GERÊNCIA DE ENGENHARIA OPERACIONAL E UTILIDADES

PARECER TÉCNICO

DATA: 26/07/2006

FOLHA : 01 /02

REVISÃO: A

2014

Sistema de Alimentação – Cabos Elétricos

Diagnóstico de Falhas Parecer Técnico

Engenharia de Manutenção Elétrica Manutenção Central

PARECER TÉCNICO

DATA: 17/01/2014

FOLHA : 01 / 07

REVISÃO:

EMITENTE:

Alexandre Grossi

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Escopo Analisar, identificar e determinar possíveis falhas nos cabos elétricos através de medições On-line de descargas parciais realizadas em correspondência aos circuitos EV1, EV2, EV3, EV4, EV5 e EV6.

Introdução Este parecer visa apresentar o trabalho de diagnostico e posterior plano de manutenção preventiva dos cabos de energia em média tensão (4,16 KV) na Aciaria, através do método de descargas parciais. O diagnóstico realizado foi o subsídio necessário para o conhecimento do estado atual dos circuitos e elaboração de planos de manutenção. As medições de Descargas Parciais – DP (PD - do inglês Partial Discharges) são testes realizados em diferentes tipos de equipamentos elétricos, como cabos, geradores, motores, a fim de avaliar o estado do sistema isolante. Estas medições permitem detectar a presença de defeitos devidos tanto a um processo de degradação como a imperfeições na fabricação do sistema isolante. Em comparação a outros testes dielétricos (isto é, a medição do fator de dissipação ou resistência de isolamento) o caráter diferenciador das medições de descargas parciais é a localização de pontos de degradação do sistema de isolação avaliado.

Recomendações O diagnóstico é resumido por meio de uma lógica de semáforo

Onde o sistema é livre de descargas parciais (Alarme Verde), sugere-se repetir as medições após um ano a fim de se verificar o estado geral do sistema e se observar a possível presença de novos fenômenos de descargas parciais. Onde descargas parciais foram detectadas (alarme amarelo), recomenda-se repetir as medições dentro de um intervalo de 06 meses a fim de se avaliar a amplitude e taxa de repetição das tendências das atividades de DP e planejar uma manutenção baseada na condição (Condition Based Maintenance). Nos circuitos alimentadores EV1, EV2 foram detectadas descargas corona e distúrbios com alta amplitude. Sugere-se estender as medições aos demais circuitos e cubículos destes alimentadores a fim de se localizar a origem dos fenômenos.

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DATA: 17/01/2014

FOLHA : 02 / 07

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Alexandre Grossi

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Nos circuitos alimentadores da Sala Elétrica 1 – EV1, EV2 e EV3 recomenda-se a realização de ensaio off-line complementar, em que cada cabo pode ser testado individualmente e verificadas as tensões de início e extinção das descargas (PDIV e PDEV), caso existam. No alimentador EV2 sugere-se inspecionar a emenda existente na fase R e também verificar a continuidade da blindagem metálica do cabo.

Características da Técnica proposta Descarga parcial é uma descarga elétrica que ocorre numa região do espaço sujeita a um campo elétrico, cujo caminho condutor formado pela descarga não une os dois eletrodos de forma completa. Podem ser classificadas como: PD interna, PD superficial ou PD corona. No processo de fabricação de um cabo, o aparecimento de bolhas ou vazios se dá por causas distintas, que dependem da natureza do material na maioria dos casos. Para o caso dos termoplásticos sua falha pode ocorrer na presença de ar no processo de injeção do polímero. Já nos termofixos a falha se justifica no processo químico de cura do elemento isolante. Em ambos os casos o surgimento destas falhas ou bolhas leva a uma baixa rigidez dielétrica neste ponto localizado, permite uma acentuada solicitação elétrica, levando a sua ruptura por estresse elétrico. Como todo o cabo está submetido ao mesmo gradiente de tensão da isolação, neste ponto localizado surge uma descarga elétrica denominada descarga parcial (PD - do inglês Partial Discharges). Em comparação a outros testes dielétricos (isto é, a medição do fator de dissipação ou resistência de isolamento) o caráter diferenciador das medições de descargas parciais é a localização de pontos localizados de degradação do sistema de isolação avaliado. A identificação de defeitos é realizada por um sistema de inferência fuzzy que processa os marcadores para estimar a natureza do defeito subjacente. Este reconhece defeitos pertencentes à macro-categorias, como DP interna, DP superficial e DP corona. A opção da técnica de descargas parciais é um indicativo de intervenção através de uma manutenção baseada na condição. Sendo assim a análise dos resultados amarelos faz-se através de uma tendência da evolução da DP. Neste caso é necessário realizar uma segunda medição para avaliar a Tendência ou Taxa de Incremento da DP. Esta tendência deve ser analisar de acordo com a figura 1.

