Ambiente de Simulação Virtual paraCapacitação e Treinamento na Manutenção de

Disjuntores de Subestações de EnergiaElétrica

Prof. Dr. Lineu Belico dos Reis Eng. José Flávio SilvaEPUSP CTEEP

Resumo: O informe técnico apresenta a possibilidade deaplicação da técnica de simulação em realidade virtual notreinamento de equipes de manutenção de uma empresade transmissão de energia elétrica manutenção.

Palavras-chave: Simulação Virtual; Disjuntor;Manutenção.

I. INTRODUÇÃO

O projeto �Ambiente de Simulação Virtual paraCapacitação e Treinamento na Manutenção deDisjuntores de Subestações de Energia Elétrica�,desenvolvido pela CTEEP e a FUSP no âmbito dosprogramas de P&D do setor elétrico brasileiro, ciclo2003, teve como objetivos principais:

- Desenvolver um sistema de simulação ecapacitação de manutenção na área de transmissãode energia elétrica, alicerçado na utilização detécnicas de Inteligência Artificial e RealidadeVirtual. Nesse caos, um sistema de manutenção dedisjuntores.

- Implementar um sistema Piloto, na Caverna Virtualda Universidade de São Paulo, para utilização dosistema desenvolvido, num ambiente interativoonde há representação das atividades demanutenção.

Para atendimento destes objetivos foram desenvolvidasas seguintes atividades principais:

- Levantamento do Estado da Arte da manutenção naCTEEP;

- Levantamento do Estado da Arte das Interfaces daOperação com a Manutenção na CTEEP;

- Especificação das Funções a Serem Simuladas;- Especificação do sistema modelado no ambiente de

realidade virtual;- Desenvolvimento do sistema especialista para

avaliação do processo de treinamento;- Implementação do modelo no ambiente de

realidade virtual.

Essas atividades, assim como considerações gerais deinteresse sobre o projeto e as principais conclusões erecomendações são apresentadas a seguir.

II. LEVANTAMENTO DO ESTADO DA ARTE DAMANUTENÇÃO NA CTEEP

O levantamento do Estado da Arte foi efetuado comvistas a estabelecer uma base de dados e informaçõespara o projeto de simulação em realidade virtual e , aomesmo tempo, servir de referência para integrar aequipe envolvida no projeto, caracterizada porprofissionais de áreas bem heterogêneas: sistemas depotência e modelagem em realidade virtual.

Foi levantado inicialmente o cenário geral demanutenção de linhas de transmissão, com foco naspráticas da CTEEP e, em seguida, particularmente amanutenção do disjuntor Delle Alsthom tipo PK.

O referido disjuntor foi escolhido como resultado decurso e "workshops", ocorridos em 2002, dos quaisparticiparam especialistas da USP e engenheiros etécnicos da CTEEP. Nestes eventos foram discutidas asdiversas possibilidades e alternativas de utilização daRealidade Virtual para Capacitação e Treinamento emSistemas de Transmissão. Embora alternativasinteressantes, não só na área de Manutenção, tambémtivessem sido aventadas, acabou-se por eleger amanutenção de disjuntores como um tema maisadequado para início de desenvolvimento desta novaaplicação tecnológica, com base em diversosargumentos, dentre os quais a simplicidade desimulação, o número de ocorrência de trabalhos destetipo no dia a dia da empresa, e até mesmo a maiorfacilidade para desenvolvimento de um sistemaespecialista de avaliação do treinamento. Foi definidoque o projeto seria dirigido para Manutenção Preventivado disjuntor Delle Alsthom Tipo PK, que é aqueleexistente em maior número na empresa e que requertrabalhos de manutenção preventiva praticamente otempo todo, incluindo atividades no campo (subestações ) e em laboratório.

Com base na análise efetuada dos documentos emanuais coletados foi possível, então, elaborar odiagrama de blocos apresentado a seguir, contendo osprincipais conjuntos de atividades do processo demanutenção preventiva do disjuntor Delle AlsthomTipo PK e que serviu como árvore básica para o "storyboard "para modelagem na realidade virtual e sistemaespecialista.

