo maior, cerca de duas horas. Ao final
desse intervalo, o procedimento descrito anteriormente é invertido, isto é, reduz-se a corrente
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
23
para os mesmos valores anteriores, mantendo-os também durante o mesmo intervalo de tempo,
ou seja, uma hora para cada valor de corrente.
O final do ensaio é obtido assim que se passa uma hora após a corrente atingir 50 A. Para
melhor visualização do procedimento adotado neste ensaio, é apresentado, na Figura 9, o
gráfico obtido nas três fases para os diferentes níveis de corrente. O gráfico foi obtido através
do programa Fluke Energy Analyse Plus 2.2, fornecido pelo fabricante do registrador Fluke
1738 Power Logger utilizado durante o ensaio.
Figura 9 - Perfil da corrente utilizado durante o ensaio com corrente nominal.
Após o término do ensaio em corrente nominal, realiza-se o ensaio de sobrecarga com
valor 30% acima do nominal. Nesse ensaio os barramentos do gerador de ruídos são submetidos
à corrente inferior, igual e acima da nominal. O procedimento adotado neste ensaio é
praticamente o mesmo do anterior, exceto pelos níveis de corrente adotados. Os níveis de
corrente escolhidos são 100 A, 150 A e 195 A, e o tempo de manutenção destas varia conforme
a necessidade para se estabilizar a temperatura no interior do painel. Os valores utilizados
também são suficientes para que a temperatura seja aproximadamente constante ao longo dos
barramentos.
Pelo gráfico apresentado na Figura 10 é possível notar o procedimento adotado durante o
ensaio, isto é, a variação dos níveis de corrente com o tempo.
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24
Figura 10 - Perfil de corrente utilizado durante o ensaio com corrente 30% acima da nominal
(sobrecarga).
3.2 Equipamentos utilizados durante os ensaios de corrente nominal e
sobrecarga
Os equipamentos necessários para a realização dos ensaios estão listados abaixo.
Variador de tensão monofásico Sociedade Técnica Paulista (STP)–220/240V, 25 A;
Indutores toroidais Alstom – 600 V, 600/5 A;
Registrador Fluke – FLUKE 1738 Power Looger;
TermoVisor – FLIR i60;
Conjuntos de cabos de 50 mm2 formando os laços.
3.3 Análise dos resultados obtidos durante os ensaios de corrente nominal e
sobrecarga
Neste item são apresentados os resultados dos ensaios de corrente nominal e sobrecarga,
através da análise dos dados obtidos pelos equipamentos FLUKE 1738 Power Looger e FLIR
i60, bem como o comportamento geral do gerador de ruído quando em operação após o término
dos ensaios.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
25
3.3.1 Avaliação do comportamento do gerador de ruídos em corrente nominal
Após a montagem do esquema de ensaio mostrado na Figura 7, aplica-se uma tensão de
127 V fase-neutro na entrada do sistema inibidor de furtos, induzindo de forma independente a
corrente nominal nos seus barramentos. Esta corrente é elevada gradativamente, como se
verifica na Tabela 1, até atingir a corrente nominal especificada no interior do painel. Os
intervalos de tempo atribuídos a cada nível de corrente são definidos de tal forma que sejam
suficientemente elevados para que a distribuição de temperatura seja aproximadamente
constante ao longo dos barramentos ensaiados.
Tabela 1 - Níveis de corrente esperados e temperaturas atingidas no interior do painel do
gerador de ruídos durante o ensaio de corrente nominal.
Instante
Corrente
esperada
[A]
Temperatura
média entre
barramentos
[°C]
Variação da
temperatura
média entre
barramentos
[°C]
Temperatura
máxima dos
barramentos
[°C]
Variação da
temperatura
máxima
entre
barramentos
[°C]
Máxima
temperatura do
Gerador de
Ruídos [°C]
09:20 50 24,17 - 24,8 - Barramento: 24,8
09:50 50 26,67 2,50 27,4 2,60 Barramento: 27,4
10:20 50 26,53 -0,14 26,9 -0,50 Barramento: 26,9
10:55 100 30,37 3,84 31,5 4,60 Barramento: 31,5
11:25 100 31,33 0,96 33,2 1,70 Barramento: 33,2
11:55 100 32,7 1,37 33,9 0,70 Toroide: 36
13:30 150 40,6 7,9 45,6 11,7 Barramento: 45,6
14:00 150 41,97 1,37 47,1 1,50 Barramento: 47,1
14:50 100 37,57 -4,40 40,9 -6,20 Toroide: 41,1
15:20 100 37,73 0,16 40,5 -0,40 Toroide: 41,8
15:51 100 38,53 0,80 40,1 -0,40 Toroide: 41,2
16:30 50 33,93 -4,60 34,8 -5,30 Toroide: 41,8
17:00 50 33,83 -0,10 34,5 -0,3 Toroide: 41,8
Através da Tabela 1 é possível notar que os valores de temperatura para os mesmos níveis
de corrente esperados são diferentes durante o decorrer do ensaio. Isso ocorre pelo fato de no
processo de redução de corrente os condutores estarem previamente aquecidos, resultando em
uma temperatura maior em relação a um mesmo nível de corrente na etapa de aumento da
corrente.
Uma outra forma de explicar esta diferença é que os sistemas térmicos são tipicamente de
primeira ordem e a constante de tempo é normalmente elevada. Por isso há uma influência da
temperatura inicial, que é menor durante a elevação do nível de corrente em comparação com
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26
a sua redução. Esta histerese também é importante para indicar qual a faixa de valores que
devem ser esperados em campo para o valor estacionário da temperatura.
Nota-se que os valores máximos de temperatura, em um único barramento, não apresentam
grandes variações em relação à média dos três barramentos, demonstrando a pequena
variabilidade dentre estes. Além disso, a temperatura não se apresenta igual em todos os
barramentos devido, principalmente, às diferenças existentes nas conexões entre estes e os
cabos, assim como pequenos desequilíbrios na intensidade de corrente aplicada.
A temperatura mais elevada aparece, naturalmente, próxima aos pontos de conexão. A
Figura 11 apresenta os gráficos das séries médias e máximas dos barramentos ao longo de todo
o ensaio de corrente nominal.
Outra observação a ser destacada é o fato de que, ao ser induzida uma corrente menor do
que a nominal do gerador de ruídos, é possível notar que os pontos de maior calor no interior
do equipamento ocorrem, para alguns instantes, no transformador toroidal, como se verifica
anteriormente na Tabela 1 e na Figura 12. No entanto, essas temperaturas não causam nenhum
tipo de dano para a estrutura geral do equipamento e são consideradas normais.
Figura 11 - Séries médias e máximas da temperatura nos barramentos durante o tempo no
ensaio de corrente nominal.
