PT99550A - Processo e aparelho para o ensaio de cabos electricos - Google Patents

Description

Descrição referente a patente de invenção de BICC Public Limited Company, britânica, industrial e comercial, com sede em Devonshire House, Mayfair Place, London, W1X 4FH, Inglaterra, (inventores: Keith Julian e Robert Nigel Hampton, residentes na Gra-Bretanha), para "PROCESSO E APARELHO PARA 0 ENSAIO DE CABOS ELÊCTRICOS"

DESCRIÇÃO A presente invenção refere-se a um processo e a um aparelho para ensaiar cabos eléctricos (incluindo modelos e amostras dos mesmos). Ê sabido que os cabos de alta tensão isolados com polimeros sao susceptiveis, pelo menos em certos casos, de uma deterioração lenta em serviço, pelo menos em condiçoes que nao sejam de secura perfeita (e em especial quando expostos a água líquida impura) devido à formaçao de "árvores de água". Designam-se assim pequenas cavidades no isolamento, usualmente ramificadas, com uma configuração de árvores, que podem encher-se de água. Tais cavidades são aqui designadas por "árvores de água", quer tenha sido ou nao a água que contribuiu para a sua informação. Uma vez formadas, as árvores de água inevitavelmente crescem através do isolamento ate, eventualmente, o dieléctrico remanescente ter uma espessura insuficiente para suportar a tensão de serviço, verificando a disrupçao electrica • Quando se verificar a disrupçao, ela destrói a evidência da sua causa e, como e imprevisível a posição na qual pode formar-se uma árvore de água, é difícil a sua detecçao. 1

Em alguns regimes de ensaio mandrilam-se pequenos furos, em peças em ensaio, para iniciar a formaçao de arvores de agua em posiçoes predizíveis, mas como o mecanismo do início da árvore é incerto, nao há qualquer certeza de que os resultados reflictam o que aconteceria num cabo intacto. Noutros regimes de ensaio, a formaçao de árvores de água é observada expondo amostras de cabo à solicitação de uma tensão antes de se observar a disrupçao, seccionando toda a amostra para um exame microscópico. Se o cabo se comporta bem, podem consumir-se grandes quantidades de tempo, trabalho e materiais antes se se observar qualquer árvore de água, enquanto as amostras que foram examinadas nao podem ser expostas durante um tempo suplementar, mesmo que nao se observem quaisquer árvores de água. Um outro regime de ensaio possivel implica a exposição de um cabo a uma tensão até se verificar a disrupçao e depois seccionar e examinar o local onde se deu a disrupção; mas esta técnica raramente demonstra a presença de árvores de água. A presente invenção proporciona uma técnica nao destrutiva por meio da qual pode ensaiar-se um cabo, uma amostra cortada de um cabo ou um modelo que representa o cabo, para determinar se estão ou nao presentes árvores de água. Se nao estiverem, o ensaio pode ser repetido na mesma amostra depois de decorrido um intervalo de tempo apropriado, com a mesma tensão de exposição ou outra mais elevada; e se elas estiverem presentes, pode acompanhar-se o seu progresso. 0 processo segundo a presente invenção compreende o acoplamento de um detector acústica a um troço de cabo, a um modelo ou uma amostra a ensaiar e observar sinais acústico na presença de uma tensão eléctrica alternada aplicada, para criar um risco de formaçao de árvores de agua, sendo a presença de árvores de água indicada pela ocorrência, repetida aperiodicamente, sob a referida solicitação electrica de oscilaçao acústicas amortecidas (de aqui em diante designadas por "sinais acústicos de resposta").

Os sinais acústicos podem ser obser- 2

J vados num larga faixa de frequências; foram detectados numa faixa de 20 KHz a 2 MHz e crê-se que esta faixa poderia ainda alargar-se, se se dispusesse de equipamento de detecçao apropriado. Em particular, pode obter-se uma boa discriminação na faixa de 30 KHz a 1 MHz. Quer a frequência principal, quer a faixa de frequências de sinais acústicos de resposta parece variarem com as dimensões e/ou outras caracteristicas de arvores de água presentes, também para o mesmo material, sendo portanto desejável observar sinais acústicos numa faixa de frequências mais larga ou, melhor, observar num certo número de faixas de frequências acústicas diferentes. Os sinais podem ser observados numa faixa de frequências larga usando um transdutor piezoeléctrico de faixa larga e a uma frequência relativamente específica, usando um transdutor piezoeléctrico de ressonância. Estes últimos sao mais sensíveis e têm uma maior realaçao sinal/ruído, pelo menos potencialmente. Também, os trandutores de ressonância sao sensíveis numa faixa de frequências significativa, sendo praticável e útil proporcionar observações numa larga faixa contínua de frequências, utilizando uma pluralidade de transdutores de ressonância com faixas de sensibilidade sobrepostas.

