Otransformador de potência é,certamente, o equipamento demaior custo e de maior im-

portância de uma subestação. Por essarazão, a manutenção desses equipa-mentos merece uma atenção especial,já que a sua falha implica transtornos eprejuízos de grande monta.

De acordo com a referência [1], agrande maioria das falhas ocorridasnos transformadores de potência emâmbito nacional é causada pelos co-mutadores sob carga. Por outro lado,devido à necessidade de se man-terem os níveis de tensão em valoresnormalizados, o uso desses disposi-

tivos nos transformadores de potên-cia é indispensável. Outros disposi-tivos fundamentais para a operaçãodos transformadores de potência sãoos de medição de temperatura. Ostermômetros exercem papel funda-mental para se determinar a condiçãode carregamento dos transforma-

dores de maneira segura econfiável.

Visando à operação maissegura dos transformadoresde potência, aliada à reduçãodos custos de manutenção,iniciou-se um estudo para amodernização dos sistemasde regulação de tensão emedição de temperatura dostransformadores de potên-cia.

Histórico de ocorrênciasPrimeiramente, foi feito um

levantamento detalhado detodas as manutenções reali-zadas em dispositivos de re-

Modernizaçãoda medição de

temperatura e daregulaçãode tensão

Problemas com a operação decomutadores sob carga efalhas em termômetros levaramà realização de um projeto-piloto, aqui apresentado, demodernização dos sistemas deregulação de tensão e mediçãode temperatura de umtransformador de potência. Osresultados incluíram aumentoda confiabilidade operacional eredução dos custos demanutenção, e o projeto serviucomo piloto para amodernização de outrostransformadores.

Vagner Vasconcellos,da CPFL Piratininga

TRANSFORMADORES

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O transformador modernizado:durante quatro anos, nenhumdesligamento para manutenção —só inspeções de rotina eacompanhamento

gulação de tensão e de aferição detemperatura. Com base nesse levan-tamento, verificou-se que, anual-mente, era realizada uma grandequantidade de serviços nesses dis-positivos. Além dos custos envolvi-dos nessas manutenções, propria-mente ditas, também era necessáriodesligar os transformadores para osreparos.

A grande maioria dos problemasencontrados foi de imprecisão dosvalores fornecidos, principalmentepelos termômetros. A maior parte dasfalhas detectadas nos termômetrosfoi nos capilares, que, devido à açãodo tempo, se rompiam e deixavamvazar de seu interior o líquido uti-lizado no processo de aferição. A im-precisão dos termômetros causougrandes transtornos, tais comoalarmes falsos, desligamentos inde-vidos e outros. Além disso, a ino-perância e falta de precisão dessesdispositivos comprometia significa-tivamente a operação segura e con-fiável dos transformadores.

Outra constatação do levantamen-to foi o grande número de ocorrên-cias envolvendo relés de tensãoutilizados no controle dos comuta-dores sob carga dos transformado-res. Algumas anomalias detecta-das nos relés causaram, em certos ca-

sos, problemas sérios nos comuta-dores.

Com base nos resultados desse le-vantamento, decidiu-se escolher umtransformador para a execução deum projeto-piloto de modernizaçãodos dispositivos.

Definição do transformadorNa região da Baixada Santista,

Estado de São Paulo, um transfor-mador de 60 MVA encontrava-secom o sistema de regulação de ten-são bloqueado e os sistemas demedição de temperatura funcionandode maneira precária. Após umaanálise particular desse equipamen-to, constataram-se reclamações declientes quanto aos níveis de tensãode saída. Havia também reclamaçõespor parte de operadores de subes-tação, a respeito da imprecisão dostermômetros desse transformador.Devido à inoperância do relé au-tomático de tensão, era necessária apresença de um operador na subes-tação em tempo integral, para efe-tuar manualmente a regulação deacordo com a variação da carga aolongo do dia.

Levantamento dos dadosInicialmente, efetuou-se uma aná-

lise detalhada de todo o diagrama

elétrico de controle da regulação detensão e aferição de temperatura dotransformador. O transformador es-colhido é um equipamento especial,dotado de dois comutadores sob car-ga operando de forma paralela e si-multânea. A utilização de dois comu-tadores sob carga no mesmo trans-formador foi uma opção do fabri-cante, para possibilitar a operaçãoem correntes elevadas.

