Tensão de impulso suportável nominal (Uimp): Guia completo de engenharia

Um painel de distribuição típico de 400 V opera, na realidade, a meros 400 volts. No entanto, cada disjuntor fixado nesse painel especifica valores de tensão suportável aparentemente absurdamente altos: Uimp 8 kV. Oito mil volts – multiplicados por vinte – como um impulso de tensão de 1.2 microssegundos. Não, isso não é um erro de digitação. Trata-se, de fato, de uma construção prática e tangível de nossos sistemas elétricos: as taxas de variação geradas por descargas atmosféricas e manobras de chaveamento são tão rápidas e severas que a proteção elétrica geral precisa ser superior aos níveis normais de operação, seguros para as tensões de operação de linhas de energia, redes de cabos e equipamentos de distribuição.

A tensão nominal de impulso suportável (Uimp) refere-se à resistência elétrica máxima que um equipamento elétrico deve suportar sem sofrer ruptura do isolamento e ainda atender às especificações do equipamento. Ela permite selecionar o equipamento adequado para sua aplicação, desde um disjuntor residencial de média tensão de 230 V até um transformador submarino XLPE de 400 kV, possibilitando ao usuário atender à definição da norma relevante. Em todas as categorias testadas nos ensaios dielétricos da IEC, desde painéis de distribuição em MDF até emendas de cabos XLPE/AT de 765 kV, os equipamentos devem operar com um perfil de tensão de impulso suportável definido. Se você especificar em seu projeto elétrico e realizar os testes com precisão, espere falhas em aparelhos e equipamentos assim que a sobretensão se propagar pela sua instalação.

Este artigo se especializa na visão geral técnica abrangente – como as normas IEC 60060-1 e IEC 60664-1 definem as tensões suportáveis ​​a impulsos para testes de isolamento, como a IEC especifica as categorias de sobretensão e a forma de onda de teste correlacionada, o que diferencia o teste de impulso atmosférico do teste de impulso de manobra e como um circuito Marx gera uma forma de onda de impulso. Destacamos as causas recentes de falhas em produtos elétricos e os procedimentos modernos de um laboratório que utiliza a norma IEC 60060-1, edição de 2025.

O que é a tensão de impulso nominal suportável (Uimp)?

De acordo com a norma IEC 60664-1 e certos protocolos de equipamentos de manobra, a tensão nominal de impulso suportável (Uimp) é equivalente ao valor de pico de um impulso de tensão alvo, de forma e polaridade prescritas, que um equipamento deveria ter aplicado sem que o isolamento falhasse, quando testado segundo métodos específicos. Quatro palavras nessa formulação transmitem a maior parte das implicações: pico e forma prescrita.

O termo "pico" indica que Uimp é dado em quilovolts de pico (kVp, não RMS), e não em tensão RMS. Um impulso de 8 kV significa que o componente elétrico deve suportar um pico instantâneo de 8000 volts – abreviado e descrito dessa forma, e não em termos de tensão RMS média. A diferença é esclarecedora ao se citar a tensão de impulso suportável em comparação com a tensão de operação (Ue) ou a tensão de isolamento (Ui), ambas especificadas em RMS.

A forma prescrita refere-se à forma de onda do impulso de raio (IEC 60060-2) especificada em 1.2 microssegundos/subida a 1.2 kV microssegundos/descida, conforme a forma de onda para o teste. Já a forma de onda do impulso padrão IEC refere-se a cinquenta microssegundos/descida até a metade da forma de onda total do impulso.

Por que a tensão de operação da Uimp está muito acima da tensão operacional?

Uimp não é a tensão na qual o equipamento opera normalmente. Sobretensões transitórias causadas por raios e transientes de manobra ocorrem no pico do sistema, de 1 μs a alguns milissegundos abaixo. Elas atingem picos bem acima da tensão nominal do sistema. Um circuito de 230 V sujeito a uma descarga atmosférica próxima pode sofrer um pico transitório de 4 kV ou mais nos terminais do quadro de distribuição — quase 18 vezes a tensão nominal. O isolamento de operação normal, dimensionado para 230 V mais margem de segurança, não é projetado para absorver essa tensão instantânea.

