COMISSIONAMENTO COMO PRIMEIRA MANUTENÇÃO DOS ATIVOS ELÉTRICOS DE UMA PLANTA INDUSTRIAL

Paulo Tarcísio Fialho Lopes (1)

Luciano Peluchi Coutinho (2)

Leonardo Pizetta Ferreira (3)

RESUMO

Para que a engenharia de manutenção possa tomar decisões assertivas sobre a

confiabilidade operacional ou a necessidade de parar um equipamento para reparo,

é necessário dispor de banco de dados com boas informações sobre a degradação

das partes dos ativos vitais para o processo.

Os testes de acompanhamento da degradação devem estar baseados em

tecnologias atualizadas, serem realizados com instrumentos de teste de última

geração e retratarem os vários estágios da vida do ativo, recém fabricado, ao longo

de sua vida operacional e após reparos e manutenções importantes.

Os testes de rotina, realizados em fábrica, geralmente não são adequados para

acompanhamento da degradação e análise de tendência dos vários ativos elétricos.

(1) Eng° Eletricista – Tereme Engenharia – Diretor Técnico

(2) Eng° Eletricista – Tereme Engenharia – Engenheiro pleno de Service

(3) Eng. Eletricista – Tereme Engenharia – Engenheiro júnior de Service

O processo de comissionamento é o momento adequado para o registro de valores

das grandezas medidas para acompanhamento assertivo do estado do ativo, seja a

determinação da confiabilidade operacional, seja a decisão de parar o equipamento

para uma intervenção que devolva a confiabilidade e também para a decisão de fim

de vida útil e substituição do equipamento.

1. INTRODUÇÃO

Comissionamento é o processo de assegurar que os sistemas e componentes de

uma edificação ou unidade industrial estejam projetados, instalados, testados,

operados e mantidos de acordo com as necessidades e requisitos operacionais do

proprietário. O comissionamento pode ser aplicado tanto a novos empreendimentos

quanto a unidades e sistemas existentes em processo de expansão, modernização

ou ajuste.

O processo completo tem início na fase designada de verificação da construção,

quando são verificadas as conformidades das instalações e testes de integridade,

passando pela fase de pré-comissionamento onde são realizados os testes

funcionais dos equipamentos, incluindo os testes de energização e os testes em

vazio, seguindo para a fase de comissionamento onde são realizados os testes com

carga. Na fase final, designada de Ramp-up, trabalha-se para atingir, de forma

progressiva, a capacidade de produção nominal.

Figura 1 – Comissionamento de uma instalação

Com respeito às instalações e equipamentos elétricos, nas fases de pré-

comissionamento e comissionamento são realizadas as seguintes atividades:

1- Atividades de verificação da conformidade das instalações:

A quantidade e a seção dos condutores de cada circuito estão conforme projeto?

Os dispositivos de proteção de cada circuito estão conforme projeto?

Os condutores estão lançados nos leitos de cabos da forma designada no projeto?

O aterramento dos leitos de cabos, das carcaças dos equipamentos e estruturas

está conforme projeto?

O aterramento funcional dos transformadores e geradores está conforme projeto?

Os dados de placa dos equipamentos estão como declarados no projeto?

O funcionamento dos circuitos de controle, medição e proteção está de acordo com

o estabelecido nos diagramas funcionais?

2- Atividades de parametrização e ajuste dos inversores, relés de proteção e

disjuntores.

3- Atividades de testes dos disjuntores, TC’s e TP’s, para-raios, conjuntos de

manobra, transformadores, resistores de aterramento, capacitores, indutores,

cabos, motores, talhas e pontes rolantes.

2. MANUTENÇÃO (ELÉTRICA) CENTRADA NA CONFIABILIDADE

Uma ampla gama de equipamentos de uma planta industrial são vitais para o

processo produtivo de forma que, se falharem, a produção é paralizada ou reduzida,

a qualidade do produto é prejudicada ou a segurança e o meio ambiente ficam

prejudicados. Estes equipamentos são classificados como críticos e devem fazer

parte de um plano de manutenção especial centrado na confiabilidade.

Os equipamentos elétricos que necessitam de uma alta confiabilidade operacional

devem ser acompanhados através de inspeções e testes de eficácia provada para

garantir que estão operando em condições satisfatórias, minimizando a possibilidade

de falhas em operação.

As inspeções e os testes elétricos devem fornecer ao engenheiro de manutenção as

informações necessárias para um acompanhamento da evolução das condições de

cada equipamento ou parte dele.

