DETECTOR DE DESCONFORMIDADES EM SISTEMAS DE PRÉ INSERÇÃO DE RESISTORES EM DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO

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1 SNPTEE SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA GSE a 21 Outubro de 2005 Curitiba - Paraná GRUPO VIII GRUPO DE ESTUDO DE SUBESTAÇÕES E EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS GSE DETECTOR DE DESCONFORMIDADES EM SISTEMAS DE PRÉ INSERÇÃO DE RESISTORES EM DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO Tony Rios* - Nelson José de Mattos Zini - Geraldo Cossi Júnior - Rodrigo Tadeu Claro Companhia de Transmissão de Energia Elétrica Paulista CTEEP- Mococa - SP RESUMO O funcionamento normal dos resistores de pré inserção em disjuntores de alta tensão, sejam na abertura ou no fechamento, são de extrema importância para a vida útil dos mesmos, quando da ocorrência de falhas no funcionamento normal, sérios transtornos acontecem, até mesmo perda total do equipamento. Este trabalho mostra a utilização de um sistema especialista que informará, a cada manobra do disjuntor, as condições de funcionamento do sistema de pré inserção, bem como da integridade física dos resistores, suas características eletromagnéticas e eletromecänicas. Qualquer anomalia, será detectada, evitará danos a integridade dos equipamentos e segurança dos profissionais expostos aos elementos do sistema elétrico. PALAVRAS-CHAVE Resistores, Pré Inserção, Disjuntores INTRODUÇÃO Os disjuntores atualmente instalados, que possuem resistores de pré inserção, de abertura ou de fechamento, na sua maioria não possuem um sistema inteligente e especialista de monitoramento on line e em tempo real que indique as condições destes componentes. Quando de alguma anormalidade, somente se pode ter a verificação, quando do desligamento destes disjuntores, para manutenção, momento em que os resistores são ensaiados e suas características elétricas e eletromecânicas, são verificadas, procedendo-se a substituição ou sanando a anormalidade, que os impede do funcionamento normal. Analisando estatisticamente as amostras de parâmetros elétricos colhidos dos secundários dos transformadores para instrumentos, pôde-se verificar que um sistema que fizesse o monitoramento Full Time destes componentes, Rodovia Mococa - Casa Branca km 217 CEP Mococa - SP - BRASIL Tel.: (0xx19) trios@cteep.com.br, nzini@cteep.com.br, gcossi@cteep.com.br

2 2 evitaria muito prejuízo, muita indisponibilidade do disjuntor seria evitada, com isto o retorno em confiabilidade, segurança e qualidade por si só, já justificaria a pesquisa e implantação de sistema. Observou-se que, colhendo uma pequena amostra das correntes e tensões do circuito de alimentação do banco de reatores da subestação de Ribeirão Preto, poderia, com uso de controle estatístico de processos, acompanhar e indicar qualquer anormalidade no funcionamento dos resistores, verificando os primeiros ciclos da alimentação do banco de reatores, quando de sua energização e desenergização pelas manobras do disjuntor. A configuração simplificada do sistema, no momento da manobra sob análise na Subestação de Ribeirão Preto. pode ser vista na Figura 1. FIGURA SISTEMA DE MONITORAMENTO ON LINE Com utilização de transdutores digitais, foi possível verificar se o conjunto de resistores está ou não em condições normais de funcionamento. As amostras de tensão e corrente, podem ser analisadas por um software específico que analisa estatisticamente os dados, comparando com o comportamento pregresso do circuito em questão, com isto pode prever falhas e determinar anormalidades. O custo de implantação é externamente baixo, não se objetiva aqui uma precisão cirúrgica da análise, mesmo porque, as variações de parâmetros são muito grandes, podendo chegar a casa dos 10%, sendo por alteração de temperatura, umidade e outros fatores, por isto não se justifica a aplicação de técnicas de inteligência artificial Estrutura do sistema de monitoramento. As amostras de corrente e tensão, são enviadas para os transdutores digitais, que tratam estas informações, enviando-as para uma planilha de plataforma excel, por ser o software mais utilizado, não impedindo portanto a utilização em outras planilhas. Estes dados são trabalhados conforme se descreve a seguir, para melhor entendimento sugere-se o acompanhamento pelas Figuras 2 e 3. Para cada fase do sistema, serão verificados: Ângulo de fase entre corrente e tensão Potência circulante no momento da energização Valores da corrente de energização Valores da tensão no momento da energização

3 3 Valores máximos e simetria de corrente e tensão De posse destes parâmetros, o sistema analisa: Valores médios Variâncias Desvio padrão Consistência estatística Após a análise, emite relatório de Tendência de comportamento Situação atual Previsão de falha Analise de progressão FIGURA 02 O sistema de monitoramento é um sistema de Supervisão e Controle em Tempo Real com arquitetura distribuída que confere um alto grau de flexibilidade e confiabilidade. É composto por unidades de aquisição e controle de dados, que permitem algo grau de independência da interferência humana nas análises, através de algoritmos de Controle Automático de Varáveis Estatísticas. As unidades serão alimentadas pelo próprio circuito auxiliar da SE e sua capacidade modular aliada ao baixo custo, permite a expansão pela adição de módulos e placas e aproveitamento pleno dos canais disponíveis Fases do projeto de monitoramento Estudo das funções dos transdutores digitais. Estudo de eficiência dos transdutores digitais.