A hierarquia de classificação de tensão da IEC deixa isso explícito:

• Ue (tensão operacional nominal) - a tensão normal do sistema, por exemplo, 400 V. Essa é a tensão na qual o equipamento executa sua função de comutação nominal.
• Ui (tensão de isolamento nominal) é a tensão de referência dielétrica CA sustentada, por exemplo, 690 V. Esta é a tensão máxima que o equipamento foi projetado para suportar (uma tensão de referência para testes de resistência). É a tensão de teste aplicada durante o teste dielétrico de frequência industrial de 60 segundos.
• Uimp (tensão de impulso nominal suportável) - o pico transitório que o equipamento deve suportar, por exemplo, 8 kV. Isso é validado pelo teste de resistência a impulsos de 1.2/50 μs.

A ordem de grandeza entre Ui e Uimp não é acidental. A resistência a impulsos refere-se à capacidade de suportar a folga – o espaço de ar – e não à capacidade de suportar a espessura do isolamento. 3 mm de ar que podem suportar 690 V CA indefinidamente podem sofrer um curto-circuito com um pico de 4,000 V se a geometria do espaço não tiver sido projetada para impulsos. Uimp descreve a tensão transitória que a geometria deve suportar. Ui descreve a tensão sustentada que o isolamento sólido deve suportar. Nenhum substitui o outro.

Coordenação do isolamento — utilizando o Uimp que corresponde à exposição transitória do local da construção, conforme a norma IEC 60664-1 para equipamentos de baixa tensão e a IEC 60071-1 para sistemas de transmissão. Ambas as normas relacionam o nível de exposição da instalação ao Uimp necessário e, em seguida, verificam-no por meio do teste clássico de tensão suportável por impulso, conforme a norma IEC 60060-1.

IEC vs IEEE: Uimp, BIL e as normas que regem os testes de impulso

Em projetos internacionais, encontram-se dois termos para o mesmo fenômeno: U_imp nas normas IEC e BIL (Nível Básico de Impulso) nas normas IEEE/América do Norte. Ambos medem a capacidade de um dispositivo suportar, disparo após disparo, um impulso de raio definido de 1.2/50 μs. Os princípios físicos fundamentais são os mesmos; as diferenças residem nos procedimentos de teste e na correção atmosférica.

A diferença na temperatura de referência do ar (20 °C para IEC vs. 30 °C para IEEE) tem efeitos práticos reais. Os fatores de correção atmosférica ajustam a tensão de teste aplicada às condições padrão quando a temperatura, a pressão ou a umidade do laboratório são diferentes da referência. Equipamentos validados com referência de 20 °C podem apresentar fatores de correção ligeiramente diferentes a 30 °C. Isso é uma fonte de discrepância aparente na aquisição de componentes em diferentes regiões de normas. Em projetos internacionais, confirme qual norma se aplica e certifique-se de que os relatórios de ensaio de tipo gerados utilizaram a referência correta.

Hierarquia das normas IEC para tensão suportável a impulsos

O panorama do U imp é definido por três normas IEC, cada uma abrangendo uma camada diferente do sistema:

• IEC 60664-1 (2020, Ed. 3) - Coordenação de isolamento para equipamentos em sistemas de baixa tensão até 1.000 V CA / 1500 V CC. Contém as tabelas de categorias de sobretensão que relacionam a tensão do sistema e a posição de instalação com o U imp necessário. Esta é a norma que o projetista do equipamento consulta ao escolher o U imp para um disjuntor de caixa moldada (MCCB), bloco de terminais ou contator.
• IEC 60060-1 (2025, Ed. 4) – Técnicas de ensaio de alta tensão, Parte 1. Documenta a forma de onda de 1.2/50 μs, as tolerâncias e os fatores de correção atmosférica. Estabelece os critérios de aprovação/reprovação para ensaios de resistência a impulsos em laboratório. A quarta edição, de 2025, amplia o escopo para equipamentos de ultra-alta tensão e adiciona explicitamente técnicas de avaliação de forma de onda digital. Este é o documento que um laboratório de ensaios consultaria ao estabelecer o procedimento de ensaio.
• IEC 62271-100 (2021) – Disjuntores CA. Define as tensões nominais de resistência a impulsos atmosféricos exigidas e recomendadas. Para equipamentos com tensão superior a aproximadamente 72.5 kV, são necessários testes de impulso de manobra homologados, além dos testes de impulso atmosférico.