Os agentes de degradação (térmicos, elétricos, mecânicos e ambientais) e a

evolução de defeitos (descargas parciais, redução da resistência de isolamento,

aumento da resistência ôhmica, etc), por terem causas diferentes exigem, múltiplos

testes para serem acompanhados, detectados e interpretrados antes que uma falha

inesperada aconteça.

Para que o engenheiro de manutenção consiga ter o controle do estágio de

degradação é necessário um conjunto de boas informações ao longo do tempo de

vida de cada eqipamento. Aqui vale a regra de quanto mais melhor:

• Testes de fábrica;

• Testes no campo durante o comissionamento;

• Testes para verificar a eficácia de reparo ou manutenção em oficina;

• Testes após algum distúrbio ou paralização prolongada;

• Testes em base rotineira durante a vida operacional do equipamento.

Para que este banco de dados possa atender os requisitos, deve ser composto por

um conjunto de testes atualizados tecnologicamente, realizados dentro de um

mesmo procedimento, utilizando instrumentos de teste de última geração, por

pessoal altamente especializado. Um banco de dados complementar é necessário

para reforçar as informações necessárias para o especialista identificar o índice de

deterioração de um equipamento, decidindo se tem confiabilidade operacional ou se

deve ser removido para reparo,:

• Data de fabricação e entrada em operação;

• Datas e atividades desenvolvidas em reparos e manutenções no local ou

oficina (rejuvenescimento, reenrolamento, substituição de rolamentos ou

mancais de deslizamento, troca de escovas);

• Temperaturas de operação e de eventos de sobrecarga ou curto-circuito,

operação com ventilação forçada, número e intervalo entre partidas;

• Períodos de tempo fora de operação.

Figura 2 – Testes preditivos de manutenção

Toda falha imprevista de um equipamento deve ser considerada como indesejável.

Uma rígida análise de falha deve ser realizada, detectando-se a causa e o(s)

mecanismo(s) de degradação envolvido(s), o porque do sistema de manutenção não

ter detectado e quais revisões devem ser implementadas para que a falha não se

repita.

3. ATUALIZAÇÃO TECNOLÓGICA

Termografia, análise de vibração e ensaios de óleo isolante são ferramentas

importantes para o diagnóstico do estado dos equipamentos num processo de

manutenção centrada na confiabilidade. Primeiramente porque elas se limitam aos

Teste para verificar eficácia de reparo ou

manutenção em oficina

FALHA IMPREVIST

A ?

Teste após algum distúrbio ou paralisação

prolongada

REVISÃO DE PLANO, E/OU PROCEDIMENTO

problemas envolvendo contatos elétricos com alta resistência, problemas mecânicos

e equipamentos imersos em fluido isolante. Além disto nem todo contato elétrico

está acessível à termografia e os ensaios de óleo isolante não respondem a todos

os processos de degradação de equipamentos imersos em óleo.

A degradação de materiais isolantes sólidos presentes em todos os equipamentos

elétricos ocasionam a maioria das falhas destes ativos e não é avaliada por estes

testes preditivos de condição.

A tecnologia de testes preditivos elétricos tem avançado com o desenvolvimento da

eletrônica digital e dos microprocessadores. Instrumentos com alta tecnologia

equipados com software com volumoso banco de dados fornecem diagnósticos por

comparação e através de análise de tendências de medições anteriores de um ativo

específico.

Testes de diagnóstico desconhecidos a uma década para nós estão disponíveis para

a melhoria da assertividade dos diagnósticos de confiabilidade operacional dos

ativos, entre outros: Teste de descarga dielétrica (Dielectric discharge); Método da

tensão de retorno (Recovery voltage method); Análise de resposta em frequência

(Analisis frequency response); Analise de resposta dielétrica (Dielectric response

analisis); Testes de alto potencial DC com aplicação de tensão em degraus ou em

rampa (Stepped and ramped voltage tests); Diagnósticos através de testes com

frequências muito baixas (VLF testing and diagnóstics); Teste de descargas parciais

(Partial discharge test).

Queremos deixar claro que, apesar de continuarem importantes, é impossível

diagnosticar a degradação do isolamento dos ativos elétricos somente com testes de

resistência de isolamento 1 e 10 minutos e determinação dos índices de absorção e

de polarização. Estes testes continuam importantes para monitorar o estado de

contaminação do isolamento e se este está em condições de suportar testes com

aplicação de alta tensão. Outros testes com aplicação de tensões CC e CA devem

ser realizados para um acompanhamento do estado do isolamento e sua

confiabilidade operacional.

Figura 3 – Instrumentos de diagnósticos de última geração tecnológica

4. TESTES DE FÁBRICA

Os testes de fábrica tem por finalidade identificar se o equipamento está em

condições de ser entregue ao cliente e, via de regra, não são apropriados para

acompanhamento da degradação de suas partes ao longo de sua vida operacional.

