GSC/008

21 a 26 de Outubro de 2001Campinas - São Paulo - Brasil

GRUPO XGRUPO DE ESTUDO DE SOBRETENSÕES E COORDENAÇÃO DE ISOLAMENTO

EXPERIÊNCIA DA CEMIG NA INSTALAÇÃO DE PÁRA-RAIOS DE ZnO EM LINHAS DE TRANSMISSÃO -ASPECTOS DE MANUTENÇÃO

Antônio Donizetti de Andrade Rubens Leopoldo Markiewicz CEMIG CEMIG

Geraldo Magela FonsecaCEMIG

RESUMO

A CEMIG, a partir de 1996, passou a instalar pára-raiosde ZnO com invólucro polimérico, sem GAP externo,em algumas de suas linhas que apresentavamdesempenho elétrico insatisfatório, nas quais assoluções convencionais não haviam promovido osresultados esperados.

Após a instalação dos pára-raios de ZnO em 06 linhasde transmissão (LT), observou-se uma melhorasignificativa no desempenho dessas LTs sob a ação dedescargas atmosféricas, detectando-se, porém, algunsproblemas de natureza mecânica, tais como adesconexão dos pára-raios por rompimento dacordoalha ou do conector e quebra do seus olhais defixação.

A CEMIG está estudando soluções e adotandomedidas visando minimizar esses problemas nasatuais e futuras instalações. Acrescenta-se que ainstalação de pára-raios de ZnO em LTs requermudanças nas rotinas de inspeção das LTs, uma vezque esses equipamentos também exigem inspeções emanutenções periódicas.

PALAVRAS-CHAVE: Pára-raios, Linha de Transmis-são, Instalação, Manutenção e Inspeção de Pára-raios

1.0 - INTRODUÇÃO / HISTÓRICO

A CEMIG conta, aproximadamente, com 21.000 km delinhas de transmissão, nas tensões que variam de 34,5a 500 kV.Desse total, aproximadamente 15.000 km sãoconstituídos de linhas de 161 kV e abaixo, onderesidem a maioria dos problemas relacionados commau desempenho por ação de descargas atmosféricas.

A área de atuação da CEMIG, o Estado de MinasGerais, por suas características geográficas emeteorológicas, apresenta um alto índice de descargasatmosféricas, consequentemente fazendo com quecerca de 70% dos desligamentos em linhas detransmissão sejam devidos a esse fenômeno. Além deapresentar altos níveis ceráunicos, o estado, por tergrande parte do seu solo constituído por antigasformações geológicas, apresenta altas resistividadesdo solo, agravando sobremaneira a adversidadeoperacional das linhas de transmissão.

Medidas convencionais aplicadas às linhas detransmissão, quais sejam, melhoria das resistências deaterramento, isolamento, blindagem com cabos pára-raios, etc., nem sempre são suficientes para garantirum bom desempenho das linhas sob a ação dedescargas atmosféricas.

Assim sendo, a partir de 1996, a CEMIG passou ainstalar pára-raios de ZnO, do tipo sem GAP externo,em algumas de suas linhas que apresentavamdesempenho elétrico insatisfatório, nas quais assoluções convencionais não haviam promovido osresultados esperados. As instalações foram feitas comas linhas desenergizadas, porém contemplando asubstituição e manutenção utilizando técnicas de linhaviva.

2.0 - MELHORIA DO DESEMPENHO DAS LINHASONDE FORAM INSTALADOS OS PÁRA-RAIOS DEZnO

Após a instalação dos pára-raios de ZnO em 06 linhasde transmissão, o desempenho sob a ação dedescargas atmosféricas observado das linhas (AK)passou a ser o seguinte:

Endereço do autor responsável: Rua Osório de Morais, 101 – Quarteirão 14, Prédio 10 - Bairro Cidade Industrial –

2

TABELA I – Melhoria do desempenho das LTs em que foram instalados pára-raios de óxido de zinco