Para visualizar uma seção detalhada sobre a resistência a impulsos de raios em relação aos equipamentos de alta tensão da DEMIKS, consulte: Uma Introdução à Tensão de Resistência a Impulsos de Raios.

Categorias de sobretensão e valores Uimp por tensão do sistema

A norma IEC 60664-1 classifica instalações de baixa tensão em quatro categorias de sobretensão (OVC I-IV) com base na localização do equipamento em relação ao ponto de entrada de energia. Equipamentos mais próximos da fonte recebem maior energia transitória proveniente de descargas atmosféricas e manobras de manobra, sendo, portanto, especificados com um Uimp mais elevado. Em instalações seguras e localizadas em áreas profundas, a tensão surge após estágios de atenuação, como impedância de cabos e dispositivos de proteção contra surtos.

Para-raios e a Parte 2 – Dispositivos de proteção contra surtos (DPS) – geralmente exigem até 8 kV Uimp para garantir uma margem de segurança adequada e compensar variações entre fornecedores. Essa margem é especialmente importante em painéis de distribuição, onde a segurança dos equipamentos é transferida para um dispositivo de distribuição, e um único painel de distribuição geralmente alimenta um número muito maior de cargas dispersas a jusante do que um sistema OVC IV equivalente.

Requisitos de Uimp de média tensão (IEC 62271-100)

Para painéis de distribuição principais e alimentadores principais de transformadores, disjuntores de caixa moldada (MCCBs) e painéis de média tensão podem ser especificados com tensão de isolamento implícita (Uimp) de 10 a 12 kV. A especificação de um MCCB de grau industrial é geralmente aceita, visto que a faixa de alta tensão, com Uimp de 8 kV ou mais, é tradicional – ultrapassando o mínimo de 4 kV para equipamentos OVC III.

Para painéis de distribuição e disjuntores a partir de 1 kV, a norma IEC 62271-100 especifica a tensão suportável ao impulso atmosférico (LIWV) exigida em função da tensão nominal Ur. Os valores são baseados em muitos anos de dados de campo e estatísticas de falhas, com cada categoria de tensão apresentando limites inferiores e superiores:

Para equipamentos de manobra de 11 kV (a classe de tensão nominal Ur=12 kV, comum nas redes de distribuição do Reino Unido e da Commonwealth), o requisito LIWV é de 75 kV. Isso significa que os equipamentos com tensão nominal de 12 kV devem passar por um teste de impulso de pico de 75 kV. Para esse teste, um disjuntor deve ser capaz de suportar um único impulso de manobra ou de descarga atmosférica com uma intensidade superior a seis vezes a sua tensão nominal. Tensões mais altas exigem uma relação de tolerância maior, visto que distâncias de segurança fisicamente maiores permitem suportar melhor os surtos.

Impulso de relâmpago versus impulso de comutação: duas formas de onda, um objetivo

Além do teste de impulso, a presença de descarga parcial A atividade durante os testes de tipo é geralmente verificada para determinar se os testes de impulso identificaram tensões de isolamento abaixo do ponto de ruptura.

A norma IEC 60060-1 utiliza duas formas de onda semelhantes. Cada uma representa um processo físico diferente no sistema de energia e aplica-se a diferentes categorias de equipamentos. É um erro de especificação selecionar a forma de onda padrão que não se aplica aos requisitos do teste.

O modelo de forma de onda de Impulso Relâmpago (LI) simula a forma elétrica de uma sobretensão originada por um raio: uma rápida subida até um degrau de tensão, seguida por uma longa cauda descendente. Essa forma de onda padrão é documentada como 1.2/50 μs. Considerando o tempo de frente de onda T1 = 1.2 μs (30%), a medição real da frente de onda pode variar de 0.84 μs a 1.56 μs e ainda assim ser aprovada no teste. O tempo T2 = 50 μs (20%) para atingir metade da tensão significa que um tempo real de 40 a 60 μs ainda é aprovado. Esses testes são exigidos para praticamente todos os itens de alta tensão, desde painéis de distribuição a vácuo de 400 V até buchas de transformadores de 765 kV.

