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1 XXII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétri SENDI a 10 de novembro Curitiba - PR - Brasil Giovani Eduardo Braga CEMIG Distribuição S.A. gioedu@cemig.com.br NOVAS ABORDAGENS DE INSPEÇÃO E AVALIAÇÃO DE RISCO DE FALHA DE FUNDAÇÕES METÁLICAS DE LINHAS AÉREAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ALTA TENSÃO DEVIDO À CORROSÃO, BASEADA EM ENGENHARIA DE CONFIABILIDADE. Palavras-chave AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE CONFIABILIDADE CORROSÃO FUNDAÇÕES GESTÃO DE ATIVOS MANUTENÇÃO Resumo A corrosão das estruturas enterradas acarreta em aumento da probabilidade de falha e perda de confiabilidade estrutural da linha de transmissão (LTs) e Distribuição (LDs), fazendo com que seja imprescindível identificar os locais e circunstâncias em que ocorre a corrosão e como ela afeta a perda de confiabilidade do componente estrutural e da linha de transmissão como um todo. Desta forma, é possível fazer o planejamento de intervenções para proteção e recuperação das fundações metálicas enterradas a partir das probabilidades de falha associadas aos modos de falha. O objetivo geral deste trabalho é apresentar uma metodologia que possa ser utilizada na manutenção, análise e inspeção da integridade de fundações metálicas e pés de torres de LTs devido à corrosão, para a avaliação da vida útil e definição de um plano de gerenciamento contra a corrosão de fundações metálicas usando técnicas de engenharia de confiabilidade, avaliação de risco e gestão de ativos. 1. Introdução A corrosão dos metais, de uma maneira geral, é um processo natural de envelhecimento dos materiais e equipamentos, o que reflete em sua vida útil e confiabilidade. Como o processo de inspeção de corrosão em materiais de difícil acessibilidade, como é o caso das fundações metálicas de LTs (linhas de transmissão), é de interesse que se tenha 1/11

2 técnicas alternativas a inspeção visual para avaliação, abordagem, definição de riscos, etc. O controle de corrosão em fundações de LDs envolve o levantamento e análise de dados originados por diferentes métodos de inspeção e práticas de rotinas de manutenção e reparo. Neste caso, um programa de gerenciamento de integridade de fundações contra corrosão deve analisar de forma integrada todas as informações de dados de inspeção para manter níveis elevados de confiabilidade e continuidade operacional das instalações. Para tanto, torna-se necessário avaliar, sob diferentes maneiras, o fenômeno da corrosão pelo solo em fundações metálicas de LTs, os dados que interferem no fenômeno, os custos e os riscos envolvidos. A fundação da LT faz parte, juntamente com o suporte (estrutura) aéreo, da função estrutural da LT, ou seja, suportar os cabos e seus acessórios de forma segura, mantendo as distâncias elétricas definidas pelas características elétricas exigidas. A fundação é o elemento da LT que sustenta todos os demais, fixando-os ao solo. Assim, as cargas mecânicas de atuação nas fundações vêm das cargas atuando nos demais elementos e da geometria, principalmente da estrutura aérea. A partir destas informações, mais a resistência do solo, faz-se o dimensionamento e projeto das fundações. As fundações podem ser de diversos tipos e materiais, variando em função do tipo de estrutura (postes, autoportantes e estaiadas), da topografia, da constituição (resistência mecânica) do terreno e dos custos de construção e manutenção. Este trabalho tem por objetivo mostrar uma nova visão da abordagem a ser dada ao problema, levando em conta riscos e custos de inspeção e reparos das fundações das LDs sobre uma ótica mercadológica e de sustentabilidade do negócio de transmissão de energia elétrica, levando em conta a idade e vida útil dos ativos. 2. Desenvolvimento A Manutenção Centrada em Confiabilidade (MCC), também chamada de Manutenção Baseada em Confiabilidade (MBC) ou do inglês Reliability Centered Maintenance (RCM), é uma das mais modernas técnicas de engenharia de manutenção, base para a gestão de ativos físicos e planejamento da manutenção. Com a MCC é possível definir quantitativamente as probabilidades de falha de um ativo e, consequentemente, o risco de falha do mesmo. Para tanto, é necessário que haja um histórico de falhas ou defeitos nos ativos para que se possa fazer uma análise dos dados de vida deste ativo e determinar uma melhor periodicidade para que o mesmo seja, inspecionado, reparado ou mesmo descartado. Assim, neste trabalho, foi adotado o banco de dados de ocorrência de corrosão em fundações da Cemig GT, com uma quantidade de ativos que somam mais de 5000km de linhas, com tempo de operação variando de poucos anos a mais de 50 anos, no qual foram feitas análises dos dados de vida. Na análise de dados de vida, também chamado de análise de Weibull, foi feita previsões sobre a vida das fundações metálicas sujeitas à corrosão, ajustando uma distribuição estatística de dados de vida a partir de dados históricos de ocorrências/inspeções da Cemig GT. Isto foi feito utilizando um Software de Confiabilidade, denominado Weibull++8 ("(RC, 2012, p. 1-12)"), a fim de obter gráficos com parâmetros de probabilidade. Através dos gráficos foram iniciados os estudos de análise de falhas e manutenção do sistema em estudo. Como o tempo é uma medida comum de vida, dados de vida são frequentemente chamados de tempo até a falha ou tempo entre falhas, que é o parâmetro melhor para este estudo, já que a corrosão é um fenômeno cinético. Através de uma função densidade probabilidade f(t), o modelo tradicional envolve a variável aleatória, tempo até a falha (MTTF) ou tempo entre falhas (MTBF). Esse procedimento também é adotado pela modelagem da variável aleatória de tempo de reparo e derivação da função densidade de reparo g(t) ("(CARVALHO, 2008, p. 178)"). Primeiramente, estimou-se a distribuição de probabilidade através do teste de aderência, com o ajuste da melhor distribuição para que o resultado da modelagem de confiabilidade seja o melhor possível, com a sua respectiva 2/11

