Selecionando um Testador VLF com Base no Comprimento e Capacitância do Cabo

Seleção de um Testador VLF com Base no Comprimento e Capacitância do Cabo

A maioria das consultas sobre VLF começa da mesma forma: "Preciso de um conjunto para cabo de 15 kV." A classe de tensão é a pergunta fácil, e não é ela que decide se o teste será executado. Dois alimentadores de 15 kV, um com 300 m de comprimento e outro com seis quilômetros, não são o mesmo teste. O que os separa é a capacitância, e você obtém capacitância do comprimento.

Este artigo estabelece a relação entre comprimento, capacitância e a carga que um conjunto VLF tem que suportar, trabalha dois exemplos e, em seguida, aborda o que os números sozinhos não dirão. É uma nota de dimensionamento, não um catálogo de produtos.

A classe de tensão diz o quão alta a tensão de teste deve ir. O comprimento diz quanta carga o conjunto deve mover para chegar lá e, portanto, quanta corrente ele deve fornecer na frequência escolhida. Um conjunto que atinge 35 kV em um cabo de 400 m pode não conseguir atingir a mesma tensão em cinco quilômetros do mesmo cabo, porque o limite de corrente é atingido primeiro.

É por isso que dois instrumentos com a mesma classificação de tensão podem se comportar de maneira muito diferente em campo, e por que a figura de capacitância é mais importante do que a figura de quilovolts no painel frontal.

O dimensionamento, portanto, tem cinco entradas, não uma: a tensão de teste necessária, a corrente de saída e a capacidade de carga do conjunto, as etapas de frequência disponíveis, a capacitância real do cabo e o procedimento de teste que rege tensão, duração e frequência. O comprimento é a entrada que une as duas últimas.

Para uma carga capacitiva, a corrente na frequência de teste f é:

Onde I é a corrente, C é a capacitância do cabo sob teste (todas as fases e acessórios incluídos), U é a tensão de teste realmente aplicada e f é a frequência de teste. Use unidades consistentes: C em µF e U em kV dão I em mA com um multiplicador de 2πf.

O multiplicador por frequência é, portanto:

Quatro condições se aplicam a esta relação, e elas importam mais do que a própria fórmula:

• Estado estacionário, saída senoidal. A expressão descreve a corrente capacitiva em estado estacionário. Ela não descreve a fase de impulso, a descarga ou o comportamento transitório na ruptura.
• Capacitância tratada como constante. A capacitância varia ligeiramente com a tensão e a temperatura. Para fins de dimensionamento, o valor da folha de dados é adequado; para um caso marginal, não é.
• Pico e RMS não são intercambiáveis. Os padrões geralmente expressam a tensão de teste como um valor RMS, enquanto os conjuntos VLF são frequentemente classificados em volts de pico e miliamperes de pico. A conversão entre eles com √2 só é válida para uma forma de onda senoidal. As saídas VLF são destinadas a serem quase senoidais, mas a conversão deve ser confirmada contra a especificação do próprio conjunto e a edição do padrão em uso, em vez de ser assumida.

Esse último ponto causa mais erros de dimensionamento do que qualquer outro. Um conjunto de "30 mA" e um teste de "42 kV RMS" só se tornam comparáveis depois que ambos são expressos da mesma forma.

Capacitância do cabo por fase é:

onde c é a capacitância por fase por quilômetro da folha de dados do fabricante do cabo e L é o comprimento da rota. Como uma primeira estimativa apenas, cabos XLPE comumente caem na faixa de 0,2 a 0,35 µF/km por fase para construções de três núcleos de 10 a 15 kV e 0,15 a 0,25 µF/km por fase para construções de núcleo único de 35 kV. Construções isoladas com papel e revestidas de chumbo são geralmente mais altas, embora a diferença dependa do cabo individual. Essas faixas são apenas indicativas: construção, tamanho do condutor e espessura do isolamento afetam a figura, portanto, não devem ser tratadas como valores de projeto. A folha de dados do cabo real governa.

Três correções são esquecidas na prática:

• Fases em paralelo. Três fases testadas juntas carregam três vezes a capacitância de uma fase e consomem três vezes a corrente.
• Acessórios. Emendas, terminações e longos cabos sobressalentes enrolados na extremidade distante adicionam capacitância, e o cabo sobressalente é geralmente o item que ninguém conta.
• Medição supera estimativa. Durante o teste, tensão e corrente são exibidas. C pode ser calculado inversamente a partir da mesma relação e mantido como registro. Ao longo de algumas interrupções, isso é mais confiável do que qualquer figura genérica por quilômetro, e torna a próxima decisão de dimensionamento trivial.

As tensões de teste abaixo são suposições usadas para tornar a aritmética visível. Elas não são recomendações. Pegue a tensão de teste real, sua duração e a frequência na qual ela se aplica da edição do padrão ou especificação da concessionária que você segue.

