PRÉ PROJECTO CONCLUIDO

Prévia do material em texto

DEPARTAMENTO DE ENSINO E INVESTIGAÇÂO DE ENGENHARIA 
ELECTROMECÂNICA 
DADOS DO ESTUDANTE 
Nome: António Manuel dos Santos Matias 
Nome: João Sebastião Neto 
Nº. do bilhete identidade: 003924877KS036 
Nº. do bilhete identidade: 000582128LA033 
Nº. de Processo: 20170028 
Nº. de Processo: 20170441 
País de origem: Angola Nacionalidade: Angolana 
Naturalidade: Gabela Amboim 
Naturalidade: Cazenga 
Estado Civil: Casado 
Estado Civil: Casado 
Telefone número: 946 146 143 / Número de WhatsApp: 916 634 298 
Telefone número: 924 055 170 / Número de WhatsApp: 924 055 170 
Correio eletrónico: antoniomanuel25@live.com 
Correio eletrónico: joaosebastiaon@gmail.com 
Orientador: Eng.º Fortunato Figueira, Lic. 
Número de WhatsApp: (+244) 923 287 280 
 
ANALISE DAS FALHAS E AVARIAS DO EQUIPAMENTO 
ELÉCTRICOS EM SUBESTAÇÕES DISTRIBUIDORAS 
 Um estudo de caso no Transformador de Potência 
INTRODUÇÃO 
 
A energia eléctrica proporciona à sociedade trabalho, produtividade e desenvolvimento, 
e aos seus cidadãos conforto, comodidade, bem-estar e praticidade, o que torna a sociedade 
moderna cada vez mais dependente de seu fornecimento e mais suscetível às falhas do sistema 
eléctrico. (Leão, 2009). E, uma falha dessa rede pode desencadear a interrupção do fornecimento 
de energia. Essa interrupção pode gerar um maior custo repassado ao consumidor, ou mesmo 
desencadear acidentes na rede de distribuição. 
mailto:antoniomanuel25@live.com
mailto:joaosebastiaon@gmail.com
 
Segundo Projecto de Elaboração do Plano Director de Desenvolvimento da Electricidade 
na República de Angola, (MINEA 2018), a República de Angola após o término da sua guerra 
civil em 2002, apresentou um crescimento económico estável com taxa média anual de 
crescimento de 10,7% entre 2002 a 2013. Neste contexto o governo de Angola elaborou a 
política de desenvolvimento a longo prazo denominada visão 2025 e o PND 2013-201 a fim de 
sair da dependência excessiva ao petróleo e diversificar a sua economia de modo a realizar um 
crescimento económico sustentável, cada vez mais o consumo de energia eléctrica utilizada 
pelas diversas áreas da sociedade como residências, comércios e indústrias crescem em paralelo 
a esse desenvolvimento, qual se inicia na geração, passando pela transmissão e chegando a 
distribuição. Consequentemente, novas subestações são também incluídas nesse processo na 
medida que são parte integrante do sistema energético, no auxílio ao controlo e distribuição da 
energia aos centros consumidores. 
A eficácia de um sistema elétrico deve atender alguns requisitos. 
• Segurança: O fornecimento de energia elétrica não deve causar riscos de acidentes. 
• Continuidade: Disponibilizar energia elétrica de forma contínua. 
• Conformidade: Fornecer energia seguindo padrões pré-estabelecidos pelas 
agências reguladoras. 
• Flexibilidade: Adaptação as mudanças contínuas de topologia. 
• Confiabilidade: capacidade de responder sempre convenientemente quando 
solicitado, dentro de um programa preestabelecido. 
• Sensibilidade: capacidade de detectar pequenas grandezas de defeito ou 
anormalidade. 
A Figura 1 mostra os pontos de interconexão de subestações: instalações eléctricas que 
agrupam equipamentos e condutores designados para a proteção, medição, manobra e 
transformação de grandezas eléctricas. 
Figura 1 
Interconexão entre os sistemas de geração, transmissão e distribuição. 
 
