Sistema Radiográfico Digital para Detecção de Defeitos Internos nos Isoladores Poliméricos em Linhas de Transmissão de 500 kv Energizada

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1 Sistema Radiográfico Digital para Detecção de Defeitos Internos nos Isoladores Poliméricos em Linhas de Transmissão de 500 kv Energizada Código: Armando H. Shinohara, Edmilson J. da Silva Jr, Gustavo J.V. Xavier Hissae Fujiwara UFPE - Universidade Federal de Pernambuco, Recife-PE Laboratório de Ensaios Não Destrutivos Depto de Eng. Mecânica Henrique B.D.T. Lott Neto, Paulo R.R. Britto, Márcio A.B. Fontan STN - Sistema de Transmissão do Nordeste S.A, Recife-PE 16/11/2017 1

2 Roteiro de Apresentação 1. Isoladores Poliméricos Alta Performance em Locais de Poluição Extrema, 2. Problemática nos Isoladores Poliméricos, 3. Motivações para Desenvolvimento de Novas Técnicas de Inspeção e Monitoramento de Isoladores Poliméricos em Campo, 4. Objetivos do Projeto P&D 5. Fundamentos da Radiografia e Detetor Digital Imaging Plate (IP) 6. Desenvolvimento de uma Nova Tecnologia de Inspeção e Monitoramento (Novo Produto) Sistema Radiográfico Digital 7. Resultados e Discussões 8. Conclusões 9. Patenteamento e Premiações 10. Agradecimentos e Contatos

3 Bastão de Compósito GFRP - Alto ângulo de contato Baixo ângulo de contato Imagens de SEM de secção polida de GFRP Fonte: Armentrout, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 18, No.3, July, 2003.

4 Qtde de Isoladores Poliméricos no Mundo China IEC/CIGRÉ; EPRI Fonte: Fonte:

5 Construção de um Isolador Polimérico

6 Bastão de Compósito GFRP - Fabricação - Pultrusão: Processo Contínuo de Fabricação de Bastão de Compósito de GFRP (Resina + Fibras de Vidro) Bastão de Compósito de GFRP (Fonte: Pfisterer) Imagens de SEM de secção polida de GFRP Fonte: Armentrout, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 18, No.3, July, 2003.

7 Fatores que Degradam os Isoladores Poliméricos

8 Duas Principais Falhas dos Isoladores Poliméricos em Linhas de Transmissão Fratura Frágil Descarga de Potência (Flashover) MECÂNICA ELÉTRICA

9 Fratura Frágil do Isolador Polimérico por SCC Stress Corrosion Cracking Fratura Frágil do Compósito por SCC Consequência Catastrófica Queda dos Cabos Condutores ao Chão

10 Fratura Frágil por SCC Stress Corrosion Cracking Tempo Meio Ambiente Campo Elétrico SCC Material (Compósito) Tensão Mecânica

11 SCC Stress Corrosion Cracking Efeito Combinado da Tensão Mecânica e Ambiente Corrosivo

12 Geração de Ácido Nítrico e Mecanismo de Ruptura do Bastão de Compósito por SCC

13 Tecnologias Atualmente em Uso para Inspeção da Integridade dos Isoladores Poliméricos em Linha de Transmissão Energizada

14 Degradação Grau de Hidrofobicidade - STRI 16/11/2017 Guide Hydrobicity, Classification; Guide 1, 92/1 14

15 Problemática Defeitos Críticos Detectados por Radiografia Digital na UFPE 1 mm

16 Problemática Defeitos Críticos Detectados por Radiografia Digital na UFPE

17 PD Descargas Parciais em Vazios (Voids) Internos Termovisor Radiografia Pontos Quentes Dectados por Termovisor em Linha de Transmissão de 230 kv Pontos 2 e 3 Vazios (voids) e Trincas Detectador por Radiografia em Laboratório da UFPE

18 Objetivos Visando detectar falhas internas e ocultas críticas nos isoladores poliméricos de 500 kv em linha de transmissão energizada, que podem levar ao rompimento do bastão de compósito causando desligamento de uma linha de transmissão de extra-alta-tensão de 500 kv, um sistema de radiografia digital de alta resolução espacial, inume ao campo elétrico e ação de rajadas de vento, utilizando detetor de imagem de altíssima sensitividade Imaging Plate (IP) e uma fonte de raios-x operada com bateria, respeitando o regulamento NR-10 sobre a distância mínima de segurança (evitar flashover).

19 Princípio da Radiografia I = Ioe μt O princípio da radiografia mantém-se inalterado há mais de 120 anos, desde a descoberta do raios-x em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen. O objeto sob a inspeção fica entre a fonte de radiação e detetor de imagem.

20 Efeitos dos Parâmetros Radiográficos na Qualidade de Imagem Resolução Espacial - Efeito da Distância da Fonte de Radiação ao Objeto no Discernimento do Defeito Penumbra gerada de foco na origem da fonte de radiação é de dimensão finita Afeta o Contraste.