4 4 Proposição e discussão com as áreas de Engenharia de manutenção e Estudos de Proteção e grupo de MCC. Estudo da exatidão TCs de proteção para carregamento nominal. Elaboração do memorial Desenvolvimento de software de monitoramento. Análise de projetos e proposição de fornecedores. Comissionamento e testes de integração. FIGURA ESTUDO DAS FUNÇÕES DOS TRANSDUTORES DIGITAIS Na fase de estudo das funções dos transdutores digitais fez se uma avaliação de produtos de mercado quanto à função de transdução oferecidas em um único equipamento, capacidade de lógicas, protocolos de comunicação, número de portas de comunicação, número de entradas e saídas, precisão de medidas analógicas. Com essa avaliação foi possível verificar que todas as funções de transdução estariam integradas em um único equipamento. Do ponto de vista de praticidade e confiabilidade optou-se por transdutores que lançassem as informadores digitais em planilhas de plataforma excel, dado ser este o software oficial da empresa, uma vez que esta decisão traria uma enorme simplificação no projeto e grandes facilidades de alterações ou implementações de novas funcionalidades, uma vez que poderiam ser feitas pelo pessoal de manutenção, mantendo desta forma o domínio tecnológico, em poder da empresa. Na avaliação de custos optou-se pela dualidade custo-benefício e não meramente questões financeiras, haja visto que o retorno obtido, face ao preço, é imensamente maior, avaliou-se no entanto, os ganhos com a simplificação de projetos, ganhos no tempo de comissionamento, ganhos na manutenção e confiabilidade ESTUDO DE EFICIÊNCIA DOS TRANSDUTORES DIGITAIS

5 5 Nessa fase avaliou-se o número de entradas analógicas, número de saídas digitais, exatidão das medidas digitais, exatidão do clock interno, e protocolo de comunicação, resistência a trabalhos em campo eletromagnético de alta intensidade. Dessa avaliação concluiu-se que os transdutores atenderam à exatidão das medidas digitais necessárias, mesmo porque a precisão dos TC tem erros imensamente superiores às do transdutor, neutralizando qualquer incremento que este viesse a inserir. Pelos ensaios preliminares pode-se constatar a viabilidade de se proceder a experiência. Após esses estudos ficou definida a proposta básica a ser discutida com as áreas de engenharia de manutenção e de estudo de proteção, bem como o grupo de MCC. Os custos de implantação dos equipamentos da nova proposição são da ordem de R$ 2.700,00 (dois mil e setecentos reais) valores consideráveis infinitamente inferiores aos de manutenção por sinistros ocorridos nestes equipamentos além de aumento na confiabilidade e manutenabilidade do sistema. Proposição e discussão com as áreas de Engenharia de manutenção e Estudos de Proteção e grupo de MCC. Com a proposição definida fez se reuniões com as áreas de engenharia de construção e estudos de proteção e MCC, visando atingir um consenso na proposta de implantação do sistema. Nas discussões foram avaliados os requisitos técnicos, os riscos e os ganhos. A proposição foi aceita, definiu-se a subestação protótipo escolhida, a de Ribeirão Preto, num circuito de alimentação de um banco de reatores de 440 kv, pois este é o circuito de maior incidência de anomalias. Para atender os requisitos de tempo desse projeto algumas das ações de desenvolvimento e estudos foram planejadas e executadas em paralelo, sendo elas: Estudo de exatidão dos TCs de proteção para carregamento nominal. Confecção memorial descritivos e especificações. Desenvolvimento de software de automação. Estudo DA exatidão dos TC de proteção para carregamento nominal. A área de engenharia de manutenção de equipamentos realizou os ensaios de exatidão dos TC s de proteção para carregamento nominal. Objetivo dos ensaios de exatidão de TCs de proteção Medir os Fatores de Correção de Relação FCR (ou Erro de Relação) e o Ângulo de Fase nos enrolamentos de proteção e suas derivações. Procedimentos para realização dos ensaios de exatidão de TCs de proteção O ensaio foi realizado pelo método da comparação com um TC de referência. A comparação foi realizada com as seguintes condições: Correntes: 10 a 130% da corrente nominal em intervalos de 10%. Cargas Nominais: foram utilizadas para cada relação cargas nominais de 25%, 50%, 75% e 100% proporcionais ao carregamento nominal do enrolamento de TC s, para cada uma das situações de carregamento foi feita a variação de corrente acima especificada e comparou-se o erro com TCs padrão. A conclusão do ensaio é de que a exatidão dos enrolamentos de proteção classe 10% comporta-se como enrolamentos de medição classe 1,2%, 0,6% ou 0,3% desde que não seja ultrapassada a carga secundária e a corrente primária esteja no intervalo de 10 a 130%. Com o ensaio acima confirmou-se que a exatidão das medidas obtidas pelos transdutores atendem os requisitos de exatidão necessários à proposta de monitoramento.

