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Implementação de lavagem de isoladores em linha de transmissão de extra alta tensão energizada

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Academic year: 2021

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Implementação de lavagem de isoladores em linha de transmissão de extra alta tensão energizada

Resumo

O presente trabalho visa abordar os desafios inerentes à implementação, de forma segura, de um sistema de lavagem com água desmineralizada em uma linha de extra alta tensão, circuito duplo, 500kV.

Gustavo Dutra Motta (1) Geraldo Rodrigues da Costa Junior (2)

Marcus Vinícius Fonseca Buarque (3) Daniel Curvello Baptista Vaz da silva (4) Tiago Simões Bastos Filho (5)

1 Gustavo Dutra Motta - Engenheiro Eletricista Sênior - Ternium

2 Geraldo Rodrigues da Costa Jr - Engenheiro Eletricista de Linha Viva - M&P Trafos

3 Marcus Vinícius F. Buarque - Coordenador de Manutenção - Ternium

4 Daniel Curvello Baptista Vaz da Silva - Engenheiro Eletricista - Ternium

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1. Histórico

A linha de transmissão, em funcionamento desde 2011, está localizada em um distrito industrial e sofre as consequências da poluição local que se deposita em seus isoladores.

Figura 1 - Linha de transmissão Ternium 500 kV, circuito duplo

2. Introdução

A busca contínua por disponibilidade, confiabilidade e segurança faz parte atualmente da gestão de toda indústria em busca de competitividade. Para alavancar essas ações em uma linha de transmissão, frequentemente, é utilizada a manutenção em linha viva.

As técnicas de linha viva, utilizadas desde a década de 1950, consistem da realização de procedimentos em sistemas energizados por meio da

utilização de equipamentos diferenciados capazes de proteger o usuário. Em geral, os trabalhos com linha viva são divididos entre três categorias

principais: método ao contato, método à distância e método ao potencial.

3. Materiais e métodos

A intervenção em circuitos elétricos energizados possui 3 métodos de trabalho:

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3.1 Método ao contato

Neste método o eletricista utiliza tapetes e luvas isolantes de manga comprida para poder realizar as atividades. É usada somente em redes de distribuição.

3.2 Método à distância

Neste método o trabalhador fica afastado das superfícies energizadas. O trabalho é feito por meio de ferramentas isoladas como bastões de fixação. 3.3 Método ao potencial

Nesta atividade o eletricista, vestido com uma roupa especial – roupa

condutiva – entra em contato com o potencial da linha ou do equipamento sob manutenção para realizar a atividade.

Podemos considerar a lavagem como um método à distância no qual a “ligação” do eletricista com o ponto energizado não se dá por meio de um bastão isolante e sim através de um jato de água de alta pressão. Sendo assim, todo o cuidado com esse jato é necessário para garantir a integridade do profissional que executa a atividade.

Figura 2 - Custo ao longo do tempo, por método empregado

3.4 Modo de falha

Uma linha bem dimensionada e com desempenho adequado deve prever todas as características que assegurem o bom isolamento do sistema. Muitas vezes, por desconhecimento, o fator poluição é negligenciado durante o projeto.

O desconhecimento do mecanismo de formação de descargas por poluição, mostrado na figura 3, é o inimigo do profissional de linha de transmissão que se depara com estes eventos e, muitas vezes, sem as observações adequadas, os

MANUTENÇÃO CORRETIVA MANUTENÇÃO PREVENTIVA MANUTENÇÃO PREVENTIVA COM OTIMIZAÇÃO DA PERIODICIDADE Custo R$ Tempo Lavagem de isoladores após

inspeção com CFTV Lavagem periódica de isoladores

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considera eventos sem causa definida. A linha é religada e tudo parece normal até o próximo desligamento.

Esse modo de falha, por poluição, necessita de entendimento e de observação sistemática do fenômeno pelo profissional responsável já que se trata de fenômeno sazonal.

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Figura 4 – Tipos de poluição (adaptado de IEC 60815-1)

Em paralelo aos esforços para desenvolver a lavagem da linha de transmissão deve ser efetuada a análise da linha de acordo com a IEC 60815-1 que auxilia no aumento do desempenho de linhas em áreas sob forte poluição.

O desafio agora é empregar um sistema eficaz que tenha a melhor eficiência possível, e isso só pode ser realizado através de uma abordagem global. A norma IEC 60815-1 fornece um guia dos tipos de poluição que provocam flashover em cadeia de isoladores (figura 4)

O flashover final, que percorre toda a cadeia de isoladores, e desarma o circuito, é o resultado da corrente de fuga que se forma a partir das diversas descargas de contorno na cadeia, conforme mostra a figura 3. Pequenas descargas são normais nos isoladores mas, ao se negligenciar a limpeza, estas descargas podem se espalhar por toda a cadeia e ocasionar o desarme da linha de transmissão.

Forma uma contínua e altamente condutiva camada, de comprimento tal, que é suficiente para provocar o flashover.

Tipos de poluição que causam flashover em cadeia de isoladores

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3.5 Distância de Segurança

O primeiro parâmetro a se definir é a distância de trabalho do eletricista ao ponto energizado.

