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Relatório apresentado à disciplina EEL409 – Estagio profissional Coordenador do curso: Engo Albertino Nassone Supervisor do Estagio: Engo Elísio Janeiro Supervisor da Faculdade: Engo Albertino Nassone Período da Realização do Estagio: 3 meses. Carga Horaria Total: 480 horas. IDENTIFICACAO: Discente: Edmilson Virgílio Jorge Mussa Área de concentração: Estaleiro da EDM, EP. – Chimoio Área: Departamento de Equipamentos de Potencia, DEP. __________________________________ Edmilson Virgílio Jorge Mussa Estagiário – Departamento De Equipamentos De Potencia – Chimoio __________________________________ Engo Elísio Janeiro Supervisor Do Estagio – Departamento De Equipamentos De Potencia – Chimoio __________________________________ Engo Albertino Nassone Supervisor Da Faculdade – UCM – Faculdade De Engenharia – Chimoio Agradecimentos Allhamdulilah! Agradecer em primeiro a ALLAH por me conceder saúde, forcas para conseguir colher conhecimento. A minha Mãe, Agira, por sempre criar condições para seguir com o meu estágio. As minhas irmãs, Tios, vai o meu muito Obrigado Agradecer também ao grupo do DEP que bem me acolheu, ao Eng Elísio Janeiro, Forcelin Danilo Maungo, Carlitos Semente e Zito Sixpene. Ao meu amigo e colega Didieur Mapanzene que juntos estivemos nesta jornada, ao meu colega Francisco João e a todos os profissionais que sempre estiveram disponíveis para me ensinar. E por fim, agradecer aos meus amigos que direta ou indiretamente me ajudaram com o pouco que tiveram que para mim foi útil. Índice geral 1. Índice de tabelas ............................................................................................................................... i Índice de figuras .............................................................................................................................. ii Abreviaturas ................................................................................................................................... iii 2. Introdução ................................................................................................................................ 1 Apresentação da empresa ............................................................................................................ 1 3. Objetivos .................................................................................................................................. 3 Importância do trabalho desenvolvido ........................................................................................ 4 Introdução do trabalho ................................................................................................................ 5 4. Revisão bibliográfica ............................................................................................................... 6 4.1 Subestações Elétricas ....................................................................................................... 6 4.1.1 Classificação das subestações ................................................................................... 6 4.2 Localização das subestações ............................................................................................ 8 4.2.1 Equipamentos de uma subestação ............................................................................. 8 4.3 Barramentos ..................................................................................................................... 9 4.4 Disjuntores ....................................................................................................................... 9 4.4.1 Disjuntores a sopro magnético ................................................................................ 11 4.4.2 Disjuntor a óleo ....................................................................................................... 12 4.4.3 Disjuntores a vácuo ................................................................................................. 13 4.4.4 Disjuntores a ar comprimido ................................................................................... 13 4.4.5 Disjuntores a gás SF6 .............................................................................................. 15 4.5 Seccionadores ................................................................................................................. 15 4.6 Transformadores............................................................................................................. 18 4.6.1 Tipos de transformadores ........................................................................................ 18 4.7 Componentes de um transformador de potência ............................................................ 20 4.7.1 Buchas ..................................................................................................................... 20 4.7.2 Preservação do sistema de óleo............................................................................... 23 4.7.3 Sistemas de resfriamento ........................................................................................ 25 4.7.4 Vedações ................................................................................................................. 27 4.7.5 Medidores, indicadores e reles ................................................................................ 28 4.7.6 Rele detetor de gás tipo Buchholz .......................................................................... 29 4.7.7 Dispositivo de Alívio de Pressão ............................................................................ 30 4.7.8 Armário de controlo ................................................................................................ 30 4.7.9 Transformadores de corrente .................................................................................. 31 4.7.10 Comutadores de Derivação em Carga ..................................................................... 31 4.7.11 Parte ativa do transformador ................................................................................... 32 4.7.12 Óleo isolante ........................................................................................................... 33 4.8 Pára-raios ........................................................................................................................ 33 4.8.1 Desempenho dos para-raios instalados em subestações ......................................... 34 4.8.2 Critérios para a seleção e aplicação dos para-raios para subestações ..................... 35 4.9 Isoladores ....................................................................................................................... 35 4.10 Condutores de alta tensão ............................................................................................... 36 4.11 Tipos de manutenção ...................................................................................................... 37 4.11.1 Processos de manutenção ........................................................................................ 38 5. ATIVIDADES ....................................................................................................................... 43 5.1 Dia de atividade 1 – Cromatografia gasoso ................................................................... 43 5.2 Correção de gás SF6 nos disjuntores.............................................................................. 45 5.3 Inspeção de gás nas subestações dia 14.11.19 ............................................................... 45 5.4 IN AND OUT ................................................................................................................. 46 5.4.1 Trabalho em caixas terminais para SE-Chimoio 2 como backup a linha de 66kV . 46 5.4.2 Montagem de seccionador ......................................................................................52 5.4.3 Fixação do para-raio do lado out do projeto in and out na SE – Chimoio 2 .......... 54 5.4.4 Barramentos de ligação de equipamentos de potência no in and out ..................... 55 5.5 Atividade – Inspeção de celas na SE – Gondola ............................................................ 56 5.6 Atividade – instalação de mecanismo de operação no grupo 5 da SE – Mavuzi ........... 57 5.7 Instalação de Transformadores de Corrente na subestação de Tete ............................... 59 5.8 Instalação de uma mini subestação abaixadora na cidade de Tete ................................. 61 5.9 Atividade – ventiladores na SE – Chibata ...................................................................... 66 Conclusões .................................................................................................................................... 68 Bibliografia ................................................................................................................................... 69 ANEXOS ...................................................................................................................................... 70 i Índice de tabelas Tabela 1: Tabela de testes de gases nos transformadores ............................................................. 43 Tabela 2: Tabela de teste de rigidez dielétrica em transformadores ............................................. 44 Tabela 3: Tabela de teste de rigidez dielétrica em transformadores (2) ....................................... 44 Tabela 4: Resultados de testes de isolamento ............................................................................... 64 ii Índice de figuras Figura 1: Circuito de Acionamento de um Disjuntor .................................................................... 10 Figura 2: Transformadores de potencia na subestação de Tete .................................................... 18 Figura 3: Indicador eletromecânico de temperatura ..................................................................... 28 Figura 4: Indicador eletromecânico de temperatura do enrolamento. .......................................... 29 Figura 5: Partes ativas de um transformador de potência ............................................................. 33 Figura 6: Isoladores polimericos, vidro e porcelana ..................................................................... 36 Figura 7: Ciclo PDCA padrao ....................................................................................................... 38 Figura 8: Extração do óleo no transformador ............................................................................... 43 Figura 9: Amostra de um teste de rigidez dielétrica ..................................................................... 45 Figura 10: Preparação do cabo ...................................................................................................... 49 Figura 11: Aperto por compressão do terminal ............................................................................ 50 Figura 12: Terminal finalizado ..................................................................................................... 51 Figura 13: Fixação do cabo de 66 kV a saída do transformador da subestação de Chimoio 2..... 51 Figura 14: Montagem de isoladores de apoio de uma fase do seccionador .................................. 53 Figura 15: Montagem do seccionador finalizado .......................................................................... 53 Figura 16: Montagem de seccionador e mecanismo de operação concluidas .............................. 54 Figura 17: Fixação da base com ajuda de grua ............................................................................. 55 Figura 18: Conexão de seccionador – disjuntor através de cabo Bull .......................................... 56 Figura 19: Interior do mecanismo de operação de um disjuntor a SF6 ........................................ 59 Figura 20: TI de 200/1 .................................................................................................................. 60 Figura 21: Instalação do TI de 400/5 ............................................................................................ 61 Figura 22: Local da montagem da mini subestação ...................................................................... 62 Figura 23: Chapa característica do transformador da mini subestação ......................................... 63 Figura 24: Retirada das pás do ventilador..................................................................................... 66 Figura 25: Conexões do motor no ventilador ............................................................................... 