Este trabalho foi desenvolvido no âmbito do Programa de Engenharia Elétrica e Engenharia de Controle e Automação da UNINORTE e constará nos anais do I Encontro De Trabalhos Científicos de Engenharia Elétrica Engenharia de Controle e Automação Uninorte Laureate- I ETCEECAU 2018
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Aluno finalista de Engenharia Elétrica- UNINORTE – email: carlos.lacerda380@gmail.com.
2 Mestre em Engenharia de produção pela Universidade Federalo do Amazonas - UFAM. Atualmente professor de graduação
do Centro Universitário do Norte – UNINORTE –email: ksantana@ksaengenharia.com.br.
I ENCONTRO DE TRABALHOS CIENTÍFICOS DE ENGENHARIA
ELÉTRICA ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO UNINORTE
LAUREATE- I ETCEECAU
Manutenção Em Transformadores De Potência: Uma Revisão Bibliográfica Lacerda, Carlos Alberto 1
Santana, Kleber 2
Resumo: Este artigo tem o objetivo de estudar os conceitos ligados aos processos que envolvem a
manutenção em transformadores de potência, descrevendo as principais técnicas preventivas e corretivas e seu impacto na presença de falhas e defeitos. Trata-se de uma revisão bibliográfica baseada na literatura especializada através de consulta a artigos científicos selecionados através de busca no banco de dados do SCIELO, CAPES e Google acadêmico. Os estudos encontrados sobre as manutenções em transformadores de potência apontam que as manutenções preventivas são as mais importantes dentro de um processo e com menor custo de operação, comparada às manutenções realizadas em uma possível quebra do equipamento. Poucos estudos abordam o tema especificamente, ocasionando na falta de informações e dados necessários para a manutenção deste sistema. Os que existem focam na descrição dos tipos de manutenção e não na aplicação específica nos transformadores de potência.
Palavras Chave: Transformadores de Potência; Fornecimento de Energia; Manutenção Preventiva. Abstract: This article has the objective of studying the concepts related to the processes that involve
the maintenance and in power transformers, describing the main preventive and corrective techniques and their impact in the presence of faults and defects. This is a bibliographic review based on the specialized literature through consultation of scientific articles selected through search in the database of Scielo, Capes and Google academic. The studies on power transformer maintenance indicate that preventive maintenance is the most important in a process and with a lower cost of operation, compared to maintenance performed in a possible equipment breakdown. Few studies approach the subject specifically, causing in the lack of information and data necessary for the maintenance of this system. Those that exist focus on the description of the types of maintenance and not on the specific application in the power transformers.
Keywords: Power Transformers, Power Supply, Preventive Maintenance.
Introdução
Os transformadores são equipamentos que convertem certo nível de tensão para outro, sem alterar a magnitude da potência entregue, proporcionando o fornecimento de energia elétrica para as máquinas. Em casos da saída de hidrelétricas ele é utilizado para elevar o nível de tensão e reduzir o nível de corrente, mantendo a potência constante.
Os transformadores de potência constituem um dos principais equipamentos dentro de subestações e usinas e sua função é essencial no fornecimento de energia elétrica
(BECHARA, BRANDÃO, 2009). Podem ser instalados em subestações externas, isto é, instalados ao tempo, ou instalados em subestações internas, ou seja, abrigados. Neste trabalho o alvo de estudo são os transformadores instalados em subestações externas e, portanto, sob a influência das mais diversas condições climáticas. A perda da função transformador gera grandes “transtornos operacionais”, pois são equipamentos que interrompem, quando de seu desligamento por falha ou defeito, grande quantidade de consumidores. Muitas vezes sua substituição é dificultosa e custosa financeiramente (BECHARA, BRANDÃO, 2009).
