AVALIAO DA ISOLAO DE UMA BUCHA CONDENSIVA COM FATOR DE POTNCIA NEGATIVO ESTUDO DE CASO NA SUBESTAO DE IMPERATRIZ, MASrgio Ribeiro e Silva Kleiton Ferreira Sousa Jailson Teixeira de Medeiros

Diviso de Transmisso de Imperatriz Regional de Transmisso do Maranho

OBJETIVO DO ESTUDOAvaliar o estado da isolao de uma bucha condensiva com fator de potncia negativo sob a tica da metodologia TPM, atravs das ferramentas Anlise 4M (mtodo, mquina, material e mo de obra) e FMEA (Failure Modes and Effect Analysis)

TECNOLOGIA DE BUCHAS CONDENSIVAS

Tecnologia de buchas condensivas Uma bucha uma pea ou estrutura de material isolante, que assegura a passagem isolada de um condutor atravs de uma parede no-isolante (NBR 5034/1989); A tecnologia utilizada na fabricao de buchas est ligada ao controle da distribuio do campo eletrosttico; Quanto sua tecnologia, as buchas classificam-se

basicamente em no-condensivas e condensivas; As buchas no-condensivas so utilizadas em tenses de at 25 kV.4

Tecnologia de buchas condensivas (cont.)

Desenho ilustrativo de uma bucha no-condensiva:

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Tecnologia de buchas condensivas (cont.)

O surgimento da tecnologia de construo de buchas condensivas revolucionou a fabricao das mesmas; A idia bsica foi a utilizao de chapas metlicas de fina espessura concntricas com o eixo do condutor, alternando materiais condutores e dieltricos; Sendo assim, as camadas funcionam como capacitores em srie eletricamente, dividindo a tenso em degraus discretos.

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Tecnologia de buchas condensivas (cont.)Desenho ilustrativo de uma bucha condensiva:

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Tecnologia de buchas condensivas (cont.)Representao do circuito eltrico de uma bucha condensiva:

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Tecnologia de buchas condensivas (cont.) O tap capacitivo uma derivao entre a ltima camada condutora do corpo condensivo da bucha e o flange;

utilizado para realizao de ensaios ou instalao de monitoramento do estado da isolao da bucha;

O tap de potencial uma derivao entre o corpo condensivo e o flange, utilizado para fornecer uma tenso reduzida proporcional tenso do sistema.9

Tecnologia de buchas condensivas (cont.) Quanto sua classificam em: isolao, as buchas condensivas se

Buchas condensivas com papel impregnado a leo (OIP); Buchas condensivas com isolao a papel aglutinado com resina (RBP); Buchas condensivas com isolao a papel impregnado com resina (RIP).

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PROCESSO DE ENVELHECIMENTO DE BUCHAS CONDENSIVAS

Perdas dieltricasExistem perdas nos dieltricos devido a correntes de fuga que interferem no seu funcionamento:

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Rigidez dieltricaA presena de umidade influencia consideravelmente a rigidez dieltrica de um material:

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HigroscopicidadeA absoro de umidade resulta numa sensvel perda das propriedades isolantes de um material:

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Envelhecimento de buchasOs principais mecanismos de degradao da isolao de uma bucha condensiva, e conseqentemente de sua suportabilidade dieltrica so:

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Envelhecimento de buchas (cont.) Dois fatores, hidrlise e oxidao, so influenciados diretamente pela estanqueidade do sistema de isolao da bucha; As propriedades qumicas e fsicas de materiais isolantes, como o leo e o papel, so degradadas por fatores externos, como a umidade, bem como a sua reao com o oxignio do ar atmosfrico; Portanto, a gua e o oxignio so agentes aceleradores do envelhecimento da isolao de uma bucha.16

TCNICAS DE AVALIAO DA ISOLAO DE BUCHAS CONDENSIVAS

Medio do fator de dissipao do isolamento e capacitncia Tcnica mais difundida e aplicada na manuteno

preventiva de buchas condensivas;

Deteco de defeitos como carbonizao de enrolamentos de papel e curto-circuito entre camadas condutoras capacitivas;

Alteraes significativas no processo de envelhecimento de uma bucha.18

Medio do fator de dissipao do isolamento e capacitncia (cont.)

