Implementação e Automação do Ensaio de Envelhecimento Acelerado em Barras ou Bobinas Estatóricas no Centro de Tecnologia da Eletrobras Eletronorte Apresentador: André Luís Costa França Autores: Fernando de Souza Brasil Íkaro Chaves Barreto de Sousa José Adolfo da Silva Sena Oswaldo Gonçalves dos Santos Filho Sérgio Fagundes
Contextualização Eletrobras Eletronorte possui O&M: UHE Tucuruí (PA), a maior usina genuinamente brasileira e a quarta do mundo; Coaracy Nunes (AP); Samuel (RO); e Curuá-Una (PA); A potência total instalada é de 9.294,33MW ; Sistemas de transmissão contam com mais de 9.888,02 quilômetros de linhas. 2
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Contextualização Centro de Tecnologia da Eletronorte LACEN Gerência de Serviços Tecnológicos (OCTS) 4 Lab. de Ensaios Especiais (ENEE) Lab. de Ensaios Mecânicos (ENEM) Lab. de Ensaios em Equipamentos de Segurança (ENSG) Lab. de Calibração de Grandezas Elétricas (CAEL) Lab. de Calibração de Grandezas Mecânicas (CAME) Gerência de Qualidade e Infraestrutura (OCTQ) Laboratório de Manutenção de Instrumentos (MATI) Secretaria da Qualidade (SEQA) Processo Administrativo (ADMI) Gerência de Tecnologia de Ensaios (OCTE) Laboratório de Ensaios em Alta Tensão (ENAT) Laboratório de Ensaios Físico Químicos (ENFQ) Laboratório de Ensaios de Corrosão e Eletroquímica (ENCE) Gerência de Pesquisa e Desenvolvimento (OCTP) Desenvolvimento de Sistemas de Automação e Monitoramento de Equipamentos (DEAM)
Contextualização O Sinistro ocorrido na CUUGH-02 gerou a necessidade de instalação de novas bobinas para o estator desta unidade; Como garantir que as novas bobinas estatóricas serão substitutas de vida útil adequada? Superintendência de Engenharia da Geração, Divisão de Manutenção Elétrica e Civil (OEGE) solicitou que o Centro de Tecnologia realizasse o ensaio de VOLTAGE ENDURANCE TEST (VET) nas bobinas que seria instaladas na CUUGH02 segundo os critérios da norma IEEE Std 1043-1996(R2009); O VET é um ensaio de envelhecimento acelerado da isolação da barra ou bobina que tem por finalidade verificar se esta isolação se manterá integra e funcional durante o período de operação da máquina no longo prazo; 5
Contextualização O ensaio é de longa duração (250 ou 400 horas) sendo inviável que seja realizado de maneira 100% assistida, levando a necessidade de um grau de automação do mesmo; O Centro de Tecnologia não realizava este tipo de ensaio, mas tem boa parte dos equipamentos e infraestrutura necessária para realização do mesmo, como fontes de alta tensão e sistemas de aquisição de dados. Dessa maneira aceitou o desafio de implementar o laboratório para a realização do VET; Um dos itens da norma cita que as bobinas devem ser aquecidas a uma temperatura estipulada para o teste através de placas de aquecimento, e essa temperatura deve ser registrada e controlada dentro de uma faixa de ± 2ºC, equipamento que o Centro de Tecnologia não possuia. 6
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Contextualização Controle e Medição de Temperatura. Ensaios em Alta Tensão. Automação do Ensaio com concentração dos dados na mesma base de tempo. 8
Principais Requisitos da IEEE 1046 Medição e registro da quantidade de horas de tensão aplicada; Controle e registro da temperatura de ensaio, com tolerância de ± 2ºC; Aplicação de Tensão Senoidal com 1,5% de tolerância do valor rms; Sistema de proteção em caso de falha de isolação (Arc Detection); Realização de ensaios complementares antes e depois do VET; Resistência de Isolamento, Capacitância, Fator de Dissipação (tangente delta) e descargas parciais; Dissecação da barra ou bobina após o ensaio; Aplicação de tensão somente quando todas os requisitos são atendidos, com interrupção imediata quando algum parâmetro sai da condição necessária; 9
Implementação Foram projetados e adquiridos, em parceria com o fornecedor das barras (Insight Energy): Placas de aquecimento para serem aplicados no ensaio VET; Quadro de controle de temperatura e automação do ensaio; Realizada a calibração dos instrumentos envolvidos no ensaio nos próprios laboratórios do Centro de Tecnologia, visando garantir a qualidade dos resultados encontrados; Utilizando equipamentos já existentes unidos à equipamentos adquiridos, assim como o software de desenvolvimento do próprio Centro de Tecnologia, o SIMME (Sistema de Monitoramento de Máquinas Elétricas) montou-se o esquema de aquisição automática e periódica dos dados atendendo todos os critérios estabelecidos na norma IEEE Std 1043-1996(R2009). 10
Implementação Sistema de Monitoramento de Máquinas Elétricas (SIMME); Nasceu para monitoramento de vibração mecânica em máquinas rotativas (hidrogeradores, compensadores síncronos, etc); Ferramenta para manutenção baseada na condição; Software de desenvolvimento interno do Centro de Tecnologia da Eletronorte; Hoje monitora mais de 20 UGH nas 4 Usinas da Eletronorte; Na versão 2.0 pode medir diversas grandezas além das vibrações mecânicas, bem como pode, através de protocolos comerciais (Fieldbus, Modbus, etc) trocas informações com outros instrumentos e sistemas utilizem esses protocolos; Até a implementação deste ensaio, por se tratar de um sistema de monitoramento e não de proteção, o SIMME não atuava executando comandos em elementos externos. 11
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Implementação Foi realizada através de um Relé Programável a automação da fonte de alta tensão, que passou a ser controlada também por comandos enviados através de protocolo ModBus 485; O SIMME a função de concentrador dos dados adquiridos pelo sistema de aquisição de dados e monitoramento dos parâmetros necessários para o correto andamento do ensaio, atuando na fonte de alta tensão através de comando Modbus enviados ao relé programável em caso de não cumprimento dos requisitos da norma, como tensão e/ou temperatura fora da faixa especificada; 13
Implementação Em caso de algum destes parâmetros não ser atendido, o sistema automaticamente interrompe o ensaio e aguarda o restabelecimento da normalidade e reinicia automaticamente o mesmo quando todos os parâmetros são estabelecidos, mantendo a contagem de tempo a fim de totalizar as 400 horas de ensaio. Na ocorrência de qualquer falha, o sistema automaticamente encaminha uma mensagem para e-mails cadastrados. Em caso de falha de isolação da barra ensaiada, uma vez que não faz mais sentido continuar ensaiando o item que falhou, o sistema interrompe o ensaio até que uma ação manual prevista em norma seja tomada (inspeção, troca da barra ensaiada, etc); 14
Implementação Sistema de realização do Ensaio VET. 15
Implementação Telas do sistema de automação e monitoramento baseado no SIMME. 16
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Conclusão Execução de 3 ensaios internamente na empresa, sem necessidade de contratar terceiros para realização do mesmo, tendo um custo evitado de R$600.000,00; Em função da automação o ensaio é realizado de maneira confiável e a um custo relativamente baixo; Implementação de um novo serviço no Centro de Tecnologia, podendo atender demandas internas da empresa, bem como de todo o Setor Elétrico Brasileiro; 21
Obrigado! andre.franca@eletronorte.gov.br 22