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GLT/ 04
17 22 de outubro de 1999Foz do Iguau Paran - Brasil
GRUPO IIILINHAS DE TRANSMISSO (GLT)
MONITORAO DE PARMETROS ELETROMECNICOS DE LINHAS DE TRANSMISSO
COMVISTAS A AVALIAO DO ESTADO OPERACIONAL E REACPACITAO
Jos Maurcio de B. Bezerra Oswaldo Rgis Junior Roberval LunaUFPE
- Brasil CHESF - Brasil CHESF - Brasil
RESUMO
A monitorao de parmetros eletromecnicos delinhas de transmisso
uma ao fundamental naaferio do seu estado operacional, no apenas
com oenfoque do desencadeamento de aes preditivasrotineiras, como
tambm, mais recentemente, com ointuito de se aferir com preciso a
vida tilremanescente de seus componentes, visando umaavaliao
econmica criteriosa da viabilidade derecapacitao da instalao.
PALAVRAS-CHAVE
Recapacitao - Linha de Transmisso -Sensoriamento - Monitorao -
Tcnicas Preditivas
1.0 INTRODUO
O setor eltrico brasileiro, atualmente, se defronta comuma
situao de escassez e obsoletismo significativosde instrumentao
voltada para efetivamente realizar odiagnstico do estado dos
componentes de linhas detransmisso que permita subsidiar com
preciso adeciso tcnico-econmica de recapacitao deinstalaes
eltricas.
Questes do tipo: qual a vida til remanescente decondutores ACSR
face ao acmulo de vibraeselicas? Qual o estado de oxidao da alma de
aodesses condutores? Como se encontram as fundaesmetlicas no que
tange a oxidao? As conexeseltricas podem ser submetidas a um
processo derepotencializao da linha? Essas questes e muitas
outras no tm resposta adequada, apontando para anecessidade
premente de se partir para amodernizao da instrumentao existente.
Pode-sedizer inclusive que o setor eltrico, nesta rea, seencontra
com uma defasagem equivalente ao perodoem que o Brasil adotou a sua
poltica de reserva demercado de informtica.
Esses problemas requerem uma ateno ainda maior,quando se tem em
mente a nfase crescente dautilizao de tcnicas de recapacitao
comoalternativa competitiva construo de novas obras, oque tem
levado as empresas a implementao deprogramas parciais (apenas up
rate: extenso dolimite trmico, recondutoramento, expanso de
feixes,etc.) sem enfocar a outra vertente do programa: upgrade
(aferio dos aspectos voltados para adequaoda confiabilidade da
instalao reviso do sistema deproteo contra descargas, aferio do fim
de vida tilde componentes, incorporao de novos componentescom
comportamento tecnolgico que apresentemmenor taxa de falha,
etc.).
Essa complementao fundamental ao desempenhofuturo da linha de
transmisso apenas repotencializada(up rate) . Essas aes parciais so
semelhantes a trocado motor de um carro de pequeno porte j antigo
porum motor novo e possante, sem se ater a reviso dosdemais
componentes do veculo (amortecedor,suspenso, pneus, etc.). Os
aspectos de segurana eoperacionalidade desse novo veculo,
estarofundamentalmente comprometidos. No caso de umalinha de
transmisso teramos, de imediato, o aumentoconsidervel dos DEKS, uma
vez que a LT passaria a
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ter blocos de energia interrompida maiores para asmesmas taxas
de falha e tempos mdios deinterrupo.
Alm dos aspectos tcnicos acima comentados h dese considerar
ainda a questo econmica, em que deveser avaliada a viabilidade do
investimento, diante davida til remanescente dos diversos
componentes dainstalao. Quando temos um carro velho que
requergrandes reparos o questionamento quanto a troca porum novo,
afastando-se as preocupaes com ostatus, vm sempre tona.
O artigo em tela representa um levantamento doestado da arte, a
nvel internacional, de como osprocessos de monitorao de
parmetroseletromecnicos em linhas de transmisso tmevoludo, fazendo
um paralelo com o tratamento quevem sendo dispensado, pelo Brasil,
questo.