Figura 5 - Distância de segurança (no ar) de acordo com a NR-10

A norma regulamentadora NR-10 e outras normas específicas de concessionárias do setor elétrico fornecem uma referência para esta distância. Optou-se como distância segura para o eletricista a distância de 5,5m, ou seja, trabalhar dentro da área controlada.

Nota-se que essa distância regulamentada pela NR-10 é a distância de segurança no ar e na lavagem ocorrerá que o eletricista estará “ligado” ao condutor energizado através de um jato de água, o que requer cuidados adicionais. A distância do operador do jato até o ponto energizado combinada com a pressão do jato e a condutividade da água são os fatores chave que garantem a segurança nessa atividade.

3.6 Pressão de trabalho

O jato não deve formar leque e deve ser uniforme por 5,5m. É fundamental que seja contínuo e, por isso, deve ser testado no ar antes de iniciar a lavagem. A pressão de água a se manter, no fim do jato, é importante para assegurar a boa limpeza dos isoladores. É necessário um bico adequado para formar o jato. Para manter a pressão na ponta da pistola em um valor adequado é necessário especificar uma bomba compatível.

A norma IEEE – 957 recomenda uma pressão de 800 PSI. A Ternium, em testes de campo, definiu o valor de 50bar (≈700 PSI) que demonstrou ser o suficiente para a limpeza adequada.

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3.7 Condutividade

A água utilizada deve ser de baixa condutividade e então utiliza-se somente água desmineralizada para tal atividade.

A IEEE-957 descreve referências para lavagem, condutividade, pressão de água e diâmetro do bico da pistola, conforme tabela 1 abaixo.

3.8 Potência do motor

O motor deve ter uma potência de 20CV com vazão de 110l/min. Essa potência deve ser suficiente para compensar a queda de pressão ao longo da mangueira e manter um jato forte de saída na pistola.

3.9 Manômetro

O manômetro na saída da bomba deve ser de 0 a 100 bar.

3.10 Umidade relativa do ar

O trabalho só deverá ser liberado quando a umidade estiver abaixo de 70% que é a referência para trabalhos em linha viva.

Tabela 1- Parâmetros para lavagem (IEEE 957)

3.11 Sequência ideal para lavagem

a. Medir a condutividade da água desmineralizada antes de abastecer o caminhão, ou seja, na planta de tratamento.

b. Ao pé da torre, esguichar um jato e medir a condutividade da água que já percorreu toda a mangueira. Esta deve ser a menor possível. A norma

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IEEE-957 recomenda na tabela 1 o valor máximo de 50.000 Ωxcm (20µS/cm).

OBS.: A Ternium trabalha com condutividade < 1µS/cm

c. Medir a umidade relativa do ar. O serviço só poderá ser realizado com umidade menor do que 70%.

d. Conferir se todos os equipamentos estão aterrados.

e. Escalar a torre se posicionando no ponto correto de acordo com a cadeia que se deseja lavar.

OBS.: Evitar danos na mangueira durante a escalada.

f. Efetuar um jato para o ar e verificar o formato do jato e se a direção do vento é favorável.

g. Aterrar o bico metálico da pistola na ferragem da torre.

h. Constatar que ao limpar a cadeia não haverá projeção de água suja para outra cadeia lateral ou abaixo que ainda não foi lavada.

i. Não esquecer de voltar enxaguando os isoladores conforme mostra a figura 6.

j. Em isoladores muito sujos pode ocorrer centelhamento durante o primeiro jato. Neste caso o eletricista operador da pistola deve manter o jato até que o centelhamento cesse.

Figura 6 - Lavagem de isoladores de ancoragem

Atenção para a figura 6 onde é ressaltado que não pode haver projeção de água suja em isoladores que ainda não foram lavados.

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OBS.: É desaconselhado efetuar a lavagem com vento contrário ao sentido do jato.

Figura 7 - Lavagem de isoladores de suspensão

Para cadeias de suspensão, deve-se iniciar lavando o isolador mais próximo do condutor, depois subir e limpar o isolador acima, voltando a limpar (enxaguar) o isolador abaixo. Repetir esse processo ao longo de toda a cadeia

3.12 Processo seguro de trabalho

Tomamos como premissa para a execução segura da atividade a abordagem dos seguintes pilares: especificação, medidas de controle, procedimento e treinamento

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Tabela 2 - Comparativo IEEE 957 x Realizado

3.13 Isoladores antipoluição

Paralelamente à implantação da lavagem dos isoladores foram adquiridos, para os pontos críticos, isoladores com maior linha de fuga de modo a contribuir também para a diminuição da frequência de intervenções de limpeza. Mantendo a altura e diâmetro de projeto foi possível substituir os isoladores, saindo do grau de poluição muito leve/leve para moderado. Esta ação ajudou no aumento na periodicidade de lavagem dos isoladores.

Figura 9 - Aumento da linha de fuga com novos isoladores Parâmetro Recomendação

IEEE-957 Ternium

Distância 4,27m mín. 5,5m mín.

Condutividade < 20µS/cm. < 1,0 µS/cm

Pressão final 800PSI Mín. 700PSI Mín.