O impulso de manobra (SI) reproduz eventos transitórios de sobretensão resultantes de manobras na rede elétrica: energização de uma longa linha de transmissão, interrupção de um banco de capacitores ou abertura de um disjuntor de alta tensão sob carga. Todos esses eventos produzem um pico com atraso mais lento e duração mais longa em comparação com o impulso transitório rápido de um raio. A forma de onda típica para o impulso de manobra é de 250/2500 μs – tempo de frente de 250 μs (20%), tempo até a metade do valor de 2,500 μs (60%). Como os transientes de manobra podem variar muito, faixas de tolerância mais amplas são usadas para a forma de onda do impulso de manobra.

Acima de aproximadamente 72.5 kV de tensão nominal, a norma IEC 62271-100 exige, em geral, o uso de testes de resistência a impulsos de raio e de manobra. Isso parece contraditório: a tensão de ruptura excede o impulso de raio para grandes entreferros externos (linhas aéreas, isoladores de postes de superfície externa, longos percursos de fuga em equipamentos externos) quando sujeitos ao impulso de manobra de subida mais lenta. Isso explica por que grandes entreferros – onde a propagação da descarga leva tempo para se desenvolver completamente – apresentam uma tensão de ruptura menor sob impulso de manobra mais lento do que sob impulso de raio. A forma de onda 2 de 250/2500 μs funciona para este teste porque simula o tempo necessário para o processo de transição completo – enquanto a forma de onda 2 de 1.2/50 μs não o faz.

Como funciona o teste de tensão suportável por impulso: passo a passo

De acordo com a norma IEC 60060-1, o teste de tensão suportável de impulso – se realizado corretamente – requer a combinação de todos os detalhes do teste de comprovação: confirmação da forma de onda, correção atmosférica e verificação da validade da sequência de disparos.

Fase 1: Preparação para o teste

1. Calibre o sistema de medição. O sistema de medição digital e o divisor de tensão devem ser verificados quanto à precisão e recalibrados de acordo com os requisitos da norma IEC 60060-2 antes de cada teste. Equipamentos fora da tolerância podem mascarar falhas ou causar rejeições indesejadas.
2. Correção atmosférica. A norma IEC 60060-1 exige o registro de temperatura, pressão e umidade absoluta antes de cada sessão de teste. Com base na taxa de correção atmosférica k, a tensão Uimp programada – multiplicada por k de acordo com os métodos da norma IEC 60060-2 – pode ser maior que a tensão real utilizada para efetuar os disparos. O resultado pode ser uma diferença de vários pontos percentuais, especialmente em testes realizados em grandes altitudes ou em condições de alta umidade.
3. Verifique a amostra. Procure por contaminação superficial, umidade e danos mecânicos. Resultados de amostras contaminadas não refletem com precisão a capacidade de resistência a impulsos do equipamento e estão sujeitos a rejeição.
4. Realize a verificação da forma de onda com tensão reduzida. Aplique um impulso de 50 a 75% da Uimp pretendida à amostra e registre os pontos T1 e T2 da forma de onda (IEC 60060-1). Confirme se T1 está dentro de (1.2 μs ± 30%) e T2 está dentro de (50 μs ± 20%) do valor esperado para a norma IEC 60060-1. Após a confirmação da forma de onda com tensão reduzida, aumente para o nível máximo para os impulsos subsequentes.

Fase 2: A sequência de testes de resistência

O protocolo de teste básico aplica uma série de disparos de impulso no Uimp designado:

• Número de disparos: A faixa típica de resistência a impulsos é normalmente de 15 disparos por polaridade para testes de tipo, de acordo com as instruções da norma do produto. Geralmente, testes de rotina com tensões mais baixas aplicam menos disparos para garantir a consistência do produto sem a necessidade de repetir todo o protocolo de teste de tipo.
• Sequência de polaridade: Impulsos positivos e negativos são aplicados. Algumas geometrias de isolamento são afetadas de forma diferente pela polaridade: para um sistema de eletrodos assimétricos que suporta impulsos positivos de 75 kV, os impulsos negativos podem causar um arco voltaico em uma tensão mais baixa.
• Intervalo entre disparos: Um intervalo de pelo menos 1 segundo entre os disparos. Isso ocorre porque a ionização transitória no espaço de ar terá diminuído devido ao decaimento até esse momento.
• Critérios de avaliação: Carga disruptiva única, flashover ou perfuração, pode ocasionar uma falha no teste, o que define o lançamento. Toda degradação de isolamento deve ser considerada como uma degradação de teste.

