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OMICRON 31
Introdução à medição do fator de dissipação e capacitância
4 Introdução à medição do fator de 
dissipação e capacitância
A medição de capacitância (C) e do fator de dissipação (DF) é um método de diagnóstico de isolamento 
estabelecido e importante. Ele pode detectar:
• Falhas de isolamento
• Envelhecimento do isolamento
• Contaminação de líquidos de isolamento com partículas
• Água em isolamento líquido e sólido
• Descargas parciais
4.1 Teoria
Em um capacitor ideal sem perdas dielétricas, a corrente de isolamento está exatamente 90° adiantada 
em relação à tensão aplicada. Para um isolamento real com perdas dielétricas, esse ângulo é menor 
que 90°. O ângulo δ = 90° - ϕ é chamado de ângulo de perda. Em um diagrama simplificado do 
isolamento, Cp representa a capacitância livre de perda e Rp, as perdas (consulte a Figura 4-1). As 
perdas também podem ser representadas por um diagrama de circuito equivalente serial com Cs e Rs. 
A definição do fator de dissipação e o diagrama de vetor são mostrados na Figura 4-2 na página a 
seguir.
Figura 4-1: Diagrama de circuito simplificado de um capacitor
ICP
U CP
IRP
RP
I
Manual do usuário do CP TD1
32 OMICRON
Figura 4-2: Definição de fator de dissipação (tan δ) e o diagrama do vetor
A correlação entre o Fator de Dissipação e o Fator de Potência (PF = cos ϕ) e o diagrama de vetor são 
mostrados na Figura 4-3.
Figura 4-3: Correlação entre DF e PF
jIm ICp
I
IRp
δ
U
Re
δtan 1RPωCP
------------------=
Im
ICN ICX
δ
UO
Re
Withδ 1
δ δ ϕcos
δ
≅tan≅
«
π
2
--- ϕ–=
PF DF
1 DF2+
------------------------=
DF PF
1 PF2–
----------------------=
OMICRON 33
Introdução à medição do fator de dissipação e capacitância
As perdas dielétricas no isolamento são causadas por polarização e fenômeno de condução. Os 
mecanismos diferentes de polarização são causados por vários processos físicos: [1] 
• Polarização eletrônica: Mudança da concentração da carga da estrutura atômica (negativa) em 
relação à concentração da carga do núcleo (positiva).
• Polarização iônica: Mudança dos íons positivos e negativos em relação uns aos outros. 
• Polarização de orientação: Alinhamento de dipolos permanentes devido ao campo elétrico aplicado.
• Polarização de salto: A polarização de salto é causada por um movimento dos chamados 
"transportadores de carga de salto". Esses transportadores de carga são estacionários na maior 
parte do tempo, mas, às vezes, mudam sua posição por meio de túneis ou ativação térmica. [2]
• Polarização de carga espacial: Se diferentes dielétricas com diferentes permissividades e 
condutividades estiverem presentes no material, isso pode gerar acúmulos de transportadores de 
carga em superfícies limites dessas dielétricas.
Figura 4-4: Mecanismos de polarização em suas respectivas constantes de tempo [3]
1. Zaengl, W.: Dielectric Spectroscopy in Time and Frequency Domain for HV Power Equipment, Part I: Theoretical
Considerations. IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 19, Nº 5, 2003, pp. 5-19
2. Jonscher, A.K.: Dielectric Relaxation in Solids. Chelsea Dielectric Presss, 1983, ISBN: 0950871109
3. Kao, K.-C.: Dielectric Phenomena in Solids. Academic Press; 1ª edição, 2004, ISBN 0123965616
Po
la
riz
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ão
el
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rô
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ga
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ia
l
Po
la
riz
aç
ão
 P
Tempo (segundos)
Manual do usuário do CP TD1
34 OMICRON
Influência de diferentes parâmetros, como teor de água, temperatura e 
envelhecimento de DF
A Figura 4-5 mostra a tensão de ruptura e o DF no óleo, dependendo do teor de água [1]. Com baixo 
teor de água, a tensão de ruptura é muito sensível; com um maior teor de água, o DF é um bom 
indicador.
Figura 4-5: Tensão de ruptura e DF no óleo, dependendo do teor de água
A Figura 4-6 mostra o DF de óleo novo e usado, dependendo da temperatura. Com temperaturas mais 
altas, a viscosidade do óleo diminui, de modo que as partículas, íons e elétrons podem se mover com 
mais facilidade e rapidez. Assim, o DF aumenta com a temperatura.