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Figura 10 – Distância específica mínima antes e após substituição por isoladores antipoluição

4. Discussão

A avaliação do fenômeno descrito na figura 3 é fundamental para o sucesso das intervenções de lavagem garantindo que não ocorra um desligamento e também assegurando que a periodicidade de intervenção seja a maior possível.

É fundamental o entendimento de toda a equipe de manutenção sobre a criticidade. Poucas descargas localizadas no meio da cadeia nada representam e não há risco de desarme. As descargas que se concentram no lado vivo e depois se espalham por toda a cadeia podem ocasionar um flashover pela superfície dos isoladores e devem ser alvo da atenção dos profissionais envolvidos.

Normal Baixo Moderado Alto Figura 11 - Criticidade do equipamento

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É importante que o profissional registre uma foto para ser comentada com a equipe de modo que a criticidade definida seja um consenso do grupo de trabalho.

Através do sistema CFTV, com câmeras infravermelhas, é possível realizar a inspeção nas cadeias sob poluição. À medida que a linha opera, e nenhum esforço é realizado para limpeza, as cadeias passam pelas etapas acima (figura 11) onde as descargas vão se intensificando até que o flashover ocorra.

Figura 12 – Falha por período seco/úmido

Observa-se que o fenômeno é sazonal e 80% das falhas aconteceram no período seco; caracterizando assim uma descarga por poluição. Neste período os isoladores não se beneficiam da autolavagem propiciada pelas chuvas frequentes.

Outra observação foi que 70 % das falhas ocorreram no período de baixa umidade do dia o que também está alinhado com o modo de falha por poluição. Sabe-se que sujeira seca não conduz. É necessário sujeira e umidade.

Figura 13 – Falhas por período do dia

1 1 1 1 4 0 1 1 0 5 1 2 3 4 5 6 7

FALHA POR PERÍODO SECO/ÚMIDO

Período Seco (Mai-Nov) Períod Úmido (Dez-Abr) 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 4 0 0 1 2 3 4 5 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

FALHAS POR PERÍODO DO DIA

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Um isolador antipoluição mais adequado pode ser dimensionado através do estudo de poluição da norma IEC 60815-1 e deve possuir a distância de escoamento maior para que a periodicidade de limpeza possa ser aumentada.

5. Resultados

Com as ações desenvolvidas foi possível evitar os prejuízos decorrentes do desarme da linha. Cada desarme indevido equivale à perda de produção no valor de US$171.000,00 e também a uma perda de energia não gerada de US$5.644,00, totalizando assim US$ 176.644,00.

Com este trabalho foi possível:

a) Aumentar o intervalo entre falhas da linha de transmissão. Estamos há 30 meses sem falha por poluição

b) Diminuir a frequência de lavagem de isoladores.

c) Disseminar o conhecimento entre funcionários próprios. d) Estimar a criticidade e o risco de ocorrência do evento. e) Diminuir custos de manutenção.

É primordial que o profissional entenda que as ações de manutenção devem ser intensificadas no fim do período seco. É nesse período que o volume de sujeira depositada propicia a formação da corrente de fuga por toda a cadeia.

À medida que o conhecimento sobre as instalações for aumentando o profissional pode alterar a periodicidade de intervenção preventiva. Essa mudança de patamar deve ter alicerces no entendimento dos modos de falha e no histórico detalhado do equipamento.

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O histórico dos equipamentos deve ter todas as informações relevantes que possam servir para análise futura. De posse de todas essas informações é possível sair da região de incertezas e otimizar a periodicidade da atividade. Após o conhecimento do mecanismo de formação das descargas por poluição na cadeia de isoladores e da estratificação dos dados foi possível ter mais entendimento e, consequentemente, mais eficiência na manutenção da linha.

“A manutenção preventiva sistemática deve ser efetuada na quantidade correta

e na melhor maneira possível dentro das necessidades de sua unidade”. Gil Branco Filho

6. Conclusão

A lavagem de isoladores com água desmineralizada é uma técnica bem difundida entre as concessionárias de transmissão de energia elétrica no Brasil. No setor privado, devido ao desconhecimento, ainda não é tão utilizada. Essa técnica, se bem empregada, é segura e mais econômica para limpar grandes extensões de linha de transmissão. A implantação de um programa de lavagem requer conhecimentos específicos que dependem do entendimento do modo de falha da linha. A partir deste conhecimento podem ser tomadas ações, que de uma forma planejada e segura são capazes de evitar as falhas.

Referências

o IEC 60915-1 Selection and dimensioning of high-voltage insulators intended for use in polluted conditions.

o IEEE – 957 Guide for insulator cleaning.

o ONS Submódulo 2.4 – Requisitos mínimos para linhas de transmissão aéreas.

o Furnas - Lavagem de Isoladores com a linha energizada.

o Problemática do Isolamento nas Linhas de Muito Alta Tensão nas Zonas Poluídas - Pedro Emanuel Simões de Sousa.

o A organização, o planejamento e o controle da manutenção – Gil Branco Filho.

o Mello, Darcy R. Avaliação do grau de poluição em instalações de Transmissão, Subestações e Distribuição

Referências

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