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7/25/2019 Artigo_TCC_CamilaGuedes.doc

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Monitoramento de isoladores polimricos de 230 kV pela medio de

radiao UV e a lgica Fuzzy

Camila Pires Gouveia Guedes camilapgguedes!gmail"com

M#$ em Pro%eto& '(ecuo e Controle de 'ngen)aria 'ltrica* +P,G

-oo Pessoa& P#& 0. de outu/ro de 201"

esumoO objetivo deste trabalho propor uma tcnica que auxilie na manuteno de isoladores

polimricos, possibilitando a indicao do seu estado de degradao em operao, de modo a se

determinar o momento mais adequado para realizao de intervenes (trocas) e,

consequentemente, contribuir para o aumento contnuo dos ndices de servio das linhas de

transmisso! tcnica se baseia na an"lise da radiao ultravioleta (#$) emitida por isoladores

ensaiados% &oram utilizados isoladores polimricos de ' *$ com di+erentes nveis de

degradao como objetos de teste% !s imagens #$ obtidas durante os ensaios +oram submetidas auma tcnica de processamento de imagens, de modo a minimizar os rudos existentes% iante dos

resultados obtidos, +oi proposto um sistema l-gico &uzz. para classi+icao do estado de

degradao dos isoladores polimricos a partir da medio da radiao #$ e a umidade relativa

do ar% ! tcnica se mostrou promissora no auxlio / tomada de decises quanto / necessidade de

interveno ou no ao equipamento inspecionado%

Palavras-chave0 1anuteno%2soladores polimricos% 3adiao #$% 4-gica &uzz..

" +ntroduo

Idealmente, o sistema eltrico de transmisso de energia deve operar de forma ininterrupta. Asociedade e as agncias reguladoras tm requerido das empresas geradoras, transmissoras edistribuidoras de energia uma alta confiabilidade nos servios prestados. Por outro lado, essasempresas lidam com prejuos financeiros e multas em casos de desligamentos no

programados de suas lin!as de transmisso ou descontos da parcela vari"vel, pois boa parte dasua lucratividade est" relacionada com a qualidade dos servios prestados.#s principais motivos para a ocorrncia de desligamentos no sistema eltrico esto associados$s fal!as ocasionadas nos isolamentos eltricos de modo geral. %specificamente, nos sistemasde transmisso, o isolamento eltrico feito, basicamente, utiliando isoladores.&istoricamente, as lin!as de transmisso tm empregado isoladores de porcelana e de vidro.'ontudo, nos (ltimos anos, o uso de isoladores polimricos tem crescido devido as suasvantagens apresentadas, dentre elas) peso reduido, maior !idrofobicidade superficial e maiorresistncia ao vandalismo. %ntretanto, os isoladores polimricos de alta tenso instalados ao arlivre, quando em operao, esto sujeitos $ ocorrncia das descargas corona. *ratam+se dedescargas que ocorrem em meio gasoso quando a intensidade de campo eltrico nas

proimidades do equipamento ecede a rigide dieltrica do ar e geram radiao ultravioleta-/0, calor e gases -o1nio e 2#30. Alm disso, combinadas com uma elevada umidade,geram "cido ntrico, capa de causar a deteriorao da superfcie do isolador.Assim, constatada a vulnerabilidade $s descargas corona e recon!ecida a sua import4ncia parao sistema eltrico, os isoladores requerem um cuidado especial. A5es de manuteno

preventiva como forma de antecipao a possveis fal!as so necess"rias. Alm disso,

desej"vel que a manuteno seja realiada atravs de mtodos no invasivos, permitindo suaaplicao durante o perodo de operao normal das lin!as ou das subesta5es, no !avendo
mailto:[email protected]:[email protected]