3 estimação de parâmetros. O software dispõe de vários métodos, como a máxima verossimilhança, método de ranqueamento padrão, método dos limites confiança, método do ranque, etc. No caso, o método de estimação de parâmetros adotado foi o da máxima verossimilhança (MLE) e o teste de aderência adotado foi o método de ranqueamento padrão. A distribuição que melhor se adequou aos dados foi a Gama Generalizada e os parâmetros obtidos da análise são mostrados na FIG. 1. Figura 1 Teste de aderência das distribuições estatísticas que melhor foram ranqueadas e os parâmetros calculados A partir do software, cálculos foram feitos e elaborados os gráficos de probabilidade de falha, confiabilidade, mantenabilidade, MTTF, etc. 3/11

4 As concessionárias de transmissão e distribuição de energia elétrica, como a CEMIG por exemplo, mantem um controle sobre os casos de corrosão das fundações de torres detectados em seu sistema de transmissão/distribuição. Apesar de alguma precariedade dos dados em função das dificuldades tecnológicas de registro no passado, alterações feitas ao longo dos anos no sistema de transmissão e distribuição, e da grande quantidade de fundações/torres espalhadas em vastas extensões territoriais, a FIG. 2 abaixo mostra um retrato geral dos principais casos de corrosão encontrados nas LTs da CEMIG GT. FIGURA 2 - Dados de ocorrência de corrosão em fundações de torres nas LTs da CEMIG É importante ressaltar que o critério de defeito/falha adotados para tratar estes dados não é bem claro. Em algumas ocorrências se usou o critério da medição de potencial ("(PASSOS, 2000, p. 7)", "(CEMIG, 2007, p. 14)") e em outras 4/11

