Everaldo Faustino da Costa Junior ENERGISA PARAIBA DISTRIBUIDORA DE ENERGIA S/A

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Mario Covalski Igrejas
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1 XXII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétri SENDI a 10 de novembro Curitiba - PR - Brasil Fagner Luiz Avelino de Jesus Silva DISTRIBUIDORA DE ENERGIA S/A Everaldo Faustino da Costa Junior DISTRIBUIDORA DE ENERGIA S/A Savio Ricardo Muniz Aires da Costa DISTRIBUIDORA DE ENERGIA S/A fagner.silva@energisa.com.br everaldojr@energisa.com.br savio.ricardo@energisa.com.br Sidneia Lira Cavalcante DISTRIBUIDORA DE ENERGIA S/A sidneia@energisa.com.br Maria de Fatima Negreli Campos Rosolem Fundação CPQD - Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicação mfatima@cpqd.com.br Mudança de tecnologia de baterias para religadores da distribuição Palavras-chave Baterias Confiabilidade Distribuição Manutenção Preventiva Ni-Cd, Ni-HM e VRLA Religadores Resumo Este trabalho busca avaliar, de maneira prática e com ensaios em ambiente real de operação, novas tecnologias de baterias para aplicação em religadores e demais equipamentos automatizados instalados nas linhas de distribuição. Utilizamos três tecnologias aplicáveis aos equipamentos já instalados em campo. Essas baterias precisavam atender a alguns requisitos físicos como os de dimensão máxima, tensão de operação e capacidade em 1/7

2 amperes hora. Como tecnologias de possível aplicação, selecionamos três, Níquel-Cádmio, Níquel-hidreto-metálico e Chumbo Ácida Regulada à Válvula (VRLA). 1. Introdução As baterias atualmente utilizadas nos religadores são do modelo Chumbo-ácido regulada por válvula (VRLA), com capacidades que variam de 7Ah até 23Ah dependendo do modelo e fabricante do religador aplicado. Elas têm garantia de 12 meses e vida útil, à temperatura de 25ºC, de cerca de três anos. As baterias com essa tecnologia de construção devem funcionar à temperatura média de 25ºC, com consequência de perda de vida útil de 50% para cada 10ºC acima de 25ºC. Nos nossos religadores temos temperaturas médias muito maiores que esta. As temperaturas na região oeste do estado da Paraíba, por exemplo, Atingem valores de 36ºC ou 37ºC, á sombra, mas como sabemos o cubículo é metálico, geralmente de aço inoxidável ou em alumio pintado em epóxi, está exposto ao sol e com equipamentos elétricos ligados em seu interior, o que gera uma cascata térmica. Estimamos, mas ainda precisamos de leituras em campo para comprovação, que a temperatura interna no cubículo chegue à 50ºC. Com um cálculo rápido, considerando a perda de 50% da vida útil para cada 10ºC, temos: 3 anos para 25ºC 1,5 anos (18 meses) para 35ºC 9 meses para 45ºC 4,5 meses para 55ºC Observamos nos últimos meses a morte das baterias dos religadores em cerca de 9 ou 10 meses, ampliando o impacto no DEC/FEC, por perda de comunicação remota do equipamento na recomposição, em caso de desligamentos não programados em vários alimentadores. Em 2013, tivemos cerca de 65 falhas de comunicação em momentos críticos, vários por falha de baterias. Mesmo com ampliação das verificações em manutenções preventivas ainda temos problemas com a vida útil desses componentes. 2. Desenvolvimento Busca de Tecnologias Compartilhamos nossa preocupação com a Profª MSc. Maria de Fátima Rosolem, Diretora do laboratório de Sistemas de Energia do CPqD, que nos orientou à prospecção de novas tecnologias que sejam aplicáveis às nossas condições de utilização. Fizemos contato com varias empresas na busca de soluções para a aplicação. A SAFT possuía em seu portfólio de produtos baterias com a capacidade e homologação nacional necessárias e a partir daí buscamos um protótipo de bateria, pois, ainda não é utilizado no Brasil outras tecnologias com essa capacidade. Encontramos duas tecnologias que poderiam ser aplicadas imediatamente, pois se adequavam às condições e características dos carregadores de baterias que já compõem nossos religadores, são elas as Níquel-Hidreto-metálico e as de Níquel-Cádmio, muito utilizadas na Europa por suas características anti-congelamento. Recebemos as propostas técnicas bem detalhadas, com manuais completos e descrições adequadas a nossa solução. Para as Baterias Níquel-Cádmio, a especificação conta com dois conjuntos 10 células com 1,2V com 7Ah. As dimensões 2/7