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Quando forem utilizados transdutores piezoelectricos de ressonância em condiçoes ideais com amostras pequenas formadas com furos mandrilados para promover a formação de árvores de água a partir do exterior (uma opção viável para a triagem inicial de novos materiais isolantes) pode verificar-se que fenómenos significativos de sianis acústicos de resposta sempre incluem pelo menos alguns picos que excedem a amplitude máxima (do ruído) que se observa geralmente na ausência da tensão eléctrica aplicada especificada, mas por outro lado, nas mesmas condiçoes por vezes com um factor tao grande como 4. Nestas circunstâncias especiais, o volume de dados a analisar pode ser drasticamente e de maneira muito útil reduzido, seleccionando para análise os sinais acústicos observados nos instantes proximos daqueles em que a amplitude exceda um limiar determinado observando primeiramente sinais 3

na ausência da referida tensão eléctrica aplicada para determinar a amplitude máxima dos sinais acústicos geralmente observados sob a referida tensão eléctrica aplicada (mas aliás substancialmente nas mesmas condiçoes) e multiplicando essa amplitude máxima por um factor escolhido, digamos entre 2 e 4, mais ou menos.

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Com níveis de ruído de fundo mais elevados e/ou com amostras maiores e ou amostras sem furos artificiais com probabilidade de formar árvores no interior do isolamento do cabo (longe do ou dos transdutores) e/ou transdutores de faixa larga correntemente disponíveis, os fenómenos de sinais acústicos de resposta podem ter uma amplitude de pico que nao exceda o nível de "ruido” correspondnete, ou exceder o mesmo apenas marginalmente; os referidos fenómenos de sinais acústicos de resposta podem ainda ser indentifiçados por análise da forma de onda (em particular observando a periodicidade de curto prazo dentro dos fenómenos de sinais acústicos de resposta), por meio de volume de dados necessário para serem analisados.

A presente invenção inclui os aparelhos paar ensaiar um cabo eléctrico, um modelo ou uma amostra do mesmo paar pesquisar a presença de árvores de água, que compreendem pelo menos um transdutor acústico, meios para aplicar à amostra ou modelo uma tensão eléctrica suficiente para criar um risco de formaçao de árvores de água e meios para detectar na saida do referido detector acústico a ocorrência de sinais acústicos de resposta. De preferência, o aparelho inclui: a) meios para contar sinais acústicos de resposta e/ou b) meios para armazenar e/ou visualizar ondas acústicas em períodos de tempo seleccionados nos quais os sinais acústicos de resposta tenham sido observados e/ou c) um computador programado para executar automaticamente a análise e a classificação das ondas dos sinais acústicos de resposta observados.

0S amostras de cabos pequenas, ser acoplados directamente modelos de cabo pequenos e as cortadas de cabos reais, podem a um transdutor piezoeléctrico 4

ou outro transdutor acústico, utilizando uma massa lubrificante com uma viscosidade apropriadamente grande (à temperatura do ensaio) de uma maneira conveniente para evitar efeitos de interface. Troços de cabo real (digamos de 1 metro) nao podem ser facilmente acoplados desta maneira, preferindo-se mergulhar a amostra num banho de água ou outro líquido inerte apropriado e acoplar um transdutor acústico ao líquido por via de uma parede do banho ou de um corpo maciço mergulhado no liquido numa sua superfície livre superior. Corpos maciços e vidro de silica e de polimetacrilato de metilo (PMMA) deram bons resultados; em particular, obtiveram-se bons resultados acoplando um transdutor à base de um corpo oco ( uma "barquinha") flutuante na superfície de um banho de água. De preferência, a base de um tal corpo oco tem uma espessura de 0,5 mm, no máximo.

Para ajudar a obter sinais claros, podem ser retiradas camadas do cabo fora da blindagem dielêc-trica, a partir da zona de ensaio; a blindagem dieléctrica pode também ser removida, se se desejar, mas há então a possibilidade do fenomeno da formaçao de árvores observado nao ser o mesmo (ou pode não ser totalmente o mesmo) que ocorreria num cabo intacto.