LINHA DE TRANSMISSÃO kV Comp. (km) Ano dainstalação

AK antes dainstalação

AK 1998 AK1999 AK 2000

Peti – Sabará 69 61 1998 43,64 5,49 5,49 4,91Ouro Preto 1 – Ponte Nova 138 66,5 1997 30,87 12,01 10,51 4,51Ouro Preto 2 – Mariana1/Samarco/Alegria *

138 38,9 1998 40,94 14,62 0,00 0,00

Diamantina – Gouveia ** 34,5 31,6 1996 155,06 50,60 25,30 66,45Itutinga – Minduri *** 138 44,6 1998 19,40 13,45 6,72 6,72Itutinga – Três Corações 2 138 87,0 1999 16,20 **** --------- 2,30 2,30

Obs.:1. AK = número de desligamentos causados pordescarga atmosféricas/100 km/ano2. * Única LT onde foram instalados pára-raios emtodas as fases e em todas as estruturas da linha;3. ** Os pára-raios foram instalados em 50% da LT,sendo que essa LT não possui cabo pára-raios;4. *** Os pára-raios de ZnO foram instalados nesta

LT em abril de 1998. Até março de 1998 ocorreram06 desligamentos que correspondem ao AK de13,45. No restante do ano de 1998 não ocorreram

mais desligamentos;5. **** Valor previsto no projeto da LT sem ainstalação dos pára-raios.

___________________________________________________________________________________________

3.0 - ANÁLISE DAS OCORRÊNCIAS COM OSPÁRA-RAIOS DE ZnO

As figuras de I a VI mostram as formas em queforam instalados os pára-raios de ZnO nas linhas detransmissão da CEMIG.

Pela tabela I, observa-se que houve uma grandemelhoria no desempenho das linhas frente adescargas atmosféricas, porém apareceram algunsproblemas de natureza mecânica que exigiram damanutenção uma atenção especial. Essesproblemas, detectados durante inspeções realizadasnas LTs, são apresentados a seguir, detalhando-ospor LT:

3.1 LT Ouro Preto 1 - Ponte Nova 138 kV

3.1.1 Estruturas 30, 31, 32,112, 122

Todos os pára-raios dessas estruturas soltaram-sede seus grampos de suspensão (utilizados para afixação do pára-raios no cabo condutor) devido àquebra dos parafusos de seus olhais de fixação,ficando conectados ao cabo condutor apenas pelacordoalha (ver Figuras VII e VIII). A causa da quebrados parafusos foi a baixa resistência mecânica dosolhais, que não suportaram os choques contra osgrampos de suspensão, causados pela ação dovento.

No caso específico do pára-raios da estrutura 32,este inicialmente soltou-se do grampo desuspensão; posteriormente soltou-se da cordoalha ecaiu, indo na direção da estrutura, chocando-se com

ela e partindo-se em três partes. O pára-raios foisubstituído, tendo sido instalado com um olhal maisresistente.

Na reinstalação dos demais pára-raios, tambémforam utilizados olhais mais resistentes.

Lembramos que os olhais danificados foramfornecidos pelo fabricante do pára-raios.

3.1.2 Estrutura 55

O pára-raios apresentou 4 aberturas grandes eoutras menores no seu invólucro polimérico (verFigura IX) causadas por elevação de temperatura,em locais distintos, tendo o seu corpo permanecidointeiro (não houve desintegração dos blocos, nememissão de partículas sólidas). Apresentou sinaisevidentes de que ele se danificou por não tersuportado uma descarga atmosférica, cuja energiafoi superior à sua capacidade de dissipação.

Salientamos que os pára-raios dessa LT são declasse 1, e que a resistência de aterramento medidanessa estrutura foi de 220 Ω.

3.1.3 Estrutura 70

Esta é uma estrutura de ancoragem, onde os pára-raios foram instalados nas mísulas e as conexõeselétricas no lado energizado foram feitas nosjampes.