Nas cidades o nível de tensão que se utiliza para transmissão de energia elétrica por longas distâncias se torna demasiadamente perigoso para a saúde e segurança dos seus habitantes, além disto, os equipamentos em sua maioria são eletrônicos e de baixo nível de tensão, necessitando de maiores níveis de corrente para seu perfeito funcionamento, assim novamente se utiliza transformadores nos pontos de chegada da linha de transmissão na cidade, no entanto, neste caso o nível de tensão é reduzido e a corrente elevada, mantendo-se a potência praticamente constante, e após essa conversão a energia elétrica é distribuída para as residências e indústrias da cidade (FONSECA, 2014).
A manutenção baseia-se no conjunto de medidas e de ações técnicas que objetivam a preservação e o bom desempenho de equipamentos e de suas instalações. As concessionárias de energia elétrica praticam manutenções preventivas em transformadores de potência baseadas em critérios de engenharia de manutenção e por meio da utilização de técnicas preditivas, as quais possibilitam realizar diagnóstico e análise de tendências a partir de resultados de ensaios e da análise dos fenômenos que possam vir a ocorrer durante a operação de um equipamento. Para isso, é necessária a utilização de instrumentos de medições com bons níveis de precisão. Assim, quando há indicativos e/ou são observadas tendências de falhas incipientes em equipamentos, são programadas manutenções preventivas. E quando ocorre um defeito ou uma falha, são executadas as manutenções corretivas em caráter de urgência ou emergência (MARQUES et al., 2013). No caso de um transformador, a manutenção deve garantir ao mínimo que o sistema não fique sem a energia que obtém dele.
Com base no conceito de manutenção os principais tipos de manutenção são divididos em manutenção corretiva, caracterizada pela atuação em um fato já ocorrido onde não há a preparação do serviço, uma manutenção corretiva planejada é a correção do desempenho menor do que o esperado, quando se trata de manutenção preventiva esta é caracterizada pela atuação em que se visa reduzir ou evitar, tanto a falha quanto a queda do desempenho e baseada em intervalos definidos, por fim a manutenção preditiva visa realizar a atuação somente quando as instalações precisarem (KARDEC e NASCIF, 1999).
Neste estudo, entende-se por falha a ocorrência que leva à perda da função transformador, isto é, o transformador é retirado forçosamente de operação. O defeito é a ocorrência que, caso o equipamento não sofra intervenção de correção, levaria o transformador à falha. Neste caso, pode-se programar a retirada de operação do transformador para correção da anomalia observada. Esta situação é preferível em todos os aspectos envolvidos, sejam eles, financeiros ou de segurança. No caso de retirada de operação de um transformador por meio de programação para sanar anomalias pode-se fazer o remanejamento das cargas por ele atendidas a fim de não interromper o fornecimento de energia (JÚNIOR,2014).
A regulação de tensão também revela a importância dos transformadores, e se torna necessária por causa das perdas eminentes que se tem nos condutores de transmissão de energia elétrica. Devido a essas perdas o nível de tensão é reduzido quando a linha se afasta da fonte geradora, e pelo fato dos equipamentos necessitarem de um nível de tensão mínimo para trabalhar, essa queda de tensão na linha de transmissão deve ser regularizada para que os equipamentos possam funcionar de forma adequada, e isto é feito utilizando-se transformadores, os quais tem a função de manter esse nível de tensão nas faixas de trabalho dos equipamentos existentes nas cidades (FONSECA, 2014).
Problemas de funcionamento dos transformadores podem resultar no desligamento de uma máquina de uma indústria, um bairro residencial, uma cidade ou até mesmo um ou mais estados, dependendo do transformador afetado. Isto demonstra a importância do equipamento, uma vez que a paralisação de uma indústria gera perdas, tanto por ela não estar produzindo, quanto por eventuais multas contratuais para com seus clientes. No âmbito residencial, o desligamento da energia pode levar, por exemplo, a problemas de trânsito, diminuição de vendas em lojas e paralisação de hospitais. Em relação às concessionárias de energia elétrica, os danos em transformadores de subestações, geram prejuízo financeiro por serem equipamentos de alto custo e, desde que haja desligamento de energia, levam a multas por não fornecimento de energia elétrica (FONSECA, 2014).