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De preferência, a tensão eléctrica aplicada a que ficam expostos o troço de cabo, o modelo ou a amostra tem (ou tem aproximadamente) a frequência do sistema de distribuição da energia eléctrica onde o cabo se destina a ser aplicada, em geral 50 ou 60 Hz. Quando se ensaia um troço de cabo, a amplitude da tensão aplicada é de preferência pelo menos da mesma ordem da grandeza da que se encontraria em serviço, podendo obter-se fenómenos de sinais acústicos de resposta mais frequentes utilizando tensões mais elevadas (digamos pelo menos 3,5 vezes maiores); tensões eléctricas significativamente mais baixas sao suficientes quando se ensaiam modelos ou amostras de pequenas dimensões. A tensão eléctrica aplicada pode sê-lo com um valor constante predeterminado, ou pode ser aumentado gradualmente, por passos ou 5

continuamente. Mas é desejável nao reduzir o nível da tensão aplicada durante a observação, visto que mostra a experiência que, enquanto que os sinais acústicos continuam enquanto de tensão aplicada se mantém constante ou aumenta, podem cessar quando se reduz a tensão eléctrica (reaparecendo no entanto depois de parar o descrescimento um instante, ou quando a tensão eléctrica voltar a subir de novo). Em linhas gerais, isso constitui um paralelo com a observação de uma emissão acústica provocada por uma tensão mecânica, caso em que os sinais sao usualmente obtidos quando a tensão está a aumentar ou quando esta a diminuir, mas nao ambas as coisas (efeito de Kaiser).

Em geral, é desejável que a tensão electrica aplicada nao seja suficiente para produzir descarga por efeito de coroa (ou qualquer outro gênero de descarga eléctrica); porém, isto é essencial, pois os sinais acústicos devidos a descarga podem ser discriminados dos sinais acústicos de resposta caracteristicos da actividade de arvores de água, visto serem aperiódicos, não amortecidos e praticamnete contínuos e apresentarem uma amplitude maior para um nivel de tensão eléctrica dado, se esse nível for aproximado por cima em vez de por baixo.

Para alguns materiais isolantes, os resultados obtidos podem variar de maneira significativa com a temperatura a que sao feitas as observações. Quando possível, deve escolher-se uma temperatura â qual o enfraquecimento acústico no material é baixo; em particular, materiais iso.lantes de borracha devem ser observados, se possível, a uma temperatura bem superior as suas temperaturas de transiçao vítrea (por exemplo superiores a 50°C para composiçoes de borracha típicas de etileno/propileno) . 0 polietileno reticulado com peróxidos é melhor observado a temperaturas relativamente baixas (mas, de preferência, nao inferior a 50°C, pois o crescimento das árvores de agua pode ser lento a temperaturas baixas).

Num contexto de produção, a presente 6

invenção proporciona um ensaio de controlo de qualidade simples e relativamente rápido; num contexto de investigação, a análise dos sinais acústicos detectados pode ser usada para fornecer uma visão do mecanismo do crescimento das árvores de água, ou pelo menos para indicar se os mecanismos diferem de caso para caso.

Num contexto de investigação básica, podem recolher-se grandes quantidades de dados rapidamente (por exemplo características de amplitude, de frequência e de enfraquecimento - por exemplo duraçao de impulsos - dos sinais individuais acústicos de resposta e números de fenómenos de sinais acústicos de resposta num ciclo de observações em uma ou mais condiçoes, início da tensão eléctrica aplicada para uma frequência de observações particular); num contexto de controlo de qualidade de produção, pode ser suficiente confirmar a ausência de sinais acústicos de resposta numa única condição predeterminada de ensaio, podendo fazer-se a triagem de materiais isolantes e desenhos considerados para o desenvolvimento de novos tipos de cabos, com base no início da tensão para emissão acústica em condiçoes predeterminadas.

Descreve-se a seguir a presente invenção com mais pormenor, a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. 1, esquematicamente o aparelho segundo a presente invenção; A fig. 2, uma ilustração idealizada da saída do transdutor no aparelho da fig. 1;

As fig. 3 a 6, na forma gráfica, a saída observada durante o ensaio de quatro amostras de cabo pelo processo segundo a presente invenção, de quatro pequenas amostras cortadas de cabos; A fig. 7, um esquema que mostra a aplicaçao do processo segundo a presente invenção a um troço de cabo; A fig. 8, um esquema (correspondente em parte à fig. 7), que mostra um processo modificado usando 7

dois transdutores; e A fig. 9, um esquema que ilustra ainda um processo preferido segundo a presente invenção.