III. LEVANTAMENTO DO ESTADO DA ARTEDAS INTERFACES DA OPERAÇÃO COM A

MANUTENÇÃO NA CTEEP

Neste levantamento foram enfocados os procedimentosoperacionais associados à execução adequada dostrabalhos de manutenção.

Foi efetuado breve reconhecimento dos centros deoperação e alistados os documentos de controle,delineando assim, os procedimentos operacionais aosquais as equipes de manutenção deverão se ajustar parater acesso e trabalhar nos equipamentos com a devidasegurança.

Estes procedimentos são parte importante do processode capacitação e treinamento de equipes demanutenção. Embora possam ser de grande importânciaem outros projetos de simulação em Realidade Virtual,

neste projeto sua influência no modelo se deu apenasatravés da ação final de abertura das chaves, isolando oequipamento para manutenção.

IV. ESPECIFICAÇÃO DAS FUNÇÕES A SEREMSIMULADAS

Esta especificação envolveu a análise das funçõesenvolvidas no processo de manutenção do disjuntor,tanto no campo, quanto na oficina, para escolhadaquelas que deveriam ser simuladas no modelo virtual.

A partir desta escolha foram especificadas ascaracterísticas básicas e estabelecidos os recursos esistemas da modelagem na realidade virtual.

As funções escolhidas constam do diagrama doProcesso de Manutenção dos Disjuntores PK,apresentado anteriormente e compreendem: a) nocampo: desligamento do circuito e

Solicitação ao ONS pra Desligamento doCircuito do Disjuntor PK

Programação de manutenção dosDisjuntores PK

Liberação para Desligamento do Disjuntor

Desligamento do Circuitoe Retirada, Testes deCampo e Desmontagemdo Disjuntor. Teste eMontagem do Disjuntor

Transporte para a Oficinaem AcondicionamentoAdequado

Inspeção e Manutençãodo Disjuntor na OficinaTempo

Transporte para a SubestaçãoOficina em AcondicionamentoAdequado

Desligamento do Circuito e Retirada, Testes de Campo e Desmontagem doDisjuntor Substituto. Teste e Montagem do DisjuntorTempo -

Solicitação ao ONS praDesligamento do Circuito doDisjuntor PK

Programação de manutenção dosDisjuntores PK

Figura 1 - Fluxograma do Processo de Manutenção dos

Disjuntores PK

retirada, testes de campo e desmontagem do disjuntor,assim como teste e montagem do disjuntor substituto; b)na oficina: inspeção e manutenção do disjuntor.

Na modelagem de campo o sistema permite visualizaruma subestação com os disjuntores e interagir com oprocesso de desmontagem do equipamento passo apasso e também do processo de montagem doequipamento substituto. É possível visualizar de modointerativo os procedimentos necessários para iniciar adesmontagem e os análogos para a montagem doequipamento substituto.

Na modelagem da oficina o sistema permitevisualização do processo de desmontagem de um sub-sistema especifico do disjuntor, a válvula de abertura,de maneira interativa. Também é possível acompanharde maneira interativa a remontagem deste sub-sistemado disjuntor.

O processo de implementação das funções na realidadevirtual pode ser dividido em duas categorias, sendo umacategoria de implementações a respeito doprocedimento lógico (procedimento de operação) eoutra a respeito de implementações do procedimentomecânico (funcionamento do disjuntor/encaixe depeças). descritas a seguir.

A implementação lógica diz respeito ao procedimentológico de operação para o trabalho nas redes. Elaconsiste em três etapas: a) desmontagem do disjuntor nocampo, b) remontagem (ou substituição) do disjuntor ec) procedimento de manutenção em oficina. Tais etapassão definidas através de uma lógica de funcionamentode uma rede elétrica e da estrutura do disjuntor. Suaviabilização se deu através da codificação deverificação dos processos através de uma linguagem descripting, cujo sistema foi acoplado ao sistema devisualização, o que permite flexibilidade em possíveis

correções e na extensão do sistema de maneira aaumentar suas funcionalidades. Além do sistema decontrole lógico por meio de linguagens de scripting, oprocesso lógico necessita de interação com os objetosvirtuais.