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27
Figura 12 - Visão da temperatura interna do gerador de ruídos com temperaturas máximas no
transformador toroidal para o ensaio de corrente nominal, sendo a Figura 12 - (a) no instante
15:51 e a Figura 12 - (b) referente ao instante 16:30.
(a) (b)
Além disso, as temperaturas máximas ocorrem após 30 minutos do aumento da corrente
de 100 A para 150 A. Os valores máximos de temperatura atingidos pelo gerador de ruído
ocorrem nos pontos próximos às conexões entre os cabos e os barramentos (Figura 13), sendo
estas de 45,6°C e 47,1°C. Estes valores, apesar de serem os maiores apresentados pelo sistema
durante o procedimento experimental, permanecem estáveis durante o período analisado e não
são capazes de danificar o sistema gerador de ruídos. Esta não danificação se constatou, pois, o
mesmo foi colocado para operar, novamente, em condições normais e de furto apresentando
um bom comportamento.
Desta forma pode-se notar, com base na análise dos resultados obtidos, que o sistema
inibidor de furtos apresenta uma suportabilidade térmica adequada para os níveis de correntes
que lhe foram exigidos, mantendo, assim, seus componentes em perfeito estado de conservação.
O sistema inibidor de ruídos foi avaliado de forma completa, através da ligação de cargas e
tentativas de furtos, após o ensaio de suportabilidade, onde foi constatado seu funcionamento
normal.
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28
Figura 13 - Visão da temperatura interna do gerador de ruídos em seus casos máximos,
durante o ensaio de corrente nominal, sendo a Figura 13 - (a) no instante 13:30 e a Figura 13-
(b) referente ao instante 14:00.
(a) (b)
3.3.2 Avaliação do comportamento do gerador de ruídos em sobrecarga
A avaliação do gerador de ruídos quando submetido a sobrecarga ocorre de forma
praticamente idêntica ao ensaio de corrente nominal. A diferença entre os dois ensaios se dá
pelos níveis e intervalos de tempo estipulados para a corrente aplicada ao circuito gerador,
sendo que um deles ultrapassa o valor nominal estipulado pelo fabricante. A Tabela 2 apresenta
os valores de correntes ao qual o sistema foi exposto e as respectivas temperaturas atingidas por
determinados pontos no interior do painel.
A Figura 14 mostra o gráfico da variação das temperaturas média e máxima dos três
barramentos ao longo do tempo. Por outro lado, as Figura 15 (a) e (b) mostram algumas imagens
obtidas pelo termovisor referentes às temperaturas máximas em alguns instantes, sendo que a
Figura 16 exibe a maior temperatura apresentada pelo gerador de ruído.
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29
Tabela 2 - Níveis de corrente esperados e temperaturas atingidas no inibidor de furtos durante
o ensaio de sobrecarga.
Instante
Corrente
esperada
[A]
Temperatura
média entre
barramentos
[°C]
Variação da
temperatura
média entre
barramentos
[°C]
Temperatura
máxima dos
barramentos
[°C]
Variação da
temperatura
máxima
entre
barramentos
[°C]
Máxima temperatura do
Inibidor de Furtos [°C]
09:22 0 26,20 - 26,8 - Barramento: 26,8
09:58 100 29,20 3,00 30,2 3,4 Barramento: 30,2
11:00 100 32,47 3,27 33,6 3,4 Circuito eletrônico
interno: 34,8
11:40 150 39,90 7,43 42,4 8,8 Barramento: 42,4
12:10 150 41,43 1,53 43,8 1,4 Barramento: 43,8
14:30 195 53,97 12,53 58,5 14,7 Barramento: 58,5
15:00 150 47,60 -6,37 50,8 -7,7 Barramento: 50,8
15:30 150 46,07 -1,53 49,8 -1 Barramento: 49,8
16:10 150 39,00 -7,07 41,7 -8,1 Barramento: 48,7
16:50 100 35,83 -3,17 38,00 -3,7 Transformador Toroidal:
43,0
17:20 100 37,27 1,43 39,4 1,4 Transformador Toroidal:
43,5
Figura 14 - Séries médias e máximas da temperatura nos barramentos ao longo do ensaio de
sobrecarga.
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30
Figura 15 - Visão da temperatura interna do gerador de ruídos, com temperaturas máximas no
transformador toroidal, durante o ensaio de sobrecarga, sendo a Figura 15 - (a) no instante
11:00 e a Figura 15 - (b) referente ao instante 17:20.
(a) (b)
Figura 16 - Visão da temperatura interna do gerador de ruídos em seu caso máximo, durante o
ensaio de sobrecarga.
Durante a realização deste ensaio, obtém-se as mesmas observações descritas no ensaio de
corrente nominal. Estas observações se referem a temperaturas diferentes entre os três
barramentos, temperatura máxima próxima da temperatura média e os pontos mais quentes
sendo os mesmos para os correspondentes níveis de corrente (exceto pelo caso quando aplicado
100 A, no processo de aumento de corrente, a temperatura máxima detectada foi no circuito
eletrônico interno ao painel).
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31
A única diferença que este ensaio apresenta é a aplicação de uma corrente de 195 A, nível
30% acima da corrente nominal e ausente no primeiro experimento, mas também com as
mesmas observações em relação às temperaturas, sendo os pontos mais quentes detectados,
novamente, nos barramentos. Neste nível de corrente, detecta-se a maior temperatura
apresentada pelo inibidor de furto como mostrado anteriormente na Figura 16. Novamente, esta
temperatura não é suficiente para danificar qualquer elemento do sistema inibidor.
Logo, pode-se concluir pelos resultados, a boa suportabilidade do equipamento
avaliado, uma vez que os seus componentes não apresentam danos durante o ensaio de
sobrecarga. Após este ensaio, o sistema inibidor de ruídos foi novamente avaliado de forma
completa, com a energização das cargas comuns e realização de furtos, não apresentando
qualquer alteração em sua performance.
4 Ensaios de tensão disruptiva e suportável
4.1 Metodologia abordada nos ensaios de tensão disruptiva e suportável
De acordo com a norma ABNT NBR IEC 60060-1(2013), a descarga disruptiva está
associada à falha de isolação sob solicitação elétrica, reduzindo a tensão entre os eletrodos a
praticamente zero.
Portanto, uma descarga disruptiva ocorre quando a intensidade do campo elétrico no qual
um dielétrico está imerso atinge um valor suficientemente elevado, capaz de romper sua rigidez
dielétrica, isto é, remover elétrons fracamente ligados às moléculas do dielétrico, ionizando-o.
Quando isso acontece, uma descarga ou arco elétrico surge repentinamente através do isolante,
fenômeno que no presente ensaio ocorre através do ar.