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necessidade de interrupo no fornecimento de energia eltrica para realiao de manutenoe nem interferncia no pr6prio sistema.%mpresas do setor eltrico tm buscado por tcnicas que possibilitem a indicao do estado dedegradao dos equipamentos em operao, de modo a se determinar o momento maisadequado para realiao de interven5es e, consequentemente, contribuir para o aumento

contnuo de seus ndices de servio. A manuteno de isoladores de alta tenso ainda realiada com a ausncia de critrios objetivos que orientem o inspetor de manuteno.Assim, a introduo de ferramentas confi"veis que possibilitem alertar o inspetor demanuteno quanto ao estado de degradao dos isolamentos representa uma ao estratgicaimportante para a garantia da operao normal do sistema eltrico.7esse modo, neste trabal!o, pretende+se desenvolver uma metodologia que permita auiliar amanuteno de isoladores polimricos, bem como, propor um sistema l6gico para odiagn6stico das condi5es operacionais dos isoladores presentes no sistema, como forma deantecipao a possveis fal!as ou vislumbre do tempo 6timo para a sua troca.

2" esenvolvimento

# isolamento das lin!as de transmisso e de distribuio areas feito, basicamente, pelo aratmosfrico e pelos isoladores. A funo do sistema de isolamento segregar "reas comdiferentes nveis de tenso, seja entre partes energiadas ou entre a parte energiada e a terra.#s isoladores presentes nas lin!as de transmisso possuem, alm da funo de isolamento,

propriedades mec4nicas que os permitem suportar os esforos produidos pelos condutores-peso e trao0, os efeitos da variao de temperatura, do curto+circuito e do vento. Assim, osisoladores esto associados ao nvel de segurana do sistema.Pesquisas realiadas por -8#2*I'%99I e :A;'IA, 3


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demandam bastante tempo, pois todos os sinais coletados no so analisados de uma maneiraautom"tica, viaso+t5are -A7A8I et al%, 3


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Figura 2 - Isolador polimricoConte) adaptado de ;odurfle -3


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Para se detectar a radiao ultravioleta emitida, o 7;/ usa uma c4mera do tipo 6harge6oupled evices -''70 intensificadora da imagem /. %sta c4mera equipada com umfiltro 6ptico, transmitindo somente na faia de bloqueio $ radiao solar, atravs da utiliaode um filtro especial que transparente para a faia de bloqueio $ radiao solar ecompletamente opaco para comprimentos de onda maiores. #s f6tons que so transmitidos

so contados pelo contador da c4mera e apresentados, estando em correlao com aintensidade de descargas corona medida.# canal de lu visvel eiste para facilitar a operao do equipamento, tendo em vista que asimagens provenientes do canal de lu ultravioleta so sobrepostas a esse canal. Possibilita+se,assim, determinar o ponto de emisso da radiao /.

2a Cigura D= ilustrado um diagrama esquem"tico com o princpio de funcionamento dodetector de corona. A imagem ultravioleta passa por um filtrode radiao solar de faia estreitae vai diretamente para o detector de ultravioleta, enquanto a imagem visvel refletida pelosespel!os %D e %3 e, finalmente, captada pela c4mera de vdeo convencional.

Figura 3 - Princpio de funcionamento do equipamento DRUConte) 9indner -3


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ponto de orval!o e presso vaporfica. A grandea mais con!ecida a umidade relativa,devido $ facilidade de obteno dos dados, alm de indicar o grau de saturao do ar-AO#A7%, DJJ>0. A umidade relativa do ar definida, ento, pela rao entre a quantidadede "gua presente no ar -umidade absoluta0 e a quantidade m"ima que poderia !aver namesma temperatura -A&;%2G, DJJD0.

#s isoladores eltricos do sistema de transmisso de energia esto susceptveis $s varia5es daumidade relativa do ar. 2o caso de absoro da umidade pelo isolamento, as propriedadesdieltricas do isolador podem ser alteradas, tais como a reduo da condutividade trmica,resistncia $ compresso, resistncia $ fleo e a resistncia $ trao. Alm disso, a umidadetem influncia direta no aumento da corrente superficial, na formao de bandas secas, naformao de "cidos e indiretamente na reduo da rigide dieltrica do ar -interface comoisolador+ar0 e, desse modo, elevados valores de umidade contribuem para a reduo da tensode disrupo dos isoladores.A condio atmosfrica de elevada umidade tambm intensifica a gerao de descargascorona e, consequentemente, contribui para a acelerao do efeito da degradao, emisoladores, pela radiao /. 'aso a umidade penetre no interior do isolador, pode+se

promover a formao de "cido ntrico -2#3 &3# Q &2#=0, resultante da combinao entre oo1nio, o nitrognio presente no ar e as gotculas de "gua. # "cido ntrico facilita a ocorrnciada fratura fr"gil, efeito j" apresentado neste trabal!o. %ntretanto, caso a concentrao de "cidontrico no seja to elevada, no causar" a fratura fr"gil, porm a umidade ir" se propagar pelon(cleo, provocando fal!as eltricas.-HA;;#G, 3