Esse trabalho representa um insumo valioso implementao
estruturada de processos derecapacitao de linhas de transmisso, em
todos osseus enfoques, seja do ponto de vista tcnico (up rate
eprincipalmente up grade), como tambm econmico,uma vez que alerta
para a necessidade da avaliao dediversos componentes que podero ter
a substituiorecomendada.
2.0 TERMINOLOGIA
Os termos a seguir descritos se baseiam, tanto quantopossvel,
nos conceitos introduzidos pelo IEEE (1).
Capacidade: est associada potncia da instalao(tenso x corrente:
capacity).
Disponibilidade: refere-se ao tempo total em que ainstalao
(linha ou equipamento) est em operaonormal (termo original: up-time
ou availability).
Capacidade: refere-se energia suprida pelainstalao, resultando
da combinao de capacidade edisponibilidade, isto : capabilidade =
capacidade xdisponibilidade (termo original: capability).
Recapacitao: qualquer medida tomada com relaoa uma linha de
transmisso, seja para restaurao dascondies fsicas, alteraes em
caractersticas deprojeto ou limites operativos.
Repotencializao: elevao da capacidade comalterao do projeto
original (termo original: up rate).
Requalificao: aumento da disponibilidade comalterao do projeto
original (termo original: upgrade).
Regraduao: elevao das caractersticas nominais,face a mudana de
critrios, ou introduo demonitoraes especficas.
Restaurao: recuperao ou melhoria dacapabilidade (resultado da
combinao de capacidadee disponibilidade) original do projeto
(refurbishment).
Com as mudanas institucionais do setor eltrico aimportncia da
recapacitao de linhas de transmissovem sendo cada vez mais
caracterizada face aosaspectos econmicos envolvidos e necessidade
de seconviver em um novo cenrio, caracterizado por umambiente
competitivo.
Neste contexto, mais de 30% das linhas detransmisso do setor
eltrico j apresentam uma faixaetria superior a 25 anos, fato que,
por si s jrepresenta uma preocupao no mnimo voltada parapreservar
as suas caractersticas operacionaisoriginais, no obstante os
freqentes projetos emandamento, voltados para repotencializao
dessasinstalaes (2) e (3).
3.0 TECNOLOGIAS E FENMENOSELETROMECNICOS DE INTERESSE
Dentre as tecnologias e fenmenos de interesse querequerem um
aprofundamento em seus modelos eformas de sensoriamento e
monitorao, destacam-seos abordados a seguir.
3.1 Avaliao de Indicadores
As anlises das condies operativas realizadas pelosrgos de
manuteno, aferem as dificuldadesoperacionais atravs da prvia
identificao dos pontoscrticos e conseqente adoo de medidas
preventivasnecessrias a superao dos mesmos.
As taxas de falhas (transitrias, permanentes,desligamentos) e o
tempo mdio de reparo doinformaes valiosas para que se possa
examinar odesempenho das linhas de transmisso. A comparaodas taxas
de falhas da linha em estudo com as taxas deoutras linhas, bem como
a evoluo desses ndices aolongo do tempo, do importantes subsdios
para aanlise que se pretende fazer.
A taxa de defeitos e o custo realizado com amanuteno da linha
tambm representam
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informaes essenciais tomada de deciso quanto aviabilidade da
recapacitao.
A ttulo ilustrativo, as figuras 1 e 2 enfocam odesempenho da
linha Angelim II Recife II, 500 kV,C1, do Sistema CHESF, detalham a
evoluo dastaxas de falha transitrias e identificam as
principaiscausas das ocorrncias. (4).