Exemplo A — Cabo de 10 kV, tensão de teste de 26 kV RMS, 0,1 Hz

A 26 kV RMS o valor de pico correspondente é de cerca de 36,8 kV, então a corrente por microfarad é aproximadamente 0,628 * 36,8 ≈ 23 mA.

Exemplo B — Cabo de 35 kV, tensão de teste de 42 kV RMS, 0,1 Hz

A 42 kV RMS o pico é de cerca de 59,4 kV, dando aproximadamente 37 mA por microfarad.

Lido contra um conjunto classificado em 30 mA de pico, a mensagem prática é compacta: a 0,1 Hz, aproximadamente cinco quilômetros de cabo de 10 kV ou quatro quilômetros de cabo de 35 kV é onde o limite de corrente chega — e mudar para 0,05 Hz reduz a corrente pela metade, dobrando o comprimento alcançável.

Essa é a essência da lógica de dimensionamento: em uma carga capacitiva, a faixa de frequência utilizável é tanto parte da especificação quanto a classificação de tensão. A fonte de alta tensão não cresce com o cabo — a frequência diminui em vez disso, desde que o procedimento de teste aplicável permita e o equipamento o suporte.

O dimensionamento é necessário e não suficiente. Cinco coisas ficam fora da fórmula e decidem regularmente se um conjunto é utilizável:

Peso e acesso. Conjuntos de maior tensão são construídos a partir de mais de uma unidade. Um instrumento da classe de 80 kV pode chegar como dois boosters conectados em série mais um controlador separado, enquanto classificações mais baixas precisam apenas de um booster. Se o cabo estiver em uma sala de disjuntores no porão com uma escada estreita, o plano de manuseio importa tanto quanto os microfarads.

Alimentação de campo. Esses conjuntos funcionam com uma fonte de alimentação monofásica de aproximadamente 220 V a 50 Hz, com variantes de 110 V / 60 Hz disponíveis. Em um gerador, a fonte de alimentação deve estar dentro da especificação de entrada do conjunto e permanecer estável, pois uma fonte instável afeta o processo de impulso.

Espécimes muito pequenos. O problema oposto a um alimentador longo: abaixo de uma capacitância muito pequena, a forma de onda de saída se deteriora, e o remédio usual é um pequeno capacitor conectado em paralelo para restaurar uma onda limpa. Cabos curtos de fábrica e enrolamentos curtos de motor são os casos comuns.

Duração do teste e janela de interrupção. Duração e etapa de tensão são definidas pelo procedimento que você segue, não pelo instrumento. Confirme ambos antes de agendar a interrupção, pois um teste de 0,02 Hz em um alimentador longo ocupa o circuito por muito mais tempo do que o mesmo teste a 0,1 Hz.

Condição do cabo. Um cabo molhado, envelhecido ou previamente falhado pode não sobreviver à tensão de teste. Se o circuito já falhou, a sequência geralmente começa com localização da falha antes do teste de suportabilidade. Essa é uma decisão sobre o ativo, não sobre o instrumento, e pertence ao plano de teste antes que o conjunto seja encomendado.

• 1.Liste cada circuito na programação de teste: classe de tensão, construção, comprimento da rota, capacitância por quilômetro e se as fases serão testadas juntas ou separadamente.
• 2.Converta cada um para capacitância por fase, incluindo acessórios e quaisquer cabos sobressalentes.
• 3.Pegue a tensão de teste, duração e frequência do procedimento aplicável.
• 4.Calcule a corrente nessa frequência, nas mesmas unidades da classificação do conjunto, e compare com a corrente de saída do conjunto — não apenas com uma figura de capacitância do catálogo.
• 5.Verifique as restrições físicas: número de unidades, peso, rota de acesso, qualidade da fonte e quanto tempo o circuito ficará fora de serviço.

Se a etapa 4 exceder o limite, primeiro verifique se o seu procedimento permite uma etapa de frequência mais baixa e se o conjunto suporta essa etapa na tensão necessária. A frequência só pode ser reduzida onde o padrão, a especificação ou as condições do equipamento permitirem; caso contrário, um conjunto com maior capacidade de carga é a resposta correta.

Classe de tensão, construção do cabo, comprimento da rota, capacitância por fase e a maior tensão de teste que você pretende aplicar. Quatro dessas cinco estão na folha de dados do cabo; a quinta está em seu procedimento de teste. Com esses números, um fornecedor pode confirmar a classificação de tensão, se um ou dois boosters são necessários e quais etapas de frequência cobrirão toda a programação — em vez de cotar com base na classe de tensão e esperar que os alimentadores sejam curtos.

O comprimento do cabo define a capacitância, a capacitância define a corrente e a corrente em uma determinada frequência define se um conjunto específico pode completar o teste. A classe de tensão apenas define o alvo. Uma vez que essa ordem esteja clara, a maioria dos desacordos de dimensionamento se resolve: a pergunta deixa de ser "quantos quilovolts" e se torna "quantos miliamperes em qual frequência, em quais circuitos".

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