GpTD – Registro do seu Legado – Parte 5 – Laboratório de Alta Tensão

Este post representa o quinto da série iniciada, a qual aborda o legado do GpTD (Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento da Transmissão e Distribuição da Energia Elétrica), construído ao longo de sua jornada. No presente post, será enfocado o laboratório de alta tensão (LAT), viabilizado através de suporte financeiro oriundo do Projeto de Pesquisa CNPq – 554604/2010-8 [1].

COMO TUDO COMEÇOU

A ideia de se construir um laboratório de alta tensão no Departamento de Engenharia Elétrica (DEE) da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) foi, principalmente, motivada pela necessidade de fazer experimentos acadêmicos e técnico-científicos em suporte às disciplinas de equipamentos e transmissão de energia elétrica, como também suprir as carências relacionadas a pesquisas no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da UFPE.

Marcos importantes, na construção dessa ideia, foram as recorrentes visitas técnicas ao Laboratório de Alta Tensão da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), durante as quais eram gentilmente e detalhadamente ministradas aulas práticas associadas à disciplina “Equipamentos Elétricos”, com o suporte de professores e alunos daquela Universidade. No link a seguir é possível acessar vídeo, que resume uma dessas visitas:

https://1drv.ms/v/s!Al2IM4r-zaa5zEKJYvODG2j2x3OA?e=V40YP2

Durante as visitas eram conhecidos todos os equipamentos e instrumentos que compõem um LAT, as ligações e layout, como também eram realizados experimentos em alta tensão, dentre eles:

  • suportabilidade de gaps no formato de “chifres”;
  • geração de surtos atmosféricos (tensão e corrente);
  • distribuição de tensão em cadeias de isoladores, com e sem anéis equalizadores;
  • suportabilidade de isoladores de disco a tensão em frequência industrial;
  • levantamento da característica “VxI” de para-raios;
  • simulação de alongamento de arcos, quando do movimento de gaps.

Um outro marco foi o desenvolvimento do Trabalho de Graduação “Projeto e Planejamento de um Laboratório de Alta Tensão” [2]. Nesse trabalho foi possível se estudar os diversos tipos de laboratórios (pequeno, médio e grande porte), suas aplicabilidades e estimativas de custos. Durante esses estudos, foram inferidos, também, os diversos ensaios que poderiam ser implementados nesses diversos tipos de laboratório. Buscou-se, ainda, aquilatar os cuidados especiais a serem tomados, no tocante às distâncias de segurança, blindagem e aterramento. Foram avaliados, ainda, os possíveis locais onde o futuro LAT da UFPE poderia ser construído.

Um outro ponto importante para balizamento do laboratório, em fase de planejamento, foi a visita técnica realizada ao LAT da Universidade de Waterloo, no Canadá, quando da realização do ISEI 2008 [3]. Na Figura 1 é feito registro fotográfico dessa visita.

Figura 1 – Registro da visita ao Laboratório de Alta Tensão da Universidade de Waterloo.

Uma constatação bastante significativa foi o fato de que, na Universidade, o laboratório recém construído, após incêndio que destruiu o laboratório anterior, só continha kits de pequeno porte. A explicação dada pela Coordenadora, Profa. Shesha Jaiaran, foi de que na maciça maioria das vezes são realizados experimentos em partes da instalação: um isolador, por exemplo, quase nunca na cadeia inteira. Quando da necessidade de ensaios em tensões maiores, são contratados outros laboratórios. Esse foi um balizamento substancial para a construção do LAT/UFPE.

PROJETO/MONTAGEM DO LAT/UFPE

Para construção do LAT/UFPE os recursos foram oriundos do Projeto de Pesquisa CNPq 554604/2010-8, como já citado. Após longas e desgastantes interações com o representante nacional, de tal forma a assegurar que os valores se encaixassem no orçamento traçado, convergiu-se para o fornecimento de um kit de pequeno porte, constituído dos equipamentos listados nas Figuras 2, 3, 4 e 5.

Figura 2 – Equipamentos que constituem o LAT/UFPE.
Figura 3 – Equipamentos que constituem o LAT/UFPE (Continuação 1).
Figura 4 – Equipamentos que constituem o LAT/UFPE (Continuação 2).
Figura 5 – Equipamentos que constituem o LAT/UFPE (Continuação 3).

As obras civis do LAT/UFPE foram desenvolvidas na parte central do Galpão de Engenharia Elétrica, conforme descrito e ilustrado no Post anterior e atenderam ao projeto arquitetônico replicado na Figura 6.

Figura 6 – Projeto arquitetônico do Laboratório de ensaios de AT (térreo).

Registra-se que o projeto do LAT sofreu uma alteração significativa, em relação à ideia original, ao agregar a antiga sala de reuniões do DEE/UFPE, por iniciativa do coordenador do Projeto de Pesquisa CNPq 554604/2010-8, Prof. Marcelo Cabral, que muito se empenhou na aprovação dessa melhoria. A incorporação dessa sala ao projeto arquitetônico do LAT agregou maior dinâmica à operação do kit, passou a ser a sala de comando, além de permitir o acompanhamento de experimentos por alunos do curso de Graduação em Engenharia Elétrica. Academicamente, representou um benefício extraordinário ao projeto final.

Nas Figuras 7 a 12, são registradas as etapas de chegada dos equipamentos e montagem final do LAT.

Figura 7 – Chegada dos equipamentos.
Figura 8 – Entrada dos equipamentos no LAT.
Figura 9 – Vista da sala de reunião do DEE, ao fundo, incorporada ao LAT.
Figura 10 – Fonte de alta tensão posicionada.
Figura 11 – Visão geral do LAT já montado [4].
Figura 12 – Vista da sala de comando do LAT [4].

TREINAMENTO OPERACIONAL

Após conclusão da montagem, foram realizados os treinamentos operacionais, ministrados por Professores da UFCG, conforme programação detalhada nas Figuras 13 e 14. Ressalta-se que o apoio dos Professores da UFCG foram fundamentais para a revisão final do laboratório e o treinamento da equipe do GpTD.

Figura 13 – Treinamento para operação do LAT – Módulo 1.
Figura 14 – Treinamento para operação do LAT – Módulo 2.

O treinamento foi disponibilizado para um total de 17 pessoas do DEE/UFPE –  Professores do DEE: 1) José Maurício de Barros Bezerra, 2) Zanoni Dueire Lins; Técnicos do DEE:  3) Marcos André de Almeida da Silva, 4) Jadilson de Assis Bezerra, 5) Júlio Cesar da Luz Belarmino; Alunos de Doutorado do Programa de ‘Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – PPGEE da UFPE: 6)  Alexsandro Aleixo Pereira, 7) Suelen Holder de Morais e Silva Rodrigues; Alunos de Mestrado do PPGEE-UFPE: 8) Jadiel Medonça de Vasconcelos (também Técnico do Departamento de Música da UFPE), 9) Márcio Severino da Silva; 10) Paulo Roberto Ranzan de Brito, 11) Ligia Verônica Genésio Pessoa, 12) Diego Soares Lopes;  Alunos de Graduação e bolsistas da Pró-reitora de Assuntos Estudantis-PROAES: 13) Genaina Teles Oliveira Canto; 14) Caio Cesar Cordeiro Viana, 15) Samuel Honorato; 16) Viviane da Silva Moraes; Aluno de Graduação e Estagiário do Projeto de Pesquisa & Desenvolvimento CEAL-UFPE: 17) Ayrlw Maynyson de Carvalho Arcanjo.

MONTAGEM DE PRÁTICAS ACADÊMICAS NO DEE/UFPE

A partir dos treinamentos recebidos, foi possível a montagem de práticas acadêmicas, destacando-se:

  • apresentação do LAT – premissas básicas de segurança, montagem do kit de alta tensão e tensão Induzida;
  • ensaios de disrupção dielétrica; e
  • distribuição de tensão em uma cadeia de isoladores.

Essas práticas foram devidamente estruturadas e registradas no manual “Práticas Laboratoriais. Tecnologia dos Materiais” [5]. Nas Figuras 15, 16 e 17, são registradas alguns dos experimentos acadêmicos realizados.

Figura 15 – Ruptura em gap no formato de chifre.
Figura 16 – Bancada de controle e monitoramento.
Figura 17 – Cadeia de isoladores sob ensaio.

A MONTAGEM DA CÂMARA DE NÉVOA

A câmara de névoa foi construída com base em projeto similar registrado em tese de doutorado [6], em consonância com a NBR 10621 [7] e fazendo-se as adequações necessárias às dimensões do laboratório [8]. Na Figura 18 é apresentada a câmara original. Na Figura 19, é registrado o projeto básico da câmara, na Figura 20, as dimensões desejadas para os bicos injetores e, nas Figuras 21 e 22, o sistema completo projetado e construído.

Figura 18 – Câmara de névoa originalmente desenvolvida na UFCG [6].
Figura 19 – Projeto básico da câmara de névoa [8].
Figura 20 – Dimensões dos bicos injetores [8].
Figura 21 – Sistema de pulverização [8].
Figura 22 – Câmara e sistema de pulverização desenvolvido [8].

EXPERIMENTOS TÉCNICOS-CIENTÍFICOS

A partir da construção do LAT/UFPE, além dos experimentos acadêmicos de suporte às disciplinas, já comentados, diversos outros experimentos técnicos-científicos foram empreendidos subsidiando diversos projetos de pesquisa, mestrados e doutorados. Dentre eles são ressaltados:

  • avaliação de espaçadores de 13,8 kV em ambientes contaminados; vide Figuras 23 e 24 [9];
Figura 23 – Ensaio de espaçadores, simulando o depósito de contaminante e o ambiente úmido [9].
Figura 24 – Aferição da corrente de fuga sobre a superfície do espaçador [9].
  • avaliação do desempenho de isoladores padrão submetidos ao depósito de material contaminante e inserido em ambiente úmido [4]; vide Figura 25;
Figura 25 – Ensaio de isolador padrão em ambiente poluído e úmido [4].
  • análise de descarregador em forma de chifre para assegurar o isolamento de cabos para-raios [9] e [10]; vide Figura 26;
Figura 26 – Ensaio em descarregador em forma de chifre [9].
  • novos materiais isolantes e condutivos para redução de