A implementação mecânica diz respeito à simulaçãofísica de desmontagem e montagem do disjuntor etambém do funcionamento mecânico do disjuntor parafins de teste. Esse procedimento tem os seguintesprocedimentos básicos: determinação posicional e deorientação; determinação de graus de liberdade;limitação de graus de liberdade e sistema devisualização.

Os recursos utilizados foram: Renderizador: Jynx;Sistema Operacional: Linux; Agregado deComputadores (Clusters); Biblioteca Gráfica: OpenGL;Linguagem de Programação: C/C++; Linguagem deScripting: Lua; Representação de dados: X3D

A metodologia incluiu modelagem: UML e modelo:Espiral

A interação é realizada através de um objeto do tipo�apontador�, onde o usuário aponta para o objeto arealizar a ação e, ao pressionar um botão, engatilha omecanismo de verificação lógica da aplicação.Extensões para utilização de luvas ou dispositivos maissofisticados serão adicionadas futuramente.

V. ESPECIFICAÇÃO DO SISTEMA MODELADONO AMBIENTE DE REALIDADE VIRTUAL

Esta especificação constou do detalhamento, em termosde filmagens, fotos, desenhos, guias e manuais deprocedimento e processos de treinamento e capacitação,das funções escolhidas para simulação no ambiente derealidade virtual.

De certa forma, essa especificação estabelece os passos,enfatiza os detalhes e orienta, passo a passo, a

construção do modelo.

Neste projeto, ela foi elaborada com base nos resultadosdas atividades anteriores e interação entre as equipes daCTEEP e da FUSP e se encontram consubstanciadas nosistema implementado, o qual é descrito mais adiante.

VI. DESENVOLVIMENTO DO SISTEMAESPECIALISTA PARA AVALIAÇÃO DO

PROCESSO DE TREINAMENTO

A figura abaixo mostra um diagrama esquemático deum sistema especialista.

Nesta estrutura aparecem as duas interfaces homemmáquina, IHM, cujo desenvolvimento é fundamentalpara esse projeto.

A primeira IHM se refere à própria caverna virtual, edeve ter a capacidade de traduzir em informaçõesadequadas à Máquina de Inferência, as respostas(quaisquer sejam seus tipos: oral, posicional, etc.) dousuário aos estímulos recebidos nas interações com omodelo virtual simulado. No caso de aplicação desistemas especialistas para monitorar e avaliar umprocesso de aprendizado utilizando ferramentas deRealidade Virtual é necessário que a alimentação dosdados seja feita pelo próprio sistema de realidade virtualou através de um software que extrai todas atividadesinterativas feitas pelo treinando no ambiente virtual, ouseja, todos os procedimentos interativos entre o usuárioe os objetos modelados virtualmente, no caso doprojeto, com o disjuntor como um todo ou com partes

Figura 2 � Diagrama Esquemático de um Sistema Especialista Típico

Memóriaauxiliar

Máquina deinferência

Base de Conhecimento( regras e fatos)

UsuárioEngenheiro deConhecimento

Explanação

IHMIHM

deste disjuntor (sub-conjuntos, peças, etc). Nesseprojeto, o software de Realidade Virtual utilizado foielaborado com a possibilidade de criar um arquivo deLog com todas as atividades realizadas em um formatolegível por um software de sistemas especialistas.

Assim, o módulo de interação com o usuário, mostradona figura, será substituído por um módulo que importaum arquivo em um formato específico do software deRealidade Virtual com a seqüência de interações dotreinando com os objetos virtuais modelados. Em umaprimeira implementação esta alimentação do sistemaespecialista deverá ser feita manualmente.

A outra interface homem máquina, IHM, entre oengenheiro e a base do conhecimento, no projeto,constituiu-se dos diversos manuais e práticas detreinamento e capacitação utilizados na empresa. EssaIHM permitirá a verificação do acerto ou não dequalquer ação do treinando, em função da solicitaçãoefetuada pelo sistema de realidade virtual.