Ao considerar o dispositivo sob ensaio, que no caso são os barramentos do gerador de
ruídos, o arco cria um caminho ionizado entre suas partes condutoras, o que pode danificar
permanentemente componentes do gerador. Para o ar, a ruptura da rigidez dielétrica ocorre para
valores de campos elétricos da ordem de 104 V/cm. As descargas disruptivas se desenvolvem
basicamente em três principais etapas:
A ionização em um ou mais pontos do eletrodo;
O surgimento de um caminho ionizado através do espaço (gap);
A passagem da corrente através do meio dielétrico.
De acordo com a norma IEC 60071-2 (1996) a falha do dielétrico é um processo de
natureza estatística e essa característica deve ser levada em consideração. Devido à
característica de restauração de um isolante auto regenerativo (no caso do ensaio realizado este
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
32
meio isolante é o ar), a sua resposta estatística deve ser obtida através de ensaios adequados.
Portanto, meios isolantes auto regenerativos são tipicamente descritos pela tensão disruptiva
U10%, tensão essa que corresponde a uma suportabilidade de 90%.
Ainda segundo a IEC 60071-2 (1996), a tensão disruptiva é fortemente dependente da
configuração do meio, da polaridade e da forma da tensão aplicada. Além disso, as condições
atmosféricas afetam a amplitude desta tensão independentemente do formato e polaridade da
forma de onda aplicada. Portanto, as amplitudes das tensões disruptivas encontradas durante os
ensaios são corrigidas para condições atmosféricas padrão segundo norma ABNT NBR IEC
60060-1(2013). As condições atmosféricas padrão são apresentadas a seguir:
Temperatura: 20°C;
Pressão: 101,3 kPa (1013 mbar);
Umidade absoluta: 11g/m³.
A respectiva norma deixa explicito que os procedimentos de ensaio em frequência
industrial são divididos em três classes, devendo ser especificados pela equipe técnica
responsável. Os procedimentos adotados consistem nas classes 1 e 2: ensaio de tensão
suportável e ensaio de tensão de descarga disruptiva, ou simplesmente, tensão disruptiva. Para
o caso do gerador de ruídos, onde o valor da tensão suportável não é conhecido, deve-se iniciar
com o ensaio classe 2 – tensão disruptiva.
Desta forma, no ensaio de tensão disruptiva a tensão aplicada é elevada continuamente até
que ocorra a descarga disruptiva no objeto sob ensaio (neste caso, o gerador de ruído), e registra-
se o último valor da tensão aplicada antes do instante da descarga. Este procedimento deve ser
repetido por um número definido também pela equipe técnica responsável, sendo adotadas 10
repetições para o gerador de ruídos. Este número é suficiente para a obtenção do valor médio e
seu desvio padrão.
Para a realização do ensaio de tensão disruptiva, todas as conexões dos componentes
eletrônicos do gerador de ruídos, exceto os barramentos de entrada, neutro e saída, são
removidas de suas posições originais. Isto se faz necessário nesta etapa para evitar danos
irreversíveis nestes componentes. A tensão em frequência industrial é aplicada de duas
maneiras diferentes: entre barramentos e carcaça (painel do gerador de ruídos); entre
barramento de fase e de neutro.
O esquema de conexão do ensaio, a aparência real do gerador de ruídos durante o ensaio
e a configuração da cela durante o ensaio são apresentados na
Figura 17, Figura 18 e Figura 19, respectivamente.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
33
Figura 17 - Esquema de conexão para a determinação da tensão disruptiva entre barramentos.
Figura 18 - Montagem para o ensaio de tensão de descarga disruptiva entre os barramentos de
entrada e saída da fase A.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
34
Figura 19 - Aparência da cela durante o ensaio de tensão disruptiva.
A partir dos resultados dos ensaios de tensão disruptiva entre os barramentos e a carcaça
é possível realizar os ensaios de tensão suportável conforme a norma ABNT NBR IEC 60060-
1(2013). Para isso são utilizados os valores mínimos de U10% (tensão suportável) que serão
apresentados no item 4.3.2. Nota-se que não há necessidade da realização do caso Barramento
C – Neutro, devido ao fato de a tensão suportável para essa aplicação ser maior do que o valor
mínimo encontrado em todas as aplicações Barramento – Carcaça e o ponto de neutro ser
eletricamente igual ao da carcaça.
O esquema da conexão para o ensaio de tensão suportável é o mesmo do utilizado no
ensaio de tensão disruptiva. Conforme procedimento padronizado para a realização do ensaio
de tensão suportável em frequência industrial, a tensão mínima encontrada durante o ensaio de
tensão disruptiva é aplicada aos barramentos do gerador de ruídos durante 60 segundos. Neste
caso não é permitida a ocorrência de descargas disruptivas.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
35
4.2 Equipamentos utilizados durantes os ensaios de tensão disruptiva e
tensão suportável
Os equipamentos utilizados para a realização dos ensaios de tensão disruptiva e suportável
estão relacionados a seguir:
Multímetro Fluke Modelo 117;
Fonte de tensão Heafely: 0,5 - 150 kV, 60 Hz;
Variador de tensão Haefely: 0 - 500 V, 60 Hz;
Divisor capacitivo Heafely 150 kV – Relação 1000:1;
Termohigrômetro Barigo Modelo 8862;
Barômetro Fischer Type W.
4.3 Análise dos resultados obtidos durante os ensaios de tensão disruptiva e
suportável
Neste item são apresentados os resultados dos ensaios de tensão disruptiva e suportável,
obtidos com o auxílio do equipamento Multímetro Fluke Modelo 117 juntamente com o
tratamento matemático através do software Minitab.
4.3.1 Avaliação dos resultados obtidos durante o ensaio de tensão disruptiva
A seguir estão dispostas as tabelas com os resumos dos valores obtidos durante o ensaio
de tensão disruptiva. Todas as tabelas referentes às dez aplicações realizadas para cada caso
durante este ensaio com seus valores corrigidos para a condição atmosférica padronizada
(conforme norma ABNT NBR IEC 60060-1) e os gráficos das respectivas distribuições de
densidade de probabilidade encontram-se no Anexo C.
Tabela 3 – Valores suportáveis e médios de tensão disrupitiva, além do seu desvio padrão.
Barramento Aplicação Tensão Suportável (kV) Valor Médio (kV) Desvio Padrão (kV)
A Barra-Carcaça 14,48 16,27 1,40
B Barra-Carcaça 16,94 18,88 1,51
C Barra-Carcaça 21,69 22,72 0,80
C Barra-Neutro 15,58 16,52 0,73
Em cada gráfico, disposto no Anexo C, é possível observar que os valores de tensão
compreendidos na região hachurada possuem probabilidade de causar uma descarga disruptiva
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
36
inferior ou igual a 10%. Portanto, para o valor limite da região hachurada, a probabilidade de a
isolação suportar este determinado nível de tensão é igual ou superior a 90%.
