Manutenção 4.0: Principais desafios e tendências de inovação da manutenção dos sistemas elétricos de alta e média tensão

Texto publicado na Revista Manutenção em 04/10/2021.

Assim como os demais nichos do mercado, a área de distribuição de energia enfrenta cenários desafiadores no que tange à manutenção e operação dos ativos. Com a evolução da demanda de carga e as incertezas climáticas diante do aquecimento global, o modelo tradicional de manutenção nessas instalações tem sofrido grandes transformações.
Frente a esses novos cenários, manter-se inerte é assumir o risco de aumentar as falhas e consequentemente comprometer a qualidade do fornecimento de energia do seu empreendimento. É necessário inovar não só nos sistemas de gestão da manutenção e automação de processos, mas também na forma de realizar a manutenção.
Todo o sistema elétrico de potência mudou com o decorrer dos anos. Equipamentos de pátio, sistemas de proteção e controle, sistema de supervisão e telecontrole, protocolos de comunicação e demais sistemas foram modificados. Essa evolução obriga a pensar em novas maneiras de gerir a manutenção do sistema. Diante do cenário atual, permanecer com modelos convencionais de manutenção significa não se adaptar à nova realidade do sistema, que traz como desafios:

● Elevações e variações relevantes de temperatura e elevação do consumo de energia elétrica no Brasil;
● Impacto do aumento da demanda de energia e diversidade nos perfis do controle de tensão. Necessidade da implementação de novas tecnologias no sistema.

No cenário com elevações e variações relevantes de temperatura, o dia pode conter até 25º de variação de temperatura (∆T). Com altas temperaturas e tempo seco, além de fatores externos que agridem a rede elétrica, como as queimadas, o consumo de energia eleva-se exponencialmente, exigindo cada vez mais das instalações elétricas de alta e média tensão.
A CPFL Soluções oferece experiência e eficiência no cuidado com os ativos dos clientes. Com técnicas customizadas, está preparada para apoiar o cliente nos momentos mais adversos e com maiores desafios para a manutenção e operação. Como especialistas no assunto, utiliza técnicas específicas, como por exemplo a termografia, uma técnica muito utilizada no setor elétrico.
Importância e aplicações da termografia frente às elevações e variações relevantes de temperatura e aumento do consumo de energia elétrica no Brasil.
Com as altas concentrações de gases de efeito estufa na atmosfera, o calor emitido pelo Sol é bloqueado, ficando preso na superfície terrestre, aumentando a temperatura média da Terra. O aquecimento global é uma realidade que se agrava anualmente, provocando alterações no clima e, consequentemente, no comportamento dos ativos, principalmente nos períodos de maior temperatura.
Contribuem para o aquecimento, a queima de combustíveis fósseis (derivados do petróleo, carvão mineral e gás natural) para geração de energia, atividades industriais e transportes, a conversão do uso do solo, entre outras aplicações. Por isso, é importante que toda a indústria entenda a importância da descarbonização, estimulando a utilização de equipamentos e veículos elétricos e, sobretudo, a utilização de energias renováveis.
Enquanto ainda possuímos a presença significativa desses combustíveis e convivemos com variações expressivas de temperatura, essa elevação contribui diretamente para o aumento do consumo de energia elétrica no Brasil.

Figura 1 – Previsão de carga de energia para o cenário 2020-2025. Fonte: ONS.

O Operador Nacional do Setor Elétrico (ONS) compartilha, no documento, “Previsão de Carga para o Planejamento Anual da Operação Energética ciclo 2021 (2021-2025)”, a previsão de carga de energia, superando 70.000 MWmédios, a partir de 2022, conforme apresentado no gráfico.
Diante deste cenário, é necessário traçar as melhores estratégias para atravessar períodos de demandas máximas de energia e grande exigência dos equipamentos. Técnicas preditivas de monitoramento de temperaturas, por exemplo, fazem-se necessárias nesses momentos.
Uma ferramenta importante para detecção das anomalias térmicas no sistema é a inspeção termográfica. A termografia é uma técnica preditiva, não invasiva e não destrutiva, de medição de temperatura e formação de imagem térmica de uma determinada instalação, que, por meio de representação gráfica, direciona as regiões que apresentam desequilíbrios e variações térmicas.

Figura 2 – Exemplo de inspeção termográfica.

As diferentes condições operativas de cada subestação tornam necessária uma visão sistêmica sobre as periodicidades, com base em variáveis que coloquem o sistema e o cliente no centro do negócio.
Portanto, para traçar a estratégia ideal é necessário alcançar o ponto ótimo das priorizações e periodicidades das inspeções nas instalações de alta e média tensão. Algumas das variáveis que são consideradas pela CPFL Soluções são:

● Número de unidades consumidoras atendidas;
● Potência instalada;
● Nível de curto-circuito;
● Taxa de falhas;
● Agentes externos – maresia, nível de poeira e poluição local;
● Características e tempo de operação dos pontos de conexões externos – tipos de conectores, materiais e reações.

Essa técnica preditiva tem evoluído e inovado as aplicações no setor elétrico. Já existe, por exemplo, para algumas aplicações, o monitoramento local fixo, integrado ao sistema de supervisão, gerando alarmes remotos para os valores de temperatura e variação ajustados.
Outro grande avanço, também já aplicado nas redes de distribuição de energia da China – Rede do Noroeste, Rede do Nordeste, Rede do Norte da China, Rede do Centro da China, Rede do Leste da China e Rede do Sul –, é o Robô Inteligente de Inspeção de Componentes Elétricos da Launch, que realiza inspeções com frequências definidas e em grande escala, reduzindo, ao máximo, os erros humanos. O robô usa uma câmera termográfica e realiza a inspeção completa em subestações de alta tensão e é capaz, inclusive, de emitir alarmes.
A plataforma é conectada ao computador de controle do robô via Ethernet, enquanto a unidade de controle principal controla o gerador de imagens térmicas de alta definição e o movimento da plataforma pela rede. A câmera termográfica produz vídeo analógico CVBS e a câmera de alta definição produz vídeo de H265.
Os dados de medição de temperatura são enviados à unidade de controle principal via Ethernet e via quadro de compressão de vídeo, proporcionando dados e informações de medição de temperatura com vários quadros em tela cheia, referentes às temperaturas mais altas e mais baixas.
O certo é que, precisa-se avançar com o modelo de inspeção, podendo ser aplicado, até mesmo, em circuitos de baixa tensão e circuitos de corrente. A CPFL Soluções, inclusive, tem, como experiência, situações em que, a partir de algumas ocorrências no sistema, houve elevação de temperatura em circuitos de corrente, com a detecção de folga na conexão do circuito com as novas chaves de correntes (bloco de testes). Um plano de ação de termografias e reaperto dos circuitos, que apresentavam variações de temperatura e de corrente, permitiu reduzir 90% das falhas no ano seguinte.

Figura 3 – Elevação de temperatura em circuitos de corrente.

Nota-se que a técnica é aplicada, em grande parte dos processos, em uma subestação. Trata-se de uma importante ferramenta para detectar potenciais falhas no sistema e agir preventivamente. Tão importante quanto realizar a inspeção termográfica é saber tratar os dados, montar um plano de ação e priorizar os atendimentos com senso de urgência.
Destaca-se, ainda, a importância de se detectar a causa raiz do problema para que as ações previstas sejam aderentes à redução do que está provocando os problemas. Dentre alguns modos de falhas dessas anomalias temos:

● Reação do material, como exemplo: barramentos de alumínio com cordoalhas de cobre e conexões não bimetálicas;
● Conexões mal feitas – torque indevido nas conexões;
● Limalhas nas conexões;
● Baixo isolamento;
● Desgaste do material;
● Passagem de correntes de curto circuito elevados na conexão.

Identificar o modo de falha é essencial para a criação das ações e assertividade na resolução do problema.
Outro novo modelo de inspeções visuais e termográficas possível é a utilização de drones, técnica já empregada por concessionárias, especialmente, em linhas de distribuição de média e alta tensão.

