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Design Review

Introdução

Os Sistemas de Garantia da Qualidade são atualmente uma exigência para todos os

fabricantes de transformadores de potência e sua prática acabou evidenciando riscos

potencias, Entre estes alguns dos que mais se destacaram são os erros de

interpretação dos requisitos dos clientes e as características dos equipamentos que

não podem ser testadas em laboratório. Para cobrir estas “lacunas”, um número

crescente de usuários passou a incluir em suas especificações de compra auditorias

técnicas de projeto (Design Reviews), que são o objeto deste estudo.

Documentos de referência

• Brochure 529 – Guidelines for Conducting Design Reviews for Power Transformers –

CIGRÈ (April 2013)

• IEC 60076-5 Power transformers - Ability to withstand short circuit

• ABNT NBR 5356 Transformadores de potência

Razões para fazer Design Reviews

A principal justificativa dada para uma Design Review é:

“A design review is a planned exercise to ensure both parties contract understand the application and the requirements of the applicable standards and specification.” 1

Dizendo de outra forma, o que se busca é reduzir problemas de comunicação e interpretação.

Tomando-se como exemplo o caso dos profissionais que fazem o cálculo eletromagnético dos transformadores de potência, o normal é que apresentem no início de sua carreira uma grande preocupação em dominar a metodologia e os softwares de cálculo, mas, com o passar do tempo, acabam se conscientizando que o mais difícil costuma ser fazer interpretações corretas das especificações dos clientes.

Além disto, a troca quase exclusiva de informações por e-mail muitas vezes pode levar ao não atendimento do “desejo do cliente” ou mesmo a sobre custos desnecessários. Esta é a razão pela qual em reuniões é usual ouvir frases como “Ah! Então é isto que vocês querem. ”, ou “Neste caso este item da especificação pode ser dispensado”.

Outros motivos para as Design Reviews estão implícitos no documento do CIGRÈ. Entre eles destaca-se a verificação da suportabilidade ao curto-circuito.

Após a fabricação os transformadores são submetidos a vários ensaios, que asseguram o atendimento dos requisitos básicos (impedância, relação de espiras, elevação de temperatura...) e aumentam a confiabilidade de que o equipamento suportará sobretensões em operação. Contudo, normalmente o ensaio de curto-circuito não é realizado, o que deixa uma “lacuna” nesta confiabilidade. Os principais motivos para não fazer este teste são o elevado custo, o aumento no prazo de entrega, a limitação de potência do laboratório do CEPEL2, e a preocupação do cliente em receber um equipamento que já tenha sido submetido a vários

1 “Uma auditoria de projeto é uma ação planejada que visa garantir que ambas as partes do contrato compreendem a aplicação e os requisitos das normas e especificações aplicáveis” – Brochure 529 - CIGRÈ 2 O CEPEL é o único laboratório nacional com capacidade de realização de ensaios de curto-circuito.

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curtos-circuitos francos. Algumas especificações consideram aceitável a comprovação da capacidade de suportar curtos-circuitos pela apresentação de relatório de ensaio realizado em unidade similar, mas na prática existem tantos fatores que influenciam o comportamento do equipamento frente a um curto-circuito, que uma similaridade razoável é muito difícil de conseguir, e, além disto, os fabricantes costumam aumentar as margens de segurança nos equipamentos que serão submetidos a ensaio de curto-circuito, pois os custos envolvidos no reparo de uma unidade que tenha falhado no ensaio, e principalmente se o teste for realizado no exterior, são altíssimo. Normalmente então a opção escolhida é a comprovação da suportabilidade através de memorial de cálculo, na forma detalhada na IEC 60076-5.

Os detalhes de projeto informados pelo fabricante durante o Design Review, tais como as características do núcleo e enrolamentos, também justificam sua realização, pois são importantes para o acompanhamento de eventos de fabricação e dos ensaios finais, para o estudo do equipamento frente a condições especiais de operação (exemplo: Very Fast Transient), e na análise de causas de falha no caso de eventual sinistro.

Histórico

O Design Review é realizado há vários anos, e no início sua forma variava muito em função dos critérios adotados por cada auditor, com constantes atritos gerados pela falta de clareza quanto aos limites de abrangência da auditoria. Sua primeira formalização ocorreu com a Brochure 204 – “ Guidelines for Conducting Design Reviews for transformers 100 MVA and 123 kV and above” – CIGRÈ; agosto de 2002. Este documento orientava o uso da metodologia somente no caso de equipamentos de elevada potência. A Brochure 529 retirou esta limitação e, em conjunto com a norma NBR5356, permite uma adequada realização auditoria dos projetos de todos os tipos de transformadores de potência.

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O sucesso e popularização da metodologia geraram o que denomino de “Design Review Ampliado”. É que, assim como em outras ferramentas bem sucedidas (Lean production, Six Sigma,..), há uma tendência de colocarem sob o mesmo nome atividades bastante distintas da original. Esta ampliação de conceito aparece no esquema abaixo retirado do guia do CIGRÈ, que representa todo o processo de aquisição, partindo da definição técnica do equipamento e finalizando com a sua instalação e comissionamento.

Neste esquema os retângulos com fundo verde compõem este “Design Review Ampliado”, e são:

• Prepare and Issue Technical Specification (Prepare e envie a especificação técnica) – Ocorre antes do início da concorrência e nesta etapa é definido na especificação que será realizada uma reunião de Design Review antes do início da fabricação;

• Assess Capability of Manufacturer (Avalie a capacidade do fabricante) – Normalmente é uma auditoria tecnicamente mais rígida do que as usualmente realizadas para a ISO 9001, abrangendo tanto a engenharia como fábrica e laboratório. Na maioria das vezes os critérios de avaliação são bastante subjetivos e dependem da experiência e opinião do auditor;

• Post Contract Design Review (Auditoria de projeto após contrato) – É o “Design Review” original, a ser realizado antes da compra dos materiais e componentes específicos do projeto em referência, e antes do início da fabricação.

• Re-assess Capability of Manufactureer (Reavalie a capacidade do fabricante) – Ocorre somente quando surgiu algo durante a fabricação, ensaio, transporte, instalação ou comissionamento, que colocou em dúvida da capacidade do fornecedor.

As auditorias de avaliação da capacidade fabril são muito importantes, principalmente no caso de novos fornecedores, mas fogem do escopo deste estudo e então não serão abordadas.

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Etapas da Design Review

Um roteiro típico é mostrado abaixo.

Especificação

O guia do CIGRÈ recomenda a inclusão do Design Review na especificação de compra do

equipamento, uma vez que o fabricante deverá considerá-lo no planejamento das atividades de

projeto, e principalmente de liberação da compra de materiais e componentes especiais, e início

da fabricação.

Um exemplo típico de especificação é:

“Deverá ser realizada reunião de auditoria técnica (Design Review) dos projetos

mecânicos e elétricos do transformador, conforme diretrizes do documento Brochure

529: Guidelines for Conducting Design Reviews for Power Transformers (CIGRÈ – April

2003). Esta reunião deverá ocorrer nas instalações do fabricante, antes da compra de

materiais ou componentes especiais, e do início da fabricação.

Os questionamentos feitos e as sugestões eventualmente dadas ao fornecedor durante

o Design Review não imputarão a/o (nome do comprador) quaisquer co-

responsabilidades, uma vez que o fornecedor é o responsável técnico por todas as fases

contratuais do fornecimento. “

Agendamento da reunião

Nesta etapa é acertada com o cliente a data e local da reunião, definidos os participantes e

estimada sua duração.

Normalmente a reunião é realizada na fábrica, para facilitar o esclarecimento de eventuais

dúvidas, contudo pode também ser feita nas instalações do comprador, ou mesmo por

vídeoconferência.

A duração depende da importância e grau de complexidade do equipamento, mas costuma

durar um ou dois dias.

A data deve ser prevista para após a revisão dos desenhos de aprovação e das informações para

Design Review, e antes da compra dos materiais e componentes especiais, e do início da

fabricação.

Especificação Agendamento ConteúdoAcordo de

confidencialidade

Informações para Design Review

Desenhos de aprovação

Lista de comentários

Reunião de Design Review

Fechamento (Relatório e ART)

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Quanto aos participantes da reunião, o normal é que o fabricante seja representado pelo

gerente do contrato e pela sua engenharia. Os clientes, por outro lado, normalmente não

possuem nas suas equipes pessoal com experiência em projeto, e principalmente em cálculo

eletromagnético, de transformadores de potência. Em função disto o usual é que contratem

consultor externo com experiência comprovada em cálculo e em processos de Design Review,

para que faça parte da sua equipe durante a reunião e na sua preparação.

Conteúdo

O guia do CIGRÈ lista os seguintes tópicos como conteúdos possíveis da reunião:

• Especificação técnica

• Oferta

• Normas aplicáveis

• Procedimentos e instruções

• Dados do sistema

• Dados ambientais

• Projeto do transformador

• Auxiliares e acessórios

• Fabricação

• Ensaios

• Transporte

• Instalação e comissionamento

• Avaliações de riscos

• Métodos de fabricação

• Requisitos de saúde e segurança

• Manuais de operação e manutenção

• Documentos contratuais (desenhos, fotografias, etc.).

• Prazos de submissão dos documentos

Contudo, o conteúdo usual do Design Review costuma se restringir aos tópicos abaixo, sendo

os demais somente abordados no caso de dúvidas muito específicas:

• Especificação técnica

• Normas aplicáveis

• Projeto do transformador

• Desenhos e catálogos dos principais itens

Acordo de confidencialidade

O guia do CIGRÈ foi elaborado de tal forma que as informações solicitadas ao fornecedor

envolvam basicamente conceitos de cálculo e projeto de domínio público. Conhecimentos

proprietários importantes da empresa, tais como instruções de cálculo e projeto, e detalhes

sobre os softwares utilizados, não entram no escopo da auditoria. Principalmente são

comparados resultados de cálculos com limites admissíveis.