Em função da particularidade doequipamento e da importância dasubestação, o fabricante foi informa-do a respeito da intenção de moder-nização. Após o sinal verde do fabri-cante, iniciou-se uma detalhada pes-quisa no mercado sobre equipamen-tos de regulação de tensão e mediçãode temperatura para transformadoresde potência. O próprio fabricante dotransformador auxiliou nessa pes-quisa, indicando algumas empresasque forneciam tais dispositivos.

Requisitos básicosCom base nos resultados da pes-

quisa, a engenharia de manutençãoda CPFL elaborou uma especificaçãotécnica com os requisitos mínimos aser apresentados pelos equipamen-tos:• possibilidade de alimentação emcorrente contínua e corrente alterna-da entre 80 V e 270 V, 50/60 Hz;• consumo máximo de 15 W porequipamento;• temperatura de operação: de –10ºCa 70ºC;• sensor de temperatura do óleo: Pt100 Ω, ou Cu 10 Ω;• transformador de corrente de 5 A;• corrente de saída de 20 mA;• precisão de 1% de fundo de esca-la; e• comunicação serial RS 485 ouRS 232.

Ensaios requeridosOs dispositivos deveriam também

apresentar também os seguintes cer-tificados de ensaio:• surtos e transientes (IEC 266-6);• impulso (IEC 255-5);• tensão aplicada (IEC 255-4/6);

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Os painéis de medição de temperatura (à esquerda) e de regulação de tensão:robustez e confiabilidade em ambientes agressivos

climático (IEC 68-2-14); ecompatibilidade eletromag-

nética (IEC 61000-4-2).Além dos dados técnicos

dos equipamentos e certifi-cados de ensaio, só foramconsiderados na pesquisa osfornecedores que já tinhamaplicação comprovada emconcessionárias de energiaelétrica. Durante a pesquisa,foram consultadas outrasconcessionárias que já dis-punham de dispositivos si-milares instalados em seustransformadores. Foram ob-tidas informações sobre ofuncionamento dos disposi-tivos, problemas apresen-tados e suas vantagens e des-vantagens.

Após a análise de vários fornece-dores, selecionaram-se três para umaanálise mais criteriosa, de acordocom as particularidades do transfor-mador envolvido na modernização.Assim, como o transformador é dota-do de dois comutadores sob cargaoperando simultaneamente, além dorelé regulador de tensão, foram ne-cessários equipamentos auxiliarespara se efetuar a supervisão do para-lelismo dos comutadores. Na oca-sião, somente um dos fornecedorespossuía um equipamento específicopara esse fim, enquanto os outrosdois ofereceram esse con-trole por meio de relés auxi-liares.

Análise das soluçõesapresentadas

Com base na análise téc-nica das propostas, optou-sepela solução que, além de sera mais vantajosa economica-mente, também apresentoumaior confiabilidade. Tec-nicamente, o motivo princi-pal dessa escolha foi a uti-lização de microcontrolado-res ao invés de microproces-sadores nos equipamentos decontrole.

A utilização de microcon-

troladores torna os equipamentosmais confiáveis e seguros para ope-rar em um ambiente de subestação.Como não se utilizaram micropro-cessadores nos equipamentos, nãofoi necessária a aquisição de painéisespeciais para sua instalação nostransformadores. Esse detalhe con-tribuiu para a redução dos custos fi-nais da modernização, e também pa-ra a maior confiabilidade global.

Outro ponto considerado para aescolha dessa solução foi o númeroreduzido de componentes utilizadosna modernização. Com menos com-

ponentes nos painéis, háuma diminuição dos pontosde defeito, o que significamaior confiabilidade opera-cional.

Regulação de tensãoPor se tratar de um trans-

formador especial, dotadode dois comutadores sobcarga operando em paraleloe simultaneamente, foi uti-lizada uma configuraçãotambém especial. Em cadacomutador sob carga foiinstalado um supervisor deparalelismo, por meio doqual determinou-se a condi-ção de mestre para um co-mutador e de comandadopara o outro.