3

O pára-raios da fase inferior foi encontradodependurado na estrutura, completamentedesconectado da LT (houve atuação dodesconector) e com sinais de arco elétrico na parteexterna de seu invólucro polimérico. Após inspeçãonos blocos de ZnO do pára-raios, constatou-se queos dois blocos inferiores (mais próximos dodesconector) estavam danificados, não tendo havidoemissão de partículas sólidas nem danos noinvólucro polimérico.

Com relação à falha ocorrida nesse pára-raios,deve-se considerar:

• Ao contrário da estrutura 55, onde a altaresistência de aterramento (220 Ω) contribuiu paraque as solicitações de energia fossem elevadas, naestrutura 70 a resistência de aterramento apresentaum baixo valor (29 Ω);• O grampo que fazia a conexão elétrica do pára-raios à mísula encontrava-se solto e baipassando opára-raios, reduzindo, consequentemente, o seuisolamento (ver Figura X).

Assim sendo, não se sabe se o pára-raios danificou-se devido a uma descarga cuja energia tenha sidosuperior à sua capacidade de dissipação ou se afalha foi devida a um “flashover” ocorrido através desua superfície externa.

3.1.4 Estrutura 105

O pára-raios foi mal conectado (porca mal apertada),soltou-se e ficou preso à LT pela cordoalha deconexão elétrica.

Obs.:1- Todos os pára-raios que se soltaram, comexceção do pára-raios da estrutura 70,encontravam-se na fase do meio;

2- Os olhais que estão se danificando por falta deresistência mecânica são os originais, fornecidospelo próprio fabricante.

3.2 LT Ouro Preto 2 - Mariana 1/ Samarco/Alegria138 kV

- No ano de 1998 para 1999, ocorreu a desconexãode 04 pára-raios, sendo três por rompimento dascordoalhas e um por quebra do desligadorautomático.- No ano de 1999 para 2000, ocorreu a desconexãode 13 pára-raios de ZnO por rompimento dacordoalha ou do terminal.

Nessa LT, os pára-raios foram fixados na mísula eas cordoalhas que têm rompido são as que fazem aconexão dos desligadores automáticos dos pára-raios de ZnO aos cabos condutores da LT (ver figuraXI).

3.3 LT Itutinga – Minduri 138 kV

Nessa LT, os pára-raios foram instalados nocondutor em apenas uma fase, a inferior, e, emalguns locais críticos (alta resistividade do solo), nafase do meio e inferior.

3.3.1 Estruturas 14 e 53

Ocorreram duas desconexões de pára-raios, ambosinstalados na fase inferior, por motivo de folga noparafuso que prende o pára-raios no grampo desuspensão.

3.4 LT Lavras - Três Corações 138 kV

Essa linha foi projetada e construída já com os pára-raios instalados nas três fases, em trechos de altaresistividade do solo.

3.4.1 Estrutura 24

Ocorreram três desconexões, uma em cada fase,duas devido à má conexão dos terminais tipo olhaljunto aos desligadores automáticos dos pára-raios euma devido ao rompimento da cordoalha.

4.0 SOLUÇÕES ADOTADAS

Visando solucionar os problemas, a CEMIG tempesquisado e desenvolvido alternativas, tais como:

- Redimensionamento dos terminais de conexãoe das cordoalhas, acrescentando um reforço nascordoalhas com cabo de aço;- Reforço mecânico dos olhais de fixação do pára-raios;- Aquisição de pára-raios somente de classe 2,cuja capacidade de absorção de energia está maisadequada às energias das descargas de nossaregião;- Revisão da Especificação Técnica para compra depára-raios de ZnO.

5.0 CONCLUSÕES

Na CEMIG, o pára-raios de ZnO vem-se mostrandoaltamente eficiente na melhoria do desempenho daslinhas de transmissão, frente a descargasatmosféricas.

Quanto ao equipamento propriamente dito, temapresentado um número de falhas bastante baixo,sendo que quase a totalidade dessas falhas estãorelacionadas a problemas mecânicos, cujassoluções estão sendo estudadas e pesquisadas pelaCEMIG, visando minimizar esses problemas nasfuturas instalações.

