Pare de danificar os cabos de média tensão com testes HIPOT-DC

É fundamental comissionar os elementos de uma instalação elétrica após a conclusão do projeto e antes da energização. Essa medida garante os requisitos mínimos de performance dos circuitos elétricos e identifica possíveis defeitos críticos que poderiam apresentariam falhas durante operação. Tomamos essas medidas conforme as boas práticas de engenharia elétrica e as recomendações de normas nacionais e internacionais. Por muitos anos, realizava-se o comissionamento de cabos isolados de média tensão em Tensão Contínua (DC), com testes de tensão aplicada cujo nome é HIPOT-DC. Com o surgimento dos isolantes poliméricos, como o XLPE e o EPR, em substituição aos cabos com isolação de papel impregnado, esse cenário mudou.

Hoje, a engenharia internacional reconhece que testes de tensão aplicada em DC ou HIPOT-DC são prejudiciais aos cabos isolados em XLPE e EPR. Inúmeros estudos publicados pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), CIGRE e outros fóruns internacionais apontam para as desvantagens da aplicação de tensão DC no comissionamento de novas instalações elétricas.

Neste post, vamos evidenciar esses estudos e demonstrar as melhores práticas para o comissionamento de novas instalações, de acordo com normas, guias e melhores práticas de mercado.

Por que o HIPOT-DC pode danificar os cabos isolados?

Como pudemos observar, os testes de tensão aplicada em DC (HIPOT-DC) são prejudiciais aos cabos isolados. Há um artigo fundamental que evidenciou com alto rigor técnico os malefícios causados pelos testes em HIPOT-DC aos isolantes poliméricos, no caso o XLPE. Trata-se do artigo apresentado no Jicable de 1995 (Effect of DC testing on XLPE insulated cables SRINIVAS N.N., Detroit Edison, Detroit, U.S.A. BERNSTEIN B.S., EPRI, Washington, U.S.A). Ele foi encomendado e realizado conjuntamente pela Detroit Edison Company e pelo Electric Power Research Institute (EPRI).

Seus autores demonstram, através de vários experimentos, como a taxa de falha aumenta quando os cabos isolados são submetidos a testes de tensão aplicada em DC. Ele evidencia, ainda, como os testes em tensão contínua são ineficazes. Tais testes não cumprem com a função de acelerar defeitos para prevenir futuras falhas. Também podemos ver como esses testes diminuem significativamente o tempo de vida do cabo em quase cinco vezes.

Primeiramente, alguns estudos indicam que o teste realizado em DC não detecta determinados tipos de defeitos. As pesquisas esclarecem ainda que esses tipos de defeitos não são sensibilizados em tensão contínua. Porém, quando as instalações são colocadas em operação (AC – 60 HZ), esses defeitos podem rapidamente evoluir para uma falha. Por esse motivo, é comum escutar a seguinte fala: “testamos o cabo com HIPOT-DC e assim que colocamos o circuito em operação, o cabo falhou”.

Outros dois problemas verificados por esses estudos é que o uso de tensão DC promove o acúmulo de cargas espaciais, que originam futuras falhas na isolação e que a elevada tensão DC aplicada provoca uma polarização do material isolante, o que também contribui para uma antecipação da ocorrência de falha.

VLF (Very Low Frequency) como alternativa ao HIPOT-DC

Após as evidências dos malefícios causados pelo HIPOT-DC, a comunidade internacional buscou alternativas para estabelecer uma técnica nova. Seu objetivo era que possibilitar a realização de um teste de tensão aplicada que não danificasse o cabo e que, ao mesmo tempo, pudesse ser realizado com equipamentos portáteis.

Encontraram a seguinte solução: alterar a frequência do teste. Como na frequência industrial (60 HZ) o equipamento ficaria muito grande para atingir tensões maiores, a solução foi fazer o teste em tensão alternada, mas com uma frequência muito baixa (0,1 HZ), o que chamamos hoje de teste VLF (Very Low Frequency). Portanto, as melhores práticas para testes de tensão aplicada recomendam a utilização de tensão em corrente alternada e com frequência reduzida.

No Brasil, essa técnica é pouco aplicada, pois ainda não existe uma norma nacional padronizando esses testes. Além disso, os testes em CA exigem equipamentos pouco comercializados no Brasil, cujo custo de aquisição é superior ao do HIPOT-DC. Apesar disso, desde 2004 o guia IEEE 400.2 – Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Using Very Low Frequency (VLF) (less than 1 Hz) estabeleceu as diretrizes para testes de tensão aplicada em corrente alternada. Elas determinam os níveis de tensão a serem considerados, sendo diferenciados por tipo de tensão CA (senoidal ou cosseno-retangular) e em função do momento do ciclo de vida do cabo.

A importância dos testes de tensão aplicada em VLF durante o comissionamento

Testar cabos isolados antes de energizar uma operação garante a confiabilidade dos ativos durante as atividades. Porém, com os problemas que o HIPOT-DC causa, como fazer isso de forma eficaz? O teste de tensão aplicada se baseia na premissa de que o isolante deve suportar uma tensão bem maior por um determinado tempo do que a tensão que ele efetivamente irá operar.

O cabo isolado se comporta como um capacitor. Assim, a componente capacitiva será significativa para o teste quanto maior for seu comprimento, além da classe de tensão. A única componente que é possível alterar para diminuir o valor da potência que será requerida do equipamento de teste é a frequência. Ou seja: quanto menor for a frequência, menos energia será necessária e, com isso, os equipamentos serão menores.

O surgimento dos testes em VLF (Very Low Frequency) em cabos nasceu da necessidade de substituir o teste em DC. No próximo post, falaremos sobre esses testes trazendo dados importantes de estudos desenvolvidos para comprovar a validade e a eficácia de medições feitas em tensão alternada, porém, com uma baixa frequência.