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INSPEÇAO TERMOGRÁFICA NOS PÁRA-RAIOS TIPO ESTAÇÃO DO
SISTEMA DE 138 KV DA CST
Aderaldo Calente (1)
Resumo Buscando aumentar a segurança operacional e a confiabilidade de suas instalações elétricas a Companhia Siderúrgica de Tubarão implantou a técnica de termovisão nas inspeção de seus Pára-raios tipo estação das suas Estações Recebedoras e Subestações de 138 KV. Neste trabalho serão mostrados os métodos utilizado, os valores de temperatura adotados com seus respectivos diagnósticos, os fatores que devem ser considerados e evitados durante a inspeção termográfica. Além de exemplos com termogramas caracterizando defeito e/ou condição normal de operação dos Pára-raios serão mostradas, também, algumas conclusões que já puderam ser tiradas no decorrer do período de implantação e inicio das inspeções. Dentre as principais conclusões será destacado que a termovisão tem se mostrado uma técnica eficiente. A termovisão realizada isoladamente não abrange todos os tipos de defeito de um Pára-raios, e que o perfil térmico qualitativo é fator preponderante para avaliações preditivas.
(1) (^) Sócio da ABRAMAN; Técnico Eletro-mecânico; Técnico de Termografia do Departamento de
Engenharia da Companhia Siderúrgica de Tubarão.
1. INTRODUÇÃO
A Companhia Siderúrgica de Tubarão, dentro do contexto de avaliação da confiabilidade de seu sistema elétrico, implantou a inspeção termográfica em seus Pára-raios tipo estação, no sistema de 138 KV, instalados em diferentes Subestações do seu parque industrial. Esta inspeção, dentro de uma política de manutenção preditiva, visa o diagnóstico da condição operativa destes Pára-raios. A CST possui instalados em suas Estações Recebedoras e Subestações desabrigadas, um total de 39 Pára-raios tipo torre de uso externo de dois modelos e fabricantes diferentes, sendo 33 poliméricos e 6 de porcelana Quanto aos elementos ativos são todos de ZnO (Óxido de Zinco).
2. DEFINIÇÕES
2.1 Pára-raios O Pára-raios é um dispositivo que tem por finalidade proteger equipamentos elétricos contra sobre-tensões de origem atmosférica, manobra ou de origens fortuitas, escoando a carga resultante da sobre-tensão para a malha de aterramento. Os modelos utilizados nas instalações de 138 KV da CST são os da figura 01 e
Figura 01 - Polimérico
Resistor não-linear 3.1.1.1 Corpo Constituído de porcelana vitrificada de alta resistência mecânica e dielétrica, ou borracha de silicone auto-limpante dentro do qual estão alojados os principais elementos ativos do Pára-raios.
3.1.1.2 Terminais São as extremidades do Pára-raios onde são feitas as conexões da linha e do aterramento.
3.1.1.3 Resistor não linear São blocos cerâmicos compostos a partir de uma mistura de óxido de zinco, em maior proporção, e outros óxidos metálicos, como o antimônio, o manganês, o bismuto e o cobalto. Após a obtenção do pó, resultante da mistura anteriormente referida, procede-se à prensagem dos blocos nas dimensões desejadas, vindo em seguida a sua sinterização, que consiste num tratamento térmico cujo objetivo é tornar o bloco um elemento cerâmico. E isso é obtido quando o mesmo é submetido a uma temperatura que pode chegar aos 1300 °C. Após cobrir com elemento metálico as superfícies planas do bloco cerâmico, o mesmo é levado a uma série de testes, depois dos quais pode estar classificado para ser utilizado nos Pára-raios. Conforme figura 04.
Figura 03 – Montagem do Pára-raios Figura 04 – Resistor não linear
3.2 Pára-raios de porcelana Os Pára-raios tipo torres são montados em uma, duas ou três colunas de porcelana em função do valor da tensão nominal. A parte ativa é constituída de grupos de centelhadores e resistores de distribuição e resistores de descarga montados alternadamente. Esses dispositivos são centrados no invólucro e comprimidos por meio de uma mola. Após a montagem é feito vácuo no interior do Pára-raios e, em seguida, preenchido com nitrogênio seco. O invólucro de porcelana é hermeticamente fechado para evitar que penetre umidade. Este modelo de Pára-raios é a prova de explosão. Na parte inferior e superior da coluna de porcelana existe uma membrana metálica que em caso de sobrecarga cede e o gás é expelido do seu interior.
Terminal de ligação
Blocos de ZnO
Corpo de porcelana
Mola de compressão
Terminal de terra
3.3 Pára-raios de borracha de silicone Os blocos de ZnO de cada unidade elétrica são acondicionadas em módulos sob pré-compressão em uma gaiola formada de laços reforçados com fibra de vidro. Resultando em uma alta resistência mecânica. A borracha de silicone é moldada diretamente na gaiola, selando completamente os elementos ativos. Como não há ar dentro do módulo, evita- se a descarga parcial interna. Não há necessidade de gaxetas para manter uma boa vedação. A borracha de silicone é altamente hidrofóbica e resistente a radiação UV.
