GLT/011 21 a 26 de Outubro de 2001 Campinas - São Paulo - Brasil GRUPO III GRUPO DE LINHA DE TRANSMISSÃO (GLT) REISOLAMENTO E REFORMA DE UMA LINHA DE TRANSMISSÃO ENERGIZADA. * Ilmar da Silva Moreira Airton Eustáquio Braga COMPANHIA PARANAENSE DE ENERGIA HOT LINE CONSTRUÇÕES ELÉTRICAS LTDA. RESUMO O Informe Técnico (IT) apresenta os procedimentos executivos e soluções adotadas, para situações especiais, utilizando técnicas de trabalho com linha energizada ao potencial e à distância para reformar e reisolar para 138 kv, uma Linha de Transmissão (LT) operando em 69 kv. A LT está situada na área industrial da Região Metropolitana da cidade de Curitiba (RMC), Estado do Paraná, e alimentava radialmente na tensão de 69 kv uma fábrica de cimento. O consumo desta fábrica está entre os vinte maiores consumidores da COPEL - Companhia Paranaense de Energia. Os serviços com a LT energizada consistiram na realização da troca das cruzetas existentes, projetadas para operar na tensão 69 kv, por uma nova cruzeta projetada (Figura 1) especialmente para a nova aplicação em 138 kv. Nos locais onde não havia folga suficiente na altura cabo-solo, para atender a operação no novo nível de tensão (138 kv), foi desenvolvida uma configuração na qual a cruzeta de concreto foi substituída por três mísulas isoladas. (Figura 2). A interrupção do fornecimento de energia à fábrica de cimento durante o período de construção impossibilitaria a produção de 37.500 toneladas de cimento, ocasionando prejuízos da ordem de US$ 3.750.000,00. PALAVRAS CHAVES: Reforma, Reisolamento, Linhas de Transmissão, Linha Viva, Trabalhos em Linhas de Transmissão Energizada. 1.0 INTRODUÇÃO Para atender à demanda crescente de energia elétrica, as empresas concessionárias se vêem obrigadas a manter o fornecimento, sem desligar as redes, mesmo quando executam serviços de construção, reforma ou de manutenção. Fato que ocorre principalmente nos grandes centros urbanos. No presente caso a alternativa de trabalho com a linha energizada acabou sendo mais econômica e não acarretou prejuízos ao consumidor. Neste informe técnico, apresentaremos as soluções de projeto adotadas os procedimentos executivos com a utilização de técnicas de trabalho com linha energizada para reformar e reisolar para 138 kv uma Linha de Transmissão (LT) operando em 69 kv. A LT onde os trabalhos com linha energizada foram executados é constituída de estruturas de concreto armado com postes de seção duplo T e cruzetas do tipo canadenses. A LT com extensão de 6,5 km está inserida numa área industrial da Região Metropolitana da cidade de Curitiba, Estado do Paraná e alimentava radialmente na tensão de 69 kv uma fábrica de cimento. A referida fábrica está entre os vinte maiores consumidores da COPEL - Companhia Paranaense de Energia. 2.0 LINHAS DE TRANSMISSÃO COM ESTRUTURAS DE CONCRETO Até 1993 todas as LT's reisoladas, da COPEL, eram linhas com estruturas metálicas do tipo troncopiramidal. Os critérios que orientaram o projeto de tais estruturas são conservadores e aproximados em termos de distâncias elétricas. Este fato facilitou o reisolamento, mediante a aplicação de procedimentos técnicos atualizados, baseados em critérios probabilísticos e apoiados em ensaios de laboratório. No caso do reisolamento das estruturas de concreto armado a situação foi diferente. Devido às limitações na altura máxima dos postes, as estruturas foram dimensionadas com distâncias elétricas reduzidas, sem folga para adaptações. Na configuração original os espaços nas estruturas eram absolutamente insuficientes para um aumento do isolamento, com exceção das estruturas em ancoragem. * Rua José Izidoro Biazetto, 158 CEP 81.200-240 Fone: 0 xx 41 310 5526 Fax: 0 xx 41 323 2529 Curitiba Paraná Brasil