Acrescenta-se que a instalação de pára-raios deZnO em LTs requer mudanças nas rotinas deinspeção das LTs, uma vez que essesequipamentos também exigem inspeções emanutenções periódicas.

4

Além da adoção dessas medidas, a CEMIGcontinuará monitorando seus pára-raios de tal formaque todas as ocorrências sejam devidamente

analisadas e registradas, visando a preparação dedados estatísticos que auxiliarão na solução dosproblemas.

TABELA II – Resumo das ocorrências com os pára-raios

Linha de Transmissão Estruturas Fase Causa da desconexão Observação30, 31, 32, 112,

122Meio Quebra dos parafusos dos olhais

de fixação por ação do vento.Falta de resistênciamecânica dos parafusos

55 Meio Falha no pára-raios – classe 1 Baixa capacidade dedissipação térmica

70 Inferior Desconexão do grampo quebaipassou o pára-raios

Descarga na super-fíciedo PR

105 Meio Desconexão do olhal quesustenta o pára-raios

Má conexão do olhaljunto ao grampo desuspensão

Ouro Preto – PonteNova 138 kV

54 Meio Quebra do pára-raios que soltou-se do condutor, caiu e chocou-secontra a estrutura

03, 57, 69 Inferior03, 42, 61, 62, Meio

Meio58Superior

60 MeioInferiorMeio

63

superior64, 69, 70 Meio

Rompimento da cordoalhajunto ao terminal olhal

Por influência de fortesventos, principalmenteem vãos mais longos, omovimento dos pára-raios fizeram com que ascordoalhas serompessem

LT Ouro Preto 2 –Mariana 1/Samarco/Alegria 138 kV

03 Meio Quebra do desconector Ventos fortesSuperiorInferior

Má conexão na fixação dosterminais tipo olhal junto aodesligador automático

LT Itutinga – TrêsCorações 138 kV

24

meio Rompimento da cordoalha

Má instalação do pára-raios

14 InferiorLT Itutinga – Minduri138 kV 53 Inferior

Folga no parafuso que prende oPR no grampo

Má instalação do pára-raios

6. FOTOGRAFIAS

6.1 Tipos de instalações de pára-raios

FIGURA I – LT Diamantina – Gouveia 34,5 kV FIGURA II - LT Ouro Preto – Mariana 1/ Samarco/Alegria 138 kV

5

FIGURA III – LT Peti – Sabará 69 kV (madeira) FIGURA IV - LT Peti – Sabará 69 kV (metálica); LT Ouro Preto- Ponte Nova 138 kV (fases do meio e inferior); LT Itutinga- Minduri 138 kV (fase inferior)

FIGURA V - LT Peti – Sabará 69 kV (metálica) FIGURA VI - LT Ouro Preto – Mariana 1/ Samarco/Alegria 138 kV

6.2 Problemas encontrados nas instalações de pára-raios

FIGURA VII - Pára-raios conectado apenas pela FIGURA VIII - Detalhes de olhais cordoalha devido à quebra do olhal de fixação danificados

6

FIGURA IX - Pára-raios da estrutura 55 FIGURA X - Detalhe do grampo desconectado e da LT Ouro Preto – Ponte Nova Curto-circuitando parte do isolamento do pára-raios

FIGURA XI – Pára-raios desconectados – LT Ouro Preto – Samarco/Alegria 138 kV. Nesta linha todos os pára-raios foram instalados nas mísulas.

7.0 – REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

. Técnicas de Instalação de Pára-raios de ZnO em Linhas de Transmissão – Jonas Antunes da Costa, Rubens Leopoldo Markiewicz, Alfredo Faria Neto, Antônio Donizetti de Andrade – CEMIG;

. Características de Funcionamento do Pára-raios - Rogério T. Verdolin – CEPEL - Rio de Janeiro – Brasil;

. Trabalhos Técnicos na Área de Estudos e Desenvolvimento de Novas Tecnologias da CEMIG - Equipe de Linha Viva da CEMIG.