3 do conjunto são aderentes ao recipiente interno do controle do NULEC, não sendo necessária nenhuma adaptação nos cubículos existentes. Para as Baterias Níquel-hidreto-metálico, a especificação conta com dois conjuntos de 10 elementos com 1,2V com 15Ah, As dimensões do conjunto se adéquam ao cubículo do NULEC, não sendo necessária qualquer outro equipamento adicional. Instalação Instalamos, para testes de aplicação, três unidades de cada solução em cada conjunto elétrico, incluindo a utilizada atualmente para comparação, em condições climáticas severas com médias de temperaturas elevadas. Os conjuntos elétricos se localizam nas seguintes regiões no sertão paraibano: Pombal: Com temperaturas médias de 26,7ºC. Sousa: Com temperaturas médias de 26,7ºC. Bonito de Santa Fé: Com temperaturas médias de 23,7ºC. Todas com temperaturas médias máximas em torno de 40ºC e umidade relativa abaixo de 60%. Pequenas variações de temperatura ao longo do ano e índice de radiação solar altíssimo. As baterias foram instaladas em Religadores NULEC com controle ADVC com comunicação via rádio digital. Cada uma das três localidades conta com três religadores em condições de operação bem parecidas e em cada um foi instalado um conjunto com duas baterias de cada tecnologia. Para acompanhamento da temperatura interna do cubículo instalamos registradores de temperatura (Dataloggers), configurados para aquisição automática dos valores de temperatura e umidade a cada 30 minutos, 24 horas por dia. As Baterias serão monitoradas a cada três ou seis meses e faremos testes de autonomia em cada visita. A instalação ocorreu em 02 e 03 de dezembro de Entre os dias 14 e 16 de Janeiro de 2015, fizemos a primeira verificação, teste de autonomia das novas baterias em campo. Na mesma oportunidade baixamos os dados dos dataloggers que estão medindo a temperatura interna dos cubículos. No teste, a corrente foi medida com a bateria alimentando o equipamento. Medimos a tensão de flutuação com a alimentação AC ligada e a tensão inicial com a alimentação AC desligada. Após cerca de uma hora de suprimento pelas baterias medimos a tensão final para verificarmos o afundamento de tensão em cada tipo de bateria. Seguem os primeiros resultados 3/7

cubículos, as leituras foram as seguintes: Figura 1: Temperatura interna Religador Para este

4 Tabela 1: Leituras de Tensão e corrente Com os medidores de temperatura (Dataloggers) instalados em 02/12/2014 tivemos um mês e meio de leituras e com os dados verificamos as temperaturas internas dos cubículos, as leituras foram as seguintes: Figura 1: Temperatura interna Religador Para este religador em Sousa, encontramos uma temperatura media de 30,26ºC, com máxima de 40,2ºC e mínima de 22ºC. 4/7

Na mesma oportunidade baixamos os dados dos dataloggers que estão medindo a

5 Entre os dias 27 e 28 de Julho de 2015, fizemos a segunda verificação com teste de autonomia das novas baterias em campo. Na mesma oportunidade baixamos os dados dos dataloggers que estão medindo a temperatura interna dos cubículos. Tabela 2: Leituras de Tensão e corrente Figura 2: Temperatura interna Religador 5/7

6 Para este religador em Sousa, encontramos uma temperatura media de 28,10ºC, com máxima de 41,4ºC e mínima de 18,9ºC. Um dos conjuntos de baterias de tecnologia Chumbo ácida VRLA, não suportou os testes, vindo a desligar o cubículo e ocasionar perda de comunicação. Os cubículos dos religadores NULEC tem um isolamento térmico interno que se mostrou bastante eficiente em não permitir que a temperatura acumulada na face metálica irradiasse para os componentes internos Conseguimos constatar a sazonalidade de temperaturas, que explicita com a queda das médias com a chegada do inverno. Entre os dias 7 e 8 de Janeiro de 2016, fizemos a terceira verificação com teste de autonomia das novas baterias em campo. Tabela 3: Leituras de Tensão e corrente 3. Conclusões Verificamos com os testes em campo que as baterias de Ni-Cd e Ni-HM, tem um desempenho mais robusto para essa faixa de temperatura, visto que manteve sua capacidade praticamente inalterada nos testes após mais de um ano de operação em condições bastante severas. Trazendo para o sistema elétrico condições de segurança de operação mais adequadas, reduzindo o custo de manutenções preventivas e os riscos de perda de comunicação e proteção nos momentos de falha do sistema de distribuição. Próximos Passos 6/7

7 As baterias tem vida útil projetada para cerca de quatro anos para as Ni-cd ou cerca de dez anos para a Ni-HM, assim, será necessário para homologação e certificação da solução, a realização de um laudo técnico para averiguação da capacidade remanescente nas baterias após os testes em campo. 4. Referências bibliográficas ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução ANEEL nº 602, de Disponível em: < Acesso em: 14 de abril de /7

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