Teste de impulso de onda interrompida

Além dos testes de onda completa especificados, algumas normas de produto (mais comumente a IEC 60076-4 para transformadores de potência e uma variedade de protocolos IEEE BIL) também exigem um teste de onda interrompida. A onda sobe até um nível de sobretensão predeterminado (geralmente cerca de 1.1 a 1.15 vezes o pico da onda completa), antes que um centelhador "interrompa" a onda, colapsando a tensão repentinamente durante um período de 2 a 6 μs. A forma de onda interrompida impõe um padrão de tensão distinto no isolamento do enrolamento, que às vezes tende a identificar áreas frágeis menos óbvias na forma de onda completa.

Inspeção entre espiras do desempenho de isolamento em enrolamentos de motores e transformadores, DEMIKS testador de tensão de resistência ao impacto entre espiras Introduz um impulso especial para revelar danos no isolamento entre espiras mais cedo durante o teste do enrolamento. Funciona com todo o teste de resistência a impulsos do equipamento em geral.

Por dentro do gerador de tensão de impulso: do circuito Marx à medição

É impossível produzir diretamente uma forma de onda de 1.2/50 μs com tensões de teste de 40 kV a 7200 kV a partir de uma única fonte de alimentação de alta tensão, independentemente da topologia do circuito. A solução – que remonta à invenção, em 1923, por Erwin Marx, da topologia de circuito que ainda domina o projeto convencional de geradores de tensão de impulso – consiste em carregar vários capacitores em paralelo e, em seguida, descarregá-los em série por meio de uma cascata de centelhadores.

Como funciona o circuito de Marx

Um circuito Marx é formado por n estágios idênticos. Cada estágio possui um capacitor C, um resistor para carga e um centelhador. A fonte de corrente contínua de alta tensão carrega todos os capacitores simultaneamente até uma tensão Vc durante a fase de carga.

Nos circuitos com resistores, todos os seus componentes são mantidos em paralelo, enquanto os estágios são separados.

Quando a faísca inicial é acionada, inicia-se uma reação em cadeia instantânea; a tensão no primeiro capacitor soma-se à carga pré-existente no segundo, gerando 2Vc no segundo centelhador. Isso causa um curto-circuito no centelhador e um fluxo de elétrons, à medida que o terceiro capacitor recebe 3Vc. Essa cascata se propaga por todos os n estágios em nanossegundos, e os capacitores se combinam em série, resultando em uma tensão de saída de nVc.

Modelagem de forma de onda: resistores de entrada e de cauda

O formato de 1.2/50 μs é determinado por duas redes RC fora do banco Marx:

• O resistor frontal (Rf) é o resistor entre o gerador e o objeto de teste. Este elemento do circuito é responsável por controlar o tempo de subida (T1). Aumentar o valor de Rf torna a subida mais lenta; diminuir o valor de Rf torna-a mais íngreme.
• Resistor de cauda (Rt) – conectado em paralelo com o objeto de teste. Define o tempo de decaimento (T2). Quanto maior o valor de Rt, maior o tempo gasto no decaimento.

O fabricante do gerador escolhe os valores de Rf e Rt para obter a forma de onda desejada dentro das faixas de tolerância da norma IEC 60060-1. Variações na capacitância do objeto de teste, como por exemplo, testar um pequeno trecho de cabo em vez de testar um bujão de transformador grande, resultarão em uma forma de onda efetiva diferente. Portanto, os resistores de entrada/saída podem precisar de ajustes finos para permanecerem dentro das faixas de tolerância.