O presente trabalho tem por objetivo o estudo dos conceitos ligados aos processos que envolvem a manutenção em transformadores de potência, descrevendo as principais técnicas preventivas e corretivas.
Material e Métodos
As pesquisas e seus diferentes tipos podem ser classificadas de diversas formas. Dentre elas, destacam-se algumas clássicas, tratando dos pontos relacionados com o objetivo
de posicionamento metodológico deste estudo. Resumidamente, quanto à natureza, as pesquisas podem ser classificadas, em básicas e aplicadas; quanto à forma de abordagem, em quantitativa e qualitativa; quanto aos seus objetivos, em exploratória, descritiva e explicativa e quanto aos procedimentos técnicos, em bibliográfica, documental, experimental, levantamento, estudo de caso, ex post facto, pesquisa de ação e participante (GIL, 1991 apud COSTA, 2018).
A metodologia utilizada neste artigo consiste em uma pesquisa bibliográfica qualitativa exploratória, bibliográfica por ser realizada baseada em material publicado, disponibilizado em livros, artigos de periódicos e na internet, qualitativa com relação ao ponto de vista da abordagem e exploratória do ponto de vista dos objetivos.
A busca bibliográfica foi realizada ao longo de setembro e outubro de 2018, nas bases de dados do portal da Capes (teses e dissertações), em periódicos de revistas científicas online e periódicos do Google acadêmico, foram considerados apenas os artigos em português, abrangendo artigos publicados entre 2004 e 2018. Para pesquisa foram utilizados os descritores: Manutenção, manutenção de transformadores e transformadores de potência. Resultados e discussão
Transformadores de Potência
Souza (2008) ressalta que o funcionamento de um transformador se baseia no princípio da indução mútua entre suas bobinas e a transferência de energia entre primário e secundário é do acoplamento magnético entre as bobinas. Esta transferência de energia não depende de partes mecânicas móveis e, caso o transformador não estivesse submetido a esforços, teoricamente, não sofreria quaisquer desgastes mecânicos.
Souza (2008) também define os principais componentes e sistemas constituintes dos transformadores como: enrolamento e núcleo (parte ativa), buchas, comutadores de derivações, sistema de refrigeração, sistemas de proteção e controle, tanque, sistema isolante e demais acessórios.
Figura 1: Transformador de potência de grande porte.
Fonte: Catálogo Siemens, 2008.
Oliveira (2004) ressalta um ponto importante quanto ao funcionamento dos transformadores de potência, quando define que nestes transformadores são utilizadas grandes quantidades de óleo mineral isolante derivado do petróleo, formado por uma mistura de hidrocarbonetos processados através de purificação, para retirada de contaminantes, como o enxofre. Eles são estáveis e pouco viscosos, possuem função dielétrica de impregnação e também atuam como meio refrigerante para o transporte de calor da parte ativa para a região mais periférica.
Nogueira e Alves (2009) reforçam a ideia de Oliveira (2004) quando estabelece que os materiais utilizados como meio isolante em transformadores são, basicamente, papel e óleo mineral. Sendo o papel utilizado na isolação entre espiras, ou seja, os condutores são cobertos com papel a fim de evitar curto-circuito entre eles. O óleo é utilizado para isolação entre a parte ativa e o tanque do transformador.
Segundo Bolotinha (2018) assim como todos os equipamentos, os transformadores sofrem ao longo da sua vida um processo de envelhecimento natural. Contudo, pelo fato de serem máquinas estáticas, sem peças em movimento (com exceção dos comutadores de tomadas e dos ventiladores e bombas do sistema de refrigeração) são equipamentos de elevada confiabilidade e, se sujeitos a um programa de manutenção preventiva devidamente estabelecido, a sua vida útil pode ultrapassar os 40 anos.