J 0 aparelho da fig. 1 pode ser tratado resumidamente, visto que consiste em duas partes, cada uma das quais e, em si, convencional. A amostra (ou o modelo) (1) a ensaiar é encerrada num invólucro metálico (2), ligado a terra, dentro do qual há um transformador de alta tensão (3) para aplicar a tensão eléctrica necessária ã amostra; este transformador (3) á alimentado com energia a partir do sector (4), através de um estabilizador de tensão (5) e de um "VARIAC" (transformador variável) (6) para ajustar a tensão. Pode proporcionar-se instrumentação habitual (nao representada) .

Acoplado acusticamente a amostra (1) , há um transdutor piezoeléctrico (7) de ressonância, que alimenta a entrada de um preamplificador (8) de baixo ruído e ganho elevado, cuja saída é recolhida (fora do invólucro

J (2) ) para uma unidade de contador (9), que pode ser ajustado, quer relativamente à sensibilidade, quer ao período durante o qual se faz a contagem. 0 sinal amplificado proveniente do transdutor passa também para um registador de fenómeno transitórios (10), que retém uma representação numérica do sinal numa memória electronica durante um curto intervalo de tempo, para permitir que se recolham dados durante um período que começa um pouco antes de ser detectado um fenómeno de disparo. As curvas dos sinais podem ser visualidades num osciloscópio (11) e a unidade de contador e/ou o registador de fenomeno transitórios podem criar registos permanentes em papel ou em fita, ou noutro suporte magnético, utilizando registadores apropriados (12). A fig. 2 representa um sinal de saída tipico que pdoe ser visualizado no osciloscópio (11) quando se ensaiam amostras pequenas nas quais se formam árvores de água na superfície da amostra â qual o transdutor está acoplado (de modo que o sinal acústico nao é enfraquecido 8 da pela passagem através da espessura de material isolante na amostra) em condiçoes nas quais o nível de ruído exterior é baixo; observa-se um ruído acústico contínua aleatório dentro de uma amplitude maxima (21), de maneira continua, quer a tensão eléctrica esteja ou não aplicada. Na presença da tensão eléctrica, no entanto, observa-se adicidnalmente, a intervalos ireegulares, a presença de fenómenos de "sinais acústicos de resposta", estando na figura representados dois desses sinais; estes sao considerados significativos pelo menos se incluirem pelo menos um pico que exceda um nível de limiar (22), que ê estabelecido arbitrariamente como sendo quatro vezes o máximo (21) da amplitude de ruido.

Como se vê neste exemplo, o fenómeno de sinais acústicos de resposta inclui muitas vezes um ou mais picos de dimensão intermédia precedendo o primeiro pico que excede o limiar (22), podendo portanto ser útil em certos casos ter um meio de recuperação da parte do sinal imediatamente antes de um disparo, designadamente a ultrapassagem do limiar (22). A unidade de contador (9) pode contar o número de fenómenos de sinais acústicos de resposta observados, ou o número total de picos desses sinais, ou ambas as coisas, durante qualquer período de tempo apropriado pre-ajustado. Actualmente considera-se conveniente registar contagens em períodos de 10 s, dentro de um tempo de ensaio de 5 minutos, para cada tensão de ensaio.

As fig. 3 a 6 apresentam, sob a forma de um gráfico de colunas "tridimensional", resultados de contagens com base no número de picos detectados para uma serie de quatro amostras pequenas, cortadas de cabos de 11 KV envelhecidos, que se presumia conterem arvores de agua. Fizeram-se observações (em passos de 200 V) desde 2,4 a 4 KV. Notar que a escala "vertical" nao é a mesma para todas as figuras.

Devido à natureza estocástica dos fenómenos de sinais acústicos de resposta, não é praticável 9