0
10
20
30
83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98
ANO
FR
EQ
U
NC
IA
Real. Mdia LT
FIGURA 1 - FREQNCIA DE FALHASTRANSITRIAS
0
20
40
60
80
100
FR
EQ
U
NC
IA
Queimada Poluiao Desc. Atm. Ingnorada Vegetao
FIGURA 2 - CAUSAS DAS FALHASTRANSITRIAS (PERODO 83 98)
3.2 Vibraes Elicas
Este fenmeno provocado por ventos transversaisbrandos (em torno
de 2 m/s) os quais incidem sobre oscondutores que, quando
submetidos a traesmecnicas superiores a 20% de suas cargas de
ruptura,absorvem tais energias e as transmite aos pontos
desuspenso. Esses pontos podem ser gradativamentedeteriorados por
fadiga mecnica do material,requerendo cuidados especiais de
montagem emonitorao.
A evoluo desses desgastes pode provocar a rupturaparcial dos
condutores, caracterizando um defeito dedifcil localizao visual a
distncia (5). As inspeesespeciais so realizadas com a
instalaodesenergizada e envolve grandes recursos humanos e
materias, quando realizada de forma disseminada e emlarga
escala.
A forma preditiva de se atacar o problema estdirecionada a se
identificar a presena do fenmeno,atravs da instalao de vibrgrafos,
os quaisnecessitam permanecer na linha, registrando ofenmeno
durante um perodo mnimo de 7 dias, faceao surgimento aleatrio do
mesmo. Durante taisensaios so tambm registrados a
temperaturaambiente, velocidade do vento e direo. O
perfeitodesempenho da linha quanto a vibraes elicas estarassegurado
a partir da identificao da ausncia dofenmeno, mesmo tendo ocorrido
ventos brandostransversais linha de transmisso (1 a 6 m/s)
etemperaturas baixas (
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Convencionalmente so utilizados termovisores paraavaliar o
estado trmico dessas conexes. Essesinstrumentos no so
tradicionalmente utilizados emlinhas de transmisso, no Brasil,
apesar da existnciade modelos voltados particularmente para
essasaplicaes.
Os modelos de ltima gerao permitem a realizaode ensaios durante
o dia, atravs da utilizao internade filtros solares, alm de
viabilizar tais inspees porvia area, incorporando facilidades do
tipo gravaodas imagens visuais e trmicas e posteriorprocessamento
digital (6).
3.5 Clearances condutor-solo
As distncias (clearances) condutor-solo representamum parmetro
fundamental na identificao dacapacidade de carregamento eltrico de
linhas detransmisso, no sentido de assegurar que oscondutores,
mesmo aquecidos pelo efeito Joule e aodo Sol, no violem as condies
de seguranaestabelecidas em normas tcnicas. A aferio
dessasdistncias requer uma avaliao do comportamentoeletromecnico da
linha de transmisso, a partir doqual se possa identificar vos
crticos a seremcorrigidos ou monitorados em condies decarregamento
normal ou contingncias (7).
Essas aferies devem incorporar a degradaosuperficial gradativa
dos condutores que acarretam emseu enegrecimento, perda das
caractersticas detroca de calor com o meio ambiente e
conseqentediminuio da capacidade de transporte de energiaeltrica na
presena de raios solares.
Deve-se buscar, inclusive, em condies decarregamentos especiais,
a possibilidade demonitorao on line desses clearances, de talforma
a assegurar o atendimento demanda deenergia eltrica. O CEPEL vem
desenvolvendoprottipos de sensores de temperatura e
corrente,aplicando tecnologias de fibras ticas (8). Comoalternativa
aferio dos clearances est sendo testadaa medio da tenso mecnica nos
cabos.
3.6 Oxidao de Condutores
A oxidao em condutores ocorre na alma de ao, apslongos perodos
de operao e pode ser acelerada emdecorrncia da agressividade do
meio ambiente(umidade, acidez, etc.). A preocupao reside
noenfraquecimento mecnico do condutor e conseqenteruptura do
mesmo.
Como mtodo de ensaio so utilizadas mediesespeciais que permitem
aferir o estado da alma de ao,sem a necessidade de desligamento da
linha, podendo-se, inclusive, inferir quanto ao tempo de vida
tilremanescente do cabo condutor (9).