Tomando o valor Barra-Carcaça para fase A, mostrado pela Tabela 3 (também presente na
Figura 49, do Anexo C) como exemplo, para tensões iguais ou abaixo de 14,48 kV (U10%), a
isolação apresenta 90% de probabilidade de suportar a aplicação de tensão na frequência
industrial. Desta forma, a tensão de 14,48 kV (U10%) equivale à tensão suportável em frequência
industrial para o caso de solicitações dielétricas entre barramento e carcaça no gerador de
ruídos.
Através dos gráficos e das respectivas tabelas também é possível extrair os valores de U50%
ou tensão disruptiva crítica (valor médio), que representam 50% de probabilidade de ocorrência
da descarga disruptiva. Juntamente com a tensão suportável, este parâmetro é frequentemente
apresentado nas especificações técnicas de isolações auto regenerativas. No ensaio entre o
barramento da fase A e a carcaça, por exemplo, consultando-se a Tabela 3 ou a Figura 49 do
Anexo C, obtém-se o valor de U50% que é de 16,27 kV.
Com isso os resultados obtidos para a tensão suportável, através dos ensaios de tensão
disruptiva, entre barramento e a carcaça; e barramento da fase C para o neutro, são adequados,
uma vez que o critério adotado é uma tensão suportável mínima de10 kV, conforme isolamento
padronizado para o lado de baixa tensão de transformadores. Este valor atende também a norma
IEC 60071-1 (2006), referente à coordenação de isolamentos.
4.3.2 Avaliação dos resultados obtidos durante o ensaio de tensão suportável
A seguir está disposta a Tabela 4 com o resumo dos valores aplicados durante 60 segundos,
em cada barramento, para realização o ensaio de tensão suportável. Nota-se que o valor adotado
como tensão suportável padrão para o gerador de ruídos foi o menor valor (valor mais crítico
para o gerador) apresentado na Tabela 3.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
37
Tabela 4 – Resumo dos valores de tensão suportável entre barramento e carcaça.
Condições atmosféricas Distância
de
arco (cm)
Tensão
Suportável
(kV)
Tensão
Suportável
Corrigida
(kV)
Temperatura
(°C)
Umidade
(%)
Pressão
(mmHg)
Barra A -
Carcaça 23 66 700 2,30 14,48 13,40
Barra B -
Carcaça 25 72 697 6,06 14,48 14,40
Barra C -
Carcaça 24 80 700 6,76 14,48 14,40
De acordo com a norma IEC 60071-1 (2006) que padroniza os níveis de isolamento, a
tensão suportável mínima é de 10 kV. Este valor é o mesmo apresentado na norma nacional
ABNT NBR 5440 (2014) que trata de transformadores para redes aéreas de distribuição, ou
seja, os níveis de tensão suportável apresentados na Tabela 3 são superiores a 10 kV e atendem
os requisitos mínimo de ambas as normas. Consequentemente o valor de tensão suportável dos
barramentos do gerador de ruídos apresentado na Tabela 4 atende ao padrão exigido por norma.
Como resultado do ensaio esperava-se que não ocorresse disrupção entre os barramentos
e a carcaça quando da aplicação de tensão. De forma geral o gerador de ruídos apresenta um
desempenho satisfatório, visto que as tensões suportáveis entre o barramento e a carcaça são
superiores a 10 kV.
Em apenas um caso ocorreu descarga disruptiva, devido à falha interna dos isoladores dos
barramentos, sendo este caso entre o barramento da fase B e a carcaça.
Para a falha que envolveu a fase B foi detectada uma danificação do isolador de suporte
do barramento devido às sucessivas descargas disruptivas provocadas durante o ensaio de
tensão disruptiva. Após a substituição dos dois isoladores do barramento de entrada da fase B
os ensaios foram novamente repetidos e não foi observada nenhuma descarga disruptiva.
5 Ensaios de tensão de impulso atmosférico e tensão
transferida
De acordo com a norma ABNT NBR IEC 60060-1(2013), a tensão de impulso é uma
tensão transitória aperiódica intencionalmente aplicada, que usualmente cresce rapidamente a
um valor de crista e depois decai lentamente até zero; a tensão de impulso atmosférico é uma
forma impulsiva com tempo de frente inferior a 20 µs; e a tensão de impulso atmosférico pleno
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
38
é a tensão de impulso atmosférico caracterizada pela não existência de uma interrupção
repentina causada por qualquer descarga disruptiva, sendo representado por uma onda
completa.
No ensaio de tensão de impulso atmosférico existem diversas formas de impulso que
podem ser aplicadas, tais como impulsos plenos, cortado na cauda, cortado na frente, além dos
impulsos com características diferentes daquela apresentada em norma. Para a realização do
ensaio sobre o sistema inibidor de furtos é utilizada a forma do impulso atmosférico pleno.
Os impulsos plenos simulam as sobretensões atmosféricas que se propagam nas linhas de
transmissão ou distribuição antes de atingir um equipamento no sistema elétrico. A Figura 20
apresenta o aspecto característico desta forma impulsiva.
Figura 20 - Tensão de impulso atmosférico pleno. Fonte: ABNT NBR IEC 60060-1(2013)
Os parâmetros da forma impulsiva plena são padronizados pela norma ABNT NBR IEC
60060-1(2013). De acordo com a norma, a tensão de impulso atmosférico plena deve possuir
tempo de frente de 1,2 µs, com tolerância de ± 30 %, e tempo até o meio valor (ou tempo de
cauda) de 50 µs, com tolerância de ± 20 %. Estes parâmetros são normalmente apresentados
como 1,2/50 µs.
No ensaio realizado para a obtenção da tensão transferida é necessário registrar a forma
impulsiva que surge nos enrolamentos de baixa tensão (220/127 V) quando um impulso
atmosférico atinge os terminais de alta tensão (neste caso 13,8 kV). A Figura 21 mostra a
configuração recomendada por norma para a esta medição.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
39
Figura 21 - Tensão transferida. Fonte: ABNT NBR IEC 60060-1:2013
5.1 Equipamentos utilizados durante os ensaios de tensão de impulso e
tensão transferida
Osciloscópio Agilent Technologies DSO-X 2014A;
Gerador de impulso HAEFELY – 450 kV, 1,25kJ;
Divisor resistivo para impulso de tensão, 1341:1, 450 kV;
Multímetro Fluke 117;
5.2 Metodologia utilizada durante o ensaio de tensão de impulso atmosférico
De acordo com o item 4.2 da norma ABNT NBR 5440 (2014), a tensão suportável nominal
de impulso atmosférico para os enrolamentos de baixa tensão de transformadores de
distribuição é de 30 kV. Toma-se este nível de tensão como referência para a realização do
ensaio de tensão suportável, compreendendo no parâmetro Ue da Figura 20. Este valor é
adotado como referência devido ao ponto de instalação do gerador de ruídos, que é no lado de
baixa tensão dos transformadores de distribuição. O esquema para esta etapa é apresentado na
Figura 22.