 
Nota. Fonte: Adaptado a Castro, 2017 como citado em Paxe, 2022 
 
 
PROBLEMATIZAÇÃO 
A falha na rede de distribuição pode ter impacto negativo não só na ENDE, mas também 
em vários quadrantes da sociedade. As falhas e avarias dos equipamentos de uma subestação 
causam interrupção do fornecimento de energia eléctrica, grandes despesas na empresa gestora, 
bem como aos consumidores e, no pior cenário, causam damos humanos. Tudo isto é 
consequência das falhas e avarias desses equipamentos e de outros factores. 
Por esta razão surge a questão: Como à analise as falhas e avarias dos equipamentos 
eléctricos na subestação distribuidora pode mitigar o impacto negativo gerado no seu 
funcionamento? 
JUSTIFICATIVA 
 
Usinas e subestações são formados por diversos equipamentos, tais como disjuntores, 
transformadores de potência, relés, cabos, isoladores, torres, geradores dentre outros. Estes 
equipamentos estão sujeitas as falhas e avarias, que é um facto irrefutável, logo, devemos nos 
preparar para esse tipo de fenómeno, buscando investir em técnicas que visam mitigar as 
mesmas. E, com a evolução das falhas, tornou-se imprescindível abordar essa temática de modo 
a eliminar ou minimizar os impactos negativos gerados nas subestações, proporcionando o bom 
funcionamento e conservação dos equipamentos. 
OBJECTIVOS 
 
OBJECTIVO GERAL 
 
 
• O trabalho tem como objectivo geral análise das falhas e avarias do equipamento na 
subestação distribuidora para efectivar o funcionamento adequado dos 
equipamentos. 
OBJECTIVOS ESPECÍFICO 
 
• Descrever os conceitos fundamentais teóricos e práticos sobre os elementos da 
subestação distribuidora. 
• Caracterizar as falhas e avarias no transformador de potência da subestação 
garantindo o bom funcionamento; 
• Propor soluções para mitigar estas ocorrências. 
 
DELIMITAÇÃO DO TEMA 
Este trabalho está delimitado no estudo de analise das falhas e avarias do equipamento 
eléctrico na subestação distribuidora no transformador de potencia, com a finalidade de analisar, 
monitorar e descobrir os parâmetros que falham em um transformador durante o processo de 
fornecimento de energia eléctrica, resultando o aumento da produtividade. 
 
ESTRUTURA DE TRABALHO 
O presente trabalho foi desenvolvido em diferentes secções, de acordo a sequência 
abaixo: 
Introdução: Uma abordagem desde a definição do tema até a sua delimitação, a 
problematização, os objectivos e delimitação de estudos a serem alcançados ou não. 
Capítulo I – Fundamentação teórica: São apresentados os aspectos teóricos baseados em 
diferentes literaturas, que mostra os diferentes conceitos de subestação, a sua constituição e 
avaria e falhas nestes elementos. 
Capítulo II - Refere-se ao capítulo do estudo de caso, aonde é apresentada todas 
informações levantadas durante a visita, também iremos mostrar as nossas contribuições para a 
resolução do caso de estudo. 
Capítulo II - Refere-se ao capítulo de analise e discussões, 
E por fim será apresentada uma conclusão, bem como algumas sugestões com vista a 
melhorar. 
BREVE FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
Falhas dos equipamentos eléctricos 
Segundo Franco (2005), as falhas são definidas como qualquer alteração que impeça a 
entrega de energia eléctrica de qualidade ao cliente final. 
A crescente demanda por rapidez e precisão na emissão de diagnóstico sempre que uma 
falha ou indicativo de falha esteja identificado em algum equipamento da subestação tem 
contribuído para o surgimento de diversos sistemas auxiliares para tomada de decisão. 
Estas anomalias podem acontecer desde a geração de energia até as instalações internas 
da unidade consumidora, podendo provocar inúmeros constrangimentos no sistema. 
A forma de determinar o tempo de vida dos equipamentos, é por meio de dados obtidos 
da análise de falha. A partir disso, pode-se criar medidas de prevenção a fim de evitar possíveis 
falhas que possam ocorrer devido o envelhecimento e o desgaste, logo importante realçar ou 
descrever os tipos de falhas. 
Tipos de falhas 
Falhas Relacionadas a Idade 
De acordo Franco (2005), os equipamentos aparentemente iguais podem ter variáveis 
resistência às cargas, visto que a resistência a carga diminui consoante o tempo de maneira 
diferente mesmo para equipamentos idênticos. 
Falhas Aleatórias 
Componentes Simples 
De acordo Garrido (2017), equipamentos aparentemente iguais podem ter variáveis 
resistência às cargas, visto que a resistência a carga diminui consoante o tempode maneira 
diferente mesmo para equipamentos idênticos. 
Componentes Complexos 
O motivo em trazer o aumento da complexidade é de criar uma performance e a 
segurança através de: aplicação de novas tecnologias, inserção de redundância, melhores 
equipamentos de protecção, (Garrido 2017). 
Avarias dos equipamentos eléctricos 
De acordo com a NP EN13306 (2007, p.16), define avaria por cessação da capacidade 
de um bem para realizar a sua função específica, ou seja, é qualquer situação que como altera 
ou interrompe a capacidade de um bem desempenhar a função para qual foi criado. 
Numa subestação, existem diversos acessórios de controlo, medição e proteção que 
permitem monitorizar o seu funcionamento e detectar situações anómalas. 
Tipos de Avarias 
 