21 Sensitividade do Detetor de Imagem Exemplo: d=1m para d=3m xemplo: =1m para I = 1 2m 9 I = 1 4 1m para 3m I = 1 9 IP Imaging Plate IP é: 100X a 1000X + Sensível Intensidade da Radiação Cai ao Quadrado da Distância Sensitividade do Imaging Plate (IP) de 2 a 3 ordens de grandeza maior

22 Isolador Polimérico e Sistema de Leitor a Laser do Imaging Plate Sistemas de Leitor a Laser de Imaging Plate

23 Isoladores Poliméricos de 500 kv - Linha de Transmissão da STN - Linha de Transmissão STN 546 km Isoladores Poliméricos na Torre Estaiada em V e Comprimento de ~ 4 metros ~6.000 Isoladores Poliméricos

24 Materiais e Métodos 430 mm

25 Sistemas de Multi-monitores facilita a percepção visual das falhas Dois monitores 1:1 pixel scale Três monitores

26 Componentes Auxiliares ao Sistema Radiográfico Digital Multi-Monitores Universidade de Quioto/Japão Multi-Monitores 40 Monitores Facilita a percepção visual das falhas Agiliza o tempo de inspeção da imagem radiográfica de forma colaborativa

27 Resultados Simulação Numérica Esquema de Testes e Resultados de Simulação Numérica (CIVA-RT) Modelo de simulação 60 graus vertical 40 graus horizontal 0,60 m 2,50 m 4, 00 m 4,00 m central central central à fase

28 Radiografia obtida a 60 cm Imaging Plate

29 Resultados Radiografia Digital Testes de Validação dos Parâmetros Radiográficos no Laboratório de Ensaios Não Destrutivos da UFPE, Recife/PE

30 Resultados Radiografia Digital Testes de Validação dos Parâmetros Radiográficos no Laboratório de Ensaios Não Destrutivos da UFPE, Recife/PE

31 Resultados Radiografia Digital Linhas de Transmissão do Centro de Treinamento, Garanhuns/PE Radiografia com efeito do vento Um dos protótipo em teste numa linha de transmissão desenergizada do Centro de Treinamento, Garanhus/PE

32 Sistema Radiográfico para Inspeção de Isolador Polimérico de 500 kv em LT Energizada

33 Resultados Radiografia Digital Isoladores Poliméricos em Linhas de Transmissão de 500 kv energizada Fortaleza/CE 40 km/h

34 Procedimentos para Detecção de Defeitos Ocultos e Críticos em Isoladores Poliméricos Novos e em Operação em LT por Radiografia Digital Tensões elétricas Isolador rejeitado (não conformidade) Teste de conformidade adotado pela STN (IEC 61109:2008) Fatores Externos e Consequências Intemperes ambientais Calor, UV, Chuva, sais causando a depolimerização Geração dos ácidos Descargas parciais (PD) e corrente de fuga, substâncias de baixo peso molecular Erosão e rugosidade Degradação biológica Perda da hidrofobicidade Perda de elasticidade Diminuição da resistência elétrica e mecânica Inspeção para detecção de defeitos ocultos por radiografia digital Instalação na torre de linha de transmissão da STN (500kV) Início e progressão da degradação do material que reveste o compósito de GFRP Defeitos críticos? Sim: substituir Não: manter Isolador rejeitado (não conformidade) -Defeito de fabricação (espessura fina do revestimento) -Fissuras Tecnologias tradicionais: - IV (Termografia) - UV-Efeito Corona(Daycor) - Visual (Espelho, binóculos) Novas tecnologias: - Drones (visual) - Medição do campo elétrico - Radiografia Digital

35 Patentes Sistema de Radiografia Digital para Inspeção de Isoladores Poliméricos em Linha de Transmissão Energizada (Em fase de patenteamento) Estrutura para Inspeção para Ensaios Não Destrutivos. Registro de Patente no INPI

36 Premiações 1) 2)

37 CONCLUSÕES Testes em campo, os resultados almejados foram plenamente alcançados mostrando que a radiográfica de isoladores poliméricos possibilita que as empresas de transmissão possam se beneficiar de uma análise complementar e eficaz na determinação de falhas que venham a causar fraturas frágeis do compósito dos isoladores poliméricos. Portanto, com o sistema de inspeção radiográfico desenvolvido no presente projeto e testado em linha de transmissão energizada de 500 kv em campo, pode-se iniciar imediatamente a inspeção de isoladores poliméricos. Sistema radiográfico bastante útil na inspeção de isoladores poliméricos novos que haviam sido aprovados de acordo com IEC

38 Obrigado pela atenção! Contatos: UFPE: Armando Shinohara (81) (ramal 238) STN: Henrique Lott Neto (81) (81) (81)