Resumo

O atual cenário dos mercados de energia elétrica no Brasil e no mundo tem levado as empresas do setor a operar em um contexto de alta competitividade, induzindo a uma busca constante por maior eficiência, melhor qualidade de fornecimento e menores custos. Seguindo essa tendência geral, tem ocorrido uma migração da manutenção preventiva para a manutenção preditiva, o que só é possível através de sistemas de monitoração on-line.

Nestas circunstâncias, os disjuntores, equipamentos responsáveis pelo acionamento elétrico de linhas de transmissão, transformadores, reatores e outros equipamentos nas subestações, também estão sendo monitorados.

O sistema de monitoramento de disjuntores permite, local ou remotamente e em tempo real, fornecer informações precisas ao pessoal de manutenção sobre o estado dos disjuntores, minimizando os riscos de falhas e o custo de manutenção.

Uma análise prática do desempenho deste sistema é relatada neste artigo, onde se mostram os tipos de diagnóstico, seus objetivos e os tipos de falhas que eles podem prevenir ou caso as mesmas aconteçam subitamente, ajudar a diagnosticar a causa da falha. Desta forma futuras medidas preventivas poderão ser utilizadas. Nesta linha de raciocino, a utilização da monitoração pode mostrar uma nova gama de abordagens para problemas antes desconhecidos ou tratados taxonomicamente como um mesmo tipo de falha.

Durante muito tempo, a integridade dos equipamentos nas subestações e usinas dependia da manutenção preventiva. Atualmente as empresas de energia e as indústrias convivem com reduzidas equipes de engenharia de manutenção, e torna-se necessário o desenvolvimento de ferramentas que auxiliem no processo de tomada de decisão para uma precisa intervenção.

Uma destas ferramentas é a implantação de um programa de manutenção preditiva em equipamentos de alta tensão baseada na condição de operação desses equipamentos (1). Neste paradigma, os disjuntores assumem grande importância, já que são responsáveis pela segurança do sistema elétrico em caso de faltas. Isso somada a sua natural importância como dispositivo de manobra.

As práticas de manutenção atualmente adotadas são baseadas em intervalos de tempos fixos ou pela quantidade de manobras realizadas, indicadas através dos contadores de operação (2). A manutenção, antes baseada no tempo, agora passa a considerar o estado do equipamento. O surgimento de sistemas que permitem a organização, armazenamento, visualização e interpretação de dados importantes para a manutenção tornou esta mudança de paradigma possível. Estes sistemas permitem uma segura operação dos equipamentos e fornece os elementos necessários para as atuais exigências da manutenção baseada no estado.

A Tabela 1 apresenta um breve comparativo entre as filosofias de manutenção baseadas no tempo e no estado.

Comparativo entre as filosofias de monitoração

Apenas como exemplo, alguns sinais que podem ser monitorados para a detecção do mau funcionamento de componentes do disjuntor, tais como tempos de abertura e fechamento do disjuntor, pressão do gás SF6, tempo de operação da bomba, foram citados na literatura (3). Fazendo-se uma análise desses sinais e comparando com a faixa de valores especificada pelos fabricantes, podem-se detectar defeitos incipientes no disjuntor e classificá-los como sendo de origem mecânica, elétrica considerando os circuitos principais ou nos circuitos de controle e auxiliares.

Esta é a ideia por trás do sistema de diagnóstico baseado em regras.

Os disjuntores são dispositivos de chaveamento elétrico que devem ser capazes de conduzir, interromper e estabelecer correntes das redes de energia elétrica, incluindo as altas correntes de falta (curto-circuito) (4).

Eles são constituídos por unidades interruptoras, também chamadas de câmaras de extinção, que é onde ocorre a extinção do arco voltaico produzido durante a interrupção de corrente e podem ser de diversas tecnologias. Possuem um sistema de acionamento ou mecanismo de operação, que é o subconjunto constituído de componentes que possibilitam o armazenamento da energia necessária à operação mecânica do disjuntor, bem como à liberação desta energia através de mecanismos apropriados, quando enviado o comando de abertura e fechamento do mesmo, e por fim uma unidade de comando, que é constituída dos elementos de comando, controle e supervisão do disjuntor.

Com o objetivo de identificar as causas mais comuns de falhas nos disjuntores, algumas pesquisas foram realizadas pelo CIGRÈ (5). A primeira destas pesquisas foi realizada entre os anos de 1974 e 1977, a partir de uma base de dados obtida de observações realizadas em 20.000 disjuntores com tensão acima de 63 kV.

