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Sistema Radiográfico Digital para Detecção de
Defeitos Internos nos Isoladores Poliméricos em
Linhas de Transmissão de 500 kV Energizada
Código: 09.013
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
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
Bastão de Compósito GFRP -
Imagens de SEM de secção polida de GFRP
Fonte: Armentrout, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 18, No.3, July, 2003.
Alto ângulo de contato
Baixo ângulo de contato
Qtde de Isoladores Poliméricos no Mundo
IEC/CIGRÉ; EPRI Fonte: http://www.inmr.com/look-future-composite-insulator-technology/#!prettyPhoto/3/
Fonte: http://www.inmr.com/look-future-composite-insulator-technology/#!prettyPhoto/3/
China
Construção de um Isolador Polimérico
“ ”
“
”
“ ”
“”
Bastão de Compósito GFRP - Fabricação -
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.
Pultrusão: Processo Contínuo de Fabricação de Bastão de Compósito de GFRP (Resina + Fibras de Vidro)
Fatores que Degradam os Isoladores Poliméricos
Duas Principais Falhas dos Isoladores Poliméricos em Linhas de Transmissão
http://www.inmr.com/steep-front-impulse-test-insulators/#!prettyPhoto
Descarga de Potência
(Flashover) Fratura Frágil
MECÂNICA ELÉTRICA
Fratura Frágil do Isolador Polimérico por SCC – “Stress Corrosion Cracking”
Fratura Frágil do Compósito por SCC Consequência Catastrófica
Queda dos Cabos Condutores ao Chão
Fratura Frágil por SCC – “Stress Corrosion Cracking”
Tempo
Material
(Compósito)
Tensão
Mecânica
Meio
Ambiente
SCC
Campo
Elétrico
SCC – “Stress Corrosion Cracking” Efeito Combinado da Tensão
Mecânica e Ambiente Corrosivo
Geração de Ácido Nítrico e
Mecanismo de Ruptura do Bastão de
Compósito por SCC
Tecnologias Atualmente em Uso para Inspeção da
Integridade dos Isoladores Poliméricos em Linha de
Transmissão Energizada
Degradação Grau de Hidrofobicidade - STRI
16/11/2017 14 Guide Hydrobicity, Classification; Guide 1, 92/1
Problemática Defeitos Críticos Detectados por Radiografia Digital na UFPE
1 mm
Problemática Defeitos Críticos Detectados por Radiografia Digital na UFPE
PD – Descargas Parciais em Vazios (Voids) Internos Termovisor – Radiografia
3
2
1
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
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).
Princípio da Radiografia
• 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.
𝐼 = 𝐼𝑜𝑒−𝜇𝑡
Penumbra gerada de foco na origem da
fonte de radiação é de dimensão finita –
Afeta o Contraste.
Efeitos dos Parâmetros Radiográficos na Qualidade de Imagem
– Resolução Espacial -
Efeito da Distância da Fonte de Radiação ao
Objeto no Discernimento do Defeito
Sensitividade do Imaging Plate (IP)
de 2 a 3 ordens de grandeza maior
Sensitividade do Detetor de Imagem IP – Imaging Plate
IP é:
100X a 1000X
+ Sensível
Intensidade da Radiação
Cai ao Quadrado da Distância
Exemplo:
d=1m para d=3m
I = 𝟏
𝟗
Exemplo:
d =1m para
d=2m
I = 𝟏
𝟒
d=1m para
d=3m
I = 𝟏
𝟗
Sistemas de Leitor a Laser de
Imaging Plate
Isolador Polimérico e Sistema de Leitor a Laser do Imaging Plate
Isoladores Poliméricos de 500 kV - Linha de Transmissão da STN -
Isoladores Poliméricos na Torre Estaiada em “V”
e Comprimento de ~ 4 metros
Linha de Transmissão – STN
546 km
~6.000 Isoladores Poliméricos
Materiais e Métodos
430 mm
Sistemas de Multi-monitores facilita a percepção visual das falhas
Três monitores
Dois monitores 1:1 pixel scale
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
0,60 m 2,50 m 4, 00 m 4,00 m
central central central à fase
Modelo de simulação 60 graus – vertical 40 graus – horizontal
Resultados – Simulação Numérica
Esquema de Testes e Resultados de
Simulação Numérica (CIVA-RT)
Radiografia obtida a 60 cm
Imaging Plate
Resultados – Radiografia Digital Testes de Validação dos Parâmetros Radiográficos no
Laboratório de Ensaios Não Destrutivos da UFPE, Recife/PE
Resultados – Radiografia Digital Testes de Validação dos Parâmetros Radiográficos no
Laboratório de Ensaios Não Destrutivos da UFPE, Recife/PE
Um dos protótipo em teste numa linha de transmissão
desenergizada do Centro de Treinamento, Garanhus/PE
Resultados – Radiografia Digital Linhas de Transmissão do Centro de Treinamento, Garanhuns/PE
Radiografia com
efeito do vento
Sistema Radiográfico para Inspeção de Isolador Polimérico de 500 kV em
LT Energizada
Resultados – Radiografia Digital Isoladores Poliméricos em Linhas de Transmissão de 500 kV
energizada – Fortaleza/CE
40 k
m/h
Procedimentos para Detecção de Defeitos Ocultos e
Críticos em Isoladores Poliméricos Novos e em
Operação em LT por Radiografia Digital
Tecnologias tradicionais:
- IV (Termografia)
- UV-Efeito Corona(Daycor)
- Visual (Espelho, binóculos)
Novas tecnologias:
- Drones (visual)
- Medição do campo elétrico
- Radiografia Digital
Inspeção para
detecção de
defeitos ocultos por
radiografia digital
Teste de conformidade
adotado pela STN
(IEC 61109:2008)
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
Tensões
elétricas
Isolador rejeitado
(não conformidade)
-Defeito de fabricação
(espessura fina do
revestimento)
-Fissuras
Isolador rejeitado
(não conformidade)
Perda de
elasticidade
Perda da
hidrofobicidade
Descargas parciais
(PD) e corrente de
fuga, substâncias de
baixo peso molecular
Intemperes
ambientais
Calor, UV, Chuva,
sais causando a
depolimerização
Erosão e
rugosidade
Geração dos ácidos Degradação biológica
Dim
inu
içã
o d
a re
sis
tên
cia
elé
trica
e m
ec
ân
ica
Fatores Externos e Consequências
Patentes
Estrutura para Inspeção para
Ensaios Não Destrutivos.
Registro de Patente no INPI
Sistema de Radiografia Digital
para Inspeção de Isoladores
Poliméricos em Linha de
Transmissão Energizada (Em
fase de patenteamento)
Premiações
1)
2)
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 61110.
CONCLUSÕES
Obrigado pela atenção!
Contatos:
UFPE: Armando Shinohara
(81) 2126-8230 (ramal 238)
(81) 99751-1285
shinohara@ufpe.br
www.ufpe.br/demec
STN: Henrique Lott Neto
(81) 2123-9016
(81) 99728-5544
hlott@stnordeste.com.br
www.stnordeste.com.br
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