Artigo CIC - Retrofit Em Religadores de Redes de Energia Eletrica

I Workshop de Monografias do UNICEP São Carlos, SP, 29 e 30 de outubro de 2009

Retrofit em religadores de redes de energia elétrica

Wesley Gomes da Silva Aluno (UNICEP) Luiz Giovani Lopes Rodrigues Orientador (UNICEP)

Resumo

A manutenção preventiva é uma das formas mais eficientes de garantir ao mesmo tempo uma duração maior do tempo de trabalho com um custo baixo de manutenção. Isso levou concessionárias de energia aplicar o princípio do retrofit, manutenção preventiva acrescendo novas tecnologias. O objetivo desse trabalho é demonstrar como é feito esse tipo de retrofit e como ele é aplicado em vários equipamentos elétricos. Para demonstrar esses processos foram escolhidos religadores, pois são equipamentos com o custo elevado e de manutenção e operação constante. Os desgastes que estes equipamentos sofrem, são devido ao intemperismo e trabalho constante. Fazendo com que melhoras precisem ser aplicadas constantemente. Junto com essas manutenções são implementadas novas tecnologias, como, controle remoto para monitoramento de corrente, nível de tensão e ações como fechamento e abertura automática dos contatos que proporciona maior segurança para os operadores e usuários, pois o monitoramento remoto faz com que mão de obra seja utilizada em menor escala e assegura com que o usuário fique menos tempo sem energia elétrica. Este investimento também traz para as concessionárias benefícios em níveis de indicadores fazendo com que continuem sendo certificadas pelos órgãos regulatórios e normas vigentes para o setor elétrico. Estes equipamentos são compostos por partes eletro mecânicas que precisam ser verificadas e trocadas com certa periodicidade devido aos desgastes. Passando por retrofit os equipamentos são avaliados caso tenham muitas manutenções no seu histórico ou se já apresentam danos permanente e que precisam ser substituídos. Com a instalação de um painel de controle com todas as suas partes internas fazendo implementações de reles multifuncionais e retirada de componentes com uma manutenção constante, atende-se aos novos anseios tecnológicos e visam um baixo custo de manutenção e automatização dos mesmos. Utilizando essa metodologia em vários equipamentos de mesma classificação o custo fica ainda mais interessante, pois a confiabilidade do serviço já se demonstra através do tempo que essa técnica é altamente viável comparando com a substituição para novos equipamentos e sucateando os antigos. Portanto, a utilização agrega valor aos serviços da concessionária, gerando mais credibilidade mediante ao usuário e aos órgãos responsáveis pela fiscalização.

Palavras chave: Retrofit, Manutenção, Vantagens.


1. Introdução

A expansão urbana em todo o mundo tem representado, entre outras coisas, a necessidade de ampliação dos sistemas elétricos existentes. Isto leva, entre outras realidades ao aumento nas solicitações de desempenho dos equipamentos e respectivos conjuntos de manobras e controle. Esses fatores, associados no envelhecimento natural, tanto do produto quanto da própria tecnologia empregada tem criado pontos críticos nas diversas instalações elétricas em funcionamento. Engenheiros preocupados com os custos, manutenções dos equipamentos e a confiabilidade dos sistemas elétricos estimularam algumas técnicas que se aplicadas trazem benefícios. O retrofit de equipamentos traz vantagens em diversos pontos de enfoque, pois viabiliza a expansão do sistema utilizando os próprios equipamentos já empregados. Diante das opções de mudanças pode-se apenas dar a manutenção no equipamento ou melhorar em sua totalidade, modernizando, repontencializando e atualizando o conjunto de manobra e seus controles de funcionais.