As principais avarias em equipamentos eléctricos estão fundamentalmente associados a 
falhas mecânicas e eléctricas (causas internas). (Toliyat, Nandi, Choi e Meshgin-Kelk, 2013 
como citado em Melo 2019, p. 4). Estas avarias são classificadas por diversos tipos. Porém, com 
base no trabalho iremos destacar; 
• Avarias eléctricas 
• Avarias mecânicas 
• Avarias com origem exterior 
 
Subestação de Energia 
Uma subestação de energia (SE) é definida como um conjunto de transformação, 
controle (manobras) e proteção. Além disso, ainda eventualmente de compensação de reactivos 
usados para dirigir o fluxo de energia eléctrica em sistema de potência. Elas possuem 
dispositivos de protecção capazes de detectar as faltas que ocorrem no sistema e de isolar os 
trechos onde as faltas ocorrem. (DUAILIBE, 1999). 
Figura 2 
Subestação de energia 
 
Nota. Fonte: Adaptado a MUZY, 2012 
Para Carleto (2017, p.10) as principais funções de uma subestação são: 
• Transformação: Alteração dos níveis de tensão para adequação aos sistemas de 
transmissão, distribuição e utilização; 
• Regulação: Ajustar os níveis de tensão para atender aos limites admissíveis de 
transmissão e de utilização; 
• Chaveamento: Comutação (liga/desliga) entre os dispositivos do SEP de acordo com a 
necessidade, como manutenção da subestação ou atuação de um disjuntor de protecção. 
Classificação das Subestações 
 
Segundo Duailibe (1999), a classificação de uma subestação pode ser realizada 
conforme a sua função, seu nível de tensão, seu tipo de instalação e sua forma de operação. 
Quanto a função, existem subestações de manobra, transformação, elevadoras, abaixadoras e 
de distribuição que iremos destacar no nosso trabalho. 
Subestações de distribuição 
Segundo MUZY (2012), as subestações distribuidoras têm a função de diminuir a tensão 
da energia elétrica, facilitando a ramificação do sistema e evitando inconvenientes como rádio 
interferência e campos magnéticos muito intensos nas áreas urbanas. 
 
Transformadores de Potência 
O Transformador de Potência (TP) é o componente vital em subestação eléctrica, 
responsáveis por transmitir energia eléctrica de um circuito para o outro, modificando tensões 
e correntes. Segundo Bolotinha (2019), o transformador é um equipamento de operação estática 
que por meio de indução eletromagnética transferi energia do circuito primário para um circuito 
secundário, mantendo a frequência, porém ajusta a tensão de entrada ou saída conforme a função 
que lhe é requerida se for abaixador ou elevador. 
Figura 3 
Transformador de Potência 
 
Nota. Fonte: Adaptado a WEQ 2018 
 
Componente do Transformador de Potência 
Encontramos vários componentes como: núcleo, enrolamentos, tanque principal, tanque 
de expansão de óleo, buchas, comutador sob carga, acionamento do comutador sob carga, 
radiadores/trocadores de calor, painel de controle entre outros. (Bechara 2010, p. 5). Mas de 
acordo o trabalho foram seleccionados os componentes como núcleo, enrolamentos, cuba, 
conservador, materiais isolantes sólidos (papel), materiais isolantes líquidos (óleo), comutador 
de tomadas em carga e travessias que fazem parte da nossa dissertação. 
 
