Grupo de Pesquisa em Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica – GpTD

Neste post está sendo feito um parêntesis em relação ao roteiro anteriormente empreendido para se discorrer sobre o GpTD, grupo que incorpora muitas das inspirações para criação deste blog e dos diversos posts que foram e irão ser publicados.

O GpTD é um grupo de pesquisa, certificado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), que desenvolve atividades na área de transmissão e distribuição da energia elétrica. Na Figura 1, é registrada a certificação emitida pelo CNPq.

O grupo de pesquisas está centrado na melhoria de processos no Setor Elétrico Nacional (SEN), apresentando resultados que buscam o aumento da confiabilidade e da capacidade de sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica. Como destaque de projetos conduzidos está a pesquisa que teve o fomento do CNPq, a qual focou a avaliação de isoladores de distribuição na classe de tensão de 15 kV. Tais isoladores apresentavam bolhas internas que poderiam resultar em colapso integral de sistemas de distribuição. Este projeto, inclusive, foi tema do post anterior. Como subprodutos deste projeto foi criado o primeiro laboratório de alta tensão da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) e foi feita a montagem de trecho de linha de distribuição experimental [1]. Os demais projetos vêm sendo desenvolvidos conjuntamente com empresas do setor elétrico, sob coordenação da ANEEL e sempre voltados para o aumento da confiabilidade e da capacidade de transmissão do SEN. Os atuais líderes do grupo encontram-se destacados na Figura 2, com os suas respectivas biografias.

O grupo é constituído basicamente de dois doutores, seis doutorandos, dois mestrandos e três graduandos. Esta composição pode oscilar, em conformidade com os projetos em desenvolvimento.

O GpTD tem praticado parcerias com outros grupos de pesquisa do próprio Departamento de Engenharia Elétrica da UFPE e de outras universidades, destacando-se a Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) e a Universidade Federal de Sergipe (UFSE). Tem tido aporte de fomento às pesquisas oriundo do CNPq, Conselho Técnico-Científico de Educação Superior (CAPES), Fundação de Amparo a Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco (FACEPE) e Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), através das empresas Companhia Hidro-Elétrica do São Francisco (CHESF), Companhia Energética de Pernambuco (CELPE), antiga Eletrobras Distribuição Alagoas (ED-AL), atual Equatorial e Sistema de Transmissão Nordeste (STN). Com essas empresas têm sido praticadas estreitas parcerias, com trocas profícuas de conhecimentos.

PRINCIPAIS PROJETOS DESENVOLVIDOS

O primeiro deles, com dois anos de duração, foi um projeto de P&D com a CELPE, concluído em 2006, sob o título “Análise dos Métodos de Correção dos Limites de Carregamento das Linhas de Transmissão da CELPE”. O projeto culminou com a proposição de duas alternativas para aumento da capacidade de carregamento elétrico das linhas da empresa: um voltado para linhas em operação e o outro para novas linhas a serem construídas pela empresa. Essas novas alternativas se caracterizaram por incrementar em 30 % os limites originais das linhas em operação e em 200% os limites das linhas novas em relação ao padrão convencional [2]. Na Figura 3, encontram-se ilustradas as duas alternativas concebidas.

Um outro projeto de P&D desenvolvido também em conjunto com a CELPE, teve dois anos de duração e foi concluído em 2007. O projeto foi denominado “Estudo de Alternativa ao Sistema de Aterramento Utilizado nos Sistemas Elétricos de Distribuição” e teve o objetivo de conceber novos métodos de aterramento para as linhas de distribuição da empresa que incorporasse a característica de não atratividade ao roubo. Duas alternativas foram concebidas. A primeira delas voltada para estruturas já em operação, nas quais o aterramento passaria a ser feito através de vergalhão utilizado na construção civil, encapsulado por conduíte, tendo os vazios internos preenchidos com argamassa de cimento, de tal forma a proteger o vergalhão contra a corrosão. A segunda alternativa foi direcionada para novas estruturas, as quais passariam a ter as suas ferragens devidamente adaptadas para desempenharem, também, a função elétrica de aterramento [3]. Ambas alternativas foram devidamente avaliadas em laboratório, conforme se observa na Figura 4.

Em 2007, também foi concluído projeto de P&D desenvolvido conjuntamente com a CELPE, com duração de dois anos. O projeto foi intitulado “Estudo para Aplicação de Sensor de Ultra-som como Técnica Preditiva na Manutenção de Subestações e Linhas de Transmissão e Distribuição”. O projeto culminou com a implementação de processo de diagnóstico, embasado em rede neural artificial (RNA), conforme ilustrações registradas na Figura 5. O sistema capturava sinais de ultrassom emanados de isoladores da rede de distribuição, o particionava em 34 partições de 5 ciclos e estabelecia o diagnóstico a partir da aferição balizada pela RNA implementada. 50% + 1 diagnósticos caracterizando a presença de defeitos internos em isolantes, inferiam a necessidade de intervenção da manutenção. Caso contrário o isolador estava em bom estado, podendo permanecer na rede examinada [4].