A cadeia de medição

A medição de uma falha de cem quilovolts, com duração de microssegundos, requer uma cadeia de medição dedicada, composta por três componentes essenciais:

1. Divisor de impulso de alta tensão – divide a tensão de impulso de acordo com uma proporção determinada com precisão, como 1000:1 ou superior, de forma que o instrumento de medição receba um sinal em uma escala aceitável. DEMIKS Divisores de tensão CA/CC Estão disponíveis nas proporções e precisões especificadas para a norma IEC 60060-2. Se houver largura de banda suficiente, o divisor reproduz a frente de onda do impulso com precisão (por exemplo, tempo de frente de 1.2 μs).
2. Cabo coaxial de baixa perda – transmite o sinal equalizado da saída do divisor para o instrumento de gravação sem distorção da forma de onda. O comprimento e a impedância do cabo são compatíveis com a impedância da saída do divisor.
3. O gravador de impulsos digital captura formas de onda com resolução temporal de nanossegundos para gravação e posterior análise. A norma IEEE Std 1122-2024 define a largura de banda, a taxa de amostragem e a precisão geral que um gravador de impulsos deve utilizar para que os resultados das medições sejam considerados confiáveis ​​em relatórios de teste.

A combinação de um divisor de tensão calibrado e um registrador digital de alta largura de banda substituiu, na era digital, o voltímetro analógico como sistema padrão para sistemas de medição de impulsos, conforme a norma IEC 60060-1:2025. O registro da atividade de ionização por efeito corona, juntamente com a forma de onda principal, fornece informações adicionais sobre a atividade pré-descarga disruptiva.

Rigidez dielétrica versus resistência ao impulso: qual teste comprova o quê?

Tanto o teste de rigidez dielétrica (hipot) quanto o teste de resistência ao impulso avaliam a qualidade isolante de um sistema de isolamento, mas aplicam condições de estresse de maneiras diferentes, identificando, assim, falhas distintas. Confundir os dois resulta em projetos de equipamentos com desempenho abaixo do ideal em um ou em ambos os testes; o conhecimento aprofundado da aplicação de cada teste, por sua vez, orientará as especificações do projeto e determinará se um ou ambos os testes são críticos.

Por que passar em um teste não significa passar no outro?

A tensão de teste de rigidez dielétrica é significativamente semelhante em magnitude, para equipamentos de baixa tensão (aproximadamente 2Ui + 1,000 V, IEC 60947-1), ao valor Uimp do mesmo equipamento. Por exemplo, para um disjuntor de caixa moldada (MCCB) de 690 V com classificação Ui, o teste de rigidez dielétrica é de aproximadamente 2,380 V CA; muito inferior aos 8,000 V de pico Uimp. A variação da tensão significa que os dois testes avaliam aspectos completamente diferentes do desempenho do isolamento; um testa o isolamento em massa contra uma tensão lenta e crescente; o outro testa a geometria de isolamento do alvo durante uma sobretensão instantânea.

O simples fato de um equipamento com determinada folga de ar passar em um teste dielétrico de 60 segundos não significa que ele será aprovado se submetido a um impulso de curto-circuito (Uimp) da mesma magnitude, mesmo que o sistema de isolamento seja o mesmo. Por outro lado, um equipamento com folga generosa para testes de Uimp pode não ser aprovado no teste dielétrico de frequência industrial se estiver contaminado de uma forma que não afete a descarga disruptiva por impulso de curto-circuito; ambos os testes são necessários para determinar a resistência com segurança.

Ideal para testes dielétricos Durante a linha de produção ou o comissionamento em campo, os dispositivos de resistência à tensão de frequência de potência da DEMIKS suportam todos os testes de alta tensão de rotina, desde a fabricação até o comissionamento. Se valores elevados de resistência de isolamento fazem parte dos seus testes dielétricos, consulte nosso guia: Entendendo os Testadores de Resistência de Isolamento.

O que realmente causa falhas nos testes de impulso — e como interpretá-las

Uma falha em um teste de impulso não é apenas um dado de aprovação/reprovação – é um sinal de diagnóstico. Conhecer os quatro padrões típicos de falha em testes de impulso em laboratórios e investigações de campo transforma uma amostra rejeitada em informações valiosas para o projeto.