Desta forma não são apropriados para determinar a confiabilide operacional dos

ativos elétricos.

Desta forma os testes de acompanhamento da confiabilidade operacional devem ser

iniciados ou durante o comissionamento ou no primeiro teste de rotina, já com o

ativo operando.

5. COMISSIONAMENTO COMO PRIMEIRA MANUTENÇÃO DOS ATIVOS ELÉTRICOS

Várias são as vantagens de executar, ao longo do comissionamento, os testes de

manutenção para aquisição de dados para o histórico de todos os equipamentos que

são vitais para o processo produtivo.

Durante o comissionamento os equipamentos estão disponíveis para serem

testados, diferentemente das paradas para manutenção, com prazos reduzidos pela

premência em produzir. Outra grande vantagem é que os equipamentos saidos de

fábrica ainda não sofreram contaminações e esforços próprios das condições de

operação, oferecendo à engenharia de manutenção uma condição geral propícia

para avaliação da degradação ao longo da vida operacional.

Durante o comissionamento, com o equipamento desenergizado, alguns deles

disponíveis para serem abertos e avaliados em minúcias sobre a melhor forma de

serem testados, oferece à engenharia de manutenção uma oportunidade de

desenvolver um plano de manutenção, difícil de ser reproduzido com o equipamento

em operação.

Figura 4 – Tripé obrigatório para um comissionamento estruturado para manutenção centrada em confiabilidade.

Na fase de planejamento do comissionamento os engenheiros especialistas de

manutenção da Unidade de Negócio e da empresa de comissionamento devem

estabelecer quais as tecnologias de diagnóstico devem ser empregadas para cada

ativo elétrico do empreendimento.

NORMAS INTERNACIONAIS

NORMAS NACIONAIS

ARTIGOS TÉCNICOS

NORMAS INTERNACIONAIS

NORMAS NACIONAIS

ARTIGOS TÉCNICOS

FORMAÇÃO TÉCNICA

TREINAMENTOS

EXPERIÊNCIA (PRÁTICA)

FORMAÇÃO TÉCNICA

TREINAMENTOS

EXPERIÊNCIA (PRÁTICA)

Neste momento devem ser definidos os procedimentos que nortearão os testes de

diagnóstico para acompanhamento da evolução das condições de cada

equipamento ou parte dele. Estes procedimentos devem explicitar os instrumentos

que serão utilizados, os valores de tensões, correntes, frequências, etc, que serão

aplicadas, as posições que os testes serão aplicados (entre fases, fase x massa,

primário x secundário, etc), os valores esperados (limites), se aplicável.

Para resultados de alta assertividade nos diagnósticos ao longo da vida operacional

os procedimentos devem estar ancorados em tecnologias (normas internacionais –

IEEE, IEC, CENELEC) e instrumentos atualizados tecnologicamente. Técnicos

especializados em testes elétricos de alta complexidade são importantes para que

os resultados tenham a qualidade exigida para a análise de tendência.

6. MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS

Estudos realizados em 1985 pelas IEEE-IAS e EPRI (Electric Power Research

Institute), mostram estatísticas de falhas em motores.

As falhas em mancais representaram 41% do total. A manutenção atua com a

ferramenta de análise de vibração para controlar este modo de falha.

As falhas envolvendo os enrolamentos rotóricos e estatóricos representaram 47% do

total das falhas. Estas falhas estão relacionadas à degradação do isolamento em

razão dos estresses elétricos, mecânicos, térmicos e ambientais. A manutenção

deve atuar com testes que avaliam o índice de degradação do isolamento.

Pelo fato dos mecanismos de falhas terem vários mecanismos, são necessários

vários testes para acompanhar seus efeitos sobre o grau de deterioração do

isolamento.

Tabela 1- Estatística de falhas em máquinas elétricas rotativas - IEEE-IAS e EPRI (Electric Power Research Institute) - 1985,

,

Os ensaios de rotina, executados em fábrica, e os testes normalmente executados

no comissionamento, relacionados à condição do isolamento, são normalmente

semelhantes, tendo as seguintes características:

6.1 TESTE DE RESISTÊNCIA DE ISOLAMENTO

O teste normalmente é realizado com tensão abaixo da tensão nominal, com

duração de 1 minuto, na posição RST x massa.

Como teste de interesse para a manutenção preditiva este procedimento tem várias

desvantagens:

Somente o isolamento para a massa é avaliado. Os isolamentos entre fases são

negligenciados.

A curva de polarização não é levantada, privando a manutenção de informação base

importante.

6.2 MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA DO ISOLAMENTO

A medição realizada na fábrica e no comissionamento são semelhantes e atendem

perfeitamente à manutenção.

