Contextualização das linhas de transmissão
No Brasil, as linhas de transmissão percorrem grandes distâncias devido à localização das usinas hidrelétricas, que geralmente estão distantes dos centros de consumo. Essa extensa rede de transmissão resulta em uma interligação quase total em todo o território do país. O Sistema Interligado Nacional (SIN), coordenado e controlado pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), é responsável por cerca de 95% do fornecimento de energia.
Elas operam em faixas de tensão que variam de 138 kV a 750 kV, incluindo os valores de 230 kV, 345 kV, 440 kV e 500 kV, predominantemente utilizando corrente alternada. Além disso, existem níveis de 600 kV a 800 kV transmitidos em corrente contínua, conhecidos como HVDC (corrente contínua de alta tensão).
A fim de evitar o risco de contato elétrico com a vegetação, animais ou quaisquer outros elementos presentes na região, os componentes dessas linhas, como torres e cabos aéreos, devem ser mantidos a uma distância segura do solo. Essa medida depende das características do local de instalação das estruturas.
Além disso, essas estruturas devem ser projetadas para suportar condições climáticas adversas, como chuvas intensas, ventos fortes e descargas atmosféricas. A falha desses sistemas pode acarretar significativos impactos econômicos e humanitários, uma vez que a transmissão de energia é responsável por fornecer eletricidade a cidades e até mesmo a estados inteiros.
Componentes de uma linha de transmissão
Os componentes principais de uma linha de transmissão são:
1. Torres de Transmissão: Elas sustentam os cabos condutores da linha de transmissão em uma altura adequada.
2. Cabos Condutores: São os condutores responsáveis por transportar a corrente elétrica ao longo da linha de transmissão.
3. Isoladores: Isolam eletricamente os cabos condutores das torres de transmissão.
4. Conectores e Terminações: Fazem a conexão dos cabos condutores nas torres e equipamentos elétricos.
5. Dispositivos de Proteção: Protegem a linha de transmissão contra surtos de tensão, como para-raios.
6. Acessórios e Equipamentos Auxiliares: Incluem espaçadores, isoladores de suspensão, dispositivos de controle e monitoramento, cabos de aterramento, entre outros.
Esses componentes trabalham juntos para garantir a transmissão eficiente e confiável de energia elétrica ao longo da linha de transmissão, desde a geração até o ponto de consumo.
A importância dos isoladores em uma linha de transmissão
Os isoladores têm o dever de suportar os cabos na torre evitando a dissipação de energia através da estrutura.
Eles representam uma parcela crítica dos sistemas de transmissão de energia, a falha desse sistema pode representar perdas na confiabilidade, estabilidade e qualidade da energia. Causando problemas a consumidores e concessionárias.
Devido as intemperes do ambiente, que pode variar conforme o clima, localidade da linha, poluição, e grau de envelhecimento dos materiais, podem surgir faixas secas na presença de umidade, provocando a degradação do material superficial e causando as descargas parciais (DPs).
Quando em operação, os isoladores de alta tensão sofrem todos os tipos de deposição de poluição em sua superfície. Essa poluição, quando na presença de umidade, pode formar uma camada condutora na superfície do isolante, causando um aumento da corrente de fuga.
Em cidades litorâneas, por exemplo, os isoladores são submetidos a uma forte deposição de sal devido à névoa salina e, durante os meses de pouca chuva, essa poluição salina é intensificada, pois a chuva ajuda a lavar naturalmente a superfície dos isoladores.
Descargas parciais e seus efeitos
Descargas parciais são pequenos rompimentos do isolamento elétrico locais periódicas em materiais dielétricos, sejam eles sólidos, líquidos ou gasosos, ou seja, pequenos rompimentos do isolamento temporal. Podendo ser do tipo externo, interno ou superficial.
As DPs ocorrem na presença de alta tensão conectando parcialmente dois eletrodos e podem ocorrer, por exemplo, em bolhas de óleo isoladores, quando internas, ou até mesmo em superfícies externas em projeções angulares, ou pontiagudas ao logo da superfície do material isolador.
Ao longo do tempo as descargas parciais podem levar a falhas, curto circuitos e até mesmo incêndios, devido à falta de rastreio falhas, monitoramento dos ativos e manutenção preventiva.
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Como identificar falhas em isoladores nas linhas de transmissão?
Os componentes afetados precisam ser analisados cuidadosamente para assegurar que as descargas parciais não causam mais danos ou até mesmo a destruição completa do equipamento de alta tensão.
A integridade do isolamento de equipamento de alta tensão deve ser confirmada por análises de DPs durante a sua fabricação, seu comissionamento e durante seu tempo de vida para que ele esteja em boas condições e seja seguro para operar.
A falha nos isoladores pode levar ao colapso mecânico da cadeia e a perda de sua característica dielétrica, levando a interrupção do transporte de energia, assim o correto funcionamento das cadeias de isoladores é de suma importância para o sistema elétrico.
Tecnologias para detecção de falhas em Isoladores
Atualmente, são utilizados quatro tipos de tecnologias para a avaliação do estado da cadeia de isoladores, sendo elas:
- Emissão de ondas de rádio frequência (RF);
- Emissão de ultrassom;
- Termografia;
- Emissão de luz ultravioleta
A inspeção por rádio frequência (RF) é realizada em conjunto com o método acústico, uma vez que essa técnica não consegue identificar o ponto exato de falha. Dessa maneira, o método por rádio frequência é usado para a identificar a cadeia com falha e a emissão por ultrassom identifica o isolador em falha.
A emissão de ultrassom é a mais utilizada para a inspeção da cadeia de isoladores. Através, normalmente, de uma antena é realizada a detecção de ruídos advindos das descargas parciais. Logo, para o uso dessa técnica deve-se considerar o ruído do ambiente, para a aplicação em campo a umidade deve ser inferior a 65% e a máxima velocidade do vento é de 5 m/s.
Os isoladores possuem temperaturas específicas de operação, uma das técnicas utilizadas para diagnóstico em isoladores é a termografia, capaz de indicar temperaturas anormais em sua estrutura operação. Esse método não é indicado para isoladores cerâmicos, uma vez que a diferença de um isolador em bom estado e um curto-circuitado é da ordem de 0,4 °C, não sendo um bom parâmetro para comparação.
A termografia é recomendada para isoladores poliméricos, pois na presença de falha haverá trilhamento (fenômeno não presente em isoladores cerâmicos). O trilhamento leva ao aquecimento da estrutura desse isolador, facilitando a leitura e identificação dos pontos quentes pelo termovisor.
O método de emissão de luz ultravioleta, é o mais assertivo e também o mais caro. Esta tecnologia utiliza a superposição de imagens, uma convencional tirada por uma câmera de alta resolução e outra imagem com pontos brancos, aos quais são referentes às fontes ultravioleta, indicando qual isolador está em falha.
A norma aplicada à isoladores utulizados em linhas de transmissão
A norma NBR 5032:2004 é aplicável aos isoladores de porcelana ou vidro utilizados em linhas aéreas de sistemas elétricos de potência em corrente alternada, operando com tensões acima de 1000 V e frequência abaixo de 100 Hz.
Essa norma estabelece os requisitos técnicos e ensaios necessários para garantir o desempenho e a qualidade desses isoladores, visando a segurança e o funcionamento adequado das linhas de transmissão elétrica.
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