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Figura $ - Fotogra%a dos isoladores polimricos fornecidos pela &'()FConte) Pr6pria autora

#s isoladores possuem as mesmas configura5es) pesam B,B @g, medem 3, m decomprimento e possuem 3D aletas. Alm disso, podem suportar uma carga mec4nica de 333@2 e os seus terminais so do tipo conc!abola.

2"7" Mtodos

#s ensaios so realiados nas dependncias do 9aborat6rio de Alta *enso -9A*0, da

niversidade Cederal de 'ampina :rande -C':0. 7urante os ensaios, ser" utiliado umtransformador de alta tenso de > metros de altura do c!o,respeitando as limita5es impostas pelo ambiente dos ensaios. Alm disso, a lin!a detransmisso foi simulada utiliando um condutor circular met"lico com cm de di4metro ecom = metros de comprimento. %m suas etremidades, foram fiadas esferas ocas, com ointuito de suaviar o campo eltrico na regio, pois o elevado campo eltrico poderia incorrerno aparecimento de descargas corona que causariam interferncias nas medi5es de coronanos isoladores. 2a Cigura > so mostradas a msula, o condutor e as esferas.


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Figura * - Fotogra%a da montagem reali+ada para simular as condi,es de campoConte) Pr6pria autora

A medio das descargas corona nos isoladores polimricos ser" realiada utiliando umac4mera de deteco de radiao /, o 7aT'or IIU da O+il.

Para realiar as medi5es das descargas corona nos isoladores de forma mais minuciosa ser"proposta neste trabal!o a realiao de trs inspe5es por isolador, utiliando a c4mera dedeteco /, distanciadas de D3


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uma dist4ncia de observao de D< m. # gan!o de imagem da c4mera ultravioleta ser"configurado em DK


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3D 3,> FK =>>3 3,< FF 3K= 3=,J FF D3 3,B FK =K=

= 3K,= F= 3B

D>D 3>,B F< =,B F< K3B= 3>,B F< >>

FD 3K,K >J D>=3 3K,K F< === 3K,= FD =B3

BD 3K,< B3 K3>=3 3K,< B3 J=3= 3K,< B3 >J>= 3K, F BK

KD 3K,= FK DD


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DD DBJ foi considerado com nvel de degradaocrtico -7egradao Q F=,F0 para a umidade medida de FD?. R" para a medio realiada como mesmo isolador D>, porm com umidade relativa do ar de KF?, o estado de degradao foiconsiderado mdio -7egradao Q K pode serobservado o estado de degradao de um isolador com 7corona Q DB< e midade Q FK.


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Cigura DK + *ela de interface do sistema&uzz.) estado de degradao para concentrao de piels de DB< eumidade de =K?

Conte) Pr6pria autora

Cigura D> + *ela de interface do sistema&uzz.) estado de degradao para concentrao de piels de DB< eumidade de FK?

Conte) Pr6pria autora

W possvel observar que para o isolador 8dio com umidade menor, a degradao obtida foide >, enquanto que para a umidade mais elevada a degradao obtida foi de KB,F. Assim,caso durante a inspeo realiada em um isolador se obten!a DB< piels, para umidaderelativa do ar medida de =K?, este isolador estaria mais degradado do que um isolador comDB< piels a uma umidade de FK?. Isto ocorre porque a elevao da umidade provoca,tambm, o aumento das descargas corona medidas. Portanto, o isolador inspecionado a FK?de umidade apresentaria a =K?, muito provavelmente, menos de DB< piels, comprovando asua menor degradao.Analisados os resultados obtidos com o sistema &uzz. desenvolvido para a medio dedescargas corona, em isoladores, considerando a influncia da umidade, constata+se aaplicabilidade e efic"cia de seu uso. Isto se confirma pelo fato dos resultados obtidos duranteos ensaios em laborat6rio terem sido obtidos, tambm, utiliando o sistema l6gicodesenvolvido.