Em 2008, fruto de mestrado profissionalizante [5], foi desenvolvido projeto intitulado “Aplicação de SincroFasores para Aferição de Parâmetros Elétricos de Linhas de Transmissão”. O projeto introduziu um novo método para medição dos parâmetros elétricos de linhas, em estado real, a partir do registros das tensões e correntes nos terminais das subestações. O método foi devidamente testado em linha de transmissão da CHESF, obtendo-se resultados bastante satisfatórios, conforme avaliações gráficas resumidas na Figura 6, para os parâmetros “reatância” e “resistência”.

Outro projeto de P&D, desenvolvido conjuntamente com a CHESF, concluído em 2009, com dois anos de duração, foi intitulado “Desenvolvimento de Metodologias para Mitigar Interferências Eletromagnéticas em LT’s”. O projeto culminou com a proposição de duas alternativas para minimização desses efeitos: geminação parcial dos condutores (com condutor de mesma bitola ou com tubo de alumínio) ou encapsulamento metálico dos mesmos. Na Figura 7, as alternativas encontram-se avaliadas graficamente para o caso do padrão estrutural “monomastro”, o qual apresentava problema de violação limiar dos níveis de rádio interferência (RI) permitidos. As técnicas foram devidamente validadas em ensaios laboratoriais [6] [7].

Em 2010, com dois anos de duração, foi concluído o projeto de P&D em parceria com a CELPE e CPQD, intitulado “Desenvolvimento de um Sistema de Localização de Falta na Rede de Distribuição”. O sistema se caracterizou por inferir a localização de faltas em alimentadores longos e dispersos a partir da aferição dos sinais de tensão na saída do alimentador. Foi montada rede neural artificial a partir de simulações de curto-circuito na rede. Na Figura 8, encontram-se registrados os resultados obtidos para o alimentador de Caruaru. Nas simulações realizadas, se verificou níveis de acerto do sistema de localização da ordem de 99,64 %, para a divisão do alimentador em 14 subgrupos, o que agrega grande rapidez ao processo de localização da falta, repercutindo positivamente nos níveis de duração de interrupções equivalentes por consumidor (DEC) da empresa [8].

Em 2012, foi concluído projeto de P&D desenvolvido conjuntamente com a antiga ED-AL, com dois anos de duração, intitulado “Pesquisa de Novas Tecnologias para Repotencialização de Linhas de Sub-Transmissão”. Este projeto teve ampla repercussão internacional, dada à implementação de um novo modelo matemático-computacional para representação do comportamento eletromecânico de tramos compostos por deferentes tipos de condutores conectados em série [9]-[11]. Este modelo permitiu eliminar violações de alturas de condutores, corrigindo ou aumentando o limite térmico da linha de transmissão. A título de validação foi instalado trecho experimental na linha de transmissão Messias – Pilar, 69 kV, o qual ficou submetido a monitorações diversas (comportamento térmico-ambiental e vibrações eólicas), conforme registros fotográficos contidos na Figura 9.

Em 2014, foi concluído projeto de pesquisa, com duração de dois anos, sob fomento do CNPq, intitulado “Desenvolvimento de Tecnologia para Diagnóstico Local e Remoto, não Invasivo de Defeitos em Isoladores Poliméricos Utilizados em Distribuição de Energia Elétrica”. O projeto focou especificamente na avaliação computacional do comportamento de isoladores utilizados na classe de tensão de 15 kV, os quais apresentavam cavidades internas. Após exaustivas simulações em 254 unidades, o projeto levou à constatação de que, para a classe de tensão simulada, não existia condições suficientes para o surgimento de descargas no interior dessas cavidades [1], [12]-[14]. O tema foi detalhado no post anterior. As simulações computacionais foram validadas através de experimentos laboratoriais e de campo, conforme registros gráficos e fotográficos contidos na Figura 10. Destaca-se que, além da linha experimental de 13.8 kV, o projeto viabilizou a montagem do primeiro laboratório de alta tensão da UFPE e de laboratório de simulações digitais, registrados na Figura 11.

Em 2016, foi concluído projeto de P&D desenvolvido conjuntamente com a STN, com três anos de duração, intitulado “Desenvolvimento de Processo de Disgnóstico do Estado de Hastes de Âncora de Estruturas Estaiadas”. O projeto culminou com a implantação, ainda experimental, de processo de diagnóstico voltado para evitar a necessidade de realização de inspeções invasivas extremamente dispendiosas, conforme ilustrações feitas na Figura 12. Através de conector especialmente projetado, o sistema de diagnóstico permite injetar sinal e aferir as reflexões e deformações ocorridas, inferindo a eventual existência de processo corrosivo em andamento [15] [16]. O projeto teve a participação efetiva do Departamento de Eletrônica e Sistemas da UFPE, através do seu Grupo de Fotônica.

Em 2016, foi concluído projeto de P&D, com dois anos e meio de duração, desenvolvido conjuntamente com a ED-AL, intitulado “Novos Materiais Isolantes e Condutivos para Redução de Perdas Técnicas na Distribuição de Energia Elétrica”. O projeto se caracterizou por conduzir as pesquisas em duas vertentes, conforme ilustrações contidas na Figura 13. A primeira delas foi voltada para aferição e desenvolvimento de espaçadores isolantes para LD’s compactas, tendo requerido montagens e adaptações no laboratório de alta tensão, conforme registros fotográficos contidos na Figura 14. Na segunda vertente, se procurou desenvolver projeto específico voltado para inserção de um novo condutor afixado sob o condutor original, formando um “super festão”, de tal forma a reduzir as perdas por efeito Joule [17]-[19]. Essa técnica foi validada em campo experimental, conforme registro feito na Figura 14.

Em 2017, foi concluída pesquisa de mestrado intitulada “Proposta de Tecnologia para Recapacitação de Linhas de Transmissão Baseado na Relocação de Estruturas de Concreto” [20]. A nova metodologia proposta neste projeto foi voltada para repotencializar linha de transmissão, através de um reprojeto, à luz de uma revisão detalhada e tecnologicamente aprimorada do levantamento topográfico. Faz uso do aplicativo Power Line Systems- Computer Aided Design and Drafting (PLS-CADD) com o propósito de redefinir otimizadamente a locação das estruturas existentes, fixando-as em fundações tipo cálice, previamente construídas. Na Figura 15, encontram-se ilustrados resumidamente os procedimentos propostos. Destaca-se que, em simulações realizadas, a metodologia incorpora uma economia de 35%, quando comparada com técnicas tradicionais de recapacitação de linhas de transmissão, maximiza o uso dos materiais existentes e causa danos mínimos ao meio ambiente.

Ainda em 2017, foi concluído projeto de mestrado, intitulado “Ajustamento de Técnica de Monitoração Remota de Poluição em Cadeias de Isoladores a Partir de Aferições Laboratoriais” [21]. Neste projeto são feitas pesquisas comparativas entre três atributos utilizados para monitoramento de isoladores em ambientes poluídos. São eles: os pulsos de corrente de fuga, componentes harmônicas e as características do centroide do sinal de corrente. As análises foram feitas, comparando-se testes realizados em laboratório de alta tensão. Foi utilizada rede neural artificial para classificação dos sinais adquiridos. Os resultados apontaram que o atributo componentes harmônicos apresentou o melhor desempenho na classificação dos sinais. Na Figura 16 são resumidos os procedimentos realizados.

Uma outra pesquisa de mestrado foi concluída, em 2019, intitulada “Modelagem e Validação de Técnicas de Recapacitação de Linhas de Transmissão” [22]. No projeto, diversas técnicas de recapacitação de LT’s foram devidamente modeladas e comparadas através do PLS-CADD. Nos estudos de caso realizados, foram avaliadas desde as técnicas de inclusão de novas estruturas, passando pelo recondutoramento, através da aplicação de novos condutores tradicionais até a aplicação de condutores especiais. As análises comparativas mostraram que os cabos condutores especiais fornecem um aumento substancial na capacidade de transmissão da linha, incorporando baixo peso específico e altas resistências mecânicas e aos efeitos corrosivos. Na Figura 17, são registrados trechos de análises realizadas.

Também em 2019, foi concluída outra pesquisa de mestrado intitulada “Recapacitação de Linhas Aéreas de Transmissão de Energia Elétrica Através da Incorporação de Condutor Adicional em Subvãos” [23]. Neste projeto, foi devidamente modelado e validada, através do PLS-CADD, a técnica de recapacitação que consiste no lançamento de um condutor adicional, o qual fica suportado pelo condutor original. A técnica se caracteriza pelo ganho de ampacidade e de potência natural, com consequente redução de perdas por efeito Joule e reativas. Nos estudos de caso realizados, observou-se que a técnica representa uma opção viável devido aos ganhos obtidos no aumento da potência natural da linha, chegando a 40%. A introdução do condutor leva à divisão da corrente e consequente diminuição da temperatura do condutor original, conduzindo a um aumento significativo das distâncias cabo-solo, habilitando a técnica à correção de vãos com violações de alturas de segurança. Pelos resultados obtidos, portanto, a adição de um condutor por fase, formando sub vãos, representa uma técnica robusta para aumentar a capacidade de transmissão de uma linha aérea, respeitando as   restrições normativas vigentes. Na Figura 18, são registradas ilustrações relacionadas com a técnica estudada.

COMENTÁRIOS FINAIS

Observa-se, portanto, diversas contribuições realizadas pelo GpTD, as quais o credenciam como grupo de excelência na área foco de suas pesquisas. Vários outros desafios se descortinam voltados para recapacitação de linhas, monitoração de cadeias de isoladores e redução de perdas na transmissão e distribuição da energia elétrica. As prospecções em curso demonstram a vitalidade do grupo e que a sua história está apenas no começo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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