2 3.0 SOLUÇÕES DE PROJETO ADOTADAS PARA O REISOLAMENTO Os problemas mais importantes a serem abordados em processo de reisolamento são: - aumento das distâncias mínimas entre os condutores e as partes aterradas da estrutura; - aumento da distâncias mínimas, entre os condutores e o solo. As soluções adotadas para o atendimento as distâncias mínimas exigidas pela normas foram as seguintes: 3.1 Substituição da cruzeta As estruturas de suspensão existentes eram equipadas com uma cruzeta tipo "canadense", onde o sistema de fixação ao poste permite uma certa liberdade de rotação, a fim de evitar que o poste seja solicitado a uma torção excessiva em caso de ruptura de condutor. A forma da nova cruzeta foi concebida visando manter a altura cabo-solo no ponto de fixação do condutor inferior. Este objetivo foi alcançado causando no entanto um aumento no ângulo de cobertura do cabo pára-raios de 30º para 45º (Figura 01). Foi feita uma verificação do desempenho da LT reisolada, com o ângulo de cobertura de 45, frente a descargas atmosféricas e o resultado mostrou um índice de desempenho dentro dos limites estabelecidos para LT's de 138 kv, ficando inferior até das LT's 138 kv com torres metálicas padronizadas pela COPEL, e ângulo de cobertura de 30 (1). A estrutura reisolada com a nova cruzeta foi aplicada nos vãos onde existia uma folga na altura cabo-solo para 69 kv que permitiu atender a altura mínima exigida pela Norma NBR 5422, decorrente do aumento do nível de tensão. 3.2 Mísula Isolada Para os vãos onde não havia altura cabo-solo suficiente para 138 kv, foi estudada uma nova solução baseada no uso de mísula isolada (Figura 02). Foi desenvolvida uma configuração na qual a cruzeta de concreto foi substituída por três (3) mísulas isoladas, resolvendo assim os dois principais problemas do reisolamento, ou seja, distâncias elétricas na estrutura e a altura do cabo ao solo. O ganho máximo de altura no condutor que se conseguiu com esta configuração foi de 1,70 m junto à estrutura, o que permitiu resolver o problema de distância cabo-solo para os referidos vãos. A baixa resistência dos postes de concreto de seção duplo T aos esforços de torção (2), levou à adoção de um sistema articulado, com o eixo de rotação vertical, nos pontos de fixação da mísula ao poste. Esta solução minimiza o esforço de torção que a mísula transmite ao poste, por exemplo, em caso de ruptura de condutor. Por outro lado, a livre articulação apresenta os seguintes inconvenientes de ordem construtiva e operacional: - com a liberdade de movimento da mísula, tanto o lançamento como a regulagem dos condutores tornam-se de difícil execução; FIGURA 01 - Estrutura de concreto de 69 kv reisolada para 138 kv com a substituição das cruzetas. As distâncias elétricas na estrutura, necessárias para atender ao nível de tensão, foram obtidas através da substituição da cruzeta existente por outra projetada especialmente para a utilização em 138 kv. - Nos trechos de linha onde há uma seqüência de várias estruturas de suspensão, a articulação livre cria uma situação de instabilidade pela qual, em caso de fortes ventos transversais, pode ocorrer uma rotação generalizada das mísulas. O efeito é acumulativo e pode causar uma perigosa aproximação dos condutores com os postes nos vãos mais afastados das ancoragens.