A norma ABNT NBR IEC 60060-1(2013) recomenda que sejam aplicados quinze
impulsos sucessivos para a avaliação da isolação de interesse. Neste caso a polaridade utilizada
é positiva, por se tratar da mais crítica para a isolação. O valor de pico da tensão aplicada é de
30 kV, conforme comentado anteriormente. Inicialmente é aplicado um valor reduzido de
tensão, em torno de 40% de Ue, para a calibração da forma de onda. Esta calibração verifica a
eficiência do gerador de impulsos, bem como os tempos de frente e cauda (1,2/50 µs). O ponto
de aplicação da tensão consiste no barramento de entrada do gerador de ruídos, sendo que os
barramentos permaneceram com os capacitores desconectados.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
40
Figura 22 - Esquema do circuito para ensaio de tensão suportável ao impulso atmosférico
pleno.
Ger
ado
r de
Ru
ído
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Gerador de Impulso Haefely
Osciloscópio Agilent Technologies DSO-X 2014A
Com
pon
ente
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Ger
ador
de
Ru
ídos
Div
iso
r re
sist
ivo
5.2.1 Análise dos resultados obtidos no ensaio de tensão de impulso.
A Tabela 5, Tabela 6 e Tabela 7 apresentam as condições atmosféricas no instante do
ensaio e os valores de tensão aplicados em cada fase do gerador de ruídos. Para cada barramento
as quinze aplicações permaneceram com o mesmo valor de U(kV).
Tabela 5 - - Tensão a aplicada no barramento A do gerador de ruídos.
Barramento A
Temperatura (°C) 24
Pressão (mmHg) 697
Umidade (%) 78
U (kV) 30
UCORRIGIDO (kV) 27,14
UAPLICADO (kV)
Figuras 14 - 16 26,94
Tabela 6 - Tensão a aplicada no barramento B do gerador de ruídos.
Barramento B
Temperatura (°C) 23
Pressão (mmHg) 698
Umidade (%) 86
U (kV) 30
UCORRIGIDO (kV) 29,56
UAPLICADO (kV)
Figuras 19 - 21 29,24
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
41
Tabela 7 - Tensão a aplicada no barramento C do gerador de ruídos – Etapa1.
Barramento C
Temperatura (°C) 22
Pressão (mmHg) 699
Umidade (%) 96
U (kV) 30
UCORRIGIDO (kV) 29,96
UAPLICADO (kV)
Figuras 24 - 26 29,73
Após a calibração da forma de onda, correção do seu valor de pico para as condições
ambientes e aplicação de quinze impulsos sucessivos, com valores já expostos nas tabelas
acima, pode-se observar o bom comportamento do gerador de ruídos quando submetido a tais
níveis de tensão de impulso. Esse comportamento satisfatório ocorreu devido a inexistência de
qualquer tipo de falha (ocasionando descargas disruptivas) como pode ser visto nas formas de
ondas dispostas no Anexo D. Neste anexo encontram-se também as calibrações das formas de
onda para cada barramento do gerador.
Além disso, todos os valores de crista para cada barramento permaneceram constantes.
Sendo que cada tabela apresenta apenas um valor de crista, o qual foi o mesmo durante as
quinze aplicações.
5.3 Metodologia utilizada durante o ensaio de tensão transferida
Antes da execução dos procedimentos de ensaio a forma de onda aplicada no lado de alta
do transformador é calibrada, obedecendo aos tempos de frente e de calda estabelecidos pela
norma ABNT NBR IEC 60060-1(2013). Esta calibração encontra-se no Anexo E.
Neste ensaio tenta-se aproximar ao máximo de uma situação de surto, mantendo-se a
configuração real de operação gerador de ruídos. Pode-se subdividir esta etapa em dois itens
sendo um com a finalidade da verificação da forma de onda apresentada antes da inserção do
gerador e outro com a presença do gerador no circuito. Além disso, a polaridade utilizada para
todos os impulsos de tensão nesta etapa é negativa.
Esquema sem gerador de ruídos
Este item do ensaio tornou-se indispensável devido a necessidade de verificação, antes de
uma análise com o gerador de ruídos no circuito, da forma de onda aplicada no enrolamento
primário (sem e com para-raios) e, também, da forma de onda transferida ao enrolamento
secundário do transformador quando este é submetidos a tensões de impulso. Estas formas de
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
42
ondas se tornam um modelo e a inserção do gerador de ruídos no circuito a ser ensaiado não
poderia afetar drasticamente as formas de ondas já verificadas.
Foi utilizado como nível de tensão de impulso no transformador um valor de 110 kV, afim
de não danificar o transformador atrapalhando a avaliação do principal objeto de ensaio, no
caso o gerador de ruídos. As formas de onda obtidas durante esse item encontram-se no Anexo
D.
Esquema com gerador de ruídos, para-raios e filtro capacitivo
Analogamente ao primeiro item, aplica-se uma tensão de impulso no primário do
transformador e efetuam-se leituras no terminal de alta e de baixa do transformador (para este
caso esta medição ocorre após o filtro capacitivo). Esta etapa se distingue da primeira pela
inserção do gerador de ruídos, com seus capacitores conectados, adição dos para raios e filtro
capacitivo. Na Figura 23 e Figura 24 encontram-se o esquema e a montagem real utilizada
durante o ensaio. Já na Tabela 8, Tabela 9 e Tabela 10 encontram-se as características do
transformador e do para-raios.
Figura 23 - Esquema do circuito para ensaio de tensão transferida com o gerador de ruídos,
para-raios e filtro capacitivo.
Ger
ado
r de
Ru
ído
s
Gerador de Impulso Haefely
Osciloscópio Agilent Technologies DSO-X 2014A
Co
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Transformador de distribuição trifásico
Par
a-ra
ios
Filtro capacitivo
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
43
Figura 24 – Imagem do esquema de ensaio montado em laboratório.
Características do transformador:
Tabela 8 - Características do transformador utilizado.
Classe (kV) 36,2
SN (MVA) 112,5
VP (kV) 36,2
VS (V) 220
NBI (kV) 150
Tipo Trifásico
Características do para-raios:
Tabela 9 - Características do para-raios utilizado para o ensaio.
UR (kV) 15
UC (kV) 12,7
IN (kA) 10
Classe 1
Tabela 10 - Características do para-raios utilizado para o ensaio – Curva VxI.