Medição de temperaturaComo já mencionado, o trans-

formador apresentava sistemas demedição de temperatura funcionandode maneira precária, o que colocavaem risco o bom funcionamento doequipamento. Tendo em vista a im-portância dos termômetros para aoperação segura e confiável do trans-formador, foi feita para estes a mes-ma pesquisa realizada para a mo-dernização dos sistemas de regu-lação de tensão.

Um dos requisitos mais impor-tantes analisados na escolhados dispositivos de mediçãode temperatura foi a precisãoe confiabilidade dos dadosfornecidos. A precisão émuito importante, pois, nosmomentos de necessidade deoperação em sobrecarga, ocarregamento é feito deacordo com os valores máxi-mos de temperatura do óleoe do enrolamento.

Além dos certificados deaferição, outro ponto levadoem consideração foi a confi-abilidade operacional e asformas de alerta no caso deinoperância dos termôme-tros ou de perda de comuni-

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TRANSFORMADORES

Fig. 1 – Comparativo de custos entre soluções

Fig. 2 – Comparativo de custos de manutenção entretransformadores

nicação. Essa preocupação se deveu principalmente pelo fato de, além da sua importância para o equipamento, tratar-se de um dispositivo eletrônico trabalhando em ambiente agressivo.

Após a análise técnica e econômi-ca dos fornecedores, optou-se pelo mesmo fornecedor dos relés de regulação de tensão. Este apresentou a melhor proposta técnica e eco-nômica e, além disso, seus termô-metros oferecem uma proteção a mais, no caso de falha de comunica-ção com o transformador: os ventila-dores são automaticamente ligados e é emitido um alarme remoto ao cen-tro de operação, indicando a anoma-lia no dispositivo. Com isso, não se perde confiabilidade no transforma-dor, já que, ao ligar os motoventila-dores, garante-se a refrigeração deste até que o problema no termômetro seja sanado.

Definição dos sistemas utilizados

Após criteriosa análise dos for-necedores de equipamentos, optou-se pelo mesmo fornecedor para os equi-pamentos de regulação de tensão e supervisor de paralelismo. A de-finição foi baseada em critérios téc-nicos, econômicos e de confiabilida-de, além de comprovada eficiência na utilização em concessionárias de energia.

A figura 1 mostra a comparação de custos entre os sistemas analisa-dos.

Instalação e adequação dos sistemas

Uma vez definido o fornecedor, foi-lhe solicitado o envio do projeto de adequação e de instalação dos eq-uipamentos para análise e apro va ção. Após a aprovação do projeto apre-sentado, foi programada a logística para a substituição dos siste-mas, visando reduzir ao mínimo o tempo de interrupção do transformador.

Para a instalação dos novos siste-mas, foram necessárias seis horas de

interrupção do transformador. Nes se tempo, retiraram-se todos os equipa-mentos antigos e instalaram-se os novos, com as devidas alterações.

Vantagens do novo sistema

Com a implantação dos novos sistemas de regulação de tensão e me dição de temperatura foram obti-das as seguintes vantagens:•aumento da confiabilidade opera-cional do transformador;•redução dos custos operacionais, devido à não-necessidade de opera-dor na subestação para efetuar a re-gulação de tensão;•melhoria dos níveis de tensão em função da melhor regulação efetuada pelo novo sistema;•possibilidade de comunicação e operação remota;•possibilidade de monitoramento do transformador em tempo real; e•utilização de microcontroladores ao invés de microprocessadores, au-mentando a confiabilidade dos siste-mas.

Como uma das vantagens da mo-dernização dos sistemas, foi possível aumentar a periodicidade de ma-nutenções do transformador, já que a principal atividade realizada na ma-nutenção anual era a revisão geral dos sistemas de medição de tempera-tura.

Na mesma subestação há dois transformadores idênticos, um com o sistema original de projeto e ou-tro com o sistema já modernizado. Após a modernização, foi iniciado o acom-panhamento dos dois trans forma -dores, aplicando-se critérios de ma-nutenção diferentes para cada um.