CONTROLE DA DEGRADAO DA ISOLAO DA BUCHA

APLICAO DE 10 kV

O fator de potncia negativoO fator de potncia negativo pode ser demonstrado atravs do circuito e equaes abaixo:

O fator de potncia negativo (cont.) O surgimento de RG provoca nas duas equaes o aparecimento do termo XC1/XC2, ou seja, o produto de dois nmeros complexos, que resulta em um nmero real negativo; Esse termo provoca o surgimento de um ngulo de deslocamento entre as tenses VT e V2; Se a referncia de tenso utilizada for VT, o fator de potncia ser negativo.

O fator de potncia negativo (cont.)Representao grfica:

O fator de potncia negativo (cont.) A localizao de RG ir determinar o grau de influncia de um possvel caminho de fuga no isolamento;

Se a fuga ocorrer prxima ao incio ou fim do isolamento, a influncia ser mnima, devido ao baixo valor de XC1 ou XC2;

Por outro lado, se a fuga ocorrer no ponto mdio do isolamento, o produto das reatncias ser mximo, tornando maior o grau de influncia de RG.

O fator de potncia negativo (cont.)Exemplo negativo:O termo XC1XC2/RG foi maximizado

de

possvel

ocorrncia

de

fator

de

potncia

O CASO DA BUCHA DA SUBESTAO DE IMPERATRIZ

Caractersticas do equipamento Fabricante: Jeumont Schneider Ano de fabricao: 1985 Tenso nominal: 305,9 kV Corrente nominal: 165 A Volume de leo mineral isolante: 17780 l

Caractersticas da bucha condensiva Fabricante: Haefely Ano de fabricao: 1991 Tipo: OIP Modelo: 18-0316-600-345KV Corrente nominal: 1000 A Capacitncia C1: 482 pF Fator de potncia: 0,20 %

Sequncia de eventosAps desligamento do reator, realizao de testes prrecuperao do equipamento; Drenagem do leo mineral isolante do reator; Retirada das buchas condensivas e acondicionamento em cavalete; Realizao de vcuo e pressurizao com ar seco para medio de URSI referencial; Disponibilizao do equipamento contratada para

realizao dos trabalhos de recuperao;

Sequncia de eventos (cont.) Reinstalao das buchas condensivas; Nova realizao de vcuo para medio da URSI aps recuperao do reator; Reenchimento do equipamento com circulao do leo mineral isolante; Realizao de recomissionamento e disponibilizao do equipamento para energizao.

Resultados de medio de fator de potnciaOs seguintes resultados foram encontrados antes do processo de recuperao do reator:

Resultados de medio de fator de potncia (cont.) O valor encontrado para a medio atravs do circuito UST topo tap capacitivo, que foi de 0,44% a 20C, bem prximo do valor limite considerado para buchas de 500 kV pela Eletronorte, que de 0,5%; J a medio com o mesmo tipo de circuito, agora considerando o tap de potencial, apresentou valor satisfatrio (0,21% a 20C); A medio de C2 atravs do tap capacitivo apresenta valor elevado, de 0,75% a 20C.

Resultados de medio de fator de potncia (cont.)Os seguintes resultados foram encontrados aps o processo de recuperao do reator, com a bucha j instalada:

Resultados de medio de fator de potncia (cont.) Nesta medio, realizada apenas um ms aps a primeira, aparece o fator de potncia negativo para o circuito UST topo tap capacitivo, com valor de -0,17% a 20C; Esse mesmo fenmeno no acontece para a medio em UST realizada atravs do tap de potencial; O valor do fator de potncia para o circuito de medio tap capacitivo terra se apresentou ainda maior do que na primeira medio.