Figura 4-6: DF de óleo novo e envelhecido, dependendo da temperatura
1. Krüger, M.: "Prüfung der dielektrischen Eigenschaften von Isolierflüssigkeiten", ÖZE, Nº 5, Viena, Maio 1986
600
500
400
300
200
100
0
60
50
40
30
20
10
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
kV/cm
Te
ns
ão
 d
e 
ru
pt
ur
a
Fa
to
r d
e 
di
ss
ip
aç
ão
tan δ
εd
0/00
mg/kgConteúdo de água
-20-30 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
4
3
2
1
101
102
103
104
1
°C
%
Temperatura do óleo
Fator de dissipação: 
Dependência da temperatura
1 = novo óleo
2, 3 e 4 = óleo usado
OMICRON 35
Introdução à medição do fator de dissipação e capacitância
Figura 4-7: Exemplo para o comportamento de temperatura das buchas RBP, RIP e OIP 1
O fator de dissipação depende da frequência. Com dispositivos de teste modernos, como CPC 100 + 
CP TD1, é possível cobrir uma ampla faixa de frequência para medições de DF e capacitância. As 
medições convencionais de impressão digital para comparação normalmente estão disponíveis 
somente na frequência da linha. As figuras a seguir mostram a dependência de frequência para 
enrolamentos do transformador (isolamento de papel com óleo) e buchas OIP. Consulte as figuras 4-8 
e 4-9.
T
Figura 4-8: Fator de dissipação dependente da frequência de um transformador de potência
1. Seitz, V.: "Vorbeugende Instandhaltung an Leistungstransformatoren – Betriebsbegleitende Messungen an Stufenschaltern
und Durchführungen, OMICRON Anwendertagung 2003, Friedrichshafen
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Papel colado com resina
Papel impregnado com resina
Papel impregnado com óleo
Fa
to
r d
e 
di
ss
ip
aç
ão
 x
 1
02
Temperatura em °C
0.55 %
0.50 %
0.45 %
0.40 %
0.35 %
0.30 %
0.25 %
0.0 Hz 100 Hz 200 Hz 300 Hz 400 Hz 500 Hz
CL (f )
CHL (f )
CH (f )
Manual do usuário do CP TD1
36 OMICRON
Figura 4-9: Fator de dissipação dependente de frequência de duas buchas OIP (fase A e fase B)
Se o fator de dissipação também depende da tensão, isso indica que há problemas de contato ou 
descargas parciais. A figura 4-10 mostra uma medição do motor de 6 kV. Acima de 4 kV, ocorrem 
descargas parciais que aumentam o fator de dissipação.
Figura 4-10: Fator de dissipação dependente da tensão de um motor de 6 kV
0.67 %
0.
0 
H
z
0.66 %
0.65 %
0.64 %
0.63 %
0.62 %
0.61 %
0.60 %
50
.0
 H
z
10
0.
0 
H
z
15
0.
0 
H
z
20
0.
0 
H
z
25
0.
0 
H
z
30
0.
0 
H
z
35
0.
0 
H
z
40
0.
0 
H
z
45
0.
0 
H
z
A
B
1.6 %
1.5 %
1.4 %
1.3 %
1.2 %
1.1 %
1.0 %
0.9 %
0.8 %
0.7 %
0.6 %
0 V 1 kV 2 kV 3 kV 4 kV 5 kV 6 kV 7 kV 8 kV
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Introdução à medição do fator de dissipação e capacitância
4.2 Medição de capacitância e fator de dissipação / fator 
de potência
As medições de capacitância (C) e fator de dissipação (DF) foram publicadas pela primeira vez por 
Schering em 1919 1 e foram utilizadas para esse fim em 1924. O C1 e R1 conectados em série 
representam o objeto de teste com perdas, C2, o capacitor de referência livre de perda. 
Figura 4-11: Princípio de medição do CP TD1
O sistema de teste CP TD1 utiliza um método similar àquele da ponte Schering. A principal diferença é 
que o princípio de medição CP TD1 não requer ajuste para medir C e DF. Cn é um capacitor de 
referência de perda baixa.
1. Schering, H.: "Brücke für Verlustmessungen", Tätigkeitsbericht der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt, Braunschweig
1919
~U0(t)
UN(t) UX(t)Z1 Z2
ICN ICX
ZN CX ZX, LXCN
Caminho de referência Caminho de medição
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38 OMICRON
4.3 Medições de "UST" e "GST" usando a tecnologia de 
proteção
O CP TD1 possui três entradas de medição externa, IN A, IN B e terra. Essas três entradas podem ser 
individualmente alternadas para a proteção ou unidade de medida. Se uma entrada é alterada para o 
caminho de medição, a capacitânciaconectada faz parte da medição. Se for alternada para a proteção, 
a corrente fará um desvio no caminho de medição e não será incluída na medida. A vantagem de usar 
uma matriz de switch para configurar a medição é que várias medições podem ser feitas sem alterar a 
configuração de medição ou o cabeamento.