Elaboração da FMEA 
Segundo Carbone e Tippett (2004), afirmam que no desenvolvimento do FMEA são 
evidenciadas as possibilidades que podem reduzir ou eliminar as possíveis falhas. Os dados de 
entrada são definidos por uma equipe multifuncional para assegurar a confiabilidade. 
Etapas de Organização e Preparo da FMEA 
Segundo Moubray (1997), a execução da FMEA pode ser realizada em seis etapas 
fundamentais que são: 
 1- Definir o sistema; 
2- Determinar regras elementares; 
3- Caracterizar o sistema e seus blocos funcionais; 
4- Identificar os modos de falha e seus efeitos; 
5- Elaborar lista de itens críticos; 
6- Documentar ou registar análise. 
Identificar os Modos de Falha e Seus Efeitos 
A investigação relativa aos modos de falha em TP tem um papel importante para a 
melhoria de fiabilidade e gestão de risco dos equipamentos. A identificação da causa primária 
da falha e a sua análise permite recomendar acções correctivas para futuro que levarão a prevenir 
e evitar eventuais problemas. 
Conforme FILHO (2006), falha é término da capacidade de um item desempenhar a 
função requerida. 
Modo de Falha- São diversas maneiras que um equipamento, sistema, subsistema, 
conjunto, subconjunto, componente ou item pode falhar, ou seja, são condições ou evento que 
proporcionam uma falha funcional. (Soares, 2014). 
Efeito da Falha - É a consequência da falha, ou seja, o que acontece quando ocorre uma 
falha. (Seixas, 2014). 
Causa da falha - Pode ser chamado de origem da falha. Segundo (Soares, 2014)), afirma 
que é o meio pelo qual um elemento particular de um processo ou de um projecto resulta em 
um modo de falha. 
Avaliação de Criticidade 
A importância de uma análise de criticidade ao se executar a técnica da FMEA é 
sobrepondo os modos de falha que foram quantificados tomando como medidas seus efeitos e 
probabilidade de ocorrência. 
 
A Técnica RPN 
Segundo Lafraia (2014), a técnica RPN é utilizada para calcular o Risk Priority Number 
para cada falha de forma individual. Trata-se do produto entre a severidade (S), a ocorrência 
(O) e a detecção (D), podendo ser escrita da seguinte maneira: 
RPN = S × O × D 
Severidade - É uma graduação utilizada para classificar as consequências de um modo 
de falha, a partir dela consegue-se definir se um modo de falha é mais grave do que outro, (Filho, 
2006). 
Segundo Soares (2014), ocorrência é a hipótese com que um modo de falha pode 
ocorrer. 
Segundo FILHO (2006), a detecção é uma graduação utilizada no FMEA para 
classificar as falhas quanto à sua facilidade de ser detectada, ou ainda, é o factor que avalia a 
probabilidade de a falha ser detectada antes de ter efeito no sistema, este factor é atribuído ao 
se olhar para o conjunto “modo de falha + efeito”. 
O Formulario do FMEA simplicada 
Apresentamos o formulário do FMEA, que inicialmente para a sua elaboração é 
necessário saber como funciona. Na Tabela 1 exibida a seguir, será apresentado um modelo de 
formulário extraído da dissertação de (Lafraia, 2014), onde os campos já possuem referências. 
Tabela 1 
Formulário de FMEA 
 
Formulário de FMEA 
Página___de__
_ 
 Nome da Empresa Data__/___/___ 
LOGO Equipa: Responsável: Aprovado por: 
Última 
revisão_______ 
Descrição: 
 Identificação 
Identificação das Possíveis 
Falhas e Modos de Falha 
Índices 
Acções 
correctiv
as ou 
preventiv
as 
 
Nom
e do 
Item 
Funçã
o do 
Item 
Subsiste
ma 
Falh
a 
Mod
o de 
Falh
a 
Efeit
o da 
Falh
a 
Meios 
de 
Detecçã
o 
S O D 
RP
N 
 