3 4.0 INFORMAÇÕES COMPLEMENTARES E CONSIDERAÇÕES SOBRE O PROCESSO DE REFORMA DA LT a) Todas as estruturas de suspensão, tiveram um ângulo de cobertura do cabo pára-raios aumentado de 30 para aproximadamente 45, porém conforme acima justificado, mesmo com esta alteração o nível de desempenho elétrico calculado da linha permaneceu dentro dos limites estabelecidos (1) na COPEL para 138 kv. b) O reisolamento oferece vantagens econômicas, uma vez que seu custo está situado entre 25% e 30% do custo de uma linha nova (3) (sem considerar o custo do desmonte da linha existente). Mesmo assim, trata-se de um investimento considerável, razão pela qual, junto com o reisolamento, a COPEL tem como procedimento usual efetuar uma reforma da linha, sanando todos os defeitos que se apresentam, a fim de assegurar um longo período de utilização sem problemas operacionais ou de manutenção. c) A reforma nesta LT consistiu na realização prévia de uma vistoria geral onde os principais itens de correção foram: - restabelecimento da verticalidade dos postes com reforço das fundações quando necessário; - nova regulagem dos cabos condutores e pára-raios; FIGURA 02 - Estrutura de concreto de 69 kv reisolada para 138 kv com mísulas isoladas. Tais inconvenientes foram anulados com a adoção de um sistema de travamento na articulação, que permite a rotação da mísula somente quando o torque supera um determinado valor. A limitação do torque foi obtida por meio de um pino de alumínio que atua como fusível mecânico, que rompe por cizalhamento, e é calibrado em função da resistência do poste ao esforço de torção. O torque permitido é suficiente para eliminar os efeitos negativos decorrentes da livre articulação da mísula, garantindo ao mesmo tempo a integridade do poste. 3.3 Estrutura de ancoragem Para este tipo de estrutura não foi necessário efetuar alterações substanciais, a não ser o aumento da quantidade de isoladores de disco nas cadeias, uma vez que as distâncias elétricas existentes, recalculadas com base em critérios atualizados, resultaram ser compatíveis com o novo nível de isolamento. - substituição das ferragens que apresentavam danos, desgastes ou sinais de corrosão; - substituição dos amortecedores de vibração que perderam parcialmente ou totalmente sua eficiência; - instalação de novos contrapesos de aterramento, quando os existentes apresentavam marcas de corrosão e/ou quando o valor da resistência de terra estava superior ao limite estabelecido. 5.0 CONSIDERAÇÕES SOBRE A EXECUÇÃO DOS SERVIÇOS Na execução dos serviços de reisolamento e reforma desta LT utilizou-se das técnicas de trabalho com linha energizada: à distância e ao potencial. Foi utilizada a técnica de trabalho a distância nos casos que houve a necessidade de realizar as substituições e instalações dos componentes da LT empregando-se para tal, bastões isolantes adaptado com ferramentas apropriadas, sendo manuseado a distância pelo eletricista respeitando as distâncias de segurança da tabela a seguir:
4 Tabela das distâncias que foram mantidas da parte energizada: Tensão da parte energizada em kv Distância de Segurança em metros 69 0,95 - Abertura dos 3 (três) cabos, utilizando-se dos bastões e equipamentos que compõem o triângulo de força; (Figura 03) - Substituição das cruzetas existentes; - Substituição das cadeias de isoladores; - Transferência dos cabos do triângulo de força, para as cadeias na nova cruzeta. 88 1,05 138 1,10 TABELA 01: DISTÂNCIA DE SEGURANÇA (m.) No trabalho ao potencial, as substituições dos componentes foram efetuadas quando foi necessário o contato direto do eletricista com o condutor energizado. Para proteger o eletricista dos efeitos de campo elétrico, é necessário o uso da vestimenta condutiva (jaqueta, calça, luvas e meias condutivas) baseado no princípio de gaiola de Faraday. A tabela a seguir mostra as distâncias limites que foram observadas durante a realização dos trabalhos: Tensão da parte energizada em kv fase fase Distância entre o eletricista ao potencial e as partes aterradas (m) Distância entre o eletricista ao potencial e as demais fases energizadas (m) 88 1,05 1,40 138 1,10 1,55 TABELA 02: DISTÂNCIAS LIMITES (m.) Os valores das tabelas apresentadas atendem aos requisitos da OSHA (Occupation Safety Administration) e são superiores àqueles obtidos no cálculo da distância mínima de isolamento. Portanto são valores adotados pela COPEL para a realização segura dos trabalhos com linha energizada. Todos os serviços com a linha energizada foram executados de acordo com os procedimentos, instruções e especificações técnicas para o trabalho em linha energizada (4,5), os quais abordam nos métodos aplicados para a sua realização, ressaltandose os aspectos de segurança, as ferramentas utilizadas em cada atividade e as manobras efetuadas na LT visando facilitar a execução dos serviços. 5.1 Serviços executados utilizando o método de trabalho à distância: 5.1.1. Substituição das cruzetas de concreto existente por uma modificada para admitir o novo nível de tensão 138 kv; Foi planejado e executado a seguinte sequência de trabalho: FIGURA 03 Abertura dos cabos para a substituição e retiradas das cadeias de isoladores e cruzeta. 5.1.2. Substituição das cruzetas de concreto existente e instalação de mísulas isoladas; Foi planejado e executado a mesma seguinte sequência de trabalho do item 5.1.1. 5.2 Serviços executados pela conjugação dos métodos à distância e ao potencial: (Figura 04) - Retirada de grampos e armaduras pré-formadas; - Retirada de amortecedores; - Instalação de roldanas; - Regulagem dos condutores; - Substituição/instalação de isoladores em cadeias de ancoragens; - Substituição de ferragens em cadeias de ancoragem; - Retirada das roldanas; - Instalação de grampos e armaduras préformadas; - Instalação de amortecedores;.