Esses instrumentos j foram desenvolvidos, entretantono so
comercializados. Os servios so prestados,fornecendo-se ao
contratante os diagnsticosdesejados. Para ilustrao, fruto de
contatos mantidoscom fornecedores, os tpicos a seguir fornecem
umaidia dos custos envolvidos com a realizao deservios dessa
natureza, em linhas de transmisso daCHESF, com mais de 25 anos de
operao.
Dados Fornecidos
Amostragem de uma linha de 100 Km Seriam ensaiados apenas 10%
(10 Km) Tempo para coleta de dados: 4 dias Preo para a coleta dos
dados: US$ 3,000 por dia A anlise dos dados dura 1 dia para cada
dia de
coleta Preo por dia de anlise: US$600 Taxa de mobilizao (remessa
de instrumentos,
despesas de viagem, seguro), so cobradosseparadamente, a
depender do projeto.
Simulao de custos para uma amostragem de 100Km (equivalente a 10
Km de ensaio), vide tabela 1.
TABELA 1 CUSTOS DE ENSAIO DECORROSO EM CABOS
Atividade Unidade QTDE TotalAmostras US$3,000/dia 4 dias
12,000Anlise US$600/dia 4 dias 2,400Estadia US$200/dia 2 x 15 dias
6,000Passagem US$2,000 2 4,000Despacho US$1,000 1 1,000Seguro
US$1,000 15 dias 1,000
Custos Totais:
Fixo: US$5,000 Varivel: U$21,400
Hoje, 35,6% do sistema CHESF requer uma avaliaoatravs deste
processo, equivalente a 5.857 Km (linhasde transmisso com mais de
25 anos de operao). Aseguir apresentado um oramento global para
avaliaro estado dessas linhas de transmisso:
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Portanto o oramento global estimado deUS$1.258.398,00.
O valor total acima explicitado ressalta a validade dese partir
para desenvolvimento de tecnologia prpriavoltada para incorporar
sensores que detectem oestado de oxidao de condutores.
3.6 Avaliao Eletroqumica do Solo
Esses ensaios tm o propsito de, a partir da avaliaodas
caractersticas eletroqumicas do solo, se inferirquanto ao estado de
oxidao das partes metlicasestruturais enterradas, de tal forma a se
evitardispendiosas escavaes com o mesmo propsito. Aconcretizao dos
procedimentos para realizao detais ensaios encontram-se em fase
final de pesquisasno CEPEL (10).
3.7 Monitorao da Poluio
A poluio de isoladores ocorre atravs da deposiode contaminantes
quer sejam de origem industrial,martima ou ambiental (5). Esses
depsitos,juntamente com a presena da umidade, e tensoeltrica mais
elevada propiciam o surgimento dedescargas superficiais que podem
evoluir para ofechamento de uma arco de potncia sobre a cadeia
deisoladores e conseqente interrupo no fornecimentode energia.
Os processos de monitorao da contaminao dosisoladores mais
utilizados so:
Inspees noturnas; Medio de ESDD Anlise qumica dos contaminantes;
Medio de corrente de fuga;
3.8 Tcnicas de Reconhecimento de Padres
Face a aleatoriedade da ocorrncia do fenmeno dapoluio se torna
necessrio um enfoque estocstico,atravs, por exemplo, da utilizao de
tcnicas dereconhecimento de padres, redes neurais, etc.,
queconduzam a um melhor equacionamento da questo,podendo levar,
inclusive, monitorao on line (5).
Essas tcnicas podem ser visualizadas fazendo-se umaanalogia com
o ser humano. Uma demonstrao dapossibilidade de desenvolver tarefas
mais elaboradas
est associada com a sua capacidade de agrupar ouclassificar
dados. O processo de distinguir objetosvenenosos de alimentos um
exemplo de talcomportamento. Uma grande conquista dos cientistastem
sido a transformao de observaes do nossomundo real em leis da
natureza.
A classificao de padres um processo deinformao e transformao.