2. Análise para aplicação de retrofit

A nomenclatura apresentada descreve o processo de aproveitamento e atualizando os equipamentos. Apesar de tal processo não estar definido pela norma já mencionada deve-se adotar um extenso programas de testes, pois eles mostraram a eficiência de cada mecanismo. Analisando os componentes de contato do conjunto de manobra é possível observar fissuras e oxidações devido ao desgaste natural e o uso do equipamento. O processo de analise visa avaliar as tecnologias mais modernas que deverão ser aplicadas aproveitando parte do equipamento. Apesar do processo de conversão visar recondicionamento de todo o equipamento será necessário descartar partes muito danificadas e equipamentos de tecnologia ultrapassada.

3. Vantagens do uso de religadores retrofitados

Por serem equipamentos como transformadores de corrente e reles de proteção já integrados ao equipamento de manobra e interrupção do circuito, até hoje os religadores são aplicados em subestações e redes de distribuição, o estudo de coordenação de isolamento permitem sua instalação. O uso do religador tem motivado o desenvolvimento dos dispositivos de proteção, controle e medição, cada vez mais completos para os equipamentos ofertados para o mercado de energia elétrica. Com o advento da tecnologia digitais micros processada, os religadores com acionamento hidráulico, eletromecânico ou eletrônico tornaram-se rapidamente obsoletos e limitados para o isso em supervisão, controle automação e esquemas de proteção mais complexos. (O SETOR ELETRICO, 2009)

É comum em distribuidoras de energia elétrica, para atender a projetos de modernização da rede. Algumas vantagens podem ser atendidas com a redução de investimento em estruturas e obras civis; a possibilidade de redução de áreas de subestações, com barramentos mais compactos e de operação mais simples; a padronização de equipamentos comandados pelas equipes de manutenção e operação da rede, implicando na redução dos riscos de operação indevidas; a garantia de atendimento dos requisitos de imunidade a surtos e interferências magnéticas; a economia em investimentos com instalação de circuitos de corrente continua, levados ao pátio da subestação, com


conseqüência eliminam-se riscos de transferências de potencial entre o pátio e a sala de controle, e desligamentos indevidos por indução em cabos de controle instalados em canaletas e interferência eletromagnética, aumentando a confiabilidade das instalações; a integração em um único painel as funções de controle, proteção, medição e, mais recentemente, os automatismos e interfaces para supervisão, controle e integração em sistemas como SCADA, reduzindo o homem-hora de engenharia de aplicação e integração; o uso de controles digitais micro processados digitais permite ainda que todas as modernas funcionalidades obtidas com o uso de reles de proteção estejam também disponíveis na aplicação de religadores, por exemplo, para as funções de monitoramento de circuitos como medição de tensão no lado da conte e no lado da carga, seqüência de eventos oscilo grafada de faltas, monitoramento do sistema interno do circuito de carga e supervisão de bateria, registro de perfil de carga para orientar estudos de planejamento, monitoramento de desgaste dos contatos para melhorar o planejamento dos serviços de manutenção contador de operações, localizador de faltas para redução de tempo nas pesquisas de defeitos, registro de quedas oscilações e interrupções de tensão monitoramento de qualidade de suprimento, sincronismo de tempo para facilitar as analises de ocorrências com registro de eventos em uma única base de tem pó em todo o Sistema, programações de lógicas para permitir que os equipamentos sejam dotados de inteligência local, para exercitar manobras automáticas sem intervenção de operadores. (O SETOR ELETRICO, 2009)

Figura 1 – Subestação projetada com religadores retrofitados


O uso de dispositivos de sincronismo de tempo, acoplados aos controles de religadores, tanto os instalados em subestação com os utilizados ao longo da rede de distribuição, permite a mesma base de registro de eventos durante as ocorrências do sistema, facilitando a analise após a falta. Para as funções de medição garantindo a segurança e a confiabilidade da operação dos circuitos em tempo real, alem de facilitar os estudos de planejamentos os equipamentos devem ser dotados de valores padrões instantâneos de corrente, tensão, potencia, demandam energia, freqüência, fator de potencia, é necessário ter valores eficazes de corrente, tensão e potencia, harmônicos de corrente e tensão são importantes também. (RPM, 2009)