bser var quando se verij :ica o limiar de início da tensa u a tensão mais baixa a que se efectua a contagem de qualqu inal acústico de resposta, visto que is; so exigiria uma expos ao indefinidamente longa a cai ia tens ao. Para a fi nalida este ensaio, portanto, difiniu -se art )itrariament :e c > iní c os sinais acústicos de respos^ ta como sendo a tensão ma aixa a qual a contagem desses sinais ultrapassa 50, em pe ) menos um período de 10 s dentro de uma exposição global de 5 minutos. Nesta base, a tensão de início da contagem das amostras 1 a 4, como se vê nos gráficos, sao 2,8, 2,8, 3,6 e 3,0 KV, respectivamente; repetiram-se os ensaios nas amostras 1 a 3, mas nao se amostra 4, proporcionando-se uma segundo estimativa da tensão de início, que foi, respectivamente 2,8, 2,6 e 3,2 KV. Nesta base, a amostra 2 teve a mais baixa tensão de início dos sinais acústicos de resposta, tendo o exame microscópico subsequente mostrado a presença de uma árvore de água com uma dimensão máxima estimada em 0,02 mm; a amostra 1 teve a segunda tensão de inicio mais baixa e verificou-se ter uma árvore de água com uma dimensão máxima de 0,08 mm; a amostra 4 ficou em terceiro lugar e verificou-se ter uma árvore de água com uma dimensão tao grande como 0,22 mm e a amostra 3 teve a tensão mais elevada da tensão de início dos sinais acústicos de resposta e verificou-se ter uma árvore de água com uma dimensão máxima de 0,1 mm. Dadas as incertezas das medições dimensionais e reconhecendo que uma dimensão única, mesmo que seja rigorosa, nao pode caracterizar completamente uma arvore de agua de forma desconhecida e complexa, esta observação demonstra uma relaçao forte, se nao absoluta, entre a tensão de início dos sinais acústicos de resposta e a dimensão da árvore. A fig. 7 representa uma disposição apropriada para a realizaçao de ensaios em troços de cabos, em vez de em amostras pequenas cortadas dos mesmos; uma secção central do cabo e descascada ate a blindagem dielectrica e mergulhada em água (31) num reservatório de vidro suportado num bloco (34) de plástico isolante eléctrico duro. A tensão 10

de ensaio apropriada é aplicada ao condutor do cabo, sendo a agua (31) de preferência ligado â terra, utilizando um eléc-trodo imerso (35). 0 transdutor (7) está acoplado ao fundo do reservatório de vidro (32) e pode ser impelido para o mesmo por espuma flexível e elástica (36) para reduzir o risco de de separação da película de acoplamente. 0 transdutor (7) está ligado ao preamplif icador (8), como já se descreveu em relaçao à fig. 1.

Prepararam-se três troços de núcleo de cabo de energia de polietileno reticulado com silano, cada um com o comprimento de 1 metro, retirando a blindagem dieléc-trica de uma parte central com cerca de 100'mm de comprimento. Na parte central nua do dieléctrico mandrilaram-se dez furos, em cada amostra, afastados de 10 mm, para proporcioanr sítios previsíveis para o crescimento de árvores de água. Uma das amostras foi sujeita a um envelhecimento em água a 16 IV (2,5 Uq, sendo Uq a tensão entre fases, em serviço numa instalaçao trifásica) para 3 000 horas, outra para 1000 horas e a terceira nao foi sujeita a envelhecimento na altura de ensaio. Ensaiou--se cada uma das amostras num certo número de condiçoes diferentes, como se pormenoriza no Apêndice A anexo: aplicou-se cada uma das tensões eléctricas que carregam o cabo, em relaçao à terra,, no condutor central do cabo (indicado por "condutor" na coluna da polaridade no apêndice A) ou também a agua no banho de água ("água"); o banho de água (quando se aplicou a tensão ao condutor) ou o cabo condutor (quando se aplicou a tensão ao banho de água) foram ligados à terra ou deixaram--se flutantes (indicado, respectivamente, por "ligado à terra ou "nao ligado a terra, na coluna "Ligaçao a terra); e o ganho do preamplif icador foi ajustado ou para 80 dB ou para 60 dB. Repetiu-se cada experiência cinco vezes, depois de reduzir a tensão aplicada a 0 V, estando tabulados no Apêndice B, para cada experiência, o número de contagens observadas nos primeiros 60 s, depois do início, a tensão de início e o valor da tensão de início. Estas figuras ilustram as preferências para as condiçoes de ensaio atrás discutidas. 0 corte subse- 11

quente mostrou que as amostras envelhecidas 3 000 horas tinham árvores com um valor médio dos comprimentos máximos de 0,15 mm e as envelhecidas 1 000 horas, árvores com um valor médio dos comprimentos máximos de 0,01 mm; a amostra nao envelhecida foi considerada como não tendo árvores com dimensões mensuráveis, embora os sinais acústicos sugerissem que de facto se tinha iniciado a formaçao de árvores. A disposição da amostra na fig. 8 é genericamente a mesma que na fig. 7, com a fonte de alta tensão (36) ligada ao condutor do troço de cabo.