Modo de falha 1: Descarga disruptiva superficial

A descarga superficial é a falha mais comum no teste de impulso. Em vez de romper a maior parte do isolamento sólido, a tensão segue o caminho de menor resistência pela superfície — ao longo de um bujão, sobre uma placa de circuito impresso ou ao redor da distância de fuga do isolador. O arco resultante se extingue quando o impulso se dissipa, deixando um rastro de carbono na superfície.

Três causas principais podem resultar em descargas superficiais: distância de fuga insuficiente para o grau de contaminação e nível de tensão; contaminação da superfície por poeira condutora ou película de água; ou uma característica geométrica que concentra o campo elétrico ao longo de uma determinada borda ou canto do isolador. Aumentar a distância de fuga, aplicar um revestimento conformal ou modificar a geometria do eletrodo resolverá a maioria das falhas por descargas superficiais sem remover o material isolante do componente.

Modo de falha 2: Perfuração do isolamento em massa

A perfuração ocorre quando a tensão de impulso atravessa a maior parte do material isolante sólido, formando um canal condutor permanente. Ao contrário da descarga superficial, a perfuração é irreparável. O corpo de prova é destruído e não pode ser devolvido ao serviço. Falhas por perfuração em tensões de impulso suportáveis ​​iguais ou inferiores à nominal indicam que o projeto não atende à sua especificação publicada – seja porque a espessura do isolamento é inadequada ou porque o material contém imperfeições de fabricação, como vazios, inclusões ou delaminações.

Uma falha de perfuração ao final de um teste de impulso indica uma falha de projeto, não um defeito de fabricação. O projeto do equipamento deve ser revisado antes que os testes de certificação possam prosseguir.

Modo de falha 3: Descarga parcial progressiva (degradação sub-flashover)

Vazios internos de baixa energia, bordas de eletrodos de descarga ou interfaces entre isolantes não produzem um arco voltaico imediato. Em vez disso, ocorre dano progressivo devido à repetição do processo. descarga parcial A atividade resultante de múltiplos impulsos ascendentes fragiliza gradualmente o isolante. Os equipamentos podem passar no teste de resistência a impulsos na primeira aplicação, mas os efeitos a longo prazo da descarga parcial no isolamento resistivo produzirão deterioração progressiva após uso prolongado – especialmente em instalações com transientes de comutação frequentes que repetidamente estressam o isolamento em níveis abaixo do limiar de ruptura por impulso.

Uma análise realizada pela CIGRE concluiu que bem mais de 20% das falhas de disjuntores em tensões de serviço estão relacionadas ao isolamento. Muitas delas são devidas ao dano cumulativo causado por descargas parciais, e não a uma única ruptura que o teste de resistência a impulsos teria detectado. Em curto prazo, as falhas podem ser causadas por descargas parciais. teste de descarga parcial Em paralelo com os testes de impulso durante os testes de tipo, serão identificados os potenciais modos de falha por descarga parcial e seus precursores antes da data de publicação – um nível de conhecimento que o critério de aprovação/reprovação por si só não consegue fornecer.

Modo de Falha 4: Confusão entre Teste de Tipo e Teste de Rotina

Outro mecanismo de falha é um erro de aquisição, em vez de uma falha física propriamente dita – mas as consequências em campo podem ser igualmente custosas. O valor Uimp em qualquer ficha técnica de equipamento é derivado de um teste de tipo realizado em amostras do projeto por um laboratório credenciado. Os testes de produção normais, geralmente realizados em todos os dispositivos, verificam a qualidade da fabricação usando uma tensão mais baixa e uma duração de teste mais curta. É errado aceitar apenas um relatório de teste de rotina como prova do valor Uimp comprovado do equipamento: os testes de rotina demonstram a uniformidade da produção dentro da fábrica; somente o teste de tipo demonstra o verdadeiro valor de resistência a impulsos do projeto.

Posteriormente, descobriu-se que falhas em campo após descargas atmosféricas tinham origem em equipamentos nos quais apenas o relatório de teste de rotina foi examinado no momento da aquisição, e onde tal item havia sido instalado em uma categoria de sobretensão para a qual estava subespecificado em termos de Uimp – não por acidente por parte do fabricante original, mas porque a especificação de aquisição não diferenciou entre dois níveis de teste.

