Descargas parciais (PD) em cabos MT: o que o VLF revela e o que o IEEE 400.3 recomenda

1. A física das descargas parciais

Em pontos onde a isolação tem heterogeneidades — um vacúolo (bolha de ar ou gás aprisionada durante fabricação), uma camada de contaminação em emenda, uma rachadura microscópica em terminação — o campo elétrico local é amplificado em relação ao campo médio do cabo. Quando esse campo local excede a rigidez dielétrica do gás ou da contaminação (cerca de 3 kV/mm em ar a 1 atm), ocorre uma ionização parcial: o gás se ioniza, conduz brevemente, e a corrente “preenche” o vacúolo até que a tensão local caia abaixo do limiar. Esse evento dura nanossegundos.

Cada descarga parcial é, portanto, um pulso de carga elétrica que se propaga pelo cabo nas duas direções a partir do ponto de origem. O instrumento de campo captura esses pulsos com um sensor de alta frequência (HFCT — High Frequency Current Transformer ou capacitor de acoplamento), os filtra do ruído eletromagnético do ambiente, e os registra com tempo, amplitude (em pC) e fase do ciclo VLF aplicado.

2. O padrão PRPD (Phase-Resolved Partial Discharge)

A informação mais valiosa dos pulsos de DP é o padrão estatístico de quando eles ocorrem dentro de cada ciclo da tensão aplicada. Plotando carga (pC) versus fase da tensão VLF (0 a 360°), forma-se uma “nuvem” de pontos chamada PRPD. A IEC 60270 padroniza a interpretação desse padrão, e cada tipo de defeito tem uma assinatura característica:

Vacúolo interno — PRPD simétrico, com clusters em torno de 90° e 270° (próximo aos picos de tensão de cada polaridade). Carga aparente típica entre 20 e 200 pC.

Emenda comprometida — PRPD assimétrico, com concentração em uma das fases (positiva ou negativa) dependendo de qual lado da emenda tem o defeito. Carga frequentemente alta (>500 pC).

Corona em terminação — pulsos concentrados nos picos de tensão positiva (ou negativa, conforme polaridade do problema), com taxa de repetição alta e carga moderada.

Tracking superficial — padrão irregular, espalhado, com pulsos esporádicos de carga variável — sinal de degradação superficial em capas externas ou terminações sob umidade.

3. Por que VLF (e não 60 Hz)

Medir DP em frequência industrial (60 Hz) seria ideal — replica exatamente o regime operacional. Mas exige fonte AC de alta tensão equivalente em campo, que é inviável (mesmo problema do withstand AC convencional: kVAr exorbitantes). VLF a 0,1 Hz resolve isso, e a IEEE 400.3 documenta extensivamente que padrões de DP em VLF são equivalentes aos em 60 Hz para diagnóstico — desde que a tensão aplicada seja correta e o ensaio bem executado. A taxa de DP por ciclo VLF é diferente da taxa em 60 Hz (proporcional à frequência), mas o padrão PRPD e as cargas individuais são fisicamente os mesmos.

4. Localização da DP por TDR-pulso

Detectar que há DP é metade do trabalho. Localizar onde está o defeito ao longo do cabo é o que permite reparar em vez de substituir. A técnica é elegante: cada pulso de DP se propaga em duas direções pelo cabo. O sensor na extremidade A captura o pulso direto (vindo do defeito); pouco depois, captura o eco (pulso que foi até a extremidade B e voltou). A diferença de tempo entre os dois sinais, dividida por 2 e multiplicada pela velocidade de propagação no cabo (~170 m/μs em XLPE), dá a distância do defeito ao sensor.

Em condições de campo bem controladas, a precisão típica é de ±2 a 5 metros em cabos de 200 m a 2 km — suficiente para abrir a vala (ou identificar a emenda) em poucos minutos. Para cabos muito longos ou com múltiplas emendas, o software de análise correlaciona padrões PRPD diferentes para mapear todos os pontos de DP simultaneamente.

5. Critérios de aprovação conforme IEEE 400.3

A IEEE 400.3 estabelece dois critérios principais para PD em cabos MT:

Inception voltage (tensão de início) — a tensão a partir da qual descargas parciais começam a aparecer. Em cabo novo bem fabricado, deve estar acima de 1,5 U₀ (idealmente acima de 2 U₀). Inception abaixo de U₀ indica defeito sério em operação contínua.

Extinction voltage (tensão de extinção) — a tensão na qual as DP cessam quando reduzimos. Deve ser também alta. Histerese entre inception e extinction indica defeito ativo persistente.

Além disso, a magnitude da carga aparente (pC) na tensão de ensaio é avaliada conforme tabelas específicas para o tipo de cabo. Cabos novos XLPE devem apresentar PD < 5 pC a 1,5 U₀ no comissionamento — qualquer coisa acima de 50 pC é considerada problema sério.

6. Quando contratar diagnóstico de DP

A medição de DP é o ensaio mais sofisticado da família VLF, mais cara em equipamento e em interpretação. Faz mais sentido em casos específicos: (i) comissionamento de cabos novos em ativos críticos (datacenters, usinas, hospitais), onde o objetivo é flagrar defeitos de instalação; (ii) investigação de falhas recorrentes para identificar a fonte; (iii) manutenção preditiva em cabos críticos com idade avançada, complementando Tangente Delta para localização de defeitos específicos.

Para a maioria dos casos de manutenção rotineira de redes MT, VLF + Tangente Delta já entrega diagnóstico suficiente. PD entra quando a Tan δ indica defeito e queremos localizá-lo, ou quando a criticidade do ativo justifica investigação preventiva profunda.