67 iii Abreviaturas A – Unidade de corrente elétrica no S.I. em Ampere CA – Designação de Corrente Alternada cm – Unidade designada de distância em centímetro, S.I. DGA – Dispositivo de analise de gases; EDM – Eletricidade de Moçambique; GVO – Grande volume de óleo; Hz – Designação da unidade da frequência, S.I em Hertz; Icc – Designação de corrente de curto-circuito; KV – Unidade designada de tensão elétrica em Quilovolt, S.I; KA – Unidade designada de corrente elétrica em Quilo ampere, S.I; KVA – Unidade designada de potência elétrica aparente em Quilovolt-ampère, S.I; mm – Unidade designada de distância em milímetro, S.I. MVA – Unidade designada de potência elétrica aparente em Megavolt-ampere, S.I; ppm – Unidade designada para indicar a umidade no transformador. S.I; ONAF – Óleo natural e arrefecimento forcado; ONAN – Óleo natural e arrefecimento natural PVO – Pequeno volume de óleo SE – Designação para subestação elétrica; SF6 – Designação para hexafluoreto de enxofre; S.I – Designação de Sistema Internacional; TC’s – Transformador de corrente; TPC – Transformador de potencial capacitivo; TPI – Transformador de potencial indutivo; V – Unidade designada de tensão elétrica em Volt, S.I. 1 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 2. Introdução Apresentação da empresa A EDM é a empresa moçambicana com a nobre e desafiante missão de levar energia elétrica para todos os pontos do nosso Moçambique. A EDM como Empresa Estatal foi criada em 27 de agosto de 1977, há sensivelmente dois anos depois da independência de Moçambique. O seu objetivo era o estabelecimento e a exploração do serviço público de Produção, Transporte e Distribuição de energia elétrica. Uma das suas primeiras tarefas foi a de agregar todos os centros de produção num corpo único, de modo a melhorar a satisfação das necessidades de energia elétrica para o desenvolvimento da agricultura, indústria, serviços e consumo doméstico, nas condições difíceis de então. A EDM herdou um património constituído por equipamento das mais variadas origens, modelos e tipos, em estado precário, e salvo raras exceções, sem aprovisionamento de peças sobressalentes necessárias e adequadas. Ao mesmo tempo, a competência e capacidade profissional eram limitadas e os poucos técnicos qualificados existentes começaram a abandonar a Empresa. A "nova EDM" (EDM-E.P.), passou a orientar e desenvolver a sua atividade tendo sempre em conta a melhoria da qualidade dos serviços ao cliente e a eficiente utilização de energia, promovendo assim a sua imagem. Missão Exploração dos serviços de produção, transporte, distribuição e comercialização de energia elétrica de boa qualidade, em defesa do interesse público, em benefício do consumidor, preservando o meio ambiente. Visão Transformar a EDM numa Utilidade Inteligente e Sustentável, que dá acesso à energia elétrica de qualidade a cada moçambicano e exerce liderança no Mercado Regional; Valores Integridade, Transparência, Igualdade, Competitividade e Espírito de Equipa; 2 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Lema Iluminando a transformação de Moçambique.Estrutura organizacional A DTCE é a direção responsável pela rede de transmissão da energia elétrica na região centro de Moçambique, cuja sua sede cita na Av. Filipe Samuel Magaia No.323, Caixa Postal No.39, cidade do Chimoio, Província de Manica. A estrutura orgânica é constituída por um director, e três departamentos nomeadamente: Subestações, Equipamentos de Potencia e Linhas de Infraestruturas. Organigrama da empresa Figura 1: Organigrama da direção de transmissão centro Fonte: Estrutura orgânica simplificada da EDM 2017 3 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 3. Objetivos Gerais: Aprendizagem pratica e de trabalho em equipa, conciliação teórica, experiencia. Específicos: Relacionar os conhecimentos obtidos a sua aplicação; Inteirar no dia-a-dia no trabalho, criando uma consciência critica, criativa e concentrada na resolução de problemas no campo; Construir um entendimento sólido das atividades no campo; Auxiliar na compreensão de conteúdos teóricos, vistos sob ponto de vista prático; Obter uma capacidade de análise e crítica perante um problema prático ou real. 4 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Importância do trabalho desenvolvido Este trabalho está dividido em duas partes essenciais, revisão bibliográfica e especificações de trabalhos realizados no campo. Na parte da revisão bibliográfica procuro dar a conhecer os equipamentos cientificamente, isto é, apresentar definições claras de modo que seja uma ferramenta de consulta em caso de duvidas técnicas nos trabalhos realizados. Na parte de trabalhos realizados procuro dar a conhecer as tarefas realizadas, pontos de vista, o que foi aprendido, leitura e interpretações de dados no dia-a-dia do estagio. Este trabalho também tem a importância na abertura de portas para a preparação para os trabalhos de fim de curso e também uma nova forma cientifica de pensar. Mais a fundo, conciliar de forma categórica e coesa, a prática e a teoria. 5 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Introdução do trabalho A prática de ensino e os estágios supervisionados representam uma instância importante e fundamental a formação do profissional, sendo marcada por intense e significativa aprendizagem profissional. O estágio realizou-se no departamento de equipamentos de potência, tendo sido norteado por empenho e dedicação com vista ao alcance do profissionalismo. O relatório foi desenvolvido durante três meses com objetivo de conciliar a teoria e a prática. Contudo, uma vez que o trabalho é de carater avaliativo, este tem como objetivo me enquadrar a vida de um profissional de eletricidade, assim como familiarizar com o dia-a-dia de um profissional da área. 6 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 4. Revisão bibliográfica 4.1 Subestações Elétricas Designa-se por subestação elétrica, ao conjunto de instalações elétricas em media ou alta tensão que agrupa os equipamentos, condutores e acessórios, destinados à proteção, medição, manobra e transformação de grandezas elétricas. (Parodista) As subestações (SE) são pontos de convergência, entrada e saída de linhas de transmissão ou distribuição, com frequência, constituem uma interface entre dois subsistemas. Figura 2: Subestacao de chimoio 2 4.1.1 Classificação das subestações Quanto a função: A. SE de Manobra – Permite manobrar as partes do sistema, inserindo ou retirando-as de serviço, em um mesmo nível de tensão; 7 Edmilson Virgílio Jorge Mussa B. SE de transformação a) SE elevadora – Localizadas na saída das usinas geradoras; Elevam a tensão para níveis de transmissão e sub-transmissao (transporte económico da energia). b) SE Abaixadora – Localizadas na periferia das cidades; Diminuem os níveis de tensão evitando inconvenientes para a população como: radio interferência, campos magnéticos intensos, e faixas de passagem muito largas. C. SE de Distribuição – Diminuem a tensão para o nível de distribuição primária (33 kV – 6.6kV); Podem pertencer a concessionária ou a grandes consumidores. D. SE de regulação de tensão – Através do emprego de equipamentos de compensação tais como reatores, capacitores, compensadores estáticos. E. SE Conversores – Associadas a sistemas de transmissão em CC (SE retificadora e SE Inversora) Quanto ao nível de tensao: A. SE de Alta Tensão – tensão nominal abaixo de 230kV. B. SE de Extra Alta Tensão – tensão nominal acima de 230kV. Quanto ao Tipo de instalação: A. Subestações Desabrigadas – construídas a céu aberto em locais amplos ao ar livre. B. Subestações Abrigadas – construídas em locais interiores abrigados. C. Subestações blindadas: Construídas em locais abrigados; Os equipamentos são completamente protegidos e isolados em óleo ou em gás (ar comprimido ou SF6). As subestações blindadas utilizam gás isolante, em geral, o SF6 (hexafluoreto de enxofre) em seus dispositivos de manobra, conferindo-as um elevado grau de compactação, podendo chegar a até 10% de uma SE convencional. 8 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Quanto a forma de operação: A. Subestações com operador: Exige alto nível de treinamento de pessoal; Uso de computadores na supervisão e operação local só se justifica para instalações de maior porte. B. Subestações Semiautomáticas: Possuem computadores locais ou intertravamentos eletromecânicos que impedem operações indevidas por parte do operador local. C. Subestações automatizadas: São supervisionadas à distância por intermedio de computadores e SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). 4.2 Localização das subestações Considerações quanto a escolha de local para a instalação de uma subestação: Localização ideal: centro de carga; Facilidade de acesso para linhas de subtransmissao (entradas) e linhas de distribuição (saída) existentes e futuras; Espaço para expansão; Regras de uso e ocupação do solo; Minimização do número de consumidores afetados por descontinuidade de serviço. 4.2.1 Equipamentos de uma subestação São vários os equipamentos existentes em uma SE, tais como: Barramentos; Linhas e alimentadores; Equipamentos de disjunção: disjuntores, seccionadores; Equipamentos de transformação: transformadores de potência, transformadores de instrumentação – transformadores de potencial e de corrente, e transformador de serviço. 9 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Equipamentos de proteção: reles (primário, retaguarda e auxiliar), para-raios e malha de terra. Equipamentos de compensação: reatores, capacitores, compensadores síncronos, compensadores estáticos. É indispensável também que em uma subestação, independentemente da sua classificação, tenha uma fonte para continuidade dos serviços auxiliares, tanto em corrente alternada como também em corrente continua e que são divididos em: • Serviços auxiliares de corrente alternada: Fonte: transformadores de serviços auxiliares – 22kV/380-220V; Carga: casa de comando, iluminação, tomada do pátio, retificador. • Serviços auxiliares de corrente contínua: Fonte: retificador/carregador e banco de baterias. Cargas: componentes de sistema digital (reles), funcionais dos equipamentos, motores dos equipamentos, iluminações de emergência. 4.3 Barramentos Os barramentos são condutores reforçados, geralmente sólidos e de impedância desprezível, que servem como centros comuns de coleta e redistribuição de corrente. A denominação arranjo é comumente usada para as formas de se conectarem entre si as linhas, transformadores e cargas de uma subestação. (foto do barramento de Chimoio 2) 4.4 Disjuntores Os disjuntores são dispositivos de manobra e proteção que permitem a abertura e fechamento de circuitos de potência em quaisquer condições de operação, normal e anormal, manual ou automática. Os equipamentos de manobra são dimensionados para suportar correntes de cargae de curto-circuito nominais. Princípio de funcionamento de um disjuntor 10 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Acionamento de um disjuntor Usando para tanto os transformadores de instrumentação, o rele deteta a condição de anormalidade. A figura abaixo ilustra que o rele é ligado ao secundário de um TC. O primário do TC conduz a corrente de linha da fase protegida. Quando a corrente de linha excede um valor pré-ajustado, os contactos do rele são fechados. Neste instante a bobina de abertura do disjuntor (tripping coil), alimentada por uma fonte auxiliar é energizada abrindo os contactos principais do disjuntor. Figura 3: Circuito de Acionamento de um Disjuntor Durante a abertura dos contactos principais dos disjuntores são necessária uma rápida desionização e resfriamento do arco elétrico. Para que a interrupção da corrente seja bem-sucedida é necessário que o meio extintor retire mais energia do arco elétrico estabelecido entre os contactos que a energia nela dissipada pela corrente normal ou de curto-circuito. O comando manual, é realizado no próprio disjuntor através de botões de liga e desliga, localizados na parte frontal do equipamento. O acionamento elétrico, que é realizado por botoeiras em um painel de comando que pode ser instalado dentro ou ate mesmo fora da subestação. Para a utilização do camando elétrico é necessário que o disjuntor possua bobina de ligar e desligar. 11 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Os disjuntores são classificados e denominados segundo a tecnologia empregada para a extinção do arco elétrico. Os tipos mais comuns são: Disjuntores a sopro magnético; Disjuntores a óleo; Disjuntores a vácuo; Disjuntores a ar comprimido; Disjuntores a gás SF6. 4.4.1 Disjuntores a sopro magnético Neste tipo de disjuntor, os contactos abrem-se no ar, empurrando o arco voltaico para dentro das camaras de extinção, onde ocorre a interrupção, devido a um aumento na resistência do arco e consequentemente na sua tensão. O aumento da resistência do arco é conseguido através de: a. Aumento do comprimento arco; b. Fragmentação do arco em vários arcos menores, em serie, nas várias fendas da camara de extinção; c. Resfriamento do arco em contacto com as múltiplas paredes da camara. O nome de sopro magnético surge por causa das forcas que impelem o arco para dentro das fendas da camara que são produzidas pelo campo magnético da própria corrente, passando por uma ou mais bobinas e eventualmente, por um sopro pneumático auxiliar produzido pelo mecanismo de acionamento. Detalhes construtivos Os circuitos magnéticos de sopro possuem várias configurações, sendo as principais as de tipo de núcleo externo (onde o campo magnético é produzido pela corrente a ser interrompida circulando através de bobinas) ou interno (onde o campo é produzido pelo próprio arco voltaico através de um circuito magnético formado pela própria camara) Características e aplicações Uma das características deste tipo de disjuntor é a grande resistência do arco voltaico. Isto deve- se ao facto de que o arco queima no ar e é impelido a se alongar consideravelmente, aumentando 12 Edmilson Virgílio Jorge Mussa a sua resistência e consequentemente a sua tensão. De forma geral, estes disjuntores não produzem grandes surtos de manobra. São usados em média tensão até 24kV, principalmente montados em celas. O facto de não possuírem meio extintor inflamável como o óleo, torna-os seguros e aptos para certos tipos de aplicações específicas. O facto de queimarem o arco no ar, provoca rápida oxidação nos contactos exigindo uma manutenção mais frequente. Quando operam produzem grande ruido, o que pode também, em certos casos, limitar o seu uso. 4.4.2 Disjuntor a óleo São dispositivos que utilizam o óleo isolante como elemento de extinção do arco elétrico. Nestes disjuntores podem-se distinguir dois efeitos principais de extinção do arco voltaico: o efeito de hidrogénio e o efeito de fluxo liquido. O primeiro consiste no facto de que a altíssima temperatura o arco voltaico, decompõe o óleo, liberando de tal modo vários gases onde o hidrogénio predomina, a ponto de se dizer que o arco queima numa atmosfera de hidrogénio. O segundo efeito consiste em jogar o óleo mais frio sobre o arco dando continuidade ao processo de evaporação aludido, de maneira que grandes quantidades de calor possam ser retiradas pelos gases resultantes. Disjuntores a grande volume de óleo (GVO) É o tipo mais antigo dos disjuntores a óleo/ possuem camaras de extinção onde se forca o fluxo de óleo sobre o arco. São usados em media e alta tensão ate 230kV. A característica principal dos disjuntores GVO é a sua grande capacidade de rutura em curto- circuito. Disjuntores a pequeno volume de óleo (PVO) 13 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Estes são o desenvolvimento natural dos GVO, na medida em que se procura projetar uma camara de extinção com fluxo forcado de óleo sobre o arco aumentando-se a eficiência do processo de interrupção de corrente e diminuindo-se drasticamente o volume de óleo no disjuntor. 4.4.3 Disjuntores a vácuo São disjuntores que utilizam o vácuo para a extinção do arco elétrico. Este é um dos sistemas mais eficientes para extinção do arco elétrico, pois no vácuo não há decomposição de gases. A camara de extinção é um recipiente vedado que, se apresentar defeito precisa ser substituída, pois devido a sua característica construtiva e alto vácuo existente no seu interior, não é possível realizar manutenção em seus contactos internos, entretanto a sua vida útil é muito longa. 4.4.4 Disjuntores a ar comprimido O princípio da extinção é, basicamente simples, consistindo em criar-se um fluxo de ar sobre o arco, fluxo este provocado por um diferencial de pressão, quase sempre descarregando-se o ar comprimido após a extinção para a atmosfera. Detalhes construtivos Praticamente todos os modelos catuais de disjuntores de ar comprimido usam o princípio de sopro axial, ou seja, o arco é distendido e soprado axialmente em relação aos bocais e contactos e podem- se classificar em duas categorias: • O sistema de sopro unidirecional (“mono blast”); • O sistema de sopro bidirecional (“dual blast”). No primeiro, somente um dos contactos é oco, permitindo a saída do ar apos a extinção somente em uma direção. No segundo, ambos os contactos, fixo e móvel, são ocos, e o arco expande-se em ambas as direções, como se pode observar nas figuras abaixo: 14 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Características e aplicações Embora possam ser usados em toda a gama de tensões, os disjuntores de ar comprimido encontram a sua gama de aplicação na alta e na muito alta tensão. As suas características de rapidez de operação (abertura e fecho) aliadas as boas propriedades extintoras e isolantes do ar comprimido, bem como a segurança de um meio extintor não inflamável, quando comparado ao óleo, garantiram uma posição de destaque a estes disjuntores nos níveis extremos de tensão. Vantagens: Disponibilidade total do meio extintor; A mobilidade do meio extintor, que é também o meio de acionamento, com alta velocidade de propagação, permite que ele seja canalizado para acionar os contactos principais, a abertura e o fecho, com mecanismos relativamente leves, o que torna estes disjuntores bastante rápidos e, portanto, aptos a atuar em muito alta tensão; Pode-se ajustar a capacidade de interrupção e propriedades de isolação, variando-se a pressão de operação; A compressibilidade do meio extintor que, ao contrário do óleo, permite que as estruturas estejam bem isentas das ondas de choque transitórias, geradas pelo arco voltaico. Desvantagens: Alto custo do sistema de geração de ar comprimido, principalmente em pequenas instalações onde cada disjuntor tem que ter a sua própria unidade geradora, bem como reservatórios de alta pressão; Adistribuição do ar comprimido em alta pressão por toda a subestação no caso de unidades centrais de geração, alem de ter um alto custo, requer uma constante manutenção; No caso de operação junto a áreas residências onde existem limitações de nível de ruido, é obrigatório o uso de silenciadores para estes disjuntores. 15 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 4.4.5 Disjuntores a gás SF6 SF6 – O hexafluoreto de enxofre, SF6, é um gás sintético incolor, inodoro e não combustível. O gás apresenta elevada estabilidade química e não reaje com nenhuma outra substancia quando à temperatura ambiente. A estabilidade do gás é a base do seu emprego em dispositivos elétricos, pois proporciona altíssimo isolamento elétrico e consegue extinguir arcos com eficácia. Estas propriedades deste gás tornam possível a construção de dispositivos e equipamentos que ocupam pouquíssimo espaço, usam menos material, são seguros e apresentam longa vida útil. Em um contexto elétrico, o gás SF6, só é usado em sistemas fechados e selados, por exemplo, como gás isolante em subestações e como meio isolante e extintor em disjuntores de alta e media tensão. Figura 4: Disjuntor a SF6 4.5 Seccionadores Seccionador é um dispositivo mecânico de manobra capaz de abrir e fechar um circuito elétrico quando uma corrente de intensidade desprezível é interrompida ou reestabelecida. Também é capaz de conduzir correntes sob condições normais do circuito e, durante um tempo especificado, correntes sob condições anormais, como curto-circuito. 16 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Os seccionadores podem ser classificados com base nos tipos de abertura: • Abertura lateral – É o tipo mais simples dos seccionadores, geralmente com tensão de serviço ate 145kV, devido ao desbalanco provocado pelo peso da lamina no mancal do isolador de acionamento. • Abertura central – ambos os isoladores são montados sobre mancais rotativos, cada um é responsável por acionar uma metade da lâmina principal sendo um contacto chamado de “macho” e seu complemento “fêmea”. Estes seccionadores acarretam espaçamento entre eixo de fases maiores para manter o espaçamento fase-fase específico. • Dupla abertura lateral – três colunas isolantes suportam a parte ativa. Muitas das vezes este é confundido com o de abertura central. Existem duas variações deste modelo, uma com acionamento simples, ou seja, os contactos móveis entram nos contactos fixos (mandibulas) sem a rotação do próprio eixo da lâmina, o que eleva o esforço de acionamento durante os momentos finais na operação de fechamento e momentos iniciais na operação de abertura. • Abertura vertical – este equipamento possui três colunas isoladoras, sendo que, acima de 145kV, uma das colunas tem a função de acionamento da lâmina, portanto, diferentemente dos outros dois isoladores restantes, sua classe de flexão pode ser reduzida. Desta maneira, para tensões acima de 145kV inclusive, o seccionador é formado por dois isoladores tipo suporte e um isolador rotativo. • Abertura semi-pantografica horizontal – geralmente este tipo de seccionador é utilizado em tensões acima de 245kV. A parte da base do seccionador pode ou não, dependendo do fabricante, ou do cliente, ser interligada fisicamente, seja com tubo de aço seja com perfis metálicos, isso ajuda a garantir a rigidez mecânica entre os contactos devido as grandes dimensões deste modelo. • Abertura semi-pantográfica-vertical – Este modelo é bastante utilizado para transferência de barramentos. Existem algumas variações deste modelo, como o contacto móvel ser com pinças, possibilitando o uso do conector de alta tensão diretamente derivando de cabos, ou com tipo pino, onde há um dispositivo anti gelo para locais de baixa temperatura. 17 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Existe também a possibilidade de que o conector de alta tensão fixo possa ser instalado sob viga ou pórtico, necessitando então de um isolador suporte tipo invertido para conexão do contacto fixo. • Lamina terra. Parâmetros que influenciam a escolha do tipo de abertura 1. Nível de tensão; 2. Esquema de manobra; 3. Limitação de área ou de afastamento elétrico; 4. Tipo padrão utilizado pela empresa. Existem também os seccionadores para uso interno – Geralmente destinados a utilização em instalações de subestação do consumidor. Podem ser construídos com um ou três polos, para os tripolares, o mecanismo de abertura deve garantir a abertura simultânea dos polos, que podem ser divididos em: • Seccionadores simples; • Seccionador com buchas passantes; • Seccionador fusível; • Seccionador interruptor; • Seccionador reversível. Principais partes constituintes de um seccionador: • Circuito principal; • Circuitos auxiliares e de comando; • Polos; • Contactos; • Terminais; • Dispositivo de operação; • Dispositivo de bloqueio. 18 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 4.6 Transformadores Transformadores são dispositivos destinados a modificar os níveis de tensão e corrente elétrica, mantendo a potencia elétrica praticamente constante, de um circuito a outro, modificando também os valores das impedâncias elétricas de um circuito elétrico. Sua construção básica é formada por fios enrolados em torno de cada lado de um núcleo de ferro, formando de um lado uma bobina primária e do outro uma secundária. Este núcleo é curvado para que não tenha saída de linhas de campo magnético devido às bordas e este campo se mantenha no centro do núcleo. Figura 5: Transformadores de potência na subestação de Tete 4.6.1 Tipos de transformadores Os transformadores podem ser classificados de acordo com vários parâmetros, tais como finalidade, tipo, material do núcleo, quanto ao número de fases. Finalidade: Transformador de corrente – abreviados por TC, é um transformador destinado a reproduzir proporcionalmente em seu circuito secundário a corrente de seu circuito primário com sua posição fasorial mantida, conhecida e adequada para uso em instrumentos de medição, controle e proteção. Isto é, o transformador de corrente (TC) deve reproduzir, no seu secundário, uma corrente que é uma réplica em escala da corrente do primário do sistema elétrico. 19 Edmilson Virgílio Jorge Mussa O transformador de corrente tem basicamente três finalidades, que são: Isolar os equipamentos de medição, controle e reles do circuito de Alta Tensão (AT); Fornecer no seu secundário uma corrente proporcional à do primário; Fornecer no seu secundário uma corrente de dimensões adequadas para serem usadas pelos medidores e pelos reles. Transformador de tensão (TP) – É um transformador destinado especialmente para fornecer o sinal de tensão a instrumentos de medição, controle e proteção. O TP deve reproduzir no seu secundário uma tensão com o menor erro possível. A tensão no secundário do TP devera ser uma réplica da tensão do sistema elétrica. O TPs são unidades monofásicas. Seus agrupamentos podem produzir as mais diversas configurações. Transformadores de distribuição – empregado principalmente pelas concessionárias distribuidoras de energia e em centrais elétricas. São usados para distribuir a energia gerada ate os consumidores, com valores diferentes do que o gerado, adequado a cada tipo de consumidor. Podendo ser auto protegido contra sobrecargas e curto-circuitos. Transformadores de forca – São usados para geração e distribuição de energia por concessionárias e centrais elétricas, e subestações de distribuição de energia elétrica, e subestações de grandes indústrias, incluindo aplicações especiais como fornos de infucao e a arco, e retificadores. Transformadores elevador e abaixador de tensão – o valor a qual a tensão será apos sair do transformador esta diretamente ligado ao número de espiras que cada bobina possui. No caso de um transformador elevador de tensão o número de espiras da segunda bobina é maior do que o númerode espiras da primeira bobina. E no transformador abaixador, o número de espiras da segunda bobina é menor do que o número de espiras na primeira bobina. Tipo: Número de bobinas ̶ no caso de transformadores de duas bobinas, é comum chama-las de primárias e secundárias. Quando há uma terceira bobina, ela se denomina de terciaria. Existem também os autotransformadores com apenas uma bobina. 20 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Material do núcleo: Ferro magnético – no caso de um transformador com núcleo de ferromagnético, são usadas chapas de aço laminadas, no geral chapas de aço de silício, para diminuir as perdas por correntes parasitas. Núcleo de ar – os transformadores com núcleo de ar consistem na localização das bobinas, que ficam em contacto com a atmosfera. Número de fases: Monofásicos – esse tipo de transformador é próprio para alimentação de circuitos de comando ou de uso industrial. Trifásico – o tipo de transformador que podemos ver nas ruas, ele recebe a tensão da subestação de distribuição e em um nível de tensão de 22kV ou 6.6kV a 400V. Polifásicos – possui eficiência relativamente alta, estes transformadores fornecem a tensão para sistemas que necessitam de mais fases através do sistema trifásico. Esse tipo de transformador varia de 3 a 6 fases. Esses sistemas que necessitam de mais fases são especialmente para retificação de medida de onda completa devido aos seus componentes. 4.7 Componentes de um transformador de potência 4.7.1 Buchas As buchas (bushings) fazem parte do sistema de conexão entre o transformador e o sistema elétrico em que o equipamento está conectado. Tem fundamental importância nas politicas de manutenção adotadas pelas empresas para transformadores, pois falhas neste componente geralmente são seguidas de consequências, como incendio e explosão, que comprometem completamente a integridade do transformador. Núcleo condensivo – É compostos por uma serie de camadas concêntricas feitas de material condutor e material isolante alternadamente, provocando a distribuição uniforme do campo elétrico. São conhecidas como capacitivas ou condensivas, normalmente possuem uma derivação (tap capacitivo) para ensaios, instalada geralmente na última camada condutora antes do flange de fixação. 21 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Para a realização de ensaios neste tipo de bucha, é necessária a instalação de um material isolante entre o flange de fixação da bucha e o tanque do transformador, utilizando o próprio flange como elétrodo de medição. Em operação, ambos são interligados. Isolamento de buchas Papel impregnado de óleo (OIP) – o núcleo da bucha é constituído de camadas de papel, isolando camadas metálicas (capacitivas), e os espaços entre as camadas capacitivas e o isolador externo à bucha, preenchidos com óleo mineral isolante. Algumas características: • Utilização por muitos anos com histórico de bom desempenho; • Possibilidade de análise do estado de isolamento da bucha através da medição de gases dissolvidos no óleo isolante; • Pode ser utilizada em qualquer classe de tensão; • Vulnerabilidade a vazamentos e ingresso de humidade; • Quando houver uma ocorrência de falhas, existe risco de explosão da bucha e consequente incendio do transformador. Papel impregnado com Resina (RIP) – os espaços existentes entre as camadas metálicas, são preenchidos com papel e posteriormente impregnado com resina e o espaço existente entre o corpo condensivo e o isolador pode ser preenchido com óleo mineral isolante, ou outro material isolante como SF6. Algumas características • Núcleo de baixo risco de incendio; • Pode ser utilizada para todas as classes de tensão; • Somente é possível verificação do estado de sua isolação através de ensaios off-line ou monitoramento. Outros tipos de bucha para aplicações especiais ou únicas Em subestações isoladas a gás (GIS), são utilizadas buchas com isolamento a gás. Estas buchas usam o gás SF6 como o meio principal de isolação. 22 Edmilson Virgílio Jorge Mussa As buchas de resina Epóxi já são aplicadas em tensões superiores a 160kV, onde tanto a isolação do núcleo como a carcaça externa são feitas exclusivamente de resina Epóxi. Buchas com características especiais são frequentemente usadas para conectar a saída do gerador aos enrolamentos primários dos transformadores, já que normalmente operam com altas correntes, na ordem de kA e tensões inferiores a 30kV. Tais buchas devem suportar elevados esforços dinâmicos resultantes das altas correntes de curto-circuito. Buchas de neutro, são usualmente de baixa tensão, tipo porcelana-haste, ou tipo seca. Em condições normais de operação, não existe a expetativa de surgimento de tensões significativas. Tap de derivação Este tap permite a medição da capacitância e do fator de potência do isolamento da bucha. É constituído de um condutor, uma bucha auxiliar que tem como finalidade isolar o condutor do flange metálico da bucha e juntas de vedação que garantem a isolação interna da bucha com a atmosfera. Quando o transformador está em operação, a bucha pode ter sua isolação monitorada pelo tap através de um instrumento de medição (medida de tensão, medida da corrente de fuga ou medição de descargas parciais). Se nenhum instrumento for usado, o tap deve ser aterrado de acordo Qualquer ação que comprometa a integridade do tap pode danificar a conexão do elétrodo à última ou penúltima camada capacitiva da bucha, provocando falha catastrófica da bucha devido ao elétrodo não estar aterrado. Tipos de conexões de bucha O tipo de conexão usado depende da corrente nominal da bucha e do isolamento do local em que a bucha está instalada. Conexão tipo Draw Lead – utilizada tipicamente para buchas com capacidade de condução de correntes de ate 1200 A. Este tipo de conexão utiliza um cabo condutor que faz a interligação do enrolamento do transformador passando através do tubo central da bucha ate a conexão do topo da bucha. 23 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Conexão tipo Draw Rod – utilizada tipicamente para buchas com capacidade de condução de correntes de até 2000 A. A conexão utiliza uma haste condutora removível que faz a interligação do enrolamento do transformador passando através do tubo central da bucha ate a conexão do topo da bucha. Bottom Connected – buchas com conexão fixa no terminal inferior são normalmente aplicadas para condução de correntes elevadas, acima de 2000 A, as buchas devem ter a secção do condutor central robusta, porque é no condutor central que é realizada a conexão direta à parte inferior da bucha. Conexão direta com a Barra (Subestação SF6) – Em subestações isoladas a gás e possível conectar o transformador diretamente a barra de transmissão isolada a gás usando bucha óleo/gás SF6. Estas buchas podem ser de papel impregnado de óleo (OIP) ou resina Epóxi (RIP). 4.7.2 Preservação do sistema de óleo O sistema de preservação do óleo em um transformador tem como função principal preservar a qualidade do óleo durante seu ciclo de vida útil. Sua aplicação pode ser realizada de duas formas, dependendo do modelo construtivo do equipamento: com tanque principal selado ou com tanques de expansão. Outra função importante deste sistema é acomodar as alterações no volume do líquido isolante devido as suas variações de temperatura inerentes a operação normal do equipamento. O tanque conservador de um transformador consiste tipicamente em um reservatório, comumente denominado de tanque de expansão, montado acima do seu tanque principal, com uma altura suficiente para manter o nível de óleo no equipamento em condições adequadas de operação, ou seja, acima do flange de fixação de sua bucha mais alta sob qualquer temperatura. Sistema externo ao conservador – Os sistemas de preservação com tanque externo ao conservador são tipicamente baseados em um cilindro com bolsa interna que tem a funçãode permitir o isolamento entre o ambiente externo e o conservador. Geralmente é composto de tubulações de interligação com o equipamento, registros reguladores de pressão e ainda manômetros para verificação da eficácia especificamente do sistema de pressão positiva, além de depósito para coletar umidade, com a possibilidade de instalação de dispositivos de alarmes. 24 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Sistemas internos ao conservador – Estes sistemas contêm uma bolsa ou membrana internamente de modo que não haja contato direto entre o ar atmosférico e o óleo, contribuindo assim para a preservação do óleo isolante da seguinte forma: Permitindo que o ar entre na bolsa ou na parte superior da membrana, quando a temperatura do equipamento está diminuindo e descarregando-o quando da elevação da temperatura. É parte integrante deste sistema, um recipiente com material dessecante que tem a finalidade de secar o ar que entra na citada bolsa ou na parte superior da membrana. Tanque Principal Selado – O sistema composto por um tanque principal selado tem por finalidade impedir o contato do líquido isolante com a atmosfera. O uso deste sistema requer que o tanque seja grande o suficiente para acomodar as variações de volume do líquido isolante decorrente da operação normal do equipamento. Respiração Livre – A forma mais simples de preservação do sistema de óleo em transformadores é o de respiração livre. Seu princípio de funcionamento baseia-se na utilização de um recipiente com material secante instalado entre o ar atmosférico e a parte interna do tanque de expansão, permitindo que somente o ar seco seja admitido para o conservador do equipamento. Devido a simplicidade do sistema e consecutiva fragilidade no impedimento de que ar úmido tenha contato com o líquido isolante, recomenda-se que preferencialmente este sistema seja utilizado conjuntamente as opções de preservação que utilizam bolsas ou membranas. Características Características do Sistema externo ao transformador: • Facilidade de manutenção; • A instalação pode ser feita com o equipamento energizado; • O gás de pressurização, normalmente nitrogênio, permanece em contato com o óleo isolante. Dependendo das condições de operação ocorrerá a impregnação do óleo isolante com o gás; • Pode ser utilizado em conjunto com uma das outras opções apresentadas, no lugar do secador de ar. 25 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Características do Sistema interno ao Conservador utilizando membrana: • A manutenção exige o desligamento do equipamento; • O material utilizado na construção da membrana é permeável a gases de moléculas menores ou mesmo ao óleo isolante, após longo tempo de operação. Características do Sistema interno ao Conservador utilizando Bolsa: • A manutenção exige o desligamento do equipamento; • O material utilizado na construção da membrana é permeável a gases de moléculas menores ou mesmo ao óleo isolante, após longo tempo de operação. Características do Tanque principal selado: • Não requer manutenção de bolsa ou membrana; • Limitação do uso em função do tamanho e tensão de operação do equipamento; • Ocorre a impregnação do óleo isolante com o gás utilizado no colchão, normalmente nitrogênio; • Não possui relé de gás. Características do Sistema com respiração livre: • Menor investimento em relação aos demais sistemas propostos; • Exige manutenção constante do material utilizado no secador de ar; • É o sistema de menor efetividade no controle de penetração de umidade no óleo isolante contido no tanque principal do transformador. 4.7.3 Sistemas de resfriamento Os sistemas de resfriamento são utilizados para a realizar a troca térmica entre o líquido isolante do transformador com um fluido de resfriamento externo. Os tipos mais comuns são constituídos por aletas compostas por duas chapas estampadas formando os canais de resfriamento e unidas por solda. Existem também radiadores formados por tubos, Os radiadores são fixados diretamente ao tanque do transformador ou em baterias ligadas por tubulação. 26 Edmilson Virgílio Jorge Mussa O seu funcionamento baseia-se no princípio da convecção, onde o líquido isolante quente circula no interior do radiador, onde será resfriado pelo ar ambiente e retornará ao tanque principal do equipamento. Dependendo do projeto do equipamento, os radiadores funcionam associados com moto ventiladores que produzirão fluxo de ar forçado e bombas de óleo para produzir fluxo forçado, com o objetivo de aumentar a eficiência do processo de transferência térmica. Inspeções visuais periódicas para deteção e eliminação de corrosão, danos, desgaste no sistema de proteção de superfície e vazamentos, devem ser adotadas com o objetivo de conservar e prolongar a vida útil dos radiadores. Ventiladores – São utilizados em transformadores são do tipo axial, uma vez que os radiadores oferecem baixa resistência a passagem do ar. São compostos de uma hélice acoplada diretamente ao eixo de um motor, montados em uma estrutura cilíndrica que também servirá para sua fixação aos radiadores, juntamente com grades de proteção na entrada e saída do ar. Quanto a sua instalação podem ser fixados nas laterais dos radiadores, com fluxo de ar na horizontal, ou sob os mesmos, com fluxo de ar na vertical. Nesse caso, é conveniente que os radiadores estejam a uma distância do solo suficiente para que os ventiladores não aspirem materiais que possam comprometer o funcionamento e a vida útil dos equipamentos. Medidas de manutenção preventiva para os ventiladores devem ser adotadas com o objetivo de prolongar sua vida útil: • Verificação sistemática do desgaste dos rolamentos e problemas de desbalanceamento das hélices; • Verificação da estanqueidade do motor devido a penetração de umidade e sujeira; • Inspeção visual com a finalidade de evitar o acúmulo de umidade e sujeira na estrutura cilíndrica, nas grades de proteção e nas hélices; • Acompanhamento da corrente de partida e em regime de operação do motor. 27 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 6: Ventilador do TR 3 da subestação de Chimoio 2 4.7.4 Vedações As vedações têm como função prover a estanqueidade do equipamento em todas as aberturas (para acesso de pessoas ou conexão de componentes), evitando contato do interior do equipamento com umidade e oxigênio, prolongando sua vida útil. Uma vedação ideal deve ser compatível com o equipamento considerando aspetos como o líquido isolante adotado e as variações de temperatura operacional e ambiental. Existem 02 (duas) formas básicas de vedações adotadas em projetos de transformadores: • Anel de vedação (O-ring); • Juntas Planas. Materiais utilizados na produção de vedações: • Elastómero; • Papelão hidráulico; • PTFE (politetrafluoretileno). 28 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 4.7.5 Medidores, indicadores e reles Indicadores de temperatura do óleo e enrolamento – Os indicadores de temperatura são usados fundamentalmente para indicar a temperatura do óleo isolante, do enrolamento e a medição indireta da temperatura do ponto mais quente do enrolamento (imagem térmica). O indicador eletromecânico de temperatura do enrolamento (Imagem térmica) apresenta característica construtiva similar ao do óleo, acrescido de componentes utilizados para simular a temperatura do enrolamento. Indicador eletromecânico de temperatura Na figura abaixo, o bulbo sensor (1) e capilar (2) são preenchidos com fluído térmico expansível sendo o bulbo instalado em uma cuba estanque localizada na parte superior do transformador. Os contatos auxiliares são acionados quando o óleo alcança valores definidos de temperatura. Figura 7: Indicador eletromecânico de temperatura A figura abaixo exemplifica um dos sistemas de medição de temperatura do enrolamento, onde a temperatura do óleo é proveniente do bulbo instalado no topo do transformador,acrescido da temperatura gerada pelo elemento de aquecimento (3) que tem a temperatura regulada pela variação da corrente circulante no elemento (5). A alimentação de corrente para o circuito de aquecimento é produzida no TC de bucha (4). 29 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 8: Indicador eletromecânico de temperatura do enrolamento. Indicador de nível de óleo Geralmente os transformadores preenchidos com líquido isolante possuem algum tipo de indicador que permite a visualização do seu nível que está relacionado com a temperatura do óleo e a do ambiente. O sistema é acionado mecanicamente por um flutuador (boia ou prato) acoplado a uma haste que se movimenta conforme a variação do nível do óleo, transferindo o movimento a um ponteiro do mostrador externo. Um baixo nível do fluido pode provocar a atuação do relé Buchholz. Para evitar essa condição, o indicador de nível pode ser dotado de contatos de alarme. A correção do nível de óleo deve considerar as temperaturas do ambiente e do óleo. 4.7.6 Rele detetor de gás tipo Buchholz O dispositivo constitui um dos principais acessórios de segurança e proteção intrínseca utilizados em transformadores isolados a óleo e dotados de tanque de expansão. O Relé Detector de Gás tipo Buchholz é um dispositivo eletromecânico e tem por finalidade proteger continuamente o equipamento, visando detetar situações de formação de gases e a presença de fluxo anormal do líquido isolante. É constituído por sistemas de boias responsáveis pela atuação dos contatos de alarme e desligamento. Funções: Reter gases gerados no interior do equipamento; Responder a um deslocamento rápido do líquido isolante, devido a ocorrência de uma falha interna no equipamento. 30 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Os contatos também atuarão pela perda de óleo isolante (vazamento). O Relé Detetor de Gás tipo Buchholz é instalado em série com a tubulação que interliga o tanque principal com o tanque de expansão de óleo do equipamento. Uma seta gravada em alto-relevo, na carcaça e tampa do rele, indica o sentido correto para a sua instalação (do tanque para o conservador). Pode ser instalado em outros locais que tenham expansão de óleo, tais como, compartimentos separados do comutador e seletor de taps. 4.7.7 Dispositivo de Alívio de Pressão O dispositivo de alívio de pressão tem como objetivo minimizar o dano causado por um aumento de pressão interna, que pode ser súbito ou lento, decorrente de uma falha interna ou de um defeito no sistema de preservação do líquido isolante. O dispositivo de alívio de pressão é uma válvula instalada no tanque principal do equipamento, composta de um disco metálico sob pressão de mola e calibrado para permitir a descarga do líquido isolante em caso de pressão acima do estabelecido. É projetado para fechar automaticamente após a normalização da pressão, impedindo saída em excesso de óleo. Sua atuação é indicada localmente através de dispositivo de sinalização mecânica e remotamente através de contatos elétricos, podendo ter função de alarme ou desligamento. Os rearmes devem ser feitos manualmente. Indicador de Fluxo Os indicadores do fluxo do óleo são utilizados em transformadores que utilizam bombas de circulação forçada de líquido isolante para indicar a vazão nos circuitos de resfriamento. São instalados nas tubulações do conjunto formado entre o radiador ou trocador de calor e a bomba. 4.7.8 Armário de controlo No armário de controlo é onde estão instalados os dispositivos do sistema de controlo e supervisão do transformador. Fica localizado ao lado do tanque principal e os seus principais componentes são: • Fiação e blocos terminais; • Terminais dos enrolamentos dos transformadores de corrente (TC), de potencial (TP), sensores, fusíveis, disjuntores, contatores e relés; 31 Edmilson Virgílio Jorge Mussa • Filtro, resistência de aquecimento para evitar a condensação, exaustor para manter o armário de controlo em condições climáticas adequadas para o funcionamento dos dispositivos e componentes instalados; • Dispositivo de supervisão local; • Dispositivos de monitoramento digital. 4.7.9 Transformadores de corrente A instalação típica dos TCs é feita no interior do tanque do transformador em volta da parte inferior da bucha e abaixo do flange. 4.7.10 Comutadores de Derivação em Carga Os comutadores de derivação são dispositivos que variam a relação de espiras de um transformador, regulando a sua tensão de operação. Os comutadores de derivação podem ser divididos em dois tipos fundamentais: • Comutadores de derivação em carga; • Comutadores de derivação dez energizado. O comutador de derivações em carga é projetado para alterar a posição de derivação e, portanto, variar a relação de transformação do transformador enquanto ele está energizado e em carga, executando esta função sem qualquer interrupção de energia. Esse processo é feito com dispositivos operados mecanicamente que selecionam as várias posições de derivação, alterando as correntes de carga e os degraus de tensão. O comutador de derivações em carga pode ser empregado usando vários princípios de comutação, sendo que os dois mais comuns são: • Tipo resistivo, com chaveamento de alta velocidade do resistor de transição e; • Tipo reator, com chaveamento de reator de transição (autotransformador preventivo).Comutadores de derivação em carga Comutadores de derivação desenergizado 32 Edmilson Virgílio Jorge Mussa O comutador de derivações desenergizado é projetado para mudar a posição da derivação e consequentemente variar a relação do transformador enquanto o mesmo está desenergizado. Os contatos fixos podem ser dispostos em uma configuração circular (para tipos rotativos) ou em linha (para tipo linear). Normalmente o mecanismo de acionamento é manual, porém mecanismos motorizados também são utilizados. Estes comutadores podem operar em uma posição por longo período de tempo, eventualmente formando nos contatos carbono pirolítico. Recomenda-se que quando da necessidade de mudança de relação do transformador seja realizada alguns ciclos de comutação para limpeza dos contatos, medição de relação e resistência ôhmica na derivação em que o equipamento será energizado. Este tipo de comutador é geralmente montado dentro do tanque do transformador, com o mecanismo de acionamento montado na sua tampa ou tanque principal. Líquido isolante para comutadores de derivação Os comutadores de derivações descritos anteriormente neste capítulo requerem um liquido para uso como isolante ou como extintor de arco durante uma comutação. Geralmente é utilizado o óleo mineral isolante, porém outros tipos de líquidos isolantes podem ser utilizados, como por exemplo, o óleo vegetal (Éster Natural), com os cuidados necessários para garantir a compatibilidade com o comutador de derivações em consideração. 4.7.11 Parte ativa do transformador 33 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 9: Partes ativas de um transformador de potência 4.7.12 Óleo isolante O óleo deve apresentar rigidez dielétrica adequada para suportar as solicitações elétricas impostas em serviço, bem como características adequadas de condutividade térmica, calor específico e viscosidade, para que sua capacidade de transferência de calor seja eficiente para o equipamento. 4.8 Pára-raios Os para-raios instalados em subestações são destinados a proteger os equipamentos de um circuito contra surto de tensão transitório de origem externa provocado por descargas atmosféricas e/ou sobretensões de origem interna provocadas por manobras e chaveamentos. Atualmente, os para-raios mais solicitados pelos usuários são os para-raios de Oxido de Zinco (ZnO) sem centelhadores. Quanto ao aspeto construtivo, é importante ressaltar que existem duas filosofias de para-raios de ZnO com relação ao tipo de invólucro: para-raios com invólucros deporcelana e polímero. Para ambas filosofias, existem diferentes conceções de projeto de montagem, que são geralmente apresentadas pelos fabricantes em seus catálogos técnicos. 34 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Importante salientar que uma eventual falha do para-raio não acarreta somente na perda do equipamento, podendo causar também distúrbios severos no sistema, bem como a danificação de outros equipamentos adjacentes (como por exemplo, buchas de transformadores), em caso de fragmentação ou explosão do invólucro isolante ou desprendimento dos elementos de ZnO. Os para-raios são: • Pára-raios de ZnO com invólucro de porcelana; • Pára-raios de ZnO com invólucro polimérico; • Pára-raios com espaços internos de ar; • Pára-raios sem espaços internos de ar. 4.8.1 Desempenho dos para-raios instalados em subestações A sua vida útil é estimada em torno de 20 a 25 anos, mas na prática, tem sido constatado ao longo dos últimos anos algumas alterações significativas no seu desempenho que resultam, em muitas das vezes na operação inadequada ou até mesmo na falha do equipamento em menos anos em sua vida útil, comprometendo a confiabilidade do equipamento e a continuidade no fornecimento de energia elétrica. Durante a sua vida útil, os para-raios são submetidos a diferentes solicitações elétricas e ambientais que podem afetar e alterar de forma significativa a característica “tensão x corrente dos elementos de ZnO através do aumento da componente resistiva da corrente e das perdas em condições de regime permanente, e da redução da capacidade de absorção de energia dos para-raios. Tais solicitações são: • Tensão normal de operação; • Sobretensões temporárias; • Descargas de longa duração ou de alta intensidade e curta duração; • Contaminação externa do invólucro, quando instalados em ambientes poluídos; • Variações climáticas, exposição a raios ultravioleta, umidades elevadas. 35 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 4.8.2 Critérios para a seleção e aplicação dos para-raios para subestações O dimensionamento adequado dos para-raios em relação às características dos sistemas para os quais esses são aplicados, propicia uma proteção adequada aos equipamentos protegidos além de uma otimização na relação entre benefício e custo para aquisição dos para-raios. De forma genérica, os seguintes passos devem ser seguidos para uma seleção e aplicação adequadas dos para-raios em subestações: Seleção das características de operação e de proteção dos para-raios, em função das características dos sistemas; Seleção ou determinação da suportabilidade da isolação; Avaliação da coordenação do isolamento Seleção do para-raio adequado e determinação das suas características de proteção A seleção de um para-raio envolve basicamente as seguintes considerações: • Determinação da tensão nominal e da máxima tensão contínua de operação, em função da máxima tensão de operação do sistema e das possíveis sobretensões temporárias que podem vir a ocorrer e suas respeitavas durações, no ponto de aplicação dos para-raios; • Determinação da corrente de descarga nominal; • Determinação da capacidade de absorção dos para-raios, em função das energias a serem absorvidas por esses, quando da ocorrência de sobretensões atmosféricas e de manobras; • Características de proteção para sobretensões atmosféricas e de manobra; • Requerimentos de alívio de sobrepressão ou de corrente suportável de falta; • Condições de serviço (ambientais). 4.9 Isoladores São elementos que tem como função elétrica, isolarem os condutores em relação a estrutura de suporte, devido a diferença de potencial entre o condutor e a terra, ou outros condutores de fase. Mecanicamente, devem ser capazes de suportar esforços produzidas pelos condutores. Os principais materiais utilizados na fabricação de isoladores são: • Cerâmica; • Vidro; 36 Edmilson Virgílio Jorge Mussa • Epóxi fibra de vidro; • Polímeros. Figura 10: Isoladores polimericos, vidro e porcelana 4.10 Condutores de alta tensão Sem dúvida que os condutores de ouro possui as melhores características de condução elétrica, mas o seu uso não é possível devido ao principal facto, custo elevado. Também o cobre, que no seu período inicial da transmissão de energia elétrica era muito usado e também foi completamente substituído devido ao custo e peso. Dai que, o alumínio surge como a melhor escolha. Para uma resistência desejada, o condutor de alumínio custa e pesa menos do que o do cobre. O condutor de alumínio ainda tem a vantagem de apresentar um diâmetro maior do que o condutor de cobre equivalente. Esta é considerada uma vantagem porque, com maior diâmetro, a densidade de fluxo elétrico na superfície do condutor de alumínio é menor para a mesma tensão. Isto significa menor de potencial na superfície e menor tendência à ionização do ar em volta do condutor. Esta ionização do ar produz um efeito indesejável chamado efeito corona. Os símbolos utilizados para identificar os diversos tipos de condutores de alumínio são: • CA – condutores de alumínio puro; • AAAC (All-aluminium-alloy-conductors) – condutores de liga de alumínio puro; • CAA – condutores de alumínio com alma de aco; • ACAR (aluminium conductor, alloy-reinforced) – condutores de alumínio com alma de liga de alumínio. 37 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Os condutores de liga de alumínio possuem maior resistência à tração do que os condutores de alumínio comum para fins elétricos. O CAA é constituído por um núcleo central (alma) de fios de aço, envolvido por coroas de fios de alumínio. O ACAR possui um núcleo central de fios de liga de alumínio de maior resistência mecânica, envolvido por coroas de fios de alumínio para fins elétricos. Cada coroa de fios de um cabo é encordoada em sentido oposto ao da coroa inferior, para evitar que o cabo de desenrole e para fazer com que o raio externo de uma coroa coincida com o raio seguinte. A disposição em coroas mantem a flexibilidade ate mesmo de cabos de grande secção transversal. O número de fios depende do número de coroas e do fato de serem ou não todos eles do mesmo diâmetro. O número total de fios em cabos concêntricos, nos quais todo o espaço é preenchido por fios de diâmetro uniforme, é 7, 19, 37, 61, 91 ou mais. Usando-se combinações variáveis de alumínio e de aço, são obtidos condutores com grande variedade de secções, de resistência à tração e de capacidade de corrente. 4.11 Tipos de manutenção A manutenção é o procedimento de se manter um dado equipamento ou sistema em perfeitas condições de funcionamento, desta forma deve-se entender que a manutenção também busca manter o funcionamento do processo. No caso de um transformador, a manutenção deve garantir ao mínimo que o sistema não fique sem a energia que obtém dele. Com base no conceito de manutenção, pode-se dividir a manutenção em alguns tipos principais: Manutenção Corretiva não-Planejada – caracteriza-se pela atuação em fato já ocorrido, seja este uma falha ou um desempenho menor do que o esperado. Não há tempo para preparação do serviço Manutenção Corretiva Planejada – é a correção do desempenho menor do que o esperado ou da falha, por decisão gerencial, isto é, pela atuação em função de acompanhamento preditivo ou pela decisão de operar até a quebra. 38 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Manutenção Preventiva – visa reduzir ou evitar, tanto a falha quanto a queda de desempenho, obedecendo a um plano estratégico previamente elaborado, e baseado em intervalos de tempo definidos. Manutenção Preditiva – visa realizar manutenção somente quando as instalações precisarem dela. Essa manutenção pode incluir monitoramentos contínuos que serviriam de base para uma eventual programação. Manutenção Detetiva – é a atuação feita com sistemas de proteção para detetar falhas ocultas ou não percetíveis. Os sistemas projetados para atuarautomaticamente na iminência de desvios que possam comprometer as máquinas ou a produção. 4.11.1 Processos de manutenção O Processo de Manutenção pode ser resumido em quatro estágios: Planejamento, Organização, Execução e Registro, completando com a etapa de Otimização o ciclo que possibilita o processo de melhoria contínua de um ciclo PDCA padrão. Figura 11: Ciclo PDCA padrao Planejamento O planejamento da manutenção de uma empresa se estabelece baseado em diretrizes definidas. Estas devem ser capazes de responder de forma clara e detalhada a três perguntas essenciais para cada ativo: • Que manutenção tem que ser feita? • Quando a manutenção precisa ser feita? • Como ela deve ser feita? 39 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Organização Na etapa de Organização, a manutenção aplicará o planejamento definido, gerenciando os recursos existentes e a indisponibilidade dos ativos, com o objetivo de responder as seguintes perguntas: • Qual atividade de manutenção será realizada? • Onde será realizada? • Quantas pessoas são necessárias? • Qual a qualificação requerida das pessoas envolvidas? • Qual o cronograma de execução? • O equipamento será indisponibilizado? • Qual impacto financeiro desta indisponibilidade? • Quais recursos materiais (ferramentas, instrumentos de ensaios, consumíveis, equipamentos de elevação) serão necessários? • Existem procedimentos definidos para execução das atividades da manutenção e de segurança? Execução A execução das atividades é a etapa do ciclo de manutenção que reproduz a qualidade das etapas de planejamento e organização definida pela engenharia de manutenção. Registro da Manutenção Registrar a manutenção permite obter o histórico do equipamento que possibilita avaliar o seu desempenho, observar tendências, comparar resultados e traçar estratégias de manutenção baseadas nos registros existentes. O registro adequado de quais e como as atividades de manutenção são executadas é utilizado no processo de Gestão do Conhecimento, onde a preocupação principal é transmitir o conhecimento entre as equipes de manutenção. Otimização Para este processo de melhoria contínua, é necessária a implantação de uma sistemática de análise dos dados relevantes a partir das atividades de manutenção realizadas e dos modelos de vida útil 40 Edmilson Virgílio Jorge Mussa dos equipamentos. Esta análise é a base para a tomada de decisão sobre a manutenção de qualquer equipamento em particular, assim como a base de conhecimento para a avaliação das ações adotadas. As melhorias de médio e longo prazo para o sistema implantado de manutenção dos equipamentos devem ser produtos continuamente derivados de um padrão estabelecido. Teste de Rigidez dielétrica Segundo Milasch (1916), rigidez dielétrica é a habilidade que um líquido tem em resistir a tensão elétrica sem falhar. O teste de rigidez dielétrica tem como principal função, obter um valor de tensão máxima de isolamento suportada pelo óleo que para o nosso caso é o óleo do transformador. O equipamento que faz este teste é o DPA. DPA é um equipamento de teste de rigidez dielétrica automática, própria para líquidos isolantes. As sequências de teste podem ser fácil e totalmente automáticas, em conformidade com todas as normas nacionais e internacionais. Com resultados de testes informativos e confiáveis, é possível determinar a condição exata do material isolante e iniciar as medidas necessárias, como por exemplo, a preparação de óleo de transformador. O princípio de funcionamento deste equipamento baseia-se (…) O teste de rigidez dielétrica é feito também para se saber da existência de agentes contaminantes, como: • Agua; • Sujeira; • Fibras celulósicas húmidas; • Partículas condutoras no líquido. 41 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 42 Edmilson Virgílio Jorge Mussa TRABALHOS REALIZADOS 43 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 5. ATIVIDADES 5.1 Dia de atividade 1 – Cromatografia gasoso Figura 12: Extração do óleo no transformador 23/09/2019 Subestação Transformador Gases KS of oil [%] H₂ H₂O CO₂ CO C₂H₄ C₂H₆ CH₄ C₂H₂ TDCG SE - Gondola TR 1 <5 29 771 1 55 122 3 2.5 182 26.5 Móvel casa nova TR 1 <5 35 887 ˂1 59 138 8 <0.5 206 19.2 SE- Mafambisse TR 1 <5 28 806 <1 56 139 8 0.5 189 25.6 TR 2 <5 30 801 4 57 148 8 1.5 218 28.1 SE - Guara Guara TR 1 <5 43 857 <1 56 145 9 1.5 49 50.4 SE - Inchope TR 1 <5 34 1032 38 58 144 5 1.5 247 22.8 SE - Lamego TR 1 <5 38 1080 <1 57 147 4 2 198 31.7 Tabela 1: Tabela de testes de gases nos transformadores Teste de rigidez dielétrica Descrição de operação da atividade Foi feita a extração do óleo no transformador; Preparação do equipamento de teste; Lavagem da seringa com o óleo da amostra; 44 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Regulação da distância dos dielétricos a 2.5mm; Resultados das amostras: 23/09/2019 Subestação Transformador Media [KV] Desvio padrão [KV] D/M [%] SE - Gondola TR 1 52.4 6.5 12.5 Móvel casa nova TR 1 69 4 5.8 SE- Mafambisse TR 1 57.4 6.8 11.9 TR 2 57.4 4.8 8.4 SE - Guara Guara TR 1 71.8 4.2 5.9 SE - Inchope TR 1 60.4 15.8 26.1 SE - Lamego TR 1 69.6 8.1 11.6 Tabela 2: Tabela de teste de rigidez dielétrica em transformadores 2/10/2019 Subestação Transformador Media [KV] Desvio padrão [KV] D/M [%] SE - Dondo TR 1 69.4 4.8 6.9 TR 2 56.3 6.1 10.8 TR 3 71.5 4.8 6.5 R 1 71 4.7 6.8 SE - Munhava TR 1 69.8 7.2 10.3 TR 2 68.2 8.9 13 TR 3 63.5 14 22 SE - Catandica T 2 62.3 13.5 21.7 Tabela 3: Tabela de teste de rigidez dielétrica em transformadores (2) 45 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 13: Amostra de um teste de rigidez dielétrica 5.2 Correção de gás SF6 nos disjuntores A correção de gás nos disjuntores é uma atividade recorrente nas subestações para a continuidade normal de funcionamento destas. De salientar que somente esta correção é feita somente em subestações a desabrigadas. 5.3 Inspeção de gás nas subestações dia 14.11.19 Esta atividade foi feita com o propósito de corrigir gás nos disjuntores das subestações de CL75 e CL76 para que não se pudesse mover o pessoal à última hora. Em T-off das linhas CL76: SE Manica – Nesta subestação encontrou-se um bom nível de gás, há 0.52. SE Messica – Nesta subestação também encontrou-se um bom nível de gas, há 0.82. Subestação de Chicamba – Nesta subestação não foi possível verificar o nível de gás porque as condições de temperatura encontradas não eram adequadas para a entrada no parque, mas, os registos de níveis de gás que o pessoal das centrais tem feito a cada hora apresentava um bom nível de gás, o qual concluiu-se que não havia também a necessidade do pessoal do DEP intervir para a correção de gás. 46 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 5.4 IN AND OUT 5.4.1 Trabalho em caixas terminais para SE-Chimoio 2 como backup a linha de 66kV As caixas feitas na SE-Chimoio 2 foram feitas para que houvesse uma mudança de linha aérea de 66kV para subterrânea de modo a haver a continuação do projeto in and out. A localização da linha aérea de saída encontrava-se no local onde foi projetado o barramento de 110kV do projeto. Então, uma vez que a linha de 66kV não pode ficar sem energização porque alimenta a subestação de Chimoio 1, subestação da cidade de Chimoio, adotou-se o método subterrâneo. O cabo usado para as caixas foi AAC com isolamento a XLPE. Existem 5 tipos de preparação de cabos: Cabos com blindagem em fios e obturador longitudinal tipo sinague; Cabo com blindagem em fios; Cabo com blindagem em fita; Cabo com blindagem em chumbo; Cabo com cobertura em alumínio comungado (CAS) Atenções a ter antes de iniciar a montagem: • Certificar-se que a caixa que vai utilizar é adequada ao cabo. Para tal deve-se comparar o rótulo da caixa com o título da instalação demontagem; • É possível que alguns componentes da caixa ou passos na execução da mesma tenham sido melhorados, caso o operador tenha instalado o produto antes; • Deve-se ler atentamente e se seguir todos os passos de montagem. Instruções gerais: Usar um maçarico de gás propano (de preferência) ou butano; Ajustar o maçarico de forma a obter uma chama aberta e amarelada. Evitar chamas azuis em ponta; Movimentar continuamente a chama de forma a evitar danificar o material; 47 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Limpar e desengordurar todas as partes que irão ficar em contacto com os adesivos que garantem a estanquicidade; Principiar a retração dos tubos e pecas moldadas se as houver, nas posições recomendadas na instrução de montagem; Assegurar a perfeita retração dos tubos ao longo dos condutores para que se apresentem lisos, sem bolsas de ar. Preparação do cabo com blindagem em fios 1. Retirar a bainha exterior do cabo segundo as dimensões L+K. Para cabos com bainha exterior com camada semicondutora, devera retirar-se totalmente, num comprimento de 500mm, medido a partir do corte da bainha exterior do cabo. Limpar e desengordurar a bainha exterior do cabo em cerca de 200mm. 2. Aplicar-se o mástique vermelho, esticando-o ligeiramente, a parir do final da bainha exterior do cabo cobrindo 150mm da mesma. Rebater os fios da blindagem sobre a bainha exterior e sobre a mástique, de modo que os fios fiquem paralelos uns aos outros. Fixa-los com afilacamento de fio de cobre, à distância de 150mm, e deixar 50mm de comprimento do fio de afilacar. 3. Retirar a semicondutora, deixando apenas 100mm a parir do final da bainha exterior do cabo. A superfície do isolamento não deve conter vestígios de material condutor. 4. Chanfrar-se o final da semicondutora em cerca de 15 a 20mm. Lixar e polir todo o isolamento do cabo com lixas de vários grãos. NOTA: não danificar o isolamento. Proteger a mástique vermelho instalado, com fita PVC, com o adesivo para fora. Uma vez acabada a limpeza deve retirar a fita PVC. 5. Enrolar a fita PVC sobre o isolamento (com a parte adesiva para fora) a 20mm de distância do final da semicondutora. Agitar o frasco da tinta da condutora e aplica-la de modo a cobrir os 20mm entre a fita PVC e a semicondutora e mais 10mm da própria semicondutora. Quando a tinta secar, retirar a fita PVC. 6. Aplicar uma fina camada de silicone cobrindo 300mm do isolamento e 5mm da tinta semicondutora. 48 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 7. Enfiar o tubo negro de controlo de campo elétrico, de maior dimensão, com a seta a apontar para baixo, e inconstando-o aos fios da blindagem. Começar a retrair de baixo para cima. 8. Aplicar uma camada de mástique vermelho, esticando-o suavemente e com uma pequena sobreposição, no final do tubo de controlo campo, cobrindo 10mm do isolamento e 10mm do tubo negro de controlo de campo de modo a suavizar a transição entre o tubo e o isolamento. 9. Aplicar uma fina pelicula de silicone na zona baca do tubo de controlo de campo, em cerca de 10mm. 10. Enfiar o tubo isolante vermelho mais curto e posiciona-lo a 50mm do final da bainha exterior. Começar a retrair de baixo para cima. 11. Colocar o tubo de controlo de campo mais curto, inconstando-o ao final da bainha exterior. Começar a retrair de baixo para cima. 12. Aplicar o mástique vermelho, na zona de transição entre a manga preta e a vermelha, esticando-o ligeiramente e com uma pequena sobreposição, de modo a cobrir 10mm de cada lado. 13. Aplicar a totalidade da mástique preta de controlo de campo, sobre o tubo de controlo anteriormente retraído, a uma distância de 90mm do final da bainha exterior. 14. Aplicar sobre os fios da blindagem, uma camada de mástique vermelho, cobrindo 150mm desde o final da bainha exterior. No caso de se utilizarem molas espirais de pressão constante, devera também ser coberta com a mástique vermelha. 15. Enfiar o tubo isolante vermelho de maior comprimento de modo a cobrir a mástique vermelho aplicado antes. Começar a retrair de baixo para cima. 16. Enrolar duas voltas da mola espiral no final do tubo vermelho, junto ao afilacamento, e posicionar dois fios da blindagem no seu interior. 17. Aplicar uma volta da mola espiral sobre os fios e em seguida rebater os fios e enrolar o resto da mola sobre os fios rebatidos. Apertar bem a mola espiral. 49 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 14: Preparação do cabo Terminação com terminal por compressão 1. Retirar o isolamento de acordo com a profundidade do terminal; 2. Chanfrar o isolamento em cerca de 40mm, de modo que na parte de cima fique com o mesmo diâmetro do terminal e uma transição suave entre a parte superior e a inferior. 3. Posicionar, cravar o terminal, limpar e desengordurar todo ele; 4. Enrolar o mástique vermelho, esticando-o ligeiramente, na transição entre o terminal e o isolamento. Preencher todos os buracos existentes com a mástique. 5. Posicionar o tubo de transição de modo a cobrir igualmente o terminal e o isolamento. Começar a retrair de cima para baixo. 6. Instalar as saias segundo as distancias indicadas. Assegurar-se que a primeira saia esta ligeiramente abaixo do final da transição do terminal e o isolamento. 50 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 15: Aperto por compressão do terminal Terminal com terminal de aperto mecânico 1. Introduzir o tubo de transição no cabo, antes de colocar o terminal de aperto por parafuso. 2. Introduzir o condutor totalmente dentro do terminal. Apertar todos os parafusos manualmente. Em seguida apertar os parafusos com a ferramenta adequada e de acordo com as sequências de numeração e alternadamente, ate que parta a cabeça dos parafusos. Limpar e desengordurar o terminal. 3. NOTA: Só para terminais com diâmetro inferior ao isolamento do cabo. Aplicar-se a mástique vermelho em volta do isolamento e do terminal, ate obter uma transição suave de cerca de 20mm. 4. Aquecer previamente o terminal do parafuso, colocar o tubo de transição de modo a cobrir todo terminal. Começar a retrair de cima para baixo. 51 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 5. Instalar as saias segundo as distancias indicadas. Assegurar-se que a primeira saia esta ligeiramente abaixo do final da transição do terminal e o isolamento. Figura 16: Terminal finalizado Figura 17: Fixação do cabo de 66 kV a saída do transformador da subestação de Chimoio 2 52 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 5.4.2 Montagem de seccionador Na montagem do seccionador seguiram-se basicamente os seguintes passos: Desempacotar components; Usando dispositivos de elevação (grua), colocar a base do seccionador na estrutura de suporte; As alavancas de operação e o suporte rotativo são pressionados na base do seccionador na fábrica; Montar os isoladores de suporte no pedestal rotativo e nos bancos laterais da estrutura. Ajustar a distância entre os dois e os isoladores conforme a distância de isolamento. Isso pode ser feito ajustando os parafusos nos isoladores laterais. Montar o conjunto de contato fixo nos isoladores laterais; Montar as facas no isolador central, de modo que as facas estejam na posição aberta; Certificar-se de que as facas estejam na horizontal em relação à base do seccionador; Montar o acessório de proteção corona no caminho atual e nos contatos fixos; Montar as hastes de guia; Fechar as facas até tocar a lâmina no contato fixo; Após o alinhamento vertical, feche o seccionador deslizando os dedos no conjunto de contato fixo; Verificar-se o seccionador está ajustando as medidas para a entrada de dedos em movimento nos contatos fixos. 53 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 18: Montagem de isoladores de apoio de uma fase do seccionador Figura 19: Montagem do seccionador finalizado Montagem do mecanismo de operação do seccionador Montar o pivô na base do seccionador; Inserir o eixo de operação, através do rolamento de articulação; 54 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Alinhar verticalmente o mecanismo operacional, operando o eixo e monta-lo; Apertar o mecanismo de operação e todos os mancais articulados; Conecte a extremidade do eixo do mecanismo de operação e o eixo de operação ao acoplamento; Montar a alavanca de operação na parte superior e no eixo de operação. Figura 20: Montagem de seccionador e mecanismo de operação concluidas 5.4.3 Fixação do para-raio do lado out do projeto in and out na SE – Chimoio 2 A fixação do para-raio do lado out foi feita a partir da base. A base teve que ser fixada através da ajuda de uma grua e a intervenção do grupo do DEP. Os passos foram: Fixação da base principal; Fixação dos isoladores de apoio; 55 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Fixação dos polos do para-raio. Figura 21: Fixação da base com ajuda de grua 5.4.4 Barramentos de ligação de equipamentos de potência no in and out Os barramentos feitos nos equipamentos foram feitos nos dois lados a partir do secundário do TI do lado In ate ao primário do lado Out do parque. De referir que o cabo usado foi CA, Bull. Também tiveram que se usar palmas para que fatores como estética e esforço fossem adequados. 56 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 22: Conexão de seccionador – disjuntor através de cabo Bull 5.5 Atividade – Inspeção de celas na SE – Gondola A subestação de gondola é uma subestação que é alimentada por via de T-off da linha CL75 e que transforma a tensão de 110kV a 22kV com a potência aparente de 10MVA A sala de operação é composta por celas da ABB, disjuntores VD4. Dentro da sala de operação contem celas que alimentam Maforga, vila de Gondola e Inchope O grupo do DEP foi solicitado para uma inspeção nas celas da subestação porque o responsável da subestação notou a ocorrência de chispas. Primeiramente, o grupo solicitou o corte de energia elétrica da subestação por completo. 57 Edmilson Virgílio Jorge Mussa De seguida, começou-se a fazer a inspeção, cela por cela, fazendo a abertura por parte de trás a procura de um defeito e no fim não se localizou nenhuma prova causadora de chispas. O que se constatou foi a oxidação (corrosão) de uma fase na cela da vila de gondola e que seguidamente foi feita o reforço de isolamento da mesma. Conclusão e recomendação: Depois de finalizada a inspeção chegou-se a conclusão de que as celas não apresentavam nenhuma chispa. Recomendo que mesmo sem alimentação das celas, deve-se ter um detetor de tensão de modo que haja uma melhor confiança para se realizar o trabalho nas celas devido a correntes remanescentes. Deve-se também confirmar que as celas estejam devidamente aterradas para qualquer trabalho a ser feito. 5.6 Atividade – instalação de mecanismo de operação no grupo 5 da SE – Mavuzi O grupo do DEP foi solicitado na SE – Mavuzi para a substituição do mecanismo de operação do disjuntor no grupo 5. O mecanismo de operação teve que ser substituído porque já não estava em boas condições de funcionamento. A substituição deste mecanismo não foi feita no seu todo, apenas o motor e as bobinas de liga e desliga. Segurança: O mecanismo de operação não devera ser fechado, operado ou manter molas de fechamento carregadas ate que todas as tarefas relacionadas à instalação e ao ajuste do disjuntor sejam concluídas. Para começar a manutenção, fizeram-se basicamente os seguintes passos: Mover o disjuntor para a posição aberta; Desligar a corrente do motor usando o disjuntor de proteção do motor; 58 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Realizar uma operação de fechamento e abertura para descarregar as molas do mecanismo de operação; Desligar a tensão de controlo e, onde necessário, a tensão do aquecedor também. Desconectar e aterrar; Também, para facilitar a manutenção: Remover a tampa da cabine de operação; Abrir o painel de controlo. Revisão do motor PERIGO Antes de trabalhar no mecanismo de operação: • A corrente do motor deve estar desligada; • O disjuntor deve estar aberto, desconectado e aterrado; • O disjuntor (chave de controle) deve estar na posição DESLIGADA. 1. Verificar se o indicador de carga da mola mostra molas descarregadas; 2. Girar a manivela no sentido anti-horário para garantir a alavanca de fechamento e repousar sobre o rolamento; 3. Remover a tampa do gabinete do mecanismo de operação; 4. Soltar os parafusos e a conexão elétrica; 5. Instalar um novo motor e apertar os parafusos; 6. Travar os parafusos com líquido fixador; 7. Recolocar a tampa. 8. Instalação de Transformadores de Corrente na subestação de Tete 9. A subestação de Tete é uma subestação com níveis de tensão de 66kV, 33kV e 11kV e com uma potência aparente de 20 MVA. 10. A instalação dos TI’s foi feita porque os anteriores estavam no seu limite de capacidade de funcionamento e consequentemente apresentava disparos frequentes. 11. Os TI’s apresentavam uma relação de transformação de 200/1 e os substitutos apresentam uma relação de transformação de 400/5. 59 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 12. Estes TI’s foram instalados na saída para a subestação de Manje, uma outra subestação que dista a 70km da cidade de Tete com a capacidade de 10 MVA. 13. A remoção dos TI’s foi feita com ajuda de uma grua e também a instalação dos novos. Figura 23: Interior do mecanismo de operação de um disjuntor a SF6 5.7 Instalação de Transformadores de Corrente na subestação de Tete A subestação de Tete é uma subestação com níveis de tensão de 66kV, 33kV e 11kV e com uma potência aparente de 20 MVA. A instalação dos TI’s foi feita porque os anteriores estavam no seu limite de capacidade de funcionamento e consequentemente apresentava disparos frequentes. Os TI’s apresentavam uma relação de transformação de 200/1 e os substitutos apresentam uma relação de transformação de 400/5. 60 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 24: TI de 200/1 Estes TI’s foram instalados na saída para a subestação de Manje, uma outra subestação que dista a 70km da cidade de Tete com a capacidade de 10 MVA. 61 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 25: Instalação do TI de 400/5 A remoção dos TI’s foi feita com ajuda de uma grua e também a instalação dos novos. 5.8 Instalação de uma mini subestação abaixadora na cidade de Tete Especificações: Potencia: 10 MVA Nível de tensão: 33/11 kV Tipo de refrigeração: OFAF Tipo de Ligação: Estrela / Triangulo A instalação desta mini subestação tem como finalidade suprir a demanda da subestação principal e móvel da cidade de Tete, melhorando assim o fornecimento contínuo de energia elétrica nesta cidade. Importa ainda referir que, a chegada das quadras festivas, esta mini subestação será de 62 Edmilson Virgílio Jorge Mussa grande importância visto que, a demanda poderá ser superior a potencia nominal que as outras subestações. Figura 26: Local da montagem da mini subestação Dia 1: 18.11.19 Estudo do local de instalação da mini subestação O local da instalação situa-se em antiga central termoelétrica, hoje armazém da EDM. É composta por um Transformador colocado num maciço, um contentor de sala de comando, uma linha de chegada de 33 kV e duas linhas de saída de 11 kV. Analise do transformador e o seu estado; O transformador fabricado em 1969 como esperado trás alguns componentes já degradados, como por exemplo o termómetro de temperatura e também a tubagem de ligação para o fluxo do óleo encontrava-se rompida. 63 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Figura 27: Chapa característica do transformador da mini subestação O trabalho feito a seguir, foi o concerto da tubagem. Foi retirada através das flanges e de seguida foi soldada. A recolocação desta tubagem foi feita através da grua porqueo radiador estava desnivelado em relação ao transformador. De seguida foram apertadas as flanges e o radiador foi calcado numa das extremidades de baixo de modo que houvesse um nivelamento adequado e a tubagem não sofresse nenhum esforço. Dia 2: 19.11.19 Enchimento de óleo no tanque de expansão O enchimento de óleo no tanque de expansão foi feito porque encontravam-se baixos níveis de óleo no transformador. Foram adicionados 660 litros. O procedimento foi usado foi normal, através de uma bomba com fonte de 220 V, 3 tanques de óleo e uma mangueira entre a bomba e o tanque de expansão. 64 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Medida de Resistência de isolamento do transformador A medida de resistência de isolamento foi feita antes e depois do enchimento do óleo de modo a verificar possíveis melhorias de isolamento. Este teste foi feito através do dispositivo Megger e os terminais foram dispostos entre as massas, fases do lado alta ou baixa tensão consoante a medida requerida. Os resultados foram: 15 s 60 s 60/15 Classificação AT/BT [MΩ] 354 488 1.378531 Mau AT/massa [MΩ] 420 480 1.142857 Mau BT/massa [MΩ] 312 438 1.403846 Mau Tabela 4: Resultados de testes de isolamento Dia 3: 20.11.19 Lançamento de cabos de 33 kV Foram dispostos os cabos de 33 kV de chegada para sala de comando e cabo de sala de comando para o transformador. Dia 4: 21.11.19 Tratamento de óleo do transformador O tratamento de óleo de transformador foi feita com base na circulação do óleo na máquina de tratamento e o objetivo era de melhorar as suas propriedades. O equipamento foi projetado para tratar óleo dielétrico com um teor de umidade de 50 ppm e um teor de gás dissolvido de aproximadamente 10% em volume antes de ser tratado. Com um número de passe apropriado no sistema, o óleo tratado limpo sai a uma temperatura máxima de 80%, com um teor de umidade abaixo de 3 ppm e um teor de gás dissolvido de aproximadamente 0,1% em volume. Este processo também restaura a rigidez dielétrica do óleo para um valor de no máximo 75 kV. 65 Edmilson Virgílio Jorge Mussa O princípio de operação: o fluido dielétrico entra na fábrica através de um filtro de entrada e depois passa através de uma bomba de óleo de entrada e entra no aquecedor, onde é aquecido por aquecedores de imersão. Após uma filtração fina em cartucho, o fluido dielétrico é pulverizado em uma câmara de vácuo em um cesto. Eliminando a contaminação, o fluido tratado limpo flui através da bomba de óleo de saída. Primeiramente, fizeram-se as ligações das mangueiras entre os terminais de entrada e saída do transformador e os terminais de entrada e saída da máquina de tratamento de óleo. Seguidamente fez-se o tratamento Termo vácuo do tanque onde iria passar o óleo na máquina. Mais adiante, fizeram-se as aberturas das válvulas para passagem do óleo e ligação de resistências. E por fim, houve um controlo de resultados durante a circulação de óleo durante 12 horas. Foram tratados 6 mil litros de óleo em 9 ciclos Durante o processo de tratamento foram feitos testes de resistência de isolamento para avaliar o seu estado. A quando do início do tratamento a umidade encontrava-se a 12 ppm e a pressão era de 6m3/h e temperatura de 54º C. Devia-se também tomar atenção acerca do papel isolante no decorrer do tratamento do óleo. O teste de rigidez dielétrica de manha era de 49 kV. No fim do dia a rigidez dielétrica encontrava-se a 53 kV. Depois do arrefecimento do óleo a rigidez encontrava-se a 73,4 kV. Um valor ideal. Colocação de terminais plug in na sala de comando A colocação de terminais plug in foi feita com muita dificuldade devido a concessão da própria sala de comando devido a falta de espaco de manobra e também o cabo, que era tripolar, oferecia também dificuldades de colocação dos terminais. 66 Edmilson Virgílio Jorge Mussa 5.9 Atividade – ventiladores na SE – Chibata A subestação de Chibata, localizada a 15km da cidade de Chimoio é uma importante subestação que recebe de SE – Matambo, duas linhas de 220kV e que transforma a mesma tensão em 110kV por via de dois transformadores. Estes transformadores são compostos por 3 transformadores monofásicos, os quais também têm genericamente os nomes de elementos W1, W2 e W3 respetivamente e que tem a capacidade de 28MVA e ao todo a subestação a tem a capacidade de 168MVA. A saída da subestação, a 110kV, saem as linhas CL75 (Chibata – Beira) e CL76 (Chibata – Mutare). Cada elemento é composto por quatro ventiladores. O grupo do DEP foi solicitado para a substituição de ventiladores no transformador 1 (TR 1). No elemento W1 foi constatado um ventilador. No elemento W2 foi constatado dois ventiladores. Os procedimentos nos ventiladores foram: Retirada da grelha; Retirada da pa do ventilador; desconexão das ligações do motor; retirada do motor. Figura 28: Retirada das pás do ventilador 67 Edmilson Virgílio Jorge Mussa E de seguida, fez-se a colocação do novo motor, conexão do motor, encaixe da pa no veio do motor e colocação da grelha. Figura 29: Conexões do motor no ventilador 68 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Conclusões A teoria e a prática são essencialmente bons ingredientes para um conhecimento coeso e fiável, o qual tive a oportunidade grande de confirmar durante estes 3 meses no DEP. Com ajuda de técnicos e o Engenheiro, pude de certa forma me elevar para um outro nível de pesquisa, analise e contextualização científica. Pude também com a prática, observar pequenos detalhes, os quais dificilmente são mencionados nos estudos teóricos e que apresentam grande importância para continuação de um sistema elétrico de potência. Outro fator importante o qual tive a oportunidade de seguir foi: safety first. A não observação deste ponto, para uma empresa como a Eletricidade de Moçambique, EP. pode resultar em consequências para o operador tanto como para empresa grandes perdas num contexto generalizado e para vida humana principalmente, a perda de vida. Entretanto, os técnicos do DEP, atenciosos, sempre me mantiveram em alerta para sempre observar este ponto para que o tempo que por la passei fosse de bom agrado para as duas partes. O DEP é um departamento o qual tive a oportunidade de conhecer equipamentos de grande importância num SEP, e ficar em contacto com estes equipamentos no dia-a-dia trouxe melhor perceção quanto a sua construção, composição, princípios de funcionamento, manutibilidade, riscos de má operação, testes e leitura de dados. Como conhecimento pratico já sou capaz de fazer testes de rigidez dielétrica, análise de gases, utilização de Megger para medidas de resistência de isolamento, caixas terminais para 66kV, substituição de disjuntores HD4, identificar palmas para terminais de equipamentos de potência em subestação. Se um dia for a participar na construção de uma subestação elétrica certamente me apoiarei nos conhecimentos os quais tive a oportunidade de colher enquanto estagiário do DEP. 69 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Bibliografia COUTO, D. (2015). Manutencao de Disjutores. Lisboa: Porto editora. eletrotecnicatrasse. (12 de Outubro de 2010). http://eletrotecnicatrasse.blogspot.com/2010/10/banco-de-baterias-e-retificadores. Obtido de http://eletrotecnicatrasse.blogspot.com: http://eletrotecnicatrasse.blogspot.com/2010/10/banco- de-baterias-e-retificadores.html Física, S. (12 de Janeiro de 2008). www.sofisica.com.br. Obtido em 08 de Dezembro de 2018, de https://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/InducaoMagnetica/transformadores.ph p: https://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/InducaoMagnetica/transformadores.ph p https://www.ebah.com.br. (s.d.). Obtido em 08 de Dezembro de 2018, de https://www.ebah.com.br: https://www.ebah.com.br/content/ABAAAAcT8AG/subestacao IFUSP, P. (22 de Dezembro de 2010). https://pt.wikipedia.org/wiki/Rigidez_dielétrica.Obtido em 5 de dezembro de 2018, de https://pt.wikipedia.org: https://pt.wikipedia.org/wiki/Rigidez_dielétrica KARDEC, A., & NASCIF, J. (1999). Manutencao Funçao estrategica. Rio de Janeiro: Qualitymark. KINDERMANN, G. (2005). Proteção de sistemas elétricos de potência (Vol. 2). Florianópolis: UFSC,. LACTEC. (2015). Transformadores. MCDONALD, J. D. (2012). Electric Power Substations Engineering. WEG. (2010). Manual de equipamentos eletricos - Transmissao e distribuicao. Sao Paulo: Sao Paulo . Wikipédia. (08 de Janeiro de 2012). https://pt.wikipedia.org/wiki/Transformador. Obtido em 06 de Dezembro de 2018, de Wikipédia, a enciclopédia livre.: https://pt.wikipedia.org/wiki/Transformador 70 Edmilson Virgílio Jorge Mussa ANEXOS Reator Shunt na subestacao de chibata Grupo gerador da central da chicamba 71 Edmilson Virgílio Jorge Mussa Lavagem e colocação de massa de contacto de seccionador na subestacao da cidade de Tete Índice de tabelas Índice de figuras Abreviaturas 2. Introdução Apresentação da empresa 3. Objetivos Importância do trabalho desenvolvido Introdução do trabalho 4. Revisão bibliográfica 4.1 Subestações Elétricas 4.1.1 Classificação das subestações 4.2 Localização das subestações 4.2.1 Equipamentos de uma subestação 4.3 Barramentos 4.4 Disjuntores 4.4.1 Disjuntores a sopro magnético 4.4.2 Disjuntor a óleo 4.4.3 Disjuntores a vácuo 4.4.4 Disjuntores a ar comprimido 4.4.5 Disjuntores a gás SF6 4.5 Seccionadores 4.6 Transformadores 4.6.1 Tipos de transformadores 4.7 Componentes de um transformador de potência 4.7.1 Buchas 4.7.2 Preservação do sistema de óleo 4.7.3 Sistemas de resfriamento 4.7.4 Vedações 4.7.5 Medidores, indicadores e reles 4.7.6 Rele detetor de gás tipo Buchholz 4.7.7 Dispositivo de Alívio de Pressão 4.7.8 Armário de controlo 4.7.9 Transformadores de corrente 4.7.10 Comutadores de Derivação em Carga 4.7.11 Parte ativa do transformador 4.7.12 Óleo isolante 4.8 Pára-raios 4.8.1 Desempenho dos para-raios instalados em subestações 4.8.2 Critérios para a seleção e aplicação dos para-raios para subestações 4.9 Isoladores 4.10 Condutores de alta tensão 4.11 Tipos de manutenção 4.11.1 Processos de manutenção 5. ATIVIDADES 5.1 Dia de atividade 1 – Cromatografia gasoso 5.2 Correção de gás SF6 nos disjuntores 5.3 Inspeção de gás nas subestações dia 14.11.19 5.4 IN AND OUT 5.4.1 Trabalho em caixas terminais para SE-Chimoio 2 como backup a linha de 66kV 5.4.2 Montagem de seccionador 5.4.3 Fixação do para-raio do lado out do projeto in and out na SE – Chimoio 2 5.4.4 Barramentos de ligação de equipamentos de potência no in and out 5.5 Atividade – Inspeção de celas na SE – Gondola 5.6 Atividade – instalação de mecanismo de operação no grupo 5 da SE – Mavuzi 5.7 Instalação de Transformadores de Corrente na subestação de Tete 5.8 Instalação de uma mini subestação abaixadora na cidade de Tete 5.9 Atividade – ventiladores na SE – Chibata Conclusões Bibliografia ANEXOS