Os resultados desta pesquisa mostraram que 70% das falhas mais frequentes em disjuntores têm como origem fatores mecânicos, 19% são relacionadas aos circuitos de controle e auxiliares e 11% a fatores elétricos do circuito principal.

O resumo dos resultados da segunda pesquisa realizada pelo CIGRÈ no período de 1988 a 1991 em 18.000  disjuntores  a  SF6   para  tensões  acima de 63 kV, são apresentados na Tabela 2, publicada no guia IEEE Std.C37.10-1995 (6) e aqui transcrita.

Trata-se de um procedimento para a investigação de diagnósticos e falhas em disjuntores, dando uma visão geral dos componentes nos disjuntores responsáveis pelas falhas mais frequentes.

Estatística de causas de falhas em disjuntores (6)

Os resultados obtidos nestas pesquisas permite-nos concluir que a maioria das falhas nos disjuntores está associada aos componentes do mecanismo de operação dos disjuntores, num segundo índice aos componentes de alta tensão e em ultimo grau aos circuitos de controle (7).

O objetivo da monitoração online é precaver de problemas advindos dos pontos apresentados na Tabela 2.

O Sistema de Monitoração Disjuntores instalado na SE Rio Verde é uma ferramenta para a engenharia de manutenção que efetua a aquisição, armazenamento e tratamento das medições efetuadas nos equipamentos monitorados, gerando diagnósticos e prognósticos de eventuais problemas que poderão ocasionar interrupções no fornecimento de energia elétrica (8).

Entre as várias análises deste sistema de monitoração, citamos os considerados mais importantes nesse projeto:

• O rápido diagnóstico do estado atual do equipamento, de modo a fornecer subsídios à tomada de decisão quanto à operação ou não do disjuntor, ajudando assim a preservar não só a ele mesmo, quanto ao equipamento que ele está energizando.
• O prognóstico precoce de condições de falha antes de sua operação, de modo a aumentar a disponibilidade do sistema e possibilitar a parada do equipamento apenas quando for necessário para ações corretivas, ou não colocá-lo no sistema a fim de evitar danos ao mesmo.
• O Monitoramento das condições de operação do equipamento ao longo de toda sua vida, a fim de manter os equipamentos disponíveis para operação, além do controle de equipamentos em fim de vida útil.
• Acesso rápido às informações do estado dos equipamentos através da rede Intranet de Furnas, facilitando o acesso a todas as informações do equipamento.
• Possibilidade de integração com os demais sistemas de Monitoramento e de gerenciamento de manutenção da empresa.
• A integração do gerenciamento da manutenção e a redução de seus custos.
• O monitoramento de vários tipos de disjuntores.
• O gerenciamento de investimentos e a negociação de prêmios de seguros.
• Preservação da imagem corporativa.

A arquitetura utilizada é na rede de sensoriamento é mostrado na Figura 1:

As principais variáveis obtidas pelo sensoriamento do sistema de monitoração são mostradas na Tabela 3:

Principais variáveis obtidas pelo sistema de monitoração (8)

Como podemos observar pela Figura 1, para que todo o sistema seja funcional, existem etapas sucessivas na aquisição dos dados para que estes possam ser utilizados nas regras de monitoramento.

• 1ª Etapa: O sensoriamento de campo é responsável pela aquisição de todas as variáveis no sistema de monitoramento de disjuntores, durante operações de abertura e fechamento, carregamento de molas, motor e variáveis que possam ser obtidas sem que haja operação, por exemplo, a pressão do gás SF6.
• 2ª Etapa: Os dados obtidos são transferidos para o software localizado no servidor de monitoração onde, são efetuados todos os cálculos necessários para que estas informações sejam exibidas ao usuário. Todos estes dados são gravados no banco de dados SQL Server instalado no servidor de monitoramento após esta etapa.
• 3ª Etapa: Este banco de dados SQL Server do OLM Explorer é lido pelo sistema de monitoramento de disjuntores, a cada novo registro incluído, efetuando assim todas as comparações e cálculos necessários para que o resultado das regras de monitoramento sejam exibidas aos usuários.

Após esta etapa caso algum alarme seja detectado, a informação será mostrada na página Web do sistema de monitoramento e um alerta via e-mail será recebido pelos responsáveis da manutenção.

O sistema de regras codificado no software de monitoração permite que as informações obtidas pelos sensores sejam transformadas em diagnósticos automáticos, indicando a equipe de manutenção a classe do problema, a gravidade dele e o tempo máximo para a intervenção, se esta situação se aplicar.

Na Tabela 4: Principais regras de diagnóstico utilizadas pelo sistema de monitoração (8), são mostradas as regras de diagnóstico e sua principal função: