Impacto Sísimico em Postos de Transformação Aéreos · Nos postos de transformação em que o...

Empresa: EDP Distribuição

DRE-C13-811/N JUL 2005

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IMPACTO SÍSMICO EM POSTOS DE TRANSFORMAÇÃO AÉREOS

Estudo das vulnerabilidades e propostas de resolução do problema _____________________________________________________________________________________

Elaboração: DNT

Edição: 1ª

Homologação: 2005-07-12


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DNT – Direcção de Normalização e Tecnologia Pág. 2/13

ÍNDICE

0 INTRODUÇÃO......................................................................................................................................................... 3

1 VULNERABILIDADES DOS POSTOS DE TRANSFORMAÇÃO ............................................................................... 3

1.1 Postos de transformação aéreos ................................................................................................................. 3

2 ÁREAS GEOGRÁFICAS A CONSIDERAR ............................................................................................................. 4

3 MEDIDAS A ADOPTAR EM PT EXISTENTES............................................................................................................ 4

3.1 Postos de transformação do tipo AI ............................................................................................................ 4

3.1.1 Transformadores de potência com rodados abertos e eixos vazados............................................. 4

3.1.2 Transformadores de potência com rodados fechados e eixos maciços......................................... 6

3.1.3 Transformadores de potência sem rodados.......................................................................................... 7

3.2 Postos de transformação dos tipos A/AS.................................................................................................... 8

4 MEDIDAS A ADOPTAR EM PT NOVOS................................................................................................................. 9

4.1 Postos de transformação do tipo AI ............................................................................................................ 9

4.2 Postos de transformação dos tipos A/AS.................................................................................................. 10

ANEXO A – DESENHOS DE DISPOSITIVOS ANTI-SISMO PARA PT DO TIPO AI ...................................................... 11

ANEXO B – DESENHO DE DISPOSITIVOS ANTI-SISMO PARA PT DOS TIPOS A/AS................................................ 13


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0 INTRODUÇÃO

Qual será o impacto de um sismo sobre as nossas instalações eléctricas? Como irão reagir os mais variados equipamentos dessas instalações e quais as medidas a tomar para minorar os possíveis danos e as perdas decorrentes do não fornecimento de energia eléctrica? Foi para responder a estas e outras questões que foi elaborado o estudo intitulado "Caracterização, vulnerabilidade e estabelecimento de danos para o planeamento de emergência sobre o risco sísmico", tendo abrangido a Área Metropolitana de Lisboa e os municípios limítrofes de Benavente, Salvaterra de Magos, Cartaxo, Alenquer, Sobral do Monte Agraço, Arruda dos Vinhos e Torres Vedras. O estudo em título foi encomendado pelo Serviço Nacional de Protecção Civil, teve lugar no espaço temporal que mediou entre Fevereiro de 1999 e Março de 2001 e foram estudadas instalações eléctricas da Rede Eléctrica Nacional (REN) e da EDP Distribuição. O referido estudo e ao que à EDP Distribuição diz respeito, analisa em profundidade as prováveis consequências causadas pela ocorrência de sismos em linhas aéreas de média tensão e em postos de transformação (cabinas altas, cabinas baixas e PT aéreos), cabendo à DNT a análise, verificação das soluções de fixação normalizadas e sua melhoria, nos postos de transformação aéreos, conforme o estipulado na IF n.º RSDR 9/03 de 24 de Outubro, com despacho favorável da Comissão Executiva.

1 VULNERABILIDADES DOS POSTOS DE TRANSFORMAÇÃO

Da aparelhagem constituinte dos postos de transformação, os transformadores de potência são de entre os equipamentos mais vulneráveis, aqueles que mais irão condicionar a recuperação da rede eléctrica após um sismo e a consequente reposição do serviço. Numa análise mais geral acerca da vulnerabilidade dos transformadores em postos de transformação, o estudo considera algumas condições para um sismo danificar um transformador, que, entre outras, são: ⎯ movimento de translação excessiva sobre os carris da base; ⎯ rotação do transformador em torno de uma das arestas da base, conduzindo a possíveis danos

internos devido ao impacto deste durante as oscilações; ⎯ ruptura dos rodados e queda do transformador, conduzindo a danos internos devido ao impacto; ⎯ danos resultantes de resistência insuficiente para suportar as acelerações induzidas pelo sismo; ⎯ possíveis danos no conservador de óleo (nos casos em que o transformador ainda o tem).

1.1 Postos de transformação aéreos

Nos postos de transformação aéreos, o transformador de potência, tal como todo o equipamento, está apoiado num poste de betão, a uma altura determinada, sendo a sua fixação feita de maneira diferente, consoante o tipo de PT, sendo suspenso nos PT dos tipos A/AS e suportado nos PT do tipo AI. Nos postos de transformação em que o transformador é suportado (tipo AI), foi verificado que, embora as rodas estivessem travadas, não havia dispositivos que impedissem a rotação do transformador quando a aceleração normalizada ao nível do centro de gravidade do transformador for superior à aceleração do solo, devido à flexibilidade do sistema de apoio. A amplificação da aceleração do solo pode conduzir ao início da rotação e eventualmente ao derrubamento do transformador. Nos postos de transformação em que o transformador é suspenso (tipos A/AS), o transformador é fixado através de 2 "ganchos" existentes na parte superior deste, verificando-se que, a partir do momento em que a aceleração normalizada ao nível do centro de gravidade do transformador ultrapassa o seu factor geométrico, este irá rodar em torno da aresta que contém os "ganchos" e quando o movimento relativamente ao poste mudar de sentido, o transformador chocará com o apoio, podendo o impacto levar à destruição do poste e/ou do transformador. Assim, atendendo às conclusões do referido estudo e no sentido de prevenir/remediar os possíveis danos que poderão advir da ocorrência de actividade sísmica, propomos dois tipos de actuação, em que o primeiro corresponde às medidas a adoptar a curto prazo, por forma a minimizar efeitos de actividade sísmica em PT já montados e o segundo às medidas a adoptar a médio/longo prazo, correspondendo a medidas de fundo para a eventual alteração dos projectos-tipo de PT aéreos.


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2 ÁREAS GEOGRÁFICAS A CONSIDERAR

Atendendo ao facto de as zonas geográficas que foram objecto do estudo do IST (Área Metropolitana de Lisboa - 18 concelhos e 7 concelhos limítrofes) terem actividade sísmica correspondente aos graus IX e X de intensidade máxima, de acordo com a carta de Isossistas de Intensidades Máximas, do Instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica, somos de opinião que as medidas preventivas, que a seguir se propõem, devem ser aplicadas de acordo com a referida carta, compreendendo, para além das zonas referidas, todos os concelhos que fazem parte da Área de Rede Algarve (16 concelhos), os concelhos de Peniche, Óbidos, Bombarral, Lourinhã e Cadaval, da Comunidade Urbana do Oeste e também a faixa litoral dos concelhos de Alcácer do Sal, Grândola, Sines, Santiago do Cacém e Odemira, da Costa Vicentina e Litoral Alentejano, num total de 51 concelhos.

3 MEDIDAS A ADOPTAR EM PT EXISTENTES

3.1 Postos de transformação do tipo AI

Neste tipo de postos de transformação em que o transformador de potência é suportado por uma ferragem (“cadeira”), para podermos evitar todo e qualquer movimento de rotação deste relativamente à estrutura de suporte, teremos de introduzir uma fixação adicional (para além do travamento existente para os rodados da frente na ferragem actual e que evita movimentos horizontais transversais), que permita ligar mecanicamente o transformador de potência à estrutura de suporte e faça com que este oscile à mesma frequência da ferragem de suporte, aquando da ocorrência de um sismo. Atendendo ao facto de que nem todos os transformadores estão colocados da mesma maneira na ferragem de suporte e alguns deles possuem tipos de rodados diferentes (rodados abertos ou fechados e eixos das rodas maciços ou vazados), isso implicará a concepção de tipos de fixação diferentes, analisando-se de seguida as três colocações mais usuais de transformadores em postos de transformação do tipo AI.

3.1.1 Transformadores de potência com rodados abertos e eixos vazados

Nos transformadores de potência que têm este tipo de rodados (fabricados pela EFACEC), a fixação do transformador à estrutura de suporte vai ter em conta o facto de os rodados terem o eixo vazado para se estabelecer uma fixação eficaz, através de um dispositivo cujo desenho cotado se reproduz (ao lado). O transformador será fixado à “cadeira” através da aplicação de um destes dispositivos em cada uma das suas rodas. Assim e conforme se pode observar no desenho cotado, a peça que vai promover a ligação é formada por um “U” em chapa de ferro de 40 mm de largura e 8 mm de espessura, um perno com diâmetro de 14 mm, que será colocado nos orifícios existentes na parte aberta do “U” e um parafuso (M16 x 45) que está situado na parte fechada do “U”, onde se fez um furo e soldou uma porca sextavada M16, para permitir a progressão do parafuso.


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Dispositivos para fixação dos rodados

Como se pode observar nas fixações documentadas fotograficamente, o perno será introduzido no eixo vazado do rodado, sendo em seguida colocado o “U”, que irá sujeitar o perno e irá abraçar a ferragem de suporte do transformador de potência. Para não haver deslocações do perno para um ou outro lado, este será bloqueado de ambos os lados do “U” através de golpilhas de aço, de 3,5 mm.

Ferro em “U” O parafuso na parte fechada do “U”, servirá, tal como se documenta na fotografia ao lado, para adaptar e ajustar a fixação do eixo da roda à ferragem de suporte, permitindo assim um ajustamento perfeito entre o transformador de potência e a estrutura de suporte. Os dispositivos deverão ser obrigatoriamente galvanizados por imersão a quente, devendo o revestimento em massa de zinco ter uma espessura mínima de 45 micrómetros e média de 55 micrómetros.

Perno (Ø 14 mm)

Parafuso (M16 x 45)


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O uso de golpilhas no bloqueio do perno é propositada, por forma a permitir uma rápida desmontagem deste dispositivo quando é necessário substituir um transformador de potência (em avaria, ou em rotação programada).

3.1.2 Transformadores de potência com rodados fechados e eixos maciços

Em alguns transformadores (fabricados pela SIEMENS), vamos encontrar este tipo de rodados, com rodas fechadas e eixos das rodas maciços, o que irá dificultar a fixação dos dispositivos anti-sismos tal como foi mencionado para o caso anterior.

Rodados de transformadores SIEMENS

Para os transformadores com este tipo de rodas preconizamos a utilização do mesmo sistema descrito na anterior secção 3.1.1, procedendo-se à furação de cada uma das rodas com uma broca de 15 mm, para colocação do perno, consequentemente, a montagem do dispositivo já descrito.



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A abertura de furos nas rodas dos transformadores de potência, já montados, é uma tarefa mais morosa do que o normal. Depois de montado o dispositivo, o parafuso existente na parte fechada do “U” servirá, mais uma vez, para ajustar perfeitamente o conjunto formado por cada roda com a “cadeira” de suporte do TP.

Perno (Ø 14 mm)

Visão de conjunto do dispositivo

Parafuso para ajuste e afinação

3.1.3 Transformadores de potência sem rodados

Em algumas situações e em algumas Áreas de Rede, os transformadores de potência estão a ser montados com os ferros em “U” onde estão montados os rodados (chassis dos rodados) directamente na ferragem de suporte do transformador de potência. Outras situações há em que o TP é colocado com as rodas fora da estrutura de suporte, situação que poderá conduzir a um aumento da instabilidade, pois, com este tipo de montagem, estamos a deslocar o centro de massa do conjunto formado pelo transformador de potência e ferragem de suporte para a frente, promovendo-se desta maneira a instabilidade do conjunto, tornando-o ainda mais vulnerável com a ocorrência de um sismo.



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No entanto, para os transformadores que estão montados desta maneira, propomos a utilização do dispositivo constante do desenho cotado (ao lado), constituído unicamente por um parafuso (Ø 16 mm), com porca em aço inox, para prevenir fenómenos de corrosão. Esta fixação, a colocar em número de 4 (uma em cada suporte dos rodados), montada em furos de Ø 17 mm ou 18 mm, a executar na altura da colocação, furação que terá de ser feita na ferragem de suporte do TP e na ferragem de suporte dos rodados do TP, nos quais serão colocados e ajustados os referidos parafusos com porca em aço inox. A operação de furação das estruturas do transformador de potência e de suporte do TP vai ser idêntica à referida anteriormente (secção 3.1.2 do presente documento). O parafuso será colocado na furação entretanto aberta, ficando a parte roscada para baixo, pois permite um ajustamento fácil através de aperto mecânico, possibilitando uma maior destreza na saída do perno quando se tiver de substituir o transformador de potência. Antes de apertar a porca de aço inox, a rosca do parafuso deve levar uma aplicação de massa de cobre lubrificante, para facilitar a retirada do dispositivo quando for necessário substituir o transformador de potência. Os dispositivos deverão ser obrigatoriamente galvanizados por imersão a quente, devendo o revestimento em massa de zinco ter uma espessura mínima de 45 micrómetros e média de 55 micrómetros.

3.2 Postos de transformação dos tipos A/AS

Para estes tipos de postos de transformação propomos um dispositivo que permite um tipo de fixação que impede o choque do transformador com o poste de betão quando o movimento relativamente ao poste muda de sentido, tal como já foi referido anteriormente. O conjunto projectado vai promover a fixação da parte inferior do transformador de potência ao poste de betão. A fixação do lado do transformador é feita através dos ganchos laterais, que serão fixados às aletas de fixação do transformador ao poste (nos furos existentes nas aletas quer dos modelos fabricados pela SIEMENS, quer nos modelos fabricados pela EFACEC, que, embora em locais diferentes das aletas, proporciona uma boa fixação dos ganchos ao transformador de potência). Os ganchos serão bloqueados na sua posição através de golpilhas com 5 milímetros de diâmetro.

A.

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Pormenor dos furos rasgados


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Os ganchos e a chapa (500 mm x 10 mm) fixarão o conjunto ao poste de betão, tornando o transformador de potência solidário (em termos de oscilações) com o poste. Os dispositivos deverão ser obrigatoriamente galvanizados por imersão a quente, devendo o revestimento em massa de zinco ter uma espessura mínima de 45 micrómetros e média de 55 micrómetros.

4 MEDIDAS A ADOPTAR EM PT NOVOS

Com vista a uniformizar acções futuras, nas áreas geográficas caracterizadas na anterior secção 2, para a utilização de um só tipo de dispositivo de fixação consoante o tipo de posto de transformação aéreo, devem definir-se algumas regras e propor algumas alterações que deverão ser adoptadas, quer na montagem de transformadores quer na definição de pormenores construtivos a estabelecer no respectivo DMA.

4.1 Postos de transformação do tipo AI

Nos postos de transformação do tipo AI e atendendo às dificuldades surgidas na fixação dos vários tipos de rodados (ver anterior secção 3), propomos que, numa primeira fase, sejam montados nas áreas geográficas consideradas na secção 2 do presente documento, unicamente transformadores de potência com rodados abertos e eixos vazados (de fabricação EFACEC), pois são os únicos que permitem uma fixação mais eficaz dos dispositivos anti-sismos. Esta situação será transitória uma vez que já se procedeu à alteração do DMA referente aos transformadores de potência, definindo-se os pormenores construtivos relativos aos rodados, por forma a que todos os fabricantes passem a dotar os seus transformadores com eixos vazados. Por outro lado, a colocação dos transformadores de potência na estrutura de suporte do TP em postos de transformação do tipo AI, deverá ser feita colocando-se os rodados dentro das ferragens em “U” existentes para o efeito nessa estrutura (os rodados deverão ficar alinhados com as abas das ferragens em “U”), por forma a não criar situações de instabilidade aos transformadores. Também deverá ser verificado, ao nível dos projectos-tipo de postos de transformação aéreos do tipo AI, a suficiência mecânica dos outros componentes do PT relativamente aos esforços induzidos por sismos, melhorando-se o seu comportamento caso seja necessário.


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4.2 Postos de transformação dos tipos A/AS

Nos postos de transformação dos tipos A/AS, propomos a adopção do dispositivo agora apresentado e, que, numa primeira fase, sejam montados nas áreas geográficas consideradas na secção 2 do presente documento, na furação existente em cada um dos tipos de transformadores de potência fabricados, quer pela SIEMENS quer pela EFACEC (furações diferentes). Já se procedeu à alteração do DMA dos transformadores, de maneira a tornar obrigatória a furação nas aletas de fixação do transformador ao poste, para que todos os fabricantes passem a dotar os seus transformadores com esse pormenor construtivo. Também deverá ser verificado, ao nível dos projectos-tipo de postos de transformação aéreos dos tipos A/AS, a suficiência mecânica dos outros componentes do PT relativamente aos esforços induzidos por sismos, melhorando-se o seu comportamento caso seja necessário.


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ANEXO A

DESENHOS

Dispositivos anti-sismo para PT do tipo AI


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ANEXO B

DESENHOS

Dispositivos anti-sismo para PT dos tipos A/AS

Pormenor dos furos rasgados

A.

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