O transformador que continha o sistema original de fábrica sofreu in-tervenções anuais, com desligamen-tos, em que foram revisados os siste-mas de medição de temperatura, en-tre outras atividades. Já o transfor-mador modernizado só passou por inspeções de rotina e teve seus siste-mas acompanhados ao longo de qua-tro anos. Nesse período, não foi efet-

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Transformadores

uado nenhum desligamento para re-alização de trabalhos de ma nu tenção. O acompanhamento dos sistemas foi realizado por meio de comparação de parâmetros como, por exemplo, cor-rente de carga e carre ga mentos simi-lares em outros equi pamentos.

Durante esses quatro anos, os sistemas instalados não apresentaram nenhum problema e mostraram-se muito confiáveis. Após dois anos de funcionamento, foi feita uma simula-ção de perda de comunicação para a realização de testes de alarme do ter-mômetro. Nesse teste, após a perda de comunicação com o sistema, o dispositivo imediatamente acionou os dois conjuntos de ventiladores e passou a emitir alarme de proble-mas.

A figura 2 mostra os custos de manutenção envolvidos no período de quatro anos, para os dois transfor-madores da subestação. Como se pode verificar nesse gráfico, com a modernização dos sistemas houve uma redução de custos da ordem de 60%, em comparação com o sistema convencional. Outro ponto a salien-tar são as condições climáticas de onde está localizada a subestação, com temperatura ambiente acima dos 35ºC e umidade relativa do ar entre 60% e 80%, em grande parte do tempo.

ConclusãoO resultado da modernização foi

muito positivo, já que, ao término do processo, houve uma melhoria das condições operativas do transforma-dor devido ao aumento de sua con-fiabilidade, além da redução dos cus-tos de manutenção.

Com a correta medição da tem-peratura, o transformador passa a operar de maneira mais confiável, pois já não se corre mais o risco de carregar o equipamento acima dos valores de norma para temperatura do óleo e do enrolamento. Além dis-so, o sistema de medição de tempera-tura conta com uma concepção fa-vorável à utilização em ambientes de

subestação, já que é dotado de micro-controladores ao invés de micropro-cessadores.

Outra vantagem desse dispositivo de medição de temperatura em rela-ção aos convencionais é quanto à necessidade de manutenção. Por se tratar de um dispositivo eletrônico e totalmente fechado, não requer inter-venções preventivas como os con-vencionais.

Em relação ao quesito segurança, todos os equipamentos se mostraram bastante confiáveis, haja vista que, em mais de dois anos de operação, não apresentaram nenhum problema, além de funcionarem perfeitamente numa simulação de perda de comuni-cação. Outro ponto positivo da mo-dernização foi o restabelecimento da regulação de tensão, que contribuiu sensivelmente para a melhoria da qualidade de fornecimento de ener-gia aos clientes.

Essa configuração serviu como modelo para a especificação da au-tomação dos transformadores, no processo de automação das su-bestações realizado posteriormente. Com base nesse trabalho, a engenha-ria de manutenção realiza um pro-cedimento para aumentar os interva-los entre as manutenções dos trans-formadores que já tenham sofrido esse processo de modernização.

Referências[1] Mendes, J. C.: Redução de falhas em grandes

transformadores de alta tensão. Tese de doutorado. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. 1995.

[2] IEC 255-5: Insulation, coordination for measuring relays and protection equipments requirement and tests.

[3] IEC 68-2-14: Environmental testing. Part 2: Tests. Test N: Change of temperature.

[4] IEC 61000-4-2: Electromagnetic compatibil ity (EMC) Part 4-2. Test and measurement techniques – Electrostatic discharge immunity test.

[5] NBR 6797: Ensaios básicos climáticos de calor seco com variação de temperatura para espécimes que dissipem calor. ABNT. Brasil.

[6] NBR 5416: Aplicação de cargas em transformadores de potência – Procedimento. ABNT. Brasil.

[7] Milasch, M.: Manutenção de transformadores em líquido isolante.

[8] Oliveira, J. C.; Cogo, J. R.; Abreu, J. P. G.: Transformadores – Teoria e ensaios.

Trabalho apresentado no XVII SNPTEE – Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica (19 a 24 de outubro de 2003).

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