Os termos "UST" para "teste de amostra sem aterramento" e "GST" para "teste de amostra com 
aterramento" evoluíram historicamente. "UST" descreve uma configuração de medição onde o 
aterramento não está conectado ao caminho de medição, enquanto que o "GST" descreve uma 
configuração de medição, em que o aterramento faz parte do caminho de medição. Na configuração 
"UST", é possível fazer 3 configurações. Dependendo da configuração, as correntes via IN A e IN B são 
medidas ou não (consultar tabela 4-1 abaixo). O resultado de medição é a soma de todos os canais 
medidos.
Na configuração "GST", é possível fazer 4 configurações (consulte a tabela 4-2). A nomenclatura é um 
pouco diferente se comparada aos modos "UST", pois indica os canais protegidos e não os canais 
medidos. O resultado de medição também é a soma de todos os canais medidos.
No geral, a medição UST é menos influenciada por ruído externo ou capacitâncias de fuga do que a 
medição GST e deve ser escolhida caso os dois modos sejam possíveis.
As diferentes configurações permitem várias medições com apenas algumas reconexões no dispositivo 
que está em teste. Nos exemplos das páginas a seguir, é possível ver casos comuns de um 
transformador de dois e três enrolamentos.
Tabela 4-1: Modos de medição do UST
Modo IN A IN B Aterramento
UST-A Medido Protegido Protegido
UST-B Protegido Medido Protegido
UST-(A+B) Medido Medido Protegido
Tabela 4-2: Modos de medição do GST
Modo IN A IN B Aterramento
GST Medido Medido Medido
GSTg-A Protegido Medido Medido
GSTg-B Medido Protegido Medido
GSTg-(A+B) Protegido Protegido Medido
OMICRON 39
Transformadores de potência
5 Transformadores de potência
Geral
• O transformador deve ser tirado de serviço e completamente isolado do sistema de potência.
• O aterramento adequado do tanque do transformador precisa ser verificado.
• Todos os terminais de alta tensão da bucha devem ser isolados das linhas de conexão.
• Todos os terminais de bucha do grupo de enrolamento, o que significa A, B, C (e Neutro) do 
enrolamento de alta tensão, A, B, C (e Neutro) do enrolamento de baixa tensão e A, B, C (e Neutro) 
do enrolamento terciário precisam ser conectados por um fio de cobre (consulte a Figura 5-1).
Figura 5-1: Transformador de três enrolamentos com enrolamentos conectados
• Os terminais neutros dos enrolamentos de conexão Y com o neutro de conexão externa precisam 
ser desconectados do terra (tanque).
• Se o transformador tiver um trocador de derivação, ele deve ser definido para a posição neutra (0 ou 
derivação intermediária).
N (L) C (L)
A (L) B (L) A (H) B (H) C (H) N (H)
HV
LV
TV
B (T)
C (T)
A (T)
A B C
Manual do usuário do CP TD1
40 OMICRON
• Conecte o terminal terra do Dispositivo de controle + CP TD1 ao terra do transformador 
(subestação).
• Curto-circuito de todos os TCs de bucha.
• Não faça testes de alta tensão em transformadores sob vácuo.
• A tensão de teste deve ser escolhida com relação à tensão nominal do enrolamento. 
• Todos os testes devem ser feitos com temperaturas do óleo perto de 20 °C. As correções de 
temperatura podem ser calculadas usando curvas de correção, mas dependem muito do material de 
isolamento, teor de água e muitos outros parâmetros. Assim, a correção tem precisão limitada.
5.1 Medição do fator de dissipação
Condições ambientais
Fatores ambientais podem influenciar muito nas medições de DF. Portanto, é importante registrar as 
condições do ambiente no momento do teste ao comparar resultados de teste. Os testes devem ser 
feitos com temperaturas do óleo perto de 20 °C. Correções de temperatura podem ser calculadas 
usando curvas de correção, mas dependem muito do material de isolamento, teor de água e muitos 
outros parâmetros. Assim, a correção tem precisão limitada. Realizar testes em temperaturas muito 
baixas fornece resultados menos precisos e deve ser evitado, se possível.
Outros fatores, como umidade relativa e condições climáticas gerais, devem ser registrados no relatório 
de teste para futura referência. 
É sempre melhor medir os valores regularmente e salvá-los para comparação com testes feitos no 
passado e também posteriores. Dessa maneira, as tendências podem ser observadas e a avaliação dos 
resultados é de muito mais qualidade. 
5.2 Medição de capacitância
A capacitância das lacunas de isolamento entre os enrolamentos um para o outro e até o terra depende 
principalmente da geometria do enrolamento. Os enrolamentos podem ser deformados após o 
transporte do transformador ou nas falhas com altas correntes nas proximidades do transformador. 
Alterações na capacitância são um excelente indicador de movimento do enrolamento e problemas 
estruturais (calço deslocado, empenamento, etc.). Se houver suspeita de dano ao enrolamento, a 
medição de capacitância deve ser complementada por uma medição de impedância de curto-circuito. 
Um teste separado pode ser feito para cada fase com essa técnica de medição. Portanto, esse método 
é mais sensível a pequenas alterações em uma fase.