Figura 4 – Inspeções em redes elétricas

O drone é um excelente recurso para áreas remotas e áreas que apresentem terrenos instáveis, como brejos e ambientes muito úmidos. Em parques com linhas extensas, esse tipo de aplicação pode reduzir custos e substituir métodos mais onerosos, como inspeções heliportadas.
Portanto, podemos observar avanços significativos nos modelos de inspeções termográficas nas redes de alta e média tensão. A termografia é uma das técnicas mais efetivas na detecção de anomalias e exige que os profissionais explorem, cada vez mais, as suas diversas aplicações no sistema. Seu cenário, aplicação e tecnologia inserida têm evoluído expressivamente.
Existem aplicações em estruturas fixas com mobilidade, que permitem conexão via GPRS com a rede e já geram alarmes a partir de temperaturas ajustadas. O monitoramento remoto, associado à supervisão e aos registros e armazenagem em nuvem (disponíveis em plataforma web), já representa o avanço significativo e destaca a aplicação em indústrias 4.0.
Com grande experiência no assunto, a CPFL oferece soluções customizadas para diversas aplicações da técnica no sistema elétrico. A aplicação abrange não só as ações em campo, mas a emissão e análise dos relatórios termográficos, que, além da formalização, são ferramentas importantes, inclusive, para fins de auditorias.
Impacto do aumento da demanda de energia e diversidade de perfis no controle de tensão. Necessidade da implementação de novas tecnologias no sistema.
A chegada dos diferentes níveis de tensão e aumento da potência do sistema interligado trouxe consigo a elevação dos níveis de curto-circuito e a necessidade de modelos inteligentes de proteção, controle e automação.
Com a crescente evolução da demanda energética no Brasil, um grande desafio das distribuidoras é controlar a tensão diante do elevado consumo de carga no sistema. Como sabemos, à medida que o consumo aumenta, a tendência é que os níveis de tensão sofram queda, pois são grandezas inversamente proporcionais. Além disso, a diversidade do perfil dos consumidores, torna diferente o consumo por conjunto, não permitindo à concessionária ter uma forma uniforme para tratar os equipamentos que são responsáveis pelo controle de tensão, principalmente em níveis de alta tensão, como os comutadores sobre carga (OLTC).
O comutador em carga, também conhecido como comutador, comutador de derivação em carga (CDC) ou OLTC (on load tap changer), é um equipamento utilizado em conjunto com transformadores de tensão para variar a relação de sua transformação, sem que seja necessário o seu desligamento.
Tradicionalmente, a periodicidade da manutenção desse equipamento baseia-se em tempo ou número de operações. Independente das condições às quais são submetidos, eles são tratados, em sua maioria, da mesma forma. Uma ocorrência num ativo desses, fatalmente, compromete a operação de um transformador de potência, tornando assim, grande, a responsabilidade em manter o ativo sem falhas.
Recentemente foi lançado, em um lote pioneiro, o projeto da CGTI (Centro de Gestão de Tecnologia e Inovação), em parceria com algumas concessionárias, o SMC, sistema de monitoramento de comutadores.

Sistema Monitoramento Comutadores (SMC)

Esse equipamento cria uma “assinatura elétrica”, ativada a partir do acionamento do motor, criando um diagnóstico por meio de formas de onda do comportamento elétrico do equipamento, sendo capaz de antecipar grande parte dos problemas relacionados à comutação (momento em que o transformador altera o tap automaticamente em carga).
Assim, tem capacidade de antecipar falhas, gerar alarmes remotos, criar registros em memória, comunicar com o centro de operações por meio de diversos protocolos de comunicação, monitoramento remoto e online das grandezas elétricas e comportamento do equipamento, permitindo evolução no modelo de manutenção desses equipamentos, deixando de ser por tempo e operação para condição.
A CGTI cita algumas vantagens na utilização do equipamento, como:

● Assertividade na programação e data da intervenção da manutenção;
● Evita paradas desnecessárias ou não programadas em comutadores;
● Maior eficiência operacional dos transformadores de potência;
● Monitoramento remoto e online do funcionamento dos comutadores;
● Reduz custos de manutenção;
● Ganho de eficiência na definição de investimentos no ativo;
● Redução das manutenções corretivas e falhas;

Pensar diferente tem sido uma necessidade para quem atua na área de manutenção de sistemas de distribuição. Para estimular novas técnicas de manutenção, é importante a busca de parcerias com players que detêm know-how no assunto. A CPFL Soluções pode apoiar a indústria com uma revolução na manutenção, com a aplicação de técnicas e modelos inovadores.
Não há atividade de manutenção tão tradicional que não possa ser repensada. Técnicas eficientes e conhecidas têm sido principais alvos das revoluções na manutenção do setor elétrico.

Referência:
Site da Flir Systems
Site da CGTI