7esse modo, o sistema l6gico &uzz.desenvolvido neste trabal!o se apresenta como umaproposta promissora no aulio $ tomada de decis5es quanto $ necessidade de interveno ouno aos isoladores inspecionados.

." Concluso

2este trabal!o, isoladores polimricos de 3=< @/, com distintos nveis de degradao, foraminspecionados com uma c4mera de deteco /. As imagens obtidas com a c4mera / foram

processadas, de modo a eliminar os rudos eistentes. A influncia da umidade nos resultadosdos ensaios tambm foi analisada. %, finalmente, foi proposto um sistema l6gico &uzz. paraclassificao do nvel de degradao dos isoladores polimricos a partir da medio das

descargas corona e a umidade relativa do ar. # sistema visa o aulio $ tomada de decis5esquanto $ necessidade de interveno ou no aos isoladores.


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#s resultados para a tcnica de processamento implementada neste trabal!o forampromissores e o processo permitiu a eliminao dos rudos eistentes nas medi5es dasdescargas corona.#s resultados das medi5es das descargas corona para o mesmo isolador, a partir das trs

plataformas, evidenciaram a necessidade de se efetuar a medio das descargas em v"rios

4ngulos, conforme proposto neste trabal!o, pois o posicionamento da c4mera / podepermitir que a atividade corona no seja detectada.#s ensaios para verificao da influncia da umidade nas medi5es das descargas coronaconstataram que para todos os isoladores ensaiados a umidade contribuiu para o aumento daocorrncia das descargas. %, portanto, um par4metro que dever ser considerado nasmedi5es.# modelo de l6gica &uzz. desenvolvido neste trabal!o se apresentou relevante, pois aocontr"rio da medio realiada utiliando apenas o equipamento 7;/, considerou+se, nomodelo, a influncia da umidade relativa do ar na ocorrncia das descargas. Assim, permite+seque a tomada de decis5es dos inspetores seja realiada no s6 pela an"lise da radiao /emitida, mas considerando as condi5es de umidade no instante da inspeo.

# modelo desenvolvido neste trabal!o para a classificao do nvel de degradao dos isoladoresusando a l6gica&uzz. apresentou resultados promissores, em conformidade com os resultadosobtidos nos ensaios. Assim, esta ferramenta se apresenta como uma tcnica eficiente no aulio $tomada de decis5es quanto $ necessidade de interveno ou no aos isoladores.

1" e4er5ncias

A7A8I, R. C.X PA;%2*#2I, 8. C. '.X 8A;*I2%Y, 8. 9. H.X GI9/%I;A, P. 8.X7A99H%9#, A. '. istema emoto de eteco e +denti4icao de e4eitos em Cadeiasde +soladores de Din)as de ;ransmisso. GHG% + Gimp6sio Hrasileiro de Gistemas %ltricos.Helo &orionte, 8:, 3


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3B LV 'studo de Caso" GHG% + Gimp6sio Hrasileiro de Gistemas %ltricos. :oi4nia, :#,3


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LAMALA*G, M. 8.. escargas parciais em /arras estatricas de )idrogeradoresFmodelagem por guia de onda e an8lise de um acoplador . 7issertao de 8estrado +niversidade Cederal do Par", Instituto de *ecnologia, Helm, PA, 3F0, /ol.) , 3=+3F Aug. DJJJ Pages) =J + =K3.

9I272%;, 8.X ;)ird UV +nspection UserNs Group Meeting" #rlando, Clorida, GA, 3+BBB, DJJK.

8#;W, R. 7. $plicao da lgica HuJJE na avaliao da con4ia/ilidade )umana nosensaios no destrutivos por ultra*som. *ese de 7outorado. niversidade Cederal do ;io deRaneiro, '#PP%, 3

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