6.3 TESTE DO DIELÉTRICO

O teste de fábrica geralmente é realizado com tensão alternada e com duração de 1

minuto. É um teste passa não passa, sem nenhum interesse para acompanhamento,

pela manutenção, para diagnóstico.

Os testes de comissionamento não preveem testes com alta tensão para avaliação

do isolamento de máquinas rotativas.

Teste com tensão abaixo da tensão nominal da máquina só avalia a contaminação

do isolamento, sendo incapaz de identificar problemas.de rigidez do isolamento.

6.4 TESTES DE COMISSIONAMENTO COM FOCO NA MANUTENÇÃO

É preciso compreender que são necessários vários testes para que se possa fazer

uma avaliação com maior profundidade das condições do isolamento.

Os procedimentos dos testes realizados no processo de comissionamento devem

ser estabelecidos com a Manutenção da Contratante. A Tereme faz recomendações

baseadas na experiência de aplicação de Normas Internacionais.

São os seguintes os testes de isolamento realizados com aplicação de tensão CC,

recomendados pela Tereme:

O teste de resistência de isolamento 1 minuto em motor com 6 ou mais pontas deve

ser realizado nas posições R x STM, S x RTM e T x RSM, possibilitando avaliação

do isolamento tanto de fase para a massa como entre fases. Os enrolamentos

devem ser aterrados por pelo menos 4 minutos entre cada teste para que os valores

das medições não sejam influenciados pelas cargas residuais desenvolvidas nos

testes anteriores. A tensão de teste recomendada está representada na tabela 2 [1].

Os valores medidos são corrigidos para 40°C para eliminar a influência da

temperatura.

O teste de polarização é realizado na posição RST x massa, com tensão também de

acordo com tabela 2. Os valores de resistência de isolamento medidos nos tempos

de 15, 30, 45 e 60 s, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10 min são plotados em gráfico RI x

tempo. O índice de polarização é calculado pela divisão do valor medido em 10 min,

pelo medido em 1 minuto.

Um teste com aplicação de tensão superior à tensão nominal é importante como

base para manutenção preditiva da condição do isolamento. Este teste explora o

princípio que a resistência de um isolamento em boas condições, limpo e seco, se

mantém estável com o incremento da tensão de teste ao contrário do isolamento em

más condições. Este teste pode ser conduzido na modalidade de aumento da tensão

através de degraus (step voltage) ou de aumento da tensão em rampa (ramped

voltage). A tensão máxima de teste deve ser limitada em:

VMAX = 2 x (V+1000) x KCC x KM, onde:

VMAX = Tensão máxima de teste;

V = Tensão nominal da máquina;

KCC = Fator de multiplicação para testes com corrente contínua: 1,7 para isolamento

de máquinas rotativas.

KM = Fator da condição da máquina: 1 para máquinas novas na fábrica, 0,8 para

máquinas sem operar fora da fábrica e 0,6 para máquinas em operação.

Este teste é realizado na posição RST x massa.

Outro teste importante para acompanhamento da condição do isolamento em

máquinas de alta tensão é o de descarga dielétrica (DD).

O isolamento em equipamentos de alta tensão frequentemente consiste de

camadas, cada uma com sua própria capacitância e resistência de fuga associada.

Quando o isolamento é construído desta forma, o objetivo é fazer cada camada de

modo que o estresse de tensão seja compartilhado igualmente entre as mesmas.

O teste consiste no carregamento do isolamento na posição RST x massa durante

30 minutos, o descarregamento em um resistor padrão e a leitura da corrente de

descarga com 1 minuto.

Quando uma camada está defeituosa junto a camadas boas, sua resistência de fuga

decrescerá enquanto que a capacitância provavelmente permanecerá a mesma.

Durante a descarga dielétrica, a constante de tempo da camada defeituosa será

incompatível às outras, produzindo um alto valor DD. Um baixo valor DD indica que

a corrente de reabsorção está decaindo rapidamente e a constante de tempo de

cada camada é similar. Um alto valor indica que a reabsorção exibe longo tempo de

relaxamento, que pode apontar um problema. Um teste de isolamento padrão será

determinado pelas boas camadas e provavelmente não revelará essa condição.

Figura 5 – Curva de polarização do isolamento

Figura 6 – Curva de degrau de tensão do isolamento

Na fase final de Ramp-Up, quando se atinge a capacidade de produção nominal,

devem ser registradas as temperaturas de operação dos enrolamentos e mancais e

as correntes de operação, as tensões e correntes durante a partida e os tempos de

aceleração dos motores de grande porte e vitais para o processo produtivo,

Este conjunto de informações é a base do histórico para uma efetiva engenharia de

manutenção.