Manutenções Preventivas e Corretivas
O termo manutenção trata de um tema de extrema relevância para a definição das frequências de falhas, impactos, consequências, criticidade e riscos que constituem fator importante para o tema abordado. Desta forma o autor Lopes (2010) descreve os tipos e a
evolução da manutenção industrial:
Figura 2: Evolução da Manutenção.
Fonte: Lopes, 2010.
Fonseca (2014) colabora com Bolotinha (2018) quando afirma que a manutenção de qualquer equipamento é baseada em dois processos, o instantâneo, onde se determina no momento da manutenção que o equipamento está apresentando algum defeito, o qual é feito por meio de confrontação dos valores, ou características encontradas, com os dados mínimos aceitáveis para dado equipamento.
Steffen (2016) reitera sobre um dos principais tipos de manutenção, a programada e ocorre em um horário pré-determinado, com o objetivo de aumentar a eficiência dos processos de produção e das máquinas, reduzindo a quantidade de retrabalhos e garantindo a disponibilidade dos equipamentos, o que evita as interrupções na produção. Mais importante ainda, permite a identificação precoce de problemas e aumenta significativamente o ciclo de vida dos equipamentos, além disso, reduz as necessidades de despesas de capital e permite um melhor planejamento dos orçamentos.
No entanto Lopes (2010) destaca a evolução do conceito de manutenção, que passou de reestabelecer as condições originais dos equipamentos e sistemas para o conceito moderno de que ela deve garantir a disponibilidade das funções dos equipamentos e instalações de
modo a atender a um processo de produção ou de serviço, com confiabilidade, segurança, preservação do meio ambiente e custos adequados.
Altwegg et al. (1999 apud Souza, 2008) e Kardec e Nascif (2003 apud Fonseca, 2014) destacam que a manutenção corretiva tem como objetivo corrigir ou restaurar as condições de funcionamento do equipamento, visando eliminar os defeitos ou as falhas, e podendo ser realizada de forma programada ou em caráter de emergência, dependendo da gravidade do dano. Assim, a manutenção corretiva programada possui menor custo, é mais rápida, mais segura e de melhor qualidade, enquanto que a manutenção corretiva não programada caracteriza-se pela atuação da manutenção em fato já ocorrido, seja este uma falha ou um desempenho menor que o esperado. Neste último caso, não há tempo para preparação do serviço, sendo que, por isso, normalmente a manutenção corretiva não programada implica altos custos, pois a falha inesperada pode acarretar perdas de fornecimento, perda de qualidade e elevados custos diretos e indiretos de manutenção.
Os autores Altwegg et al. (1999 apud Souza, 2008) e Kardec e Nascif (1999 apud Fonseca, 2014) também classificam a manutenção preventiva como a atuação realizada de forma a reduzir ou evitar a falha ou defeito, ou ainda para corrigir desgastes naturais e previsíveis, seguindo uma programação previamente elaborada, baseada em intervalos definidos de tempo. Pode ser realizada em intervalos regulares ou subordinada a outros critérios de manutenção. Sendo assim, a manutenção preventiva procura evitar a ocorrência de falhas, ou seja, como seu nome diz, ela procura prevenir.
No entanto Morais e Rolim (2004), ressaltam que por muitos anos, os programas de manutenção preventiva em transformadores consistiram em inspeções, testes e ações periódicas em intervalos de tempo, normalmente, sugeridos pelo fabricante ou determinados através da experiência prática. Essa manutenção baseada no tempo - analisando os equipamentos fora de operação, de acordo com o agendamento ou horas de funcionamento - evitou muitas falhas, mas também causou desligamentos desnecessários, com desperdício de recursos humanos e financeiros.
Arantes (2005) pontua diversas técnicas de manutenção aplicadas aos transformadores de potência. Algumas destas técnicas o autor apresenta a seguir:
Análise Cromatográfica;
Análise Físico-Química;
Contagem de Partículas;
Termografia.