No líquido do banho mergulharam--se duas barras de vidro (37); a uma delas está acoplado um transdutor de ressonância (38) e â outra um transdutor de banda larga (39); os sinais provenientes destes transdutores sao fornecidos a preamplificadores respectivos (40) e (41). A saída do preamplificador (40) e fornecida a um comparador (42) e comparada com um sinal de entrada preajustado, de modo que muda de estado, e portanto faz operar um disparador (43), quando a amplitude do sinal proveniente do transdutor (38) exceder, digamos, quatro vezes o nível de ruído máximo observado a partir do mesmo quando a fonte e alta tensão (36) está desligada.

J 0 sinal proveniente do preamplificador (41) é convertido na forma digital (se for necessário) por um conversor analógico/digital (44) e fornecido de maneira contínua a um dispositivo de memória (45), por exemplo uma memória de semicondutores FIF0 (primeiro sinal entrado, primeiro sinal saído). Este dispositivo de memória armazena o sinal digital que ele recebe durante uma fracçao de segundo apenas e, na ausência de um sinal proveniente do dispositivo disparador (43), é então descartado. Quando o dispositivo disparador (43) opera, então o sinal de saída proveniente do dispositivo de memória (45) (registando inicialmente fenómenos que têm lugar uma fracçao de segundo antes do fenómeno de disparo) é fornecido a um dispositivo analisador (46) durante um intervalo de tempo preajustado, suficiente para recol- 12 her a tota lidade d que produz iu o si pode (como noutras e sujeito a qualqu ou 0 utra.

Em vez do transdutor de banda larga (39) poderia usar-se um certo número de transdutores de ressonância com frequências de ressonância diferentes; de preferência, as frequências sao escolhidas de modo que as bandas de sensibilidade dos transdutores se sobreponham de modo que o grupo de transdutores, como um todo, seja sensível aos sinais acústicos numa larga banda contínua de frequências. A fig. 9 esquematiza uma maneira apropriada de análise dos dados contendo fenómenos de sinais acústicos detectados, na qual os dados entrados (à esquerda m baixo) sao fornecidos simultaneamente a uma unidade condicionadora de sinais (47) correspondnete a unidade contadora (9) da fig. 1 e a um cartao de aquisiçao de dados (48) inserido numa posição de ampliçao de um computador apropriado (49). Verificou-se serem apropriados um PC IBM ou um computador equivalente, com um processador 386 (ou processador rápido) e um coprocessador matemático e um mínimo de memória RAM de 640 K, equipada com um cartao de aquisiçao de dados de 25 MHz. A unidade condicionadora de sinais (47) fornece sinais de contagem e de controlo ao computador, através de uma interface "RS232" ou GPIB (IEEE488). Os dados de entrada sao primeiramente processados pelos programas do osciloscópio virtual e os fenómenos de sinais acústicos detectados seleccionados registados num ficheiro de curvas, na memória, ou em disco, como for apropriado, sendo depois as curvas armazenadas usadas como entrada para os pr.ogramas de reconhecimento de padrões, dos. quais..foi considerado apropriado um que pode obter-se na Tektrend International INc, com a designação IcePak, versão 3.00. Estes meios de programação definem primeiro tipos de formas de curvas com base em 13

amostras com caracteristicas conhecidas ou com história conhecida e procuram depois adaptar formas de curvas novas as classes assim definidas. A interpretação de pormenor das curvas aguarda um trabalho experimental ulterior.

Foram feitas algumas observações preliminares nas condiçoes de um laboratorio de ensaios de duraçao de cabos na fabrica, utilizando amostras substanciais (comprimento de cerca de 4 m (13 pés)) cortadas de cabos que falharam em ensaios acelarados de duraçao e que se demonstrou depois, por corte, conterem árvores de água. Dado o número limitado de tipos de amostras ensaiadas, os resultados numéricos nao têm utilidade e nao serem apresentados, mas demonstraram-se os pontos seguintes: 1) Nestas condiçoes, nao foi possível estabelecer um limiar de amplitude que distinguisse picos de sinais acústicos detectados de todo o ruído de fundo, mas pode obter-se uma redução dos requisitos de analise de dados pelo estabelecimento de um limiar para o qual apenas os picos de ruído mais elevados geraram sinais de disparo, 2) Nestas condiçoes, a sensibilidade dos transdutores de banda larga disponíveis era inadequada para alguns dos cabos ensaiados e nestes casos o disparo e as observações foram feitas com o mesmo transdutor de ressonância (o uso de um ou mais de um transdutores de ressonância separados para fazer as observações teria sido pereferível, se eles tivessem estado imediatamente disponíveis). 3) Uma vez que estejam presentes árvores de água, o número de contagens de sinais acústicos detectados geralmente aumenta com o tempo de exposição a tensão eléctrica aplicada, podendo observar-se diferenças facilmente a intervalos de tempo da ordem de uma centena de horas. dos sinais acus-de exposição e, sensibilidade do exposição, indi- ticos detectados também em alguns casos, podem transdutor para mascarar 4) As frequências variam com o tempo interactuar com a o efeito do tempo de 14 -