7. TRANSFORMADORES DE FORÇA

A manutenção clássica em transformadores de força consiste em testes elétricos e

dos dispositivos de proteção. Em transformadores imersos em óleo mineral isolante

são executados rotineiramente ensaios físico-químicos e de cromatografia gasosa.

Através dos ensaios físico-químicos o especialista de manutenção avalia o teor de

água presente e o estágio das reações de oxidação do óleo isolante e se há

necessidade de desumidificar o óleo e/ou o isolamento sólido e a troca ou

regeneração do fluido isolante.

Dos ensaios de rotina realizados em fábrica os únicos de interesse para a

engenharia de manutenção são os de resistência ôhmica dos enrolamentos, relação

de tensões e resistência de isolamento além dos parâmetros para ajuste dos

termômetros de óleo e do enrolamento para as funções alarme, desligamento e o

acionamento dos ventiladores.

No processo de comissionamento, geralmente os testes de resistência de

isolamento são realizados entre enrolamentos e para a massa, com utilização do

terminal guard. São anotados os valores medidos com 15, 30, 45 e 60 s, 2, 3.....até

10 min, para traçado das curvas de polarização.

Em um transformador com 2 enrolamentos os testes são realizados nas posições:

• Primário x Secundário com a massa no guard;

• Primário x Massa com o Secundário no guard;

• Secundário x Massa com o Primário no guard.

Nos transformadores secos, que necessitam de alta confiabilidade operacional,

devem ser realizados testes de alto potencial com medição das correntes de fuga

(testes com CC) ou perdas dielétricas (testes com CA), ambos com variação da

tensão de teste, ou medição das descargas parciais.

Os testes de resistência ôhmica dos enrolamentos e de relação de tensões são

normalmente realizados em todos os tapes.

Nos transformadores imersos em óleo isolante devem ser realizados testes de fator

de potência do isolamento e das buchas isolantes.

Transformadores transportados sem óleo com carga de nitrogênio devem ser

mantidos com pressão positiva, garantindo que não houve entrada de ar úmido.

Caso a pressão tenha caído, deverá ser realizado um teste de URSI para constatar

a necessidade de desidratação do isolamento sólido.

Amostras de óleo isolante devem ser retiradas dos tambores, antes do enchimento,

e após enchimento para ensaio físico-químico. Os valores devem ser comparados

com os valores constantes na tabela 2 da NBR 10576 – Valores de referência para

início de controle de óleos isolantes em equipamentos novos.

Amostras de óleo devem ser retiradas para ensaio de cromatografia gasosa antes

da energização, 24 a 36 horas, 10 dias, 30 dias, 6 meses e 1 ano após a

energização. .

8. CABOS ELÉTRICOS ISOLADOS

Os cabos elétricos do sistema de potência são isolados com materiais

termoplásticos, policloreto de vinila (PVC) e polietileno (PE), ou termofixos,

polietileno reticulado (XLPE) e borracha etilenopropileno (EPR).

A expectativa de vida de um cabo e acessórios, projetado e operando em condições

normais, deve ser superior a 30 anos.

Os cabos e seus acessórios (emendas e terminações) sofrem degradação durante a

instalação e operação, de natureza elétrica, mecânica, térmica e ambiental.

Esforços mecânicos podem acontecer durante o lançamento em consequência de

esforços excessivos de tração e raios de curvatura reduzidos. Montagens de

emendas e terminações inadequadas ou fora do procedimento especificado pelo

fabricante ou sem os cuidados necessários para evitar contaminantes terão vida útil

reduzida.

Durante a operação os cabos sofrem degradações térmicas e elétricas que pioram

as características dielétricas do isolamento. “Electrical trees” se desenvolvem em

falhas do sistema dielétrico sob campo elétrico intenso e são acompanhados pelo

processo de ionização e descargas parciais [2].

Cabos em contato com a água podem desenvolver o fenômeno dos “water trees”,

que ao se desenvolverem podem levar à perfuração do isolamento ao se

converterem em ”electrical trees”.

As correntes que percorrem cabos ligados em paralelo podem ter intensidades muito

desiguais se foram lançados e dispostos de forma inadequada em leitos de cabos,

canaletas ou eletrocalhas. Nestas condições os cabos percorridos pelas maiores

intensidades de corrente podem estar sobrecarregados e não estarem sendo

protegidos pelo dispositivo de proteção.

Como a manutenção deve proceder para acompanhar a confiabilidade operacional

dos cabos e definir a necessidade de substituição quando o risco de falha estiver

eminente?

Os ensaios de rotina, realizados em fábrica, para cabos de energia, não fornecem

subsídios para um acompanhamento preditivo.