Curva VxI
V (kV) I (kA)
46,7 5,0
49,5 10,0
56,0 20,0
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
44
5.3.1 Análise dos resultados obtidos no ensaio de tensão transferida.
Esquema sem gerador de ruídos
A seguir estão dispostos os valores obtidos para o caso do circuito apenas com o
transformador e para o caso com o transformador e para-raios, sendo um para-raios para cada
terminal de alta.
Tabela 11 - Valores de tensão lidos no lado de alta e de baixa do transformador sem para-
raios.
UOsciloscópio(V) UAplicado (kV) Figuras
Tensão primária 84,70 111,30 Figura 70
Tensão secundária X1 12,25 16,10 Figura 71
Tensão secundária X2 9,94 13,06 Figura 72
Tensão secundária x3 11,13 14,62 Figura 73
Tabela 12 - Valores de tensão lidos no lado de alta e de baixa do transformador com para-
raios.
UOsciloscópio(V) UAplicado (kV) Figura
Tensão primária 38,13 50,10 Figura 74
Tensão secundária X1 8,90 11,69 Figura 75
Tensão secundária X2 8,93 11,73 Figura 76
Tensão secundária x3 9,10 11,96 Figura 77
As formas de ondas obtidas nessa parte do ensaio estão dispostas no Anexo E e são essas
formas de ondas utilizadas como um dos principais parâmetros para avaliação do
comportamento do gerador de ruídos. Além disso, neste anexo, encontram-se, também, a
calibração feita antes do início de todos os procedimentos experimentais deste item.
Pode-se notar que as tensões de pico em todas os terminais de baixa permanecem,
praticamente, constantes. Esse fato permite a utilização de apenas um enrolamento, entre H1 e
X1, para as próximas etapas desse ensaio.
Esquema com gerador de ruídos, para-raios e filtro capacitivo
Após a obtenção das formas de onda padrão para o primário e secundário, por intermédio
do subitem acima, insere-se no sistema o gerador de ruídos, para-raios e filtro capacitivo. Com
isso foi possível a obtenção da tabela logo abaixo e as figuras correspondentes a cada aplicação
que podem ser vistas no Anexo E.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
45
Tabela 13 - Valores de tensão obtidos no ensaio de tensão transferida com para-raios e filtro
capacitivo.
UOsciloscópio(V) UAplicado (kV) Figuras
Tensão primária 38,13 50,10 Figura 78
Tensão após o filtro 9,19 12,07 Figura 79
Tensão após o filtro 9,40 12,36 Figura 80
Tensão após o filtro 9,91 13,02 Figura 81
Tensão após o filtro 9,72 12,77 Figura 82
Tensão após o filtro 9,81 12,89 Figura 83
Os valores de tensão após o filtro capacitivo ficam todos dentro de uma mesma faixa, sem
grandes variações, sendo mantidas, também, as formas de ondas do item “Esquema sem gerador
de ruídos”. Estes pontos demonstram uma grande estabilidade do sistema inibidor de furto
quando submetido a tais transitórios de tensão.
Avaliação dos capacitores durante o procedimento experimental
Para a comprovação de nenhuma avaria no circuito do gerador de ruídos mede-se suas
capacitâncias antes e depois dos procedimentos de ensaios dispostos no item “Esquema com
gerador de ruídos, para-raios e filtro capacitivo”. A Tabela 14 mostra todos os valores obtidos
antes e após os ensaios realizados.
Tabela 14 - Valores de capacitância antes e após os procedimentos experimentais.
Capacitâncias Antes do ensaio (µF) Após o ensaio (µF)
C1 5109 5130
C2 5161 5176
C3 4834 4850
C4 5081 5098
C5 5110 5127
C6 5165 5182
C7 4990 5009
É de fácil visualização que os valores medidos antes e depois dos ensaios são muito
próximos, sendo as variações sofridas nas capacitâncias muito pequenas se comparadas com as
capacitâncias totais medidas.
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46
6 Conclusões e Sugestões para Trabalhos Futuros
6.1 Conclusões
O presente trabalho apresenta uma avaliação, sobre o ponto de vista da suportabilidade,
em um sistema inibidor de furtos, o qual vem sendo desenvolvido em um projeto P&D pela
Eletrobras em pacerias com outras empresas. Os principais focos dessa avaliação são a
verificação da suportabilidade térmica, da suportabilidade a sobretensões temporarias com
frequencia industrial e da suportabilidade a tensões de impulso e transferida.
Para a primeira etapa, a qual foi subdividida entre os ensaios de corrente nominal e em
sobrecarga, com base nos resultados apresentados nos subitens 3.3.1 e 3.3.2 é possível concluir
que o gerador de ruídos suporta adequadamente as solicitações a ele impostas: corrente com
valor nominal de 150 A e com valor de sobrecarga de 195 A, sendo ambos níveis induzidos
simultaneamente nos três barramentos. Além disso, é possível afirmar que a temperatura
máxima alcançada durante o ensaio de sobrecarga é inferior ao valor suportado pelos
capacitores eletrolíticos (componentes mais afetados devido à elevação de temperatura). Neste
caso, esta temperatura é de 58,5ºC, registrada no barramento central. A temperatura máxima
recomendada pelo fabricante dos capacitores é de 105ºC para um ciclo de trabalho de 5000
horas. É importante destacar que ambos os ensaios foram realizados à temperatura ambiente de
25ºC. Este fato não impossibilita o funcionamento do gerador de ruídos à temperaturas mais
elevadas, visto que a margem de segurança é neste caso de 46,5ºC.
Os resultados apresentados para a tensão suportável entre barramento e carcaça são
satisfatórios. Esta conclusão se deve à comparação realizada com o valor mínimo exigido por
norma que é de 10 kV. Neste aspecto, todos os valores obtidos são superiores ao mínimo,
atendendo aos requisitos das normas IEC 60071-1 de coordenação de isolamento e ABNT NBR
5440 de transformadores para redes aéreas de distribuição.
Sob o ponto de vista da verificação da suportabilidade do sistema mediante solicitações de
tensão com frente rápida nota-se o seu bom desempenho quando submetido ao nível de tensão
de impulso de 30 kV, nível este previsto por norma para os terminais de baixa tensão de
transformadores de distribuição. Este bom desempenho ocorreu, pois, as formas de onda não
sofrem qualquer tipo de modificação durante todo os procedimentos de ensaio, não ocorrem
descargas disruptivas e não há qualquer dano físico em qualquer componente do gerador. Já
para o ensaio de tensão transferida, além do bom desempenho pelos mesmos motivos citados
para o ensaio de tensão de impulso, os valores de capacitâncias apresentados antes e depois do
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
47
ensaio permaneceram praticamente constantes, mostrando o bom comportamento do sistema
inibidor de furtos para este tipo de solicitação.