4. FUNCIONAMENTO
Os resistores de descarga em série com os centelhadores tem as seguintes características: alta resistência para a tensão nominal e baixa resistência para surtos de tensão. Por isso quando ocorre uma sobre-tensão o Pára-raios conecta instantaneamente o condutor sob tensão para a malha de aterramento, protegendo assim os equipamentos. Os resistores de controle são responsáveis pela distribuição do potencial através de toda a parte ativa garantindo assim o bom funcionamento do Pára-raios.
4.1 O Pára-raios ideal O Pára-raios ideal seria aquele que entrasse em condução para um valor de tensão definido, mantivesse este valor enquanto durasse o surto de tensão e interrompesse a condução para o mesmo valor de tensão no qual a condução foi iniciada.
5. PRINCIPAIS CAUSAS DE FALHAS EM PÁRA-RAIOS
5.1 Aspectos gerais Estudos realizados vem apontando a penetração de umidade devido a perda de estanqueidade do invólucro, como sendo a principal causa de falha verificada nos Pára-raios ao longo do tempo. Conforme gráfico 01.
Gráfico 01
1- Penetração de umidade – 85 % 2- Descarga – 5 % 3- Contaminação – 5 % 4- Aplicação inadequada – 3 % 5- Desconhecida – 2 %
Percentual do total das Falhas
85%
5% 5% 3%2%^1 2 3 4 5
Na análise do delta de temperatura encontrado no corpo do Pára-raios, é adotado o seguinte critério:
Até 3 °C -------------------- bom. De 3 °C a 5 °C ---------- observar. Acima de 5 °C ----------- substituir.
Na constatação do acréscimo de temperatura dos Pára-raios em relação à temperatura ambiente, é adotado o seguinte critério:
Até 5 °C ------------------- bom. De 5 °C a 10 °C --------- observar. Acima de 10 °C --------- substituir.
Os Pára-raios a serem observados devem ser submetidos a inspeções termográficas semanais para verificar a evolução da temperatura. Os Pára-raios substituídos devem ser enviados para teste em laboratório. Os termogramas mostrados nas figuras 06, 07 e 08 são exemplos usuais obtidos durante as inspeções de campo.
Figura 06 – Termograma representando uma condição Normal
Temperatura ambiente: 25,0 °C Temperatura máxima: 26,9 °C Temperatura mínima: 25,4 °C Delta entre a máxima e a mínima: 1,5 °C Delta entre a máxima e a ambiente: 1,9 °C
Figura 07 – Termograma representando uma condição de defeito
Temperatura ambiente: 30,0 °C Temperatura máxima: 43,1 °C Temperatura mínima: 34,7 °C Delta entre a máxima e mínima: 8,4 °C Delta entre a máxima e a ambiente: 13,1 °C
Figura 08 – Termograma representando uma condição de defeito
Temperatura ambiente: 28,0 °C Temperatura máxima: 37,8 °C Temperatura mínima: 30,0 °C Delta entre a máxima e a mínima: 7,8 °C Delta entre a máxima e a ambiente: 9,8 °C
Gráfico 02
8. PARAMETROS A SEREM EVITADOS DURANTE A INSPEÇÃO
8.1 Radiação solar Durante a medição termográfica, deve ser escolhido o ângulo mais adequado para a visada do Pára-raios. Esta ação visa minimizar o efeito da radiação solar sobre o Pára-raios a ser inspecionado. Deve ser utilizado o artifício de posicionar o termovisor visando a face oposta a qual o sol incide sobre o Pára-raios, devendo-se tomar o cuidado de evitar a incidência direta do sol sobre o termovisor. Preferencialmente, as medições devem ser realizadas a noite, ou em dias nublados, quando a radiação solar tem seu efeito minimizado naturalmente.
8.2 Chuva A inspeção termográfica não deve ser realizada estando o Pára-raios ou o termovisor submetido à chuva.
8.3 Poluição industrial/névoa salina A inspeção termográfica não deve ser realizada estando o Pára-raios instalado num ambiente que apresente poluição industrial ou névoa salina acentuada. Esta condição proporciona interferência nas medições, e consequentemente, compromete a confiabilidade da inspeção.
8.4 Vento A medição termográfica não é recomendada para ambientes ou situações onde o vento esteja apresentando velocidade superior a 25 Km/h.
9. DIFICULDADE ENCONTRADA
A porcelana ou a borracha de silicone que constituem o corpo do Pára- raios não é um bom condutor térmico, diminuindo os efeitos da temperatura na superfície externa do Pára-raios e consequentemente sua percepção e análise.
Dependência com a temperatura
Temperatura (graus Celsius)
Corrente (mA)
10. CONCLUSÕES
A termovisão tem se mostrado uma técnica eficiente. A termovisão realizada isoladamente não abrange todos os tipos de defeito. O perfil térmico qualitativo é fator preponderante para avaliações preditivas. As avaliações de laboratório nos Pára-raios substituídos são extremamente importantes para consolidar os critérios das inspeções de campo. Os Pára-raios que protegem transformadores são os que exigem maior rigor nas análises. Os valores de temperatura com os referidos diagnósticos devem ser adotados após sucessivas medições.
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