Vida Residual de Disjuntores de Alta Tensão

A vida residual de disjuntores depende da idade e desgaste natural, algumas vezes, problemas são acumulados devido a defeitos causados por problemas ocorridos desde a as fases de projeto até o final de operação comercial. Observar que no caso de fatores relacionados a idade e o desgaste natural de componentes, podem ser monitorados pela acumulação de dados operacionais ( por exemplo o somatório de correntes interrompidas, número de manobras, etc. ) e comparados com limites pré estabelecidos. Po outro lado, a necessidade de intervenções freqüentes para correção de defeitos, pode desenvolver internamente falhas parciais ou completas, comprometendo a sua performance.

Um cuidado que deve ser tomado nesta análise é a concentração de ocorrências em determinada unidade, pois pode influenciar negativamente na análise de sua vida residual de um grupo de equipamentos de uma mesma família, no caso de análise amostral.

Para análise de componentes disjuntores, estressados após alguns tipos de manobras no sistema, alguns especialistas estabeleceram fórmulas empíricas que avaliam fenômenos de

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desgaste e fadiga dos seus componentes mecânicos e elétricos, principalmente nas peças de difícil acesso, tais como bocal de sopro, contatos principais e contato de arco.

Para avaliação de condição, muitas empresas tem adotado a prática de fazer uma avaliação por amostragem, na época da primeira manutenção de grande porte (nível C), para efetuar uma análise do estado de desgaste dos diversos componentes, validando assim a política de intervenções previstas no plano de manutenção preventiva, além de tentar validar o uso de fórmulas de avaliação de desgaste.

Observar que o acúmulo de informações precisas sobre os problemas apresentados na família de disjuntores sob análise, desde a montagem, operação e manutenção, junto com ferramentas de avaliação adequadas, será de grande valor para que se possa inferir sobre a vida residual do equipamento ou componentes deste. A Tabela 5.1 a seguir, publicada no artigo da Gigré International publica na revista Electra número 102, sugere uma série de dados operacionais para monitorar disjuntores, manipulando dados para a análise de desgaste de diversos componentes (MAZZA, 1987).

A pesquisa internacional sobre falhas em disjuntores realizados pelo subgrupo 13-8 CIGRÉ Internacional, com dados coletados entre 1988 e 1991 (IEEE, 1997), mostra que 68% das falhas tipo maior em disjuntores a SF6 pressão única, tensão acima de 63 kV ocorrem devido a operação incorreta do mecanismo de acionamento, sendo 64% devido a problemas de origem mecânica e 36% de origem elétrica (circuitos auxiliares e de controle), com maior concentração em 4 modos de falha: não fecha sob comando; não abre sob comando; fecha sem comando e abre sem comando.

A partir dos resultados da primeira pesquisa patrocinada pela Cigré, com dados levantados entre 1974 e 1978, foi calculado um indicador estabelecendo o número médio de ciclos de operação em que mecanismo de acionamento que apresenta um falho tipo maior, no caso o MOCBF – Mean Operating-Cycles between Major Failures, cujos resultados apresentamos na Tabela 5.2 (MAZZA, 1981), facilitando o estabelecimento de tempo médio entre falhas (MTBF), admitindo para o exemplo dado, em média cada disjuntor executa 80 ciclos de operação por ano.

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Tabela 5.1 – Monitorando Componentes

COMPONENTE DADO OPERACIONAL

Contatos de arco ⇒ Somatório das correntes interrompidas

⇒ Somatório das correntes interrompidas para determinada potência ⇒ Somatório das correntes interrompidas acima de 50% da Icc do disjuntor

⇒ Somatório das correntes interrompidas X tempo de arco

⇒ Somatório de corrente durante o fechamento acima de 50% do valor nominal ⇒ Combinação desses fatores

Bocal de sopro ⇒ Os mesmos dados utilizados para os contatos de arco ⇒ Número de ciclos de operação

⇒ Número de restrike/ou reignições

⇒ Número de manobras chaveando reatores e capacitores ⇒ Combinação desses fatores

Mecanismo de Operação

⇒ Número de ciclos de operação

⇒ Número de partidas de motores total e por unidade de tempo ⇒ Somatório do tempo do motor operando

⇒ Somatório de horas operando em condições extremas ⇒ Somatório do tempo fora de operação

⇒ Combinação desses fatores Contatos Principais ⇒ Número de ciclos de operação

⇒ Duração de corrente acima do valor nominal

⇒ Os mesmos dados utilizados para os contatos de arco ⇒ Combinação desses fatores

Contatos Auxiliares ⇒ Número de ciclos de operação ⇒ Número de partidas de motores

⇒ Somatório de horas operando em condições extremas ⇒ Combinação desses fatores

Tabela 5.2 – MOCBF e MTBF Mecanismo de Operação Disjuntores Tensão em kV MOCBF (Ciclos de operação) MTBF (anos)

Todas as tensões 3.270 40 63 ≤ V < 100 13.230 165 100 ≤ V < 200 2.790 34 200 ≤ V < 300 2.300 28 300 ≤ V < 500 1.060 13 500 ≤ V 440 10

Observar que o número de ciclos de operação decresce com o aumento da classe de tensão e que para a classe de tensão entre 63 e 100kV é 30 vezes maior do na tensão acima de 500kV.

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A norma IEC 56 – 1987 propõe como teste de tipo para disjuntores de uso externo a execução de 2.000 ciclos de operação (abrir e fechar), isto é, para um disjuntor que executa 80 ciclos por ano, deverá falhar com 25 anos de serviço (devido a problemas no mecanismo de operação).

Analisando os dados dos disjuntores Chesf entre 1994 e 2003, observa-se que o número de ciclos de operação por ano varia entre nenhuma manobra e 738 ciclos de operação, sendo que em 95,42% dos casos estão os equipamentos que manobram até 80 ciclos anuais. A avaliação de vida residual para alguns casos específicos deve ser individual, até porquê será muito diferente a expectativa do tempo para a falha entre um disjuntor que manobra até 10 ciclos anuais de outro que executa 200 ciclos anuais.

A metodologia acima pode ser usada para estimar o tempo até a próxima intervenção no mecanismo de acionamento ou mesmo a sua vida residual.

Algumas vezes, entretanto, a vida residual de um disjuntor é função do ponto da rede onde o equipamento funciona, pois além da análise da performance, deve ser considerando o plano de ampliação do subsistema associado para avaliar de adequação. Este fator pode indicar a necessidade de antecipar a retirada do equipamento de operação, seja para sucata ou montagem em outro ponto do sistema.