O futuro dos ensaios de impulso: IEC 60060-1:2025 e suas mudanças

A tecnologia de testes de impulso está em constante evolução. A quarta edição da norma IEC 60060-1, prevista para 2025, e uma nova norma IEEE para registradores digitais já incorporaram as mudanças tangíveis que agora são evidentes nos principais laboratórios de teste.

IEC 60060-1:2025 (4ª edição) — Três mudanças que vale a pena conhecer

• Atendeu à necessidade de aplicações na faixa de ultra-alta tensão (UAT). A 4ª edição visa especificamente equipamentos usados ​​acima de 1,000 kV CA ou 1,500 kV CC – uma categoria que está surgindo rapidamente nos gigantescos novos corredores de transmissão UAT que proliferam pela Ásia e Oriente Médio, e onde as normas IEC anteriormente forneciam não um método de teste, mas sim conforto para a realização dos testes. Os laboratórios da Impulse que atendem fabricantes de equipamentos UAT agora possuem procedimentos formais, em vez de terem que chegar a compromissos específicos para cada projeto.
• A nova edição atualiza os procedimentos de verificação da forma de onda. Nos níveis de tensão mais elevados, a carga capacitiva muito alta dentro do objeto de teste pode distorcer o sinal. tensão do gerador A forma de onda, que interfere nos cálculos dos parâmetros a serem medidos, é detalhada na nova edição. Laboratórios de transformadores de potência que trabalham com objetos de teste de grandes dimensões desenvolveram uma solução alternativa na 3ª edição, e a nova edição cataloga essa prática.
• A inclusão de um anexo formal para análise de formas de onda digitais. A 4ª edição adiciona uma estrutura dedicada de análise de formas de onda baseada em software para complementar os métodos de cálculo manual do Anexo C da 3ª edição. Isso reconhece formalmente que a comparação digital – onde as formas de onda em tensão reduzida e total são comparadas automaticamente – agora é o método de análise padrão, e não uma abordagem suplementar.

IEEE Std 1122-2024 — Barreira Mínima para Gravadores Digitais

Juntamente com a atualização da IEC, o IEEE publicou a norma Std 1122-2024, que especifica os parâmetros operacionais – largura de banda mínima, taxa de amostragem, faixa dinâmica e precisão – exigidos de registradores digitais usados ​​para medições de tensão e corrente de impulso. Essa norma é útil porque nem todos os osciloscópios digitais possuem largura de banda ou precisão suficientes para lidar com o tempo de resposta de 1.2 ms especificado pela IEC 60060-1. Agora, laboratórios de teste e compradores podem consultar diretamente a norma IEEE Std 1122-2024 ao solicitar ou avaliar registradores digitais para trabalhos com impulsos, em vez de se basearem em especificações genéricas de largura de banda que podem não ser adequadas para esse tipo de medição.

Automação e testes de impulso no local

Duas tendências de longo prazo que estão influenciando a implementação comum dos testes de impulso são:

• As plataformas de teste automatizadas incorporam o controle do gerador de impulsos, a captura da forma de onda, o cálculo do fator de correção climática, a decisão de aprovação/reprovação e a criação de relatórios de teste em um único pacote de software. Isso minimiza o erro humano na sequência de disparos, acelera a produção de testes de grande volume e cria um relatório padronizado que atende aos requisitos de documentação da norma IEC 60060-1, sem a necessidade de transcrição manual.
• O teste de impulsos atmosféricos portáteis em campo de equipamentos de redes de distribuição é viável, visto que geradores Marx em miniatura, na faixa de 100 a 500 kV, podem ser implantados em campo. Investigações recentes sobre testes de impulsos atmosféricos em campo de equipamentos de manobra de distribuição mostram que o processo de calibração dos equipamentos de teste não pode ser realizado na fábrica do fabricante, mas pode ser conduzido no local, com calibração e qualidade de teste de fábrica, para equipamentos que não podem ser transportados para um laboratório central. Essa informação é de grande relevância para os clientes da DEMIKS, que prestam serviços a operadores de redes de distribuição.

Perguntas frequentes sobre a tensão de impulso nominal suportável