No processo de comissionamento ações importantes podem e devem ser realizadas

para que a manutenção possa garantir toda a vida útil possível deste ativo:

• Ajustar os disjuntores para a proteção dos cabos na fase do pré-

comissionamento;

• Medir a intensidade das correntes nos cabos em paralelo e realizar

termografia nestes cabos e nos leitos de cabos, na fase final de Ramp-Up,

quando se atinge a capacidade de produção nominal. Anormalidades

importantes devem ser corrigidas.

• Ensaiar o dielétrico do cabo através de um processo que permita à

manutenção o controle preditivo da degradação do cabo e acessórios.

Geralmente, as empresas que realizam comissionamento executam o teste do

dielétrico do cabo em conformidade com a norma NBR 6881:2010 [4] que, como

teste de interesse para a manutenção preditiva, apresenta as seguintes

desvantagens:

• O técnico especialista não tem controle sobre a corrente de fuga e o

isolamento do cabo pode ser rompido se o isolamento estiver em más

condições.

• Este teste por não ser qualitativo, não tem interesse para acompanhamento

preditivo das condições de degradação deste ativo.

A Tereme recomenda o teste do dielétrico em conformidade com a norma IEEE Std

IEEE 400.1 [5], utilizando tensão contínua ou IEEE 400.2 [6], utilizando tensão

alternada com frequências muito baixas (VLF).

A experiência tem demonstrado que testes consecutivos e prolongados durante o

período de vida ativa dos cabos, levam a um envelhecimento precoce do isolamento,

principalmente que contenham ‘water trees”, razão pela qual deve ser dado

preferência a testes com VLF.

Testes com VLF podem contemplar a medição das perdas dielétricas com a

variação da tensão de teste ou a medição de descargas parciais e sua localização

ao longo do circuito.

Os testes de tensão elétrica tanto em CC como em CA devem ser realizados com

altas tensões, especificadas pelas normas, para que a rigidez do dislétrico possa ser

avaliada.

Figura 7 – Teste em degrau de tensão de um cabo EPR 3,6/6 kV

Figura 8 – Termografia de cabos em paralelo com correntes desequilibradas em condutores de mesma fase, com risco de redução da vida útil, por degradação térmica prematura [13].

Figura 9 – Critério de avaliação com a variação de perdas dielétricas (PD) em relação à tensão de teste, para cabos isolados com XLPE, envelhecidos, em serviço [7].

Figura 10 – Instrumento de teste de perdas dielétricas em cabos isolados com tensão CA em frequências muito baixas (very low frequency) - Baur.

9. BANCOS DE BATERIAS

Baterias são os principais elementos de um Sistema Ininterrupto de Energia (UPS).

No caso de falta de energia a bateria deve manter o funcionamento da supervisão,

sinalização e disparo de disjuntores, iluminação de emergência e a operação de

cargas vitais ao processo e à segurança do homem. Para tanto a bateria deve estar

sempre em condição de operação adequada.

Para manter a confiabilidade operacional, prolongar sua vida útil e determinar o

tempo ótimo de substituição de um banco de baterias, é necessário que sejam

realizadas inspeções e testes de impedância e de capacidade em tempos

determinados.

A falta ou a precariedade da manutenção coloca em risco a confiabilidade

operacional e reduz a vida útil da bateria, agredindo o meio ambiente com materiais

tais como chumbo e seus compostos, níquel, cádmio, ácido sulfúrico e hidróxido de

potássio.

A expectativa de vida útil é da ordem de 20 anos para baterias alcalinas, 10 a 12

anos para baterias chumbo-ácida ventiladas e 5 anos para baterias chumbo-ácida

reguladas por válvula. Durante a operação, as baterias sofrem degradação de

natureza térmica. A expectativa de vida útil se reduz pela metade se a bateria opera

com a temperatura do eletrólito de 35ºC em lugar de 25°C.

Baterias reguladas por válvula são menos exigentes, mas não são livres de

manutenção, como se apregoa.

O ajuste adequado da tensão de flutuação é fator preponderante para a operação

confiável e vida útil plena deste ativo. Tensão acima ou abaixo do adequado reduz a

expectativa de vida útil. A temperatura do eletrólito deve ser monitorada

continuamente e mantida em 25°C, ou menos.

Com frequência em torno de 3 meses a tensão dos elementos e a densidade das

baterias chumbo-ácida ventiladas devem ser medidas e os valores avaliados quanto

a necessidade de equalização. A equalização deve ser realizada também quando se

faz a completação do nível do eletrólito com água destilada.