6.2 Sugestões para trabalhos futuros
Foi possível observar uma diferença entre os valores de tensão suportável encontrado para
cada barramento do gerador de ruídos. Essa diferença ocorreu, principalmente, devido a
diferença entre as distâncias de arco para cada fase. Para as fases A, B e C, estas distâncias são
de 2,3 cm, 6,06 cm e 6,76 cm, respectivamente.
O caso mais crítico é o da fase A, onde existe um parafuso de fixação embaixo do
barramento de entrada, reduzindo a distância de arco e consequentemente o valor da tensão
disruptiva. Neste caso as descargas disruptivas ocorreram todas do barramento para o parafuso.
Portanto, recomenda-se que os parafusos de fixação da placa isolante sejam deslocados para as
extremidades da placa, evitando o seu posicionamento próximo dos barramentos, de preferência
a uma distância maior ou igual a maior distância de arco que é de 6,76 cm. Além disso, seria
conveniente que se fizesse uma disposição dos barramentos do gerador de forma mais
igualitária, deixando-o com distâncias de arco mais próximas possível.
Além destas melhorias está previsto a implantação do sistema em campo ainda para ano
de 2018. Com essa implantação poderão surgir novas linhas de pesquisas, buscando a análise
da performance deste equipamento em condições normais de funcionamento, condições de
furto, condições de sobretensão, entre outras.
6.3 Publicações em congresso
A primeira publicação relacionada a esta linha de pesquisa ocorreu no VII Simpósio
Brasileiro de Sistemas Elétricos – SBSE, em maio de 2018. Além da análise do ponto de vista
da suportabilidade do sistema inibidor de furtos, foi feita uma análise sobre a qualidade de
energia que este fornece, conforme relacionado a seguir.
DE ALMEIDA, D. G., GRAZIANI, L. M., LOPES, G. P., CORTEZ, C., WANDERLEY NETO, E.
T., LIMA FILHO, J. R., COSTA JUNIOR, B. C., VASCONCELOS, G. F., DECCACHE, E. S.,
DECCACHE, E. Evaluation of Electricity Theft Blocking System on Low Voltage Distribution
Networks. Part I – Power Quality Tests. VII SBSE Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos.
Niteroi, RJ. 2018.
GRAZIANI, L. M., DE ALMEIDA, D. G., LOPES, G. P., CORTEZ, C., WANDERLEY NETO, E.
T., LIMA FILHO, J. R., COSTA JUNIOR, B. C., VASCONCELOS, G. F., DECCACHE, E. S.,
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
48
DECCACHE, E. Evaluation of Electricity Theft Blocking System on Low Voltage Distribution
Networks. Part II – Withstanding Tests. VII SBSE Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos.
Niteroi, RJ. 2018.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
49
Referências
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 5440: Transformadores para
redes aéreas de distribuição – Requisitos, 2014.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR IEC 60060-1: 2013, Técnicas
de ensaios elétricos de alta tensão – Parte 1: Definições gerais e requisitos de ensaio.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR IEC 60439-1: 2003.
Conjuntos de manobra e controle de baixa tensão. Parte 1: Conjuntos com ensaio de tipo
totalmente testados (TTA) e conjuntos com ensaio de tipo parcialmente testados (PTTA).
Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Consumo irregular de energia gera
prejuízo de R$ 8,1 bilhões ao ano, 31/05/2011. Disponível em:
<http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/noticias/Output_Noticias.cfm?Identidade=4160&id_area
=90>. Acesso em: 20 de jan. 2017.
ARAÚJO, A. C. M.; Perdas e Inadimplência na Atividade de Distr. de Energia Elétrica no
Brasil, Tese. UFRJ/COPPE. RJ, 2007.
DE ALMEIDA, D. G., GRAZIANI, L. M., LOPES, G. P., CORTEZ, C., WANDERLEY
NETO, E. T., LIMA FILHO, J. R., COSTA JUNIOR, B. C., VASCONCELOS, G. F.,
DECCACHE, E. S., DECCACHE, E. Evaluation of Electricity Theft Blocking System on
Low Voltage Distribution Networks. Part I – Power Quality Tests. VII SBSE Simpósio
Brasileiro de Sistemas Elétricos. Niterói, RJ. 2018.
GRAZIANI, L. M., DE ALMEIDA, D. G., LOPES, G. P., CORTEZ, C., WANDERLEY
NETO, E. T., LIMA FILHO, J. R., COSTA JUNIOR, B. C., VASCONCELOS, G. F.,
DECCACHE, E. S., DECCACHE, E. Evaluation of Electricity Theft Blocking System on
Low Voltage Distribution Networks. Part II – Withstanding Tests. VII SBSE Simpósio
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UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
51
Anexo A - Imagens térmicas do ensaio de corrente nominal
Figura 25 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 09:20, durante o ensaio de
corrente nominal.
Figura 26 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 09:50, durante o ensaio de
corrente nominal.
Figura 27 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 10:20, durante o ensaio de
corrente nominal.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
52
Figura 28 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 10:55, durante o ensaio de
corrente nominal.
Figura 29 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 11:25, durante o ensaio de
corrente nominal.
Figura 30 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 11:55, durante o ensaio de
corrente nominal.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
53
Figura 31 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 13:30, durante o ensaio de
corrente nominal.
Figura 32 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 14:00, durante o ensaio de
corrente nominal.
Figura 33 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 14:50, durante o ensaio de
corrente nominal.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
54
Figura 34 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 15:20, durante o ensaio de
corrente nominal.
Figura 35 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 15:51, durante o ensaio de
corrente nominal.
Figura 36 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 16:30, durante o ensaio de
corrente nominal.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
55
Figura 37 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 17:00, durante o ensaio de
corrente nominal.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
56
Anexo B - Imagens térmicas do ensaio de sobrecarga
Figura 38 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 09:22, durante o ensaio de
sobrecorrente.
Figura 39 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 09:58, durante o ensaio de
sobrecorrente.
Figura 40 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 11:00, durante o ensaio de
sobrecorrente.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
57
Figura 41 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 11:40, durante o ensaio de
sobrecorrente.
Figura 42 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 12:10, durante o ensaio de
sobrecorrente.
Figura 43 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 14:30, durante o ensaio de
sobrecorrente.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
58
Figura 44 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 15:00, durante o ensaio de
sobrecorrente.
Figura 45 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 15:30, durante o ensaio de
sobrecorrente.
Figura 46 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 16:10, durante o ensaio de
sobrecorrente.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
59
Figura 47 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 16:50, durante o ensaio de
sobrecorrente.
Figura 48 - Visão da temperatura dos três barramentos do gerador de ruídos as 17:2 0, durante o ensaio de
sobrecorrente.