Isto , um classificadortransforma um conjunto relativamente grande
dedados misteriosos em um pequeno conjunto de dadosteis. No
surpresa portanto que mquinas, assimcomo organismos vivos, possuam
a habilidade dedetectar e classificar padres. Exemplos de
taismquinas que foram construdas e usadas efetivamenteso:
classificador de clulas do sangue, analisador decromossomos,
analisador de fotografias areas,analisador de vozes, leitor de zona
postal, analisadorde impresses digitais e analisador de radiografia
(5).
3.9 Regras Fuzzy para Inspees Visuais
No mtodo tradicional de inspees em linhas detransmisso, os dados
so coletados pelo inspetor, oqual j estabelece o diagnstico do
defeito e a ao demanuteno mais adequada. Todas essas informaesso
digitalizadas e, em um algoritmo computacional, possvel alocar as
aes de manuteno, por rgoexecutor, atendendo-se s prioridades
previamenteestabelecidas na base de dados e obedecendo-se srestries
de recursos humanos, infra-estrutura eaporte financeiro. Este o
processo rotineiramenteutilizado na manuteno preventiva que atende
a umciclo peridico que se inicia com a inspeo, seguidada elaborao
dos programas e posteriormente seencerra com a correo dos defeitos
e a identificaode pendncias que juntamente com os novos
defeitosapontados pelos inspetores iro compor o novo ciclode
manuteno (11).Este processo credita uma responsabilidade
muitogrande ao inspetor, o qual necessita de uma atenoespecial, no
que tange a treinamento, reciclagens eaferio permanente do padro
tcnico visual dessesespecialistas.
Um mtodo alternativo, em desenvolvimento, estmais voltado para
inspees minuciosas direcionadaspara aferio do estado operacional de
uma linha a sersubmetida ao processo de recapacitao.
Este mtodo passa a tratar as informaes colhidaspelos inspetores
em campo, como informaes noobjetivas. A tomada de deciso e suas
implicaessobre o planejamento do sistema, exige umaferramenta de
diagnstico capaz de tratar os dados
398.258.1000.5100
21.400857.5Total Custo ==++
==
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subjetivos, conduzindo a um posicionamento maiscorreto quanto ao
destino da obra. Nada fazer?Recuperar? Ou desativar a linha? Esta
ferramenta dediagnstico j utilizada na engenharia de transmisso,tem
como uma das bases a teoria dos conjuntosfuzzy (12).
4. CONCLUSO
Os pontos aqui levantados procuraram principalmentesensibilizar
os tcnicos que militam no setor eltricoda necessidade de se
implementar as metodologias derecapacitao de linhas de transmisso
em suatotalidade, inserindo-se estruturadamente o segmentovoltado
para assegurar a adequao dos ndices deconfiabilidade das instalaes
(up grade),principalmente quando as mesmas esto sendo objetode
projetos de repotencializao (up rate). Nesteaspecto, a monitorao
dos parmetroseletromecnicos da instalao assumem umaimportncia
crucial, quer seja na fase pr-recapacitao ou na fase
ps-recapacitao.
Na primeira fase se procura identificar o estado dainstalao no
que se refere ao parmetro especfico sobanlise, podendo se predizer
o tempo de vidaremanescente do componente sob foco; se
estabeleceuma base referencial para se avaliar a efetividade dasaes
de recapacitao a serem desencadeadas e secolhe subsdios para a
anlise de viabilidade tcnico-econmica da implementao de processos
derecapacitao.
Na segunda fase se aferi a efetividade das aes derecapacitao
executadas e se identifica os ganhos devida til obtidos a partir da
efetivao das melhoriasimplementadas.Como linha de pesquisa paralela
conveniente odesenvolvimento de estudos econmicos que indiquema
viabilidade dos projetos de recapacitao, diante dosinvestimentos a
serem empreendidos.
5. BIBLIOGRAFIA
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Home page daAGEMA THERMOVISION (1998), Suia.
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Home page daSHANNON TECHNOLOGY (1998). Canad.
(10) CEPEL. Projeto METAVECOR. ProgramaInstitucional do CEPEL
(1998). Brasil.
(11) SILVA, R. L.; NETO, A. P. Avaliao Estrturalde Torres
Metlicas Antigas. XIV SNPTEE(1997). Brasil.