Figura 11 - Valores de tensão e densidade do eletrólito dos elementos de um banco de 60 elementos avaliados quanto à necessidade ou não de equalização.

Cuidados devem ser tomados para que não haja contaminação do eletrólito, razão

de redução da expectativa de vida útil.

O ensaio de determinação da capacidade em ampères-hora (teste de descarga) é o

único reconhecido como eficaz para certificar se um banco de baterias novo tem

efetivamente a capacidade nominal ou se um banco de baterias em operação pode

continuar operando. É considerado fim de vida útil de um banco em operação,

quando sua capacidade medida for igual ou inferior a 80% da capacidade nominal.

Um banco novo deverá ter, no mínimo, 95% da capacidade especificada [8].

As normas IEEE [10], [11] e [12] recomendam que no comissionamento sejam

realizados testes de descarga.

O aumento da degradação de um elemento está relacionado com o aumento de sua

impedância interna. A medição da impedãncia dos elementos é uma técnica

preditiva que deve estar presente no plano de manutenção deste ativo, devendo

fazer parte dos testes de comissionamento. A medição deve ser repetida após 6

meses e, a seguir, anualmente, para bateria chumbo-ácida ventilada e alcalina e a

cada quatro meses para bateria chumbo-ácida regulada por válvula.

Figura 12 - Gráfico de impedância de cada elemento de um banco com 60 elementos.

Durante o comissionamento deverá ser observado e completado (se necessário) o

nível do eletrólito, executados os ajustes das tensões de flutuação e equalização

adequadas, conforme recomendação do fabricante, a equalização do banco, as

medições das tensões e da temperatura e densidade do eletrólito de todos os

elementos. A medição da resistência ôhmica das interconexões dos elementos e a

corrente de ripple fornecida pelo carregador.

Figura 13 – Gráfico de resistência das interligações entre células.

Figura 14 – Instrumento de diagnóstico de baterias - Megger.

10. CONJUNTOS DE MANOBRA E CONTROLE

Conjunto de manobra e controle é uma combinação de equipamentos de manobra,

controle, medição, sinalização, proteção, regulação, etc., completamente montados,

com todas as interconexões internas elétricas e estrutura mecânica.

Conjuntos de manobra podem conter todo o sistema de proteção e controle do

sistema elétrico de uma unidade industrial. Uma falha neste equipamento pode

provocar a paralisão total do processo produtivo por um tempo imprevisto.

Para fins de análise dos testes de comissionamento e de diagnóstico com objetivo

de acompanhamento da confiabilidade operacional, vamos dividir estes ativos em:

10.1 BARRAMENTO E ISOLAMENTO

Degradação do isolamento é a maior causa de arco elétrico, falha catastrófica que

pode levar a incêndio e morte.

Os testes de diagnóstico da confiabilidade do isolamento (testes de manutenção) e

de comissionamento são realizados normalmente com tensões CC reduzidas

(abaixo da nominal). Estes testes têm eficácia reduzida para avaliação da rigidez

dielétrica do isolamento, podendo não identificar degradações importantes.

Testes com tensões elevadas são mais eficazes para o diagnóstico de perdas das

características do dielétrico. Os testes devem ser executados preferencialmente com

todos os componentes extraíveis, removidos (disjuntores e transformadores),

utilizando-se o mesmo procedimento (circuito sob teste, natureza da tensão de teste

– CA ou CC, duração, posições e metodologia), para que a tendência da

degradação possa ser avaliada.

A tensão máxima de teste não deve exceder os valores da tabela 2.

Tabela 2 – Tensão máximas de teste dielétrico de conjunto de manobra e controle [14]

Tensão nominal

(V)

Tensões máximas de teste de conjunto de manobra e controle (kV)Tensão de teste VCA Tensão de teste VCC

Comissionament Manutenção Comissionament Manutenção240 1,60 1,20 2,72 2,00480 2,00 1,50 3,36 2,522400 4,80 3,60 8,16 6,124160 8,32 6,24 14,14 10,607200 14,40 10,8 24,48 18,3613800 28,80 21,6 48,96 36,72

Os testes devem, preferencialmente, ser realizados com aplicação de tensão CA

com variação da tensão de teste e medição das perdas dielétricas. Este teste pode

ser realizado com frequências muito baixas (Very low frequency – VLF). Se

executados com tensão CC, deve ser realizado pelo processo de degrau de tensão.

Ambos os testes devem ser realizados nas posições R x STM, S x RTM e T x RSM.

Durante o comissinamento, após o torqueamento dos parafusos, podem ser

medidos os valores de resistência ôhmica do barramento, fazendo circular uma

corrente contínua de alta intensidade entre o primeiro e último cubículo do conjunto

de manobra, com os respectivos disjuntores inseridos. A resistência é calculada

dividindo-se a tensão contínua aplicada pela intensidade da corrente circulante. O

teste pode ser realizado com um microhmímetro 100A ou maior.