5 5.3 Serviços executados pelo método de trabalho convencional: Alguns serviços foram executados pelo método de trabalho convencional os mais significativos destes, que podemos citar são a regulagem e grampeação do cabo pára-raios. O custo dos serviços executados com a LT energizada ficaram entre 10 a 12 vezes maior quando comparado com o custo dos serviços realizados com a LT sem tensão (desenergizada). A interrupção do fornecimento de energia na fábrica de cimento durante o período de construção impossibilitaria a produção de 37.500 toneladas de cimento, ocasionando prejuízos da ordem de US$ 3.750.000,00. O trabalho com linha viva energizada deve ser adotado principalmente como respostas às necessidades de maximizar a execução, uma vez que as vantagens em realizar os serviços com a linha energizada compensam o investimento inicial, dispensando interrupções no fornecimento de energia elétrica em benefício das concessionárias e dos consumidores. As primeiras LTs reisoladas estão em operação desde 1983 e os dados coletados até hoje (6) sobre desligamentos indicam que o desempenho das linhas reisoladas é equivalente ao das outras linhas de 138 kv. Isto confirma que, apesar das diversas dificuldades encontradas, o reisolamento é uma medida economicamente conveniente e tecnicamente viável. 7.0 REFERÊNCIAS FIGURA 04 Substituição e instalação das cadeias de isoladores nas estruturas de ancoragem. Cabe enfatizar que o cumprimento das instruções e normas de segurança, o treinamento dos eletricistas e supervisores, a utilização das ferramentas e materiais de qualidade e adequadas, o planejamento detalhado dos métodos de trabalho (preparação, condições de execução) e um rigoroso controle da execução foram fundamentais para o êxito do reisolamento e da reforma com a LT energizada evitando interrupções indesejadas no fornecimento de energia para o consumidor. 6.0 CONCLUSÃO Atualmente, o sistema de transmissão da COPEL possui 6.690,5 km de linhas de transmissão nas tensões de 69, 138, 230 e 525 kv (DEZ/2000). Do total deste sistema 59% opera no nível de 138 kv ou seja 3996 km. No período de 1982 a 1997 foram reisolados 1152 km de LTs, ou seja 17,2% da totalidade do seu sistema de transmissão. Destes 1152 km de linhas reisoladas, 835,3 km de 69 kv para 138 kv e 316,7 km de 88 kv para 138 kv. (1) MOREIRA, Ilmar S., Análise do desempenho frente as descargas atmosféricas da LT 138 kv Areia - Socorro, documento SOT / DPLT / VEPZ - 003, DEZ 1993, Curitiba PR (2), Ensaio de resistência a torção dos postes duplo T da LT 138 kv Areia - Socorro, documento SOT / DPLT / VEPZ - 008, MAR 1994, Ctba PR (3) ROSSET, Danilo, Novas estruturas metálicas, Cadeias de isoladores e reisolamento - Redução de custos - 1 semestre / 1994, rev. 2. (4), Manutenção com linha viva pelo método a distância, COPEL Transmissão Área de Linhas de Transmissão - 2 semestre / 1985, rev. 2. (5), Manutenção com linha viva pelo ao potencial, COPEL Transmissão Área de Linhas de Transmissão - 2 semestre / 1985, rev. 2. (6) BICHELS, A., RONNIE, J., Atualização dos dados estatísticos de falhas das linhas de transmissão e dos transformadores da COPEL 1981/1997. Relatório Técnico CPL/CNET 36/98, DEZ 1998, Ctba PR.