5 ocorrências usou-se a experiência do eletricista/inspetor de campo, ou seja, um critério subjetivo. Análise dos Dados de Vida de Fundações Metálicas de LTs Os principais resultados da análise de vida são mostrados na TAB. I, FIG. 3, 4 e 5, obtidas através de um software específico e descrito na metodologia, também chamado de análise de Weibull, ajustando uma distribuição estatística de dados de vida (tempo até a falha/defeito) a partir da FIG. 2. Tabela I Parâmetros da análise de vida Entradas do Usuário Tempo Final da Missão (Yr) = 30 anos Limites de Confiança usados: 2-Lados Método dos Limites de Confiança: Matriz de Fisher Nível de Confiança = 0,9 Saída do Weibull++ 8 Limite Superior (0,95) = 0, Confiabilidade R(t=30) = 0, Limite Inferior (0,05) = 0, Limite Superior (0,95) = 32, Vida média MTTF = 30, Yr (anos) Limite Inferior (0,05) = 29, Limite Superior (0,95) = 0, Probabilidade de falha Q(t=30) = 0, /11

6 Limite Inferior (0,05) = 0, Limite Superior (0,95) = 0, Taxa de Falha = 0,043418/Yr (anos) Limite Inferior (0,05) = 0, /11

7 Figura 3 Gráfico de probabilidade de falha com os dados da FIG. 2 7/11

8 Figura 4. Gráfico de probabilidade de falha ajustada com intervalo de confiança de 90% 8/11

9 Figura 5 Gráfico de confiabilidade/mantenabilidade dos dados de vida da FIG. 2 Pode ser observado pelos dados acima que a probabilidade de falha (ou defeito) devido a corrosão das fundações metálicas das LTs, para sua vida regulatória que é de 30 anos, é de 43% aproximadamente. Esta é uma probabilidade de falha relativamente alta, considerando a importância deste componente para o ativo linha de transmissão e a importância deste ativo para o negócio transmissão de energia elétrica, onde se exige alta disponibilidade e confiabilidade, além de custos operacionais mais baixos possíveis. Na FIG. 6 é mostrado o planejamento otimizado de manutenção com base nos dados e análise de vida das fundações 9/11

10 metálicas devido a corrosão (tempo até a falha/defeito), com base em parâmetros padrão do software, como a confiabilidade de 90%, por exemplo. Neste gráfico é sugerido que a substituição/manutenção da fundação seja feita com aproximadamente 6 anos detectada na inspeção ou após 12,6 anos caso não haja inspeção. Isto evidencia a importância que se deve dar a inspeção na manutenção das fundações de LTs. Figura 6 Planejamento da manutenção baseada em custo e confiabilidade 10/11

11 3. Conclusões Com base nos dados mostrados, obtidos através de cáclculos estatísticos de probabilidade de falha, pode se obter um plano mais atimizado da manutenção, baseado em custos e riscos. Assim, o mantenedor das LTs e LDs podem direcionar as inspeções, que pode ser baseadas em inspeções visuais ensaios fisicos, químicos e eletroquímicos, para que se trabalhe com o menor custo e risco possível, uma vez que as inspeções, em geral, são caras e os riscos de falha são consideráveis. Evidentemente estes dados e análises podem ser otimizados em função dos ciclos de planejamento e execução da manutenção. Assim, quando se chegar ao período de 6 anos, estipulados a partir das análises, pode-se fazer uma inspeção completa nas LTs, utilizando as mais variadas técnicas de inspeção possíveis e adotadas, desde as mais precisas às mais baratas, de modo a trazer ao gestor do ativo a melhor informação para a tomada de decisão, baseada em custos de manutenção e riscos dos ativos. 4. Referências bibliográficas RELIASOFT CORPORATION, Weibull ++8, Software Package.Tucson, A2, CARVALHO, A.L. Análise de disponibilidade utilizando abordagem nebulosa. 123f. Tese (Doutorado). Universidade Federal de Minas Gerais, Departamento de Engenharia Elétrica, Belo Horizonte-MG, PASSOS, A. C. et al. Proteção Catódica Fotovoltaica de Fundações Metálicas de Linhas de Transmissão. In: encontro ABRAMAN, Belo Horizonte, CEMIG. Medição do Potencial de Corrosão das Fundações de Estruturas Metálicas de Linhas de Transmissão. Instrução de Manutenção IM-OM-LT /04/ /11

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