1 
2 
3 
 
Note. Fonte: Lafraia, 2014. 
Análise da FMEA 
Análise relacionada a FMEA é aplicado a um transformador de potência. Sendo que, o 
equipamento selecionado é o transformador de potência por ser o mais dispendioso da 
subestação, além disso, é uma máquina eléctrica estática que converte os níveis de tensão de 
corrente de AT (60 kV) para MT (30, 15 ou10kV) garantindo a potência do circuito. 
ASPECTOS METODOLÓGICOS 
 
 A pesquisa é de natureza aplicada, pois o objectivos é gerar conhecimentos para 
aplicação prática, dirigidos as soluções de problemas específicos, envolvendo verdade e 
interesse locais. Do o ponto de vista de seus objectivos, o alcance do estudo trata-se de uma 
pesquisa explicativa, pois os factores identificados na conservação de tomate, determinam a 
ocorrência de um fenómeno do cotidiano, uma vez que apresentou dados sobre uma realidade 
pouco usada a nível local. 
Os métodos científicos são baseados, quanto a abordagem, no método dedutivo, pois 
parte da generalidade e descendo até ao particular. A partir de princípios, leis ou teórias 
consideradas verdadeiras e indiscutíveis, prediz a ocorrência de casos particulares com base na 
lógica. Seguidamente, quanto a análise, no método misto, pelo facto de numa primeira fase 
incorporar-se como método qualitativo. Finalmente, quanto aos procedimentos, no método 
observacional, pois observou o que acontece ou aconteceu na realidade. 
 
Para as técnicas e instrumentos de coleta de dados, recorreu a técnica da análise 
documental indirecta que abrange os instrumentos da pesquísa documental e bibliográfica, uma 
vez que parte da coleta de dados é concebida a partir do examinar 
RESULTADOS PERSPECTIVADOS 
No contexto de transformador de potência, com a aplicação da FMEA visamos 
identificar falhas previamente, avaliando riscos, o seu impacto na operação, prevenção e outras 
situações. Perspetivamos ainda que a presente pesquisa, uma vez implementado contibua em 
melhores práticas de manutenção proativa e assegura o bom funcionamento do transformador 
de potencia da subestação. 
BREVE CONCLUSÃO 
Concluimos que a aplicação da metodologia FMEA (Análise de Modos de Falha e 
Efeitos) foi essencial para identificar as principais causas das falhas no transformador de 
potência e seus efeitos sobre a operação da subestação. Seus resultados destacaram a 
importância de práticas de manutenção preventiva e o uso de tecnologias avançadas para 
monitoramento do equipamento. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
Anna Franzéne Sabina Karlsson. (2007). Failure Modesand Effects Analysisof 
Transformers. Electrical Engineering. 
Antony Manuel Justino Ferreira. (2015). Cálculo de índices de saúde, vida restante e 
probabilidade de falha de Transformadores de Potência AT/MT. Dissertação de Mestrado, 
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. 2015. 
Carleto, N. (2017). Subestações Eléctricas (1ª ed.). Brasília: NT 
Universidade Federal do Paraná-Departamento de Engenharia. (2003). Ensaios-Funções 
dos Óleos Isolantes. Eléctrica. 
Fernando Maciel Barbosa. (2013). Introdução à Fiabilidade de Sistemas Elétricos de 
Energia. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. 
Fedrizzi, M.C.; Zilles, R. (2003, p. 13-29). O processo de introdução e adoção de sistemas 
fotovoltaicos em comunidades isoladas na região do alto Solimões, Amazonas, Brasil. In: 
Souza, M.S.; Silva, P.C.; Dutra, R. (Orgs.). Coletânea de artigos Energia Solar e Eólica. V.1. 
 