Resultados de medio de fator de potncia (cont.)Os valores abaixo foram encontrados por meio de medio com variao de freqncia:

Resultados de medio de fator de potncia (cont.) Pode-se observar nos resultados que o fator de potncia manteve-se negativo em todas as frequncias de medio;

Na frequncia industrial, 60 Hz, o valor foi de -1,69% a 20C, ou seja, ainda mais negativo do que na medio anterior, realizada duas semanas antes.

Resultados de medio de fator de potncia (cont.) Como visto anteriormente, o fator de potncia pode se tornar negativo devido adio de um componente resistivo ao circuito capacitivo da isolao; Para o caso de uma bucha condensiva, os seguintes fatores podem contribuir para o surgimento desse componente resistivo: Aterramento indevido; Contaminao; Sujeira.

UTILIZAO DA FERRAMENTA DE ANLISE 4M

A anlise 4M Anlise em que so levantados fatores de mtodo, mode-obra, material e mquina que podem levar a uma perda de processo; utilizada para direcionar a anlise para os seus reais problemas e fazer uma estratificao inicial da causa primria do problema; No momento da sua execuo podem ser levantadas vrias hipteses dentro de cada um dos Ms, mas no 4M final devem aparecer apenas as hipteses que sejam comprovadas, pois o objetivo do mesmo eliminar problemas REAIS e no POTENCIAIS.38

A anlise 4M (cont.)A seguir, a anlise 4M da bucha condensiva:

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A anlise 4M (cont.) A anlise 4M mostra que os possveis problemas esto na mquina, ou seja, na prpria bucha, j que a atuao da equipe estava de acordo com o plano de manuteno do equipamento; Os circuitos de teste foram revisados vrias vezes, sendo que mais de um instrumento foi utilizado, com resultados semelhantes; Foi efetuada secagem dos taps, afim de reduzir a possibilidade de penetrao de umidade; O descarte das demais possibilidades aponta para uma contaminao do corpo condensivo por penetrao de umidade por meio de vedaes da bucha. 40

UTILIZAO DA FERRAMENTA DE ANLISE FMEA

O FMEA um mtodo estruturado de determinao das funes, falhas funcionais e modos de falha de um equipamento e seus efeitos; O objetivo a preveno de falhas, ou seja, detect-las antes que aconteam; Busca responder basicamente a trs questes: qual a probabilidade da falha ocorrer; quais seriam os efeitos dessa falha; e qual a probabilidade que essa falha seja detectada antes de sua ocorrncia.

O FMEA (cont.)Estatstica de modos de falha em buchas condensivas, de acordo com pesquisa do Cigr-Brasil:

O FMEA (cont.)Os critrios adotados na aplicao do FMEA foram os seguintes:

O FMEAAplicao do FMEA para alguns modos de falha de uma bucha condensiva:

O FMEA Pode-se observar que o problema da infiltrao de umidade, apontado na Anlise 4M, mostrado no FMEA como um modo de falha com alto risco para a operao da bucha condensiva; As duas anlises se complementam, pois uma indica o problema e a outra avalia o seu risco para o equipamento.

O FMEA (cont.) Instalou-se na Regional uma grande discusso sobre se a bucha poderia ou no ser energizada; Diante do impasse, solicitou-se a ajuda da Doble na anlise dos resultados, o que gerou uma srie de recomendaes de novos testes a serem realizados; Porm, antes do incio da realizao de tais testes, a bucha apresentou vazamento pela vedao entre a porcelana e o flange, conforme fotos a seguir.

O FMEA (cont.)

CONCLUSO

Concluso A localizao do vazamento refora a suspeita de contaminao por umidade detectada na medio de fator de potncia, o qual resultou em valor negativo; O provvel responsvel pelo vazamento e conseqente contaminao do corpo condensivo o fim de vida til da vedao entre a porcelana e o flange da bucha; Sero realizadas novas anlises na bucha, como a coleta de leo para anlise fsico-qumica e gascromatogrfica, afim de se determinar o teor de gua presente no leo isolante da mesma.50

OBRIGADO!Eng. Srgio Ribeiro e Silva Diviso de Transmisso de Imperatriz Regional de Transmisso do Maranho sergio.silva2@eletronorte.gov.br

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