De qualquer forma, para garantir que os documentos e informações recebidos ou liberados

pelas empresas participantes do Design Review (comprador, fornecedor e consultor) sejam

tratados como privados e confidenciais, o normal é que elas assinem um Termo de

Confidencialidade das Informações.

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Informações para Design Review, desenhos de aprovação e lista de comentários

Para que a reunião de Design Review seja eficaz e eficiente, é importante que sejam

previamente disponibilizadas aos participantes as informações de projeto necessárias.

Normalmente o consultor do cliente elabora esta lista de informações, que deverá ser

preenchida pelo fabricante e devolvida junto com os desenhos para aprovação.

Ao elaborar a lista os consultores costumam tomar como base o guia do CIGRÈ e as

particularidades das especificações do cliente, resultando em questionamentos sobre:

• Características básicas do equipamento (potências, tensões, níveis de isolamento...);

• Capacidade de resistir térmica e mecanicamente a curtos-circuitos;

• Dimensionamento do núcleo e dos enrolamentos;

• Capacidade de suportar sobretensões;

• Elevações de temperatura;

• Nível de ruído;

• Projeto da parte mecânica.

Alguns dados são somente informativos, pois visam confirmar a adequação do projeto com as

especificações técnicas do cliente e normas técnicas, contudo a maioria é composta por um

resultado de cálculo e pelo limite aceitável correspondente.

Quanto à verificação da capacidade dos enrolamentos suportarem os esforços mecânicos

durante um curto-circuito, o comprador pode, conforme o guia do CIGRÈ, optar por uma tabela

simplificada3 ou por uma mais completa, que é a tabela A.1 da IEC 60076-5:2006. A segunda é

melhor, porque esta norma da IEC indica limites aceitáveis para cada um dos parâmetros

calculados, o que não ocorre na primeira opção.

3 Na tabela simplificada são avaliados os esforços em cada enrolamento relacionados com buckling, hoop, compressive, axial, tilting e radial bending.

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Para a confirmação dos valores informados, ou pelo menos da sua ordem de

grandeza, o ideal é que o consultor possua software de cálculo de curto-

circuito, que permita fazer uma verificação dos esforços dinâmicos. Como

exemplo, foi gerada a figura ao lado por um software de análise por

elementos finitos. Nela os retângulos vermelhos correspondem aos

enrolamentos e as linhas brancas ao campo durante o curto-circuito. Entre os

dados de saída deste software estão os da tabela A.1, além de outros tais

como impedância e perdas em carga.

Entre os diversos esforços mecânicos que o enrolamento deve suportar, um que requer

particular atenção é o Buckling (Flambagem) na bobina interna. Na foto abaixo pode-se observar

abaulamentos dos condutores, característico de Buckling, com a particularidade de ter ocorrido

de forma idêntica nas três fases.

No cálculo de Buckling

existem duas metodologias.

Uma considera que a bobina

está apoiada no núcleo

(forced buckling) e a outra

desconsidera estes apoios

(free buckling), por

entender que o material

isolante não é rígido e que

existem folgas entre a

bobinas interna e o núcleo.

O segundo conceito leva a

critérios mais rigorosos de

projeto, e, para que não

existam dúvidas durante o

Design Review, alguns

compradores definem antecipadamente este assunto, colocando em suas especificações

adendos como o exemplo abaixo:

“Enrolamentos submetidos a flambagem radial interna (buckling) devem ser

dimensionados para suportar flambagem sem apoios (free buckling), além da apoiada

(forced buckling). O controle das forças radiais internas não deve depender de apoios

no núcleo.”

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Após receber a lista de informações preenchida pelo fornecedor, e os principais desenhos de

aprovação (dimensões externas e placa diagramática), além dos catálogos e/ou desenhos dos

principais componentes (buchas, comutador sob carga, ...), o cliente deve enviar ao fornecedor

uma lista de comentários e questionamentos, elaborados como o suporte do consultor externo,

que serão esclarecidos na reunião de Design Review.

Reunião de Design Review

Quando a reunião foi devidamente preparada, com a execução adequada das etapas anteriores,

a tendência é de que seja rápida e alcance seus objetivos.

A utilização dos critérios do guia do CIGRÈ também simplifica o andamento da reunião, pois sua

forma, conteúdo e abrangência ficam claramente definidos.

No final da reunião, caso não fiquem pendências importantes, as compras e o início da

fabricação são liberados pelo cliente.

Fechamento

O processo costuma ser concluído por meio de um relatório final emitido pelo consultor externo

e, principalmente quando o cliente for uma empresa pública, pela assinatura do cliente na ART

aberta pelo consultor para este processo.