FILHO, J. M. (2017). Instalações Elétricas Industriais (9ª ed) [S.l.]: LTC. 
Garrido, R. L. F. (2017). Confiabilidade e manutenção: Um estudo sobre a técnica da 
Fmea. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil. 
Hongzhi Ding, Richard Heywood, John Lapworth, e Simon Ryder. (2009). Why 
transformers fail. Euro TechCon. 
Lafraia, J. (2001). Manual de confiabilidade, mantenabilidade e disponibilidade. Rio 
de Janeiro: Qualitymark. 
M.A.Martins. (2007). Ciência e Tecnologia dos Materiais .Um Indicador Prático da 
Degradação Termica do Papel Kraft de Transformadores, volume 19. 
Mário André Pereira Leite Soares. (2011). Elementos para a gestão do ciclo de vida de 
transformadores eléctricos de potência. Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia da 
Universidade do Porto. 
MAMEDE FILHO, João. (1994). Manual de Equipamentos Elétricos, Vol. 1. Rio de 
Janeiro. Editora LTC. 
Martin Heathcote. J & P transformer book. Newnes. 2011. 
MAMEDE, J. (1997). Sistemas Elétricos Industriais. 5a edição, LTC Livros Técnicos e 
Científicos Ltda, Rio de Janeiro. 
MUZY, G.L.C.O. (2012). Subestações Elétricas. Monografia (Bacharelado em 
Engenharia Elétrica) – Escola Politécnica, UFRJ, Rio de Janeiro. 
NP EN 13306:2017. Manutenção – Terminologia da manutenção 
(https://pt.scribd.com/document/569199845/EN-13306-2017) 
Projecto de elaboração do plano director de desenvolvimento de electricidade na 
república de Angola, 2018. (https://minea.gov.ao/index.php/epas/category/137-dnee) 
Pedro Melo. (2019). Manutenção e diagnóstico de avarias em motores de indução 
trifásicos. 
Power System Protection. Buchholz Relays. (https:// Buchholz Relay in Transformers 
(Working Principle) | Electrical4U 
SOARES, T. M. C. Q. (2014). Análise da eficácia da aplicação da metodologia FMEA 
do processo, caso de estudo numa empresa certificada. 126 f. 2014. Dissertação (Mestrado em 
Engenharia Eletrotécnica e de Computadores) - Instituto Superior de Engenharia do Porto, 48 
Porto. 
https://pt.scribd.com/document/569199845/EN-13306-2017
https://minea.gov.ao/index.php/epas/category/137-dnee
https://www.electrical4u.com/buchholz-relay-in-transformer-buchholz-relay-operation-and-principle/
https://www.electrical4u.com/buchholz-relay-in-transformer-buchholz-relay-operation-and-principle/
 
SIQUEIRA, I. P. (2005). Manutenção Centrada na Confiabilidade. Manual de 
Implementação. Rio de Janeiro: Qualitymark. 
WEG. (2018). Transformadores de potência pequeno (até 50.000 kVA), 
(https://www.weg.net/catalog/weg/CA/pt/Gera%C3%A7%C3%A3o%2C-
Transmiss%C3%A3o-eDistribui%C3%A7%C3%A3o/Transformadores-e-Reatores-a-
%C3%93leo/Transformadores-dePot%C3%AAncia-a-%C3%93leo/3-001-a-50-000-
kVA/Transformadores-de-Pot%C3%AAnciaPequeno-%28at%C3%A9-50-000-
kVA%29/p/MKT_WTD_SMALL_POWER_TRANSFORMER_UP_TO_50000KVA). 
 
 
CRONOGRAMA 
Na Tabela abaixo encontra-se o cronograma das etapas de elaboração de trabalho 
desde a criação do tema até a fase de conclusão. 
 
Data de elaboração: 30 / Abril / 2024. 
 
 
 
 
 
 
 
Etapas de pesquisa 
Mesês / 2023 a 2024 
Set. Out. Nov. Dez. Jan. Fev. Mar. Abr. Mai. Jun. 
Difinição do tema 
Pesquisa bibliografica 
Difinição da metodologia 
Levantamentos dos dados 
Entrega do projecto 
Analise dos dados 
Discussão dos resultados 
Ajuste final 
Apresentação do TFC 
X 
X X X X X X X 
 X 
 X X X X X 
 X 
 X X 
 X X 
 X 
 X 
 
 
 Orientador: Professor Eng.º Fortunato Figueira, Lic. 
 Assinatura: ___________________________________ 
 
 
 Discente finalista: António Manuel dos Santos Matias – 2017 00 28 
 Assinatura: ____________________________________ 
 
 
 Discente finalista: João Sebastião Neto – 20170441 
 Assinatura: ________________________________