6 ELABORAÇÃO DO MEMORIAL A confecção do memorial descritivo e das especificações foi feita em conjunto de forma a deixar claro todos os requisitos técnicos que o fornecedor deveria atender, relativos aos equipamentos necessários. Foram percebidas necessidades de ajustes nas especificações quando analisadas as proposições feitas pelo fornecedor, porém não ocorreram problemas nos fornecimentos pois foi possível esclarecer e ajustar todas as dúvidas e necessidades ao longo do fornecimento. Durante a análise dos projetos definiu-se em conjunto com o fornecedor, engenharia de construção e área de estudos de proteção a filosofia e características do software de monitoramento e controle estatístico de processo, com vistas a atender requisitos de confiabilidade e manutenabilidade DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE DE MONITORAMENTO Foi desenvolvido um software, em plataforma excel, com rígido controle estatístico das variáveis elétricas fornecidas de forma digitalizada pelos transdutores. O sistema disponibiliza, sob consulta a princípio, as informações relativas a: Tendência de comportamento Situação atual Previsão de falha Analise de progressão A proposta é que, o mesmo possa emitir alarme sonoro e visual e até mesmo bloqueio de manobras, mas isto irá depender da filosofia de proteção, visando diminuir sinistros, prejuízos e indisponibilidades CONCLUSÕES Por ser de baixo custo o sistema, devido a sua simplicidade e praticidade, justifica-se seu imediato implante. Os ganhos virão de várias formas sendo algumas delas: Ganho de confiabilidade- A engenharia de manutenção e de operação, terão total conhecimento das condições de funcionamento do disjuntor e de seus resistores de pré inserção, com isto a certeza da normalidade de funcionamento será fundamental importância nas tomadas de decisões das gerências de operação e manutenção. Ganho em Segurança podendo prever falhas no sistema de pré inserção, será reduzida a valores ínfimos a possibilidade de ocorrência de acidentes com os equipamentos sob análise, primando pela integridade física do profissional a ele exposto, bem como do equipamento sob supervisão. Economia e Redução de Custos Com a possibilidade de se prever falhas, não serão necessárias intervenções de rotina para ensaios nos resistores, as intervenções ocorrerão somente nos momentos estritamente necessários, otimizando os processos de manutenção buscando a qualidade total do processo. Tendo a certeza do funcionamento do equipamento, não haverá indisponibilidade desnecessária do mesmo, mantendo a integridade da malha energética, disponibilizando a capacidade máxima da planta full time, com isto trazendo divisas para a empresa, evitando penalizações pelos organismos reguladores REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1- MALVINO, Albert Paul, Eletrônica Vol II, Mc Graw Hill, MALVINO, Albert Paul, Eletrônica Digital Vol I e II, Mc Graw Hill, 1988, 3- TAVNER, Peter J., Penmam, J. Condition Monitoring of Electrical Machines, RSP England RESNICK, R. HALLIDAY, D. Física Vol III e IV, LTC 1988

7 7 5- CAMPOS, V. F. Gerência da Qualidade Total, Bloch Editores, BUECHE, F. J. Física Geral, Mc Graw Hill, NEMOTO, Massaro. Total Quality Control for Management. Prentice Hall Inc, CAMPOS, V. F. Qualidade Total Padronização de Empresas, FCO FILHO, O. D. e Drumond, F. B. Itens de Controle e Verificação de Processos. FCO Notas de Aulas, Curso de Especialização em Matemática, UEMG Notas de Aula, Curso de Especialização em Física, UEMG Notas de Aula, Curso de mestrado Engenharia Elétrica, PUC-MG DADOS BIOGRÁFICOS Nelson José de Matos Zini Graduação Plena em Engenharia Elétrica Especialização em telecomunicações nzini@cteep.com.br Cargo: Engenheiro Rodovia Casa Branca Mococa km 271, Mococa SP Fone (19) Tony Rios Graduação Plena em Física Especialização em Matemática e Física Técnico em Eletrotécnica trios@cteep.com.br Cargo: Técnico em Eletricidade I Rodovia Casa Branca Mococa km 271, Mococa SP Fone (19) Geraldo Cossi Júnior Técnico em Eletrotécnica gcossi@cteep.com.br Cargo: Técnico em Eletricidade IV Rodovia Casa Branca Mococa km 271, Mococa SP Fone (19) Rodrigo Tadeu Claro Técnico em Eletrotécnica rclaro@cteep.com.br Cargo: Programador da área de manut. de LT s Rodovia SP 306 km Santa Barbara D Oeste -SP Fone(19)