As resistências ôhmicas das tulipas de disjuntores podem ser medidas, circulando

corrente contínua de alta intensidade (limite corrente nominal), entre barras no

compartimento de cabos e barramento principal. A resistência medida menos a

resistência de contato do disjuntor corresponde à soma das resistências ôhmicas

das tulipas.

Estes testes devem ser realizados nos conjuntos de manobra de média tensão e de

baixa tensão importantes para o processo produtivo, onde a termografia não possa

ser realizada ou não possa acessar todas as conexões.

Os valores medidos devem se corrigidos para a temperatura de 20°C. Valores

discrepantes entre as fases devem ser investigados.

Estes testes devem ser repetidos em paradas de usina, a cada 2 ou 3 anos.

Aumentos nos valores medidos da resistência ôhmica devem ser investigados e

maus contatos removidos.

10.2 DISJUNTORES

Os disjuntores quando solicitados a interromper elevadas correntes de curto-circuito,

são expostos a esforços térmicos e eletromagnéticos extremos, razão pela qual

devem ser operados e mantidos em excelentes condições. Para garantir isto, a

manutenção deve efetuar ações de rotina e testes preditivos capazes de

acompanhar a degradação dos vários componentes, atuando antes que este ativo

deixe de ter confiabilidade operacional.

A manutenção de rotina compreende a limpeza, o reaperto das conexões, a

lubrificação recomendada pelo fabricante, a operação do sistema de aquecimento do

cubículo, a inspeção sensitiva (incluido nível de disjuntores a óleo, pressão de SF6,

câmaras de arco) e operações liga-desliga, no mínimo a cada ano.

Os testes para acompanhamento da degradação compreendem a medição da

resistência de contato, da resistência de isolamento, a oscilografia dos tempos de

abertura e fechamento dos contatos e a medição das características elétricas das

bobinas de abertura e fechamento.

Os testes realizados durante o processo de comissionamento devem ser os mesmos

que serão realizados pela manutenção, devendo seguir a recomendação do

fabricante.

Os testes dielétricos são realizados com o disjuntor com contatos fechados e

abertos, medindo-se a resistência de isolamento (CC) e perdas dielétricas (CA). Os

fabricantes de disjuntor a vácuo recomendam, geralmente, que o teste de verificação

da rigidez dielétrica da ampola a vácuo seja testata com aplicação de alto potencial

com aplicação de corrente contínua.

Os valores medidos devem ser comparados com os valores medidos em fábrica e

com os valores típicos ou de controle (máximos ou mínimos), recomendados pelo

fabricante.

Deve ser também procedimento nos processos de comissionamento e manutenção

os testes de interloque, bloqueio e proteção do disjuntor e do cubículo, entre eles

todo o processo de inserção e extração, as funções em posição inserido, teste e

extraído, as proteções, inclusive a antipumping e os comandos locais e a distância.

10.3 CHAVE SECCIONADORA

Os testes de comissionamento e manutenção realizados em chaves seccionadoras

se resumem a medição da resistência de contato e a verificação do intertravamento.

10.4 TRANSFORMADORES DE CORRENTE E POTENCIAL

Os transformadores de corrente e potencial em sua maioria são isolados em óleo

isolante ou encapsulados em epoxi. Os primeiros, em sua maioria de alta tensão,

são instalados em subestações ao tempo e os últimos, de baixa e média tensão, sáo

instalados em conjuntos de manobra e controle.

Os mecanismos de degradação mais usuais, além da térmica, são a infiltração de

umidade nos transformadores isolados em óleo isolante e descargas parciais em

unidades encapsuladas em epoxi.

Os testes de manutenção preditiva envolvem a medição da relação de

transformação, a resistência ôhmica dos enrolamentos, a tensão de saturação e os

testes do dielétrico.

Os testes do dielétrico devem compreender a medição da resistência de isolamento

e a medição das perdas dielétricas.

Os testes realizados durante o comissionamento são de mesma natureza dos de

manutenção. Os testes do dielétrico dos transformadores devem ser executados

com elevação da tensão e a medição da corrente de fuga (CC) e das perdas

dielétricas (CA).

11. CAPACITORES E REATORES

Capacitores e reatores de potência operando na correção do fator de potência e em

filtros de harmônicas devem ter os dielétricos testados e os valores de capacitãncia

e indutância medidos e comparados com valores de fábrica.

Os testes do dielétrico podem ser realizados com tensão contínua ou alternada,

preferencialmente com variação de tensão.

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