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60
Anexo C – Tabelas e gráficos obtidos durante todo o ensaio
de descarga disruptiva
Tabela 15 - Valores corrigidos de tensão
disruptiva entre o barramento da fase A e a
carcaça.
Fase A - Valores Corrigidos
Aplicação Tensão disruptiva [kV]
1 18,65
2 14,62
3 17,72
4 16,16
5 16,33
6 14,53
7 16,80
8 16,71
9 16,74
10 14,45
Valor médio 16,27
Desvio Padrão 1,40
Figura 49 - Distribuição de densidade de probabilidade da
tensão disruptiva produzida entre o barramento da fase A e
carcaça.
Tabela 16 - Valores corrigidos de tensão
disruptiva entre o barramento da fase B e
carcaça.
Fase B - Valores Corrigidos
Aplicação Tensão disruptiva
[kV]
1 22,83
2 18,73
3 18,02
4 19,13
5 18,19
6 18,29
7 19,67
8 18,18
9 18,17
10 17,61
Valor médio 18,88
Desvio Padrão 1,51
Figura 50 - Distribuição de densidade de probabilidade da
tensão disruptiva produzida entre o barramento da fase B e
carcaça.
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Tensão de descarga disruptiva [kV]
Den
sid
ad
e
14,48
0,1
16,27
Normal; Média=16,27; DesvPad=1,4
Distribuição das descargas disruptivas - Fase A
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Tensão de descarga disruptiva [kV]
Den
sid
ad
e
16,94
0,1
18,88
Normal; Média=18,88; DesvPad=1,51
Distribuição das descargas disruptivas - Fase B
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61
Tabela 17 - Valores corrigidos de tensão
disruptiva entre o barramento da fase C e
carcaça.
Fase C - Valores Corrigidos
Aplicação Tensão disruptiva [kV]
1 21,74
2 22,50
3 22,14
4 22,95
5 23,42
6 24,03
7 21,97
8 22,18
9 22,46
10 23,85
Valor médio 22,72
Desvio Padrão 0,80
Figura 51 - Distribuição de densidade de probabilidade da
tensão disruptiva produzida entre o barramento da fase C e
carcaça.
Tabela 18 - Valores corrigidos de tensão
disruptiva entre o barramento da fase C e
neutro.
Fase C - Valores Corrigidos
Aplicação Tensão disruptiva [kV]
1 16,18
2 16,23
3 16,63
4 17,50
5 16,75
6 16,63
7 17,28
8 15,32
9 17,19
10 15,49
Valor médio 16,52
Desvio Padrão 0,73
Figura 52 - Distribuição de densidade de probabilidade da
tensão disruptiva produzida entre o barramento da fase C e o
barramento de neutro.
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
Tensão de descarga disruptiva [kV]
Den
sid
ad
e
21,69
0,1
22,72
Normal; Média=22,72; DesvPad=0,8
Distribuição das descargas disruptivas - Fase C
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
Tensão de descarga disruptiva [kV]
Den
sid
ad
e
15,58
0,1
16,52
Normal; Média=16,52; DesvPad=0,73
Distribuição das descargas disruptivas - Fase C
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62
Anexo D – Imagens obtidas durante o ensaio de aplicação
de impulso pleno.
Figura 53 - Calibração do tempo de frente no
barramento A, para o ensaio de aplicação de impulso
pleno.
Figura 54 - Calibração do tempo de cauda no
barramento A, para o ensaio de aplicação de impulso
pleno.
Figura 55 – Impulsos plenos sobrepostos aplicados
sobre o barramento A.
Figura 56 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados
sobre o barramento A.
Figura 57 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados
sobre o barramento A.
Figura 58 - Calibração do tempo de frente no
barramento B, para o ensaio de impulso pleno.
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63
Figura 59 - Calibração do tempo de cauda no
barramento B, para o ensaio de impulso pleno.
Figura 60 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados
sobre o barramento B.
Figura 61 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados
sobre o barramento B.
Figura 62 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados
sobre o barramento B.
Figura 63 - Calibração do tempo de frente no
barramento C, para o ensaio de impulso pleno.
Figura 64 - Calibração do tempo de cauda no
barramento C, para o ensaio de impulso pleno.
]
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64
Figura 65 - Impulsos plenos sobrepostos aplicados
sobre o barramento C.
Figura 66- Impulsos sobrepostos aplicados sobre o
barramento C.
Figura 67 - Impulsos sobrepostos aplicados sobre o
barramento.
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65
Anexo E – Imagens obtidas durante o ensaio de tensão
transferida.
Figura 68 - Calibração do tempo de frente para o
ensaio de tensão transferida.
Figura 69 - Calibração do tempo de cauda para o
ensaio de tensão transferida.
Figura 70 - Tensão no enrolamento de alta do
transformador no ensaio de tensão transferida sem o
gerador de ruídos e sem para-raios.
Figura 71 - Tensão de X1 do transformador durante a
verificação das formas de onda do ensaio de tensão
transferida sem para-raios.
Figura 72 - Tensão de X2 do transformador durante a
verificação das formas de onda do ensaio de tensão
transferida sem o gerador de ruídos e sem para-raios.
Figura 73 - Tensão de X3 do transformador durante a
verificação das formas de onda do ensaio de tensão
transferida sem o gerador de ruídos e sem para-raios.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
66
Figura 74 - Tensão no enrolamento de alta do
transformador no ensaio de tensão transferida sem o
gerador de ruídos e com para-raios.
Figura 75 -Tensão de X1 do transformador durante a
verificação das formas de onda do ensaio de tensão
transferida sem o gerador de ruídos e com para-raios.
Figura 76 - Tensão de X2 do transformador durante a
verificação das formas de onda do ensaio de tensão
transferida sem o gerador de ruídos e com para-raios.
Figura 77 - Tensão de X3 do transformador durante a
verificação das formas de onda do ensaio de tensão
transferida sem o gerador de ruídos e com para-raios.
Figura 78 - Tensão no enrolamento de alta do
transformador no ensaio de tensão transferida com o
gerador de ruídos, para-raios e filtro capacitivo.
Figura 79 - Primeiro valor de tensão após o filtro
capacitivo durante o ensaio de tensão transferida com
gerador de ruídos e com para-raios.
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67
Figura 80 - Segundo valor de tensão após o filtro
capacitivo durante o ensaio de tensão transferida
com gerador de ruídos e com para-raios.
Figura 81 - Terceiro valor de tensão após o filtro
capacitivo durante o ensaio de tensão transferida com
gerador de ruídos e com para-raios.
Figura 82 - Quarto valor de tensão após o filtro
capacitivo durante o ensaio de tensão transferida com
gerador de ruídos e com para-raios.
Figura 83 - Quinto valor de tensão após o filtro
capacitivo durante o ensaio de tensão transferida com
gerador de ruídos e com para-raios.