4. Equipamento para desenvolvimento

Inúmeros equipamentos são aptos para a aplicação do de novas tecnologias aproveitando seu estado atual, porém analisando na maioria do sistema elétrico equipamentos do tipo KF conforme figura 2. (SELINC, 2009)

Figura 2 – Religador Tipo KF

Para o desenvolvimento dessa aplicação foi escolhido o tipo KF que apresenta uma mecânica simples e um sistema elétrico de controle com pouco controle. Observando a necessidade de controlar os níveis de tensão, corrente e atuação da chave de fechamento e segurança uma analise técnica de suas partes deve ser feita com precisão por técnicos e equipamentos adequados observando os seus limites operativos. (ELEKTRO, 2007)

Diversos desses religadores estão em operação por mais de trinta anos ou mais, seus dispositivos de segurança, controles e atuadores apesar da manutenção periódica precisam ser substituídos. Os atuais equipamentos de segurança, reles e controladores micro processados consistem na escolha natural para essas aplicações de retrofit, oferecendo varias melhorias em relação aos reles de sobre-corrente eletromecânicos, estáticos baseados na replica térmica do sistema de abertura em surtos elétricos. Sua remodelagem é embasada em ensaios registrados em seqüenciais eventos e a especificação do fabricante.

Entretanto, as informações referentes a capacidades térmicas e real capacidade de reação aos surtos quase não existem, pois os dados originais do fabricante foram perdidos. Além disso, os equipamentos podem ter sofrido manutenção indevida tornando suspeitos os dados originais do fabricante. A aplicação dos novos


equipamentos é baseada na especificação da rede elétrica que se aplica o equipamento em plena carga. (CEMIG, 2006)

O processo de retrofit é baseado também em fazer com que o equipamento trabalhe em condições de temperatura elevada com ventilação forçada fazendo com que o equipamento possa trabalhar em situações criticas.

5. Melhorias implantadas

Normalmente, os religadores são fabricados com tensão nominal de até 38kv, NBI (Nível básico de isolamento) de ate 200kv e capacidade de interrupção de até 16 kA. Sempre que projeto da subestação ou ampliação da rede de distribuição permitir, a solução de alimentadores de distribuição protegidos na subestação por religadores será uma alternativa a ser avaliada técnica e economicamente. E essa poderá representar uma redução significativa de custos, tornando-se uma alternativa viável e interessante. Respeitando as normas individuais de cada concessionária, essa solução também pode ser aplicada para a proteção de consumidores ligados em alta tensão (classe 15kv ou 38kv), representando uma redução significativa nos investimentos das instalações, com melhoria na confiabilidade dos esquemas de proteção e facilitando a operação das subestações de consumidores industriais.

Os controles de religadores devem representar a melhor opção para disponibilizar todas as funções de proteção, localização de defeitos e automatismos da rede de distribuição, qualidade de energia oscilo grafia entre outras. Também devem permitir a aplicação de modernas praticas de supervisão, controle e proteção nas redes de distribuição, aumentando o desempenho e a confiabilidade dos circuitos. (COOPER POWER SYSTEM, 1990)

Algumas melhorias que são implantadas na retrofitagem de equipamentos são, por exemplo, redução dos procedimentos para ajuste (na condição original é necessário abrir o equipamento para alterar os ajustes de contagem de operação e os ajustes de atuação para fase trocando as bobinas séries no tipo KF); retirada de componentes com histórico de manutenção (ex: temporizadores hidráulicos); melhor coordenação entre os dispositivos de proteção do sistema elétrico, devido à maior variedade de curvas típicas de proteção contra sobre correntes: todas as curvas padrão US (IEEE) e IEC estão disponíveis nestes relés. Dependendo do tipo do relé a ser empregado no retrofit, haverá disponibilidade para outras curvas típicas de religadores além de algumas personalizadas; Maior gama de ajuste da proteção contra faltas fase-terra; Maior sensibilidade da proteção de rede; Programar os controles de religador com elementos avançado de sobre corrente direcional, freqüência e esquemas de controle assistidos por comunicação remota; Medição de energia ativa, reativa e fator de potência; Medição de corrente e perfil de carga (no SEL-351R); Medição das tensões Va, Vb e Vc; Van, Vbn e Vcn; Medição de potência ativa, reativa, demandas, freqüência, etc. REO – Relatório de Eventos e Oscilo grafia; Tecnologia “Mirrored Bits”, que possibilita comunicação lógica entre religadores instalados na rede; Protocolos Modbus e DNP: possibilidades de automação com instalação de placa de comunicação;

A padronização de controles para uso em religadores de distribuição contribui para a reducao significativa de custos de estoque com equipamentos de diversos fabricantes e necessidade de treinamentos intensivos das equipes de operação e manutenção. Dessa


forma a melhor opção será sempre o emprego de controles que permitem maior compatibilidade com equipametos disponveis no mercado. O uso de um único modelo de controle, considerando que é esta a interface do equipamento com o operador de distribuição, permite ainda a operação mais familiarizada, minimizandoo os riscos de operações indevidas e interrupções de fornecimento conseqüentes de erros de manobra. Na figura 3 um exemplo da atuação do Centro de Operaçao de Distribuiçao.

Figura 3 – Características do religador KF

6. Conclusão

Da aplicação apresentada para este tipo de equipamentos atende plenamente o objetivo proposto, ou seja, possibilitar a inclusão de religadores que seriam sucateados no processo de automação a um custo mínimo. O baixo custo dessa solução viabiliza automatizar um numero grande de pontos e a confiabilidade foi sendo demonstrada ao longo do tempo que já se aplica esta técnica. A segurança operacional com o uso de um acessório de comunicação sem fio é recomendado para reduzir os custos de acidentes, alem de oferecer a vantagem adicional de uma operação confortável no nível do solo sem necessidade de cabos em computadores portáteis. O aumento do desempenho comprovado pela utilização de processos de controle rápido e de analises mais eficientes em tempo real faz com que a qualidade do serviço prestado pela distribuidora de energia esteja sempre em evolução. A possibilidade de usar novas tecnologias permite uma redução drástica de pecas de reposição e de atividades de manutenção. Isto fica mais evidente quando se leva em conta a dificuldade, tanto logística quanto financeira, de obter pecas de reposição. Considerando também que basicamente tem-se uma intervenção “retirar-inserir” dos equipamentos.

Um ponto importante e extremamente relevante é a possibilidade do uso de fornecedores de pecas originais do equipamento a ser convertido, do conhecimento preliminar do projeto e do processo de fabricação que foram utilizados nele Desta forma garante-se um produto final confiável e seguro, atendendo os requisitos normativos

Portanto, conclui-se que a sua utilização agrega valor aos serviços prestados pela concessionária, reduzindo os custos de operação e melhorando os índices de qualidade de fornecimento.


Referências

COOPER POWER SYSTEM, Electrical distribution system protection, 3d Ed., Franksville: Wis, 1990

CEMIG, Aplicação de retrofit em religadores hidráulicos de distribuição, Belo Horizonte: XVII Seminário de distribuição de energia elétrica, 2006.

ELEKTRO ELETRICIDADE E SERVIÇOS, Retrofit e automação de religadores – Plano de investimento, Campinas, 2007.

RPM BRASIL. Retrofit em religadores e seus beneficios. Retrofits. Disponível em: <http://www.rpmbrasil.com.br/smartgrid2008>. Acessado em: 19 mai. 2009.

SELINC. Retrofit . Retrofits e beneficios. Disponível em: <http://www.selinc.com.br/retrofit.htm>. Acessado em: 19 mai. 2009.

ELETRICO. O setor. Varios temas. Disponível em: <http://www.osetoreletrico.com.br/ose>. Acessado em: 15 mai. 2009.

Documents

Artigo CIC - Retrofit Em Religadores de Redes de Energia Eletrica