O sistema especialista no caso do projeto, utilizando oarquivo criado pelo modelo de realidade virtual e a basede conhecimento da CTEEP, é capaz de verificar se aseqüência de atividades realizada para a desmontagem ea montagem do disjuntor em campo foi realizadacorretamente e se a desmontagem e montagem daválvula de abertura foi executada corretamente noambiente da oficina. A resposta do sistema é umasinalização se o treinando realizou corretamente aseqüência das operações ou não. Se não realizou,sinaliza onde ocorreu ou ocorreram os erros.

VII. Implementação do modelo no ambiente derealidade virtual.

Nafigura 3 é mostrada uma vista frontal do conjunto de

disjuntores na Subestação

Figura 3 - Figura com o conjunto de disjuntores na SE

A figura 4 mostra o disjuntor parcialmente desmontadono campo.

Figura 4 - Figura com o conjunto de disjuntores naSE parcialmente desmontados

A figura 5 mostra os conectores dos disjuntores abertos.

Figura 5 - Conjunto de conectores dos disjuntoresabertos

VIII. CONSIDERAÇÕES GERAIS,CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES.

Este projeto, por ser inovador em termos de utilizaçãoda tecnologia de ponta da realidade virtual em sistemasde potência, tanto nacional como internacionalmente,apresentou uma série de dificuldades na sua execução,como por exemplo:

- Demanda maior de tempo, com relação ao previsto,para integração da equipe multidisciplinar,principalmente quanto à falta de experiência da equipede modelagem e desenvolvimento (engenheiros etécnicos de desenvolvimento de softwares) com o setorde Energia, mas também quanto à falta de experiênciado pessoal do setor de energia com os softwares deRealidade Virtual, os quais são mais complexos do queaqueles usuais no Setor;- Necessidade de delimitação das funções a seremsimuladas, pois a manutenção de disjuntores como umtodo se mostrou bastante complexa para essa primeiraaplicação de Realidade Virtual. O disjuntor se compõede muitos sub-sistemas e peças, o que dificulta amodelagem e a parte de interação e animação;- Dificuldades de modelagem mais detalhada dainteração (ferramentas e procedimentos) com as peças ecomponentes do disjuntor, que também se refletiu em

dificuldades de estabelecer os limites de modelagem,num cenário de macro e micro procedimentos.

Apesar destas dificuldades, no entanto, o projeto foiajustado e acabou num bom termo, embora algunsmenores ajustes e aperfeiçoamentos tivessem que seradiados para implementação durante a futura utilizaçãono processo de capacitação e treinamento deprofissionais da CTEEP.

IX. BIBLIOGRAFIA

[1] CESP - Manutenção de Disjuntor Delle AlsthomTipo PK �Instrução TM/026/79 - 1979[2]Silva, José Flavio � CTEEP � Disjuntores de AltaTensão e Extra-Alta Tensão � Relatório para RevisãoGeral no Campo � Divisão de Subestações � 2003.[3] Silva, José Flavio � CTEEP � Disjuntores de AltaTensão e Extra-Alta Tensão � Relatório para RevisãoGeral em Duplas Câmaras em Oficina � Divisão deSubestações � 2003.[4] EPTE - Procedimentos Básicos para Impedimentode Equipamentos ou Instalações para Execução deServiços - Instrução IO/TO/103 � 2001.[5] EPTE - Segurança do Trabalho em Instalações doSistema - Instrução IO/TO/104 � 2001[6] CESP - Manutenção do Disjuntor PK da DelleAlsthom - Instrução TR 064/97 � 1997[7] Rocha da Silva, Vera Cristina; "Planejamento doSistema de Gestão Ambiental de Linhas de TransmissãoAéreas Localizadas em Área Serrana com Unidade deConservação", Tese de Doutoramento, EPUSP, 2002[8] CTEEP/FUSP � Plano de Trabalho do projeto deP&D: "Ambiente de Simulação Virtual paraCapacitação e Treinamento na Manutenção deDisjuntores de Subestações de Energia Elétrica ", Ciclo2002/2003