tor de ressonância. 5) Os sinais acústicos detectados médios variam entre diferentes tipos de cabo, supondo-se isso principalmente como uma consequência das propriedades elásticas do material isolante (por exemplo a amplitude máxima dos sinais acústicos de resposta para um cabo particular de polietileno no reticulado com peroxido verificou-se a uma frequência de cerca de 150 KHz, mas para um cabo de polietileno reticulado com silano o pico correspondente foi a cerca de 500 KHz). 6) Os sinais acústicos variam com o nível da tensão eléctrica aplicada a que o cabo fica exposto (tensão de envelhecimento); supoe-se que isso reflecte as diferenças conhecidas nas formas e outras caracteristicas das árvores de água formadas a diferentes níveis de tensão aplicada. 7) A tensão aplicada durante a observação de sinais acústicos está de preferência na faixa de 3 - 4,5 Uq ou, melhor, de 3,5 a 4 Uq.

APÊNDICE A CONCEPÇÃO EXPERIMENTAL Concepção linear com 4 factores 1 factor a 3 níveis 3 factores a 2 níveis

FACTORES NlVEIS

Tempo de envelhe- cimento 0 horas L000 horas 3000 hora Condiçoes de ligação a terra Nao ligaçao a Ligaçao a Polaridade da tensão terra do con- terra da tor água Ganho da unidade de contagem 60 dB 80 dB EXPERIÊNCIA IDADE LIGAÇÃO Â TERRA POLARIDADE GANHO 1 3000 ligado à terra condutor 80 2 3000 ligado à terra condutor 60 3 3000 nao ligado à terra condutor 80 4 3000 nao ligado à terra condutor 60 5 3000 ligado à terra água 80 6 3000 ligado â terra água 60 7 3000 nao ligado a terra agua 80 8 3000 nao ligado à terra água 60 9 1000 ligado a terra condutor 60 10 1000 ligado à terra condutor 60 11 1000 nao ligado â terra condutor 80 12 1000 nao ligado â terra condutor 60 13 1000 ligado à terra água 80 14 1000 ligado à terra água 60 15 1000 nao ligado à terra água 80 16 1000 nao ligado a terra água 60 17 0 ligado à terra condutor 80 18 0 ligado à terra condutor 60 19 0 nao ligado à terra condutor 80 20 0 nao ligado à terra condutor 60 21 0 ligado â terra agua 80 - 16 -

APENDICE A (continuação) EXPERIÊNCIA IDADE LIGAÇÃO Â TERRA POLARIDADE GANHO 22 0 Ligado à terra água 60 23 0 nao ligado à terra água 80 24 0 nao ligado à terra água 60

APENDICE B

CONTAGEM E DADOS DA TENSÃO DE INÍCIO PARA AS EXPERIENCIAS INDICADAS NO APENDICE A

EXPERIENCIA MILHARES DE CONTAGENS NOS TENSÃO DE INÍCIO/KV PRIMEIROS 60 SEGUNDOS (5 REPETIÇÕES) DEPOIS DO INlCIO (5 REPETIÇÕES) 11 4.0 76.0 77.0 47.3 15.5| 00 8.4 8.4 8.2 CO • 00 2 | 0.4 6.2 1.1 8.7 o. 11 8.3 8.5 8.3 8.5 8.2 3 | 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0113.8 13.8 13.8 13.8 13.8 4 | 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0|13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 5 | 41.0 22.1 18.0 18.1 14.11 8.3 8.1 8.1 8.1 8.2 6| 4.1 5.0 3.5 0.9 4.11 8.2 8.3 8.6 8.3 8.5 7 | 0.0 4.1 0.2 2.0 7.2 8.5 8.9 8.5 8.7 8.8 8 | 0.4 6.0 3.0 0.2 o.ol 8.7 8.8 8.8 8.6 8.8 9 | 0.2 0.1 0.1 0.1 0.11 3.8 3.7 3.7 3.8 3.9 io | 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0(13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 111- 0.4 0.1 0.1 0.1 0.11 3.8 3.5 4.1 4.5 4.5 12 | 0.0 0.0 0.0 0.0 00 • co «—Η o • o 13.8 13.8 13.8 13.8 131 0.1 1.6 1.5 1.3 0.5 1 7.9 8.1 8.1 8.1 8.1 14 | 0.1 0.1 0.3 0.6 o.oj 8.7 8.9 9.1 9.2 8.5 15 | 0.1 2.8 0.1 0.2 i. 11 7.8 8.7 8.0 7.9 8.1 161 0.1 0.2 0.3 0.1 o. 11 8.6 8.9 9.0 8.6 8.7 17 | 0.7 0.1 0.3 0.1 o. 11 9.1 8.7 8.8 8.7 8.7 !8| 0.1 0.1 0.0 0.1 o.ol12.4 10.9 10.4 11.0 10.8 19 | 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0113.8 13.8 13.8 13.8 13.8 20 | 0.0 0.0 0.0 0.0 O.Oj13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 211 0.4 0.1 0.1 1.3 0.0 8.1 7.7 8.2 8.4 7.9 - 17 -

APÊNDICE B EXPERIÊNCIA MILHARES PRIMEIROS DEPOIS DO ÇÕES) (continuação) E CONTAGENS NOS 60 SEGUNDOS INÍCIO (5 REPETI- TENSÃO DE INÍCIO/KV (5 REPETIÇÕES) 22 1 0.3 0.2 231 0.4 0.4 24 | 0.0 0.0 0.1 0.3 1.01 8.2 0.0 0.0 0.0|13.8 8.8 8.8 9.2 8.5 8.1 8.0 8.5 8.7 13.8 13.8 13.8 13.8 18

Claims (2)

1. REIVINDICAÇÕES _ ia _ Processo de ensaio nao destrutivo para ensaiar um cabo eléctrico ou um modelo, ou uma amostra do mesmo para detectar a presença de "árvores de água", carac-terizado por compreender o acoplamento de um detector acústico ao cabo, ao modelo ou â amostra, e a observação de sinais acústicos na presença de uma tensão eléctrica alternada suficiente para criar um risco de formaçao de "árvores de água", sendo a presença de "árvores de água" indicada pela ocorrência, repetida aperiodicamente sob a referida tensão eléctrica, de sinais acústicos de toque de campainha.
2. - 2» - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os sinais acústicos serem observados a pelo menos uma frequência na gama dos 20 KHz a 2 MHz. - 3â - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se observarem sinais acústicos e pelo menos uma frequência na gama dos 30 KHz a 1 MHz. _ 4ã _ Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por se observarem sinais acústicos em pelo menos duas gamas de frequências. - 5a - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por se fazerem observações numa faixa contínua extensa de frequências utilizando uma pluralidade de transdutores de ressonância com faixas de sensibilidade sobrepostas. - 6a - das reivindicações 1 Processo de acordo com qualquer 3, caracterizado por se observarem 19

   sinais acústicos numa banda larga de frequências. - 7a - Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a referida tensão eléctrica ser insuficiente para produzir uma descarga por efeito de coroa. - 8a - J Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores de ensaio de um comprimento de cabo, caracterizado por se aplicar a referida tensão eléctrica mergulhando o comprimento de cabo, num banho de liquido e aplicando a tensão (relativamente â terra), ao condutor do comprimento de cabo. - 9â - ) Aparelho para 0 ensaio de um cabo eléctrico, ou de um modelo ou de uma amostra do mesmo, para detectar a presença de "árvores de água", caracterizado por compreender um transdutor acústico, meios para aplicar â amostra ou ao modelo uma tensão eléctrica alternada suficiente para criar 0 risco da formaçao de "árvores de água" e meios para detectar na saída do referido detector acústico a ocorrência de sinais de toque de campainha. - 10a - Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender pelo menos um transdutor acústico piezoelectrico de ressonância. - 11a - Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender uma pluralidade de transdutores acústicos piezoeléctricos de ressonância com gamas de sensibilidade sobrepostas. - 12a - Aparelho de acordo com qualquer 20 das reivindicações 9 a 11, caracterizado por incluir meios para contar sinais de toque de campainha. - 13â - Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações 9 a 12, caracterizado por incluir meios para armazenar e/ou visualizar ondas acústicas em períodos de tempo seleccionados nos quais sao observados sinais de toque de campainha. - 14â - J Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações 9 a 13, caracterizado por incluir um computador, programado para analisar e classificar as ondas dos sinais de toque de campainha. A requerente reivindica a prioridade do pedido de patente britâncio apresentado em 19 de Novembro de 1990, sob o n2. 902 5143.0. Lisboa, 19 de Novembro de 1991, J jUJ 'UUj:

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