Bolotinha (2018) levanta um ponto importante quando aborda sobre a inspeção visual de um transformador como uma das mais importantes operações de manutenção, devendo ser realizada com regularidade, para detectar antecipadamente eventuais problemas e corrigi-los, de forma a evitar reparações de maior porte e custo. Essa inspeção envolve principalmente o estado exterior do transformador e o sistema de refrigeração, caso exista.
Júnior (2014) afirma que para uma análise adequada das falhas e defeitos envolvendo determinado equipamento é preciso prévio conhecimento do equipamento sob análise. Para o caso da análise das falhas e defeitos em transformadores de potência torna-se importante a separação do equipamento em blocos de componentes principais, assim como os apresentados neste trabalho, como: buchas, enrolamentos, sistema isolante, sistema de proteção e controle, sistema de refrigeração e comutadores de derivação. O entendimento da função e modo de operação de cada um dos componentes aliado ao entendimento das técnicas de manutenção empregadas se fez necessário para a análise das falhas e defeitos.
Júnior (2014) também reforça os conceitos de defeitos e falhas, em seu estudo definiu os termos “falha” e “defeito” que são tratados de formas diferentes. O termo “falha” é aplicado a situações em que o equipamento é retirado forçosamente e imediatamente de operação. O termo “defeito” é aplicado à ocorrência que, caso o equipamento não sofra intervenção de correção, levaria o transformador à falha. Isto é, a falha não permite ação de intervenção a fim de evitar a perda da função transformador enquanto o defeito permite a intervenção de correção a fim de evitar a falha do equipamento.
João (2011) destaca as principais perdas de energia em transformadores que são as perdas no cobre e as perdas no ferro. As perdas no ferro são determinadas pelo fluxo estabelecido no circuito magnético e são praticamente constantes para cada transformador, estando ele operando com carga ou em vazio. As perdas no cobre correspondem à dissipação de energia por efeito Joule, determinada pelas correntes que circular nos enrolamentos do primário e do secundário e dependem da carga elétrica alimentada pelo transformador, sendo proporcionais ao quadrado dessa carga.
Conclusões
O atual cenário de industrialização versus a necessidade de energia elétrica para realização das operações, reforçam a necessidade de um transformador de potência que garanta a distribuição estável de energia com o mínimo de interrupções possíveis. Que quando
ocorrem causam interrupções imediatas ao fornecimento de energia elétrica aos consumidores. Neste cenário quando há perda da função de um transformador nas subestações isto apresenta impactos financeiros e sociais.
Portanto o presente estudo bibliográfico possibilitará um ganho de conhecimento com relação à manutenção dos transformadores de alta potência, onde foram apresentados os principais conceitos ligados aos processos envolvidos nestas manutenções, abordando as técnicas utilizadas nos dois principais tipos de manutenção e as falhas e defeitos que surgem pela falta da eficácia de uma manutenção.
Com o término da pesquisa concluiu-se que dentro do cenário dos diversos tipos de manutenção, a preventiva e corretiva são de extrema importância para o funcionamento saudável dos equipamentos de uma indústria. E com relação aos custos destas manutenções, a preventiva apresenta o menor custo comparado aos custos causados por uma possível quebra de um equipamento. Além disto, ela exigirá menor mão de obra, mesmo que seja necessário possuir uma equipe mais especializada. Por fim este estudo reforça a ideia de que a manutenção preventiva é essencial para o funcionamento de um transformador de potência, sendo formada por elementos preditivos, preventivos e corretivos planejados, tendo em vista que este equipamento está diretamente ligado ao fornecimento de energia.
Devido a isso, o trabalho apresenta certa relevância, tendo em vista que aborda de forma clara e objetiva um tema tão complexo, abrindo possibilidades de novas discussões para futuros trabalhos na área, onde poderiam ser desenvolvidas pesquisas quantitativas em torno do cenário de falhas e defeitos que surgem neste equipamento e as medidas ideais para cada item apresentado, montando de certa forma uma base de dados para utilização dentro das operações industriais.
Referências Bibliográficas
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