Figura 1: Avaliação de tendências após segunda medição

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Desenvolvimento A rede de alimentação analisada encontra-se situada na empresa, ramo siderúrgico, mais precisamente na Aciaria. É nesta etapa do processo onde ocorre o refinamento do gusa, e conseguinte a obtenção do aço. Seu sistema elétrico analisado é composto de 6 painéis de média tensão divididos em EV1, EV2, EV3, EV4, EV5 e EV6 com tensão e freqüências nominais em 4,16kV e 60Hz. A este sistema temos cargas como lingotamentos, responsáveis pela solidificação do aço; pontes rolantes, para transporte de cargas líquidas; convertedores, formados por fornos refratários responsáveis pela transformação do gusa em aço; além de cargas de iluminação, no-breaks, fornos-panela, máquinas de solda entre outros. O trabalho foi executado através da técnica online em agosto de 2013. Optou-se por esta ferramenta devido à ausência de um sinal externo necessário a aplicação da técnica offline. Para o caso em questão seria necessária uma fonte externa de potência adequada para geração de um sinal oriundo desta fonte. Os cabos de alimentação dos painéis e suas características são apresentados na tabela 1. Na maioria deles sua vida útil estimada gira em torno de 27 anos, evidenciando assim início de depreciação do mesmo.

Tab. 1: Características elétricas dos cabos

Os cabos analisados foram os responsáveis pela alimentação de cada painel sem levar em contar os cabos de interligação. A justificativa é que os cabos de interligação não são solicitados com freqüência, não sofrendo, portanto situações de estresse que levariam a falhas por DP’s Os diagramas esquemáticos dos alimentadores para cada circuito testado estão representados no diagrama 1. Aqui está sendo representado somente o EV1, mas os demais seguem a mesma configuração.

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Alexandre Grossi

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Diagrama 1: diagrama de montagem EV1, em carga

Os resultados conclusivos das medições são apresentados na tabela 2. Em um dado momento do ensaio foi detectado a presença de uma descarga interna existente no alimentador EV2, Fase T, cabo T3 mais precisamente próximo a uma emenda do cabo. Este resultado pode ser observado na tabela 3.

Tab.2: Resultados conclusivos

Tab.3: Resultados conclusivos – presença de DP’s internas no alimentador EV2

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Alexandre Grossi

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A presença das DP pode ser observada nos gráficos da figura 2.

Figura 2: Análise dos dados referente à Fase T – EV2 – cabo 1, Descargas internas.

Notou-se ainda a presença de descargas corona. Essas normalmente surgem por fontes externas como equipamentos adjacentes como motores, painéis, disjuntores entre outros. Estas observações são detalhadas na tabela 4 e na figura 3 (referência).

Tab.4: Resultados conclusivos – presença de DP’s corona nos alimentados EV1 e EV2

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Alexandre Grossi

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Figura 3: Análise dos dados referente à Fase T – EV1 – cabo 2, Descargas corona.

Conclusões Até o momento dentro da planta a única referência que a gestão de manutenção dispunha para análise dos riscos operacionais junto às falhas em cabos elétricos seria a técnica de medição de isolação. Por não ser uma técnica baseada em condição e também não conclusiva, várias falhas são detectadas ao longo do tempo. Com a aplicação da técnica foi possível predizer ações futuras para os cabos e assim elaborarmos os planos de manutenção baseados em sua condição (planos CBM). Com isso o maior ganho foi a possibilidade de mitigar o risco de falhas no cabo. Outro ganho observado é a possibilidade de criação de rotas de manutenção, pois á técnica permite ser realizada com equipamento energizado. Ainda, com os resultados encontrados foi disponibilizado aquisição do equipamento. Dentro do conceito de sinergia é possível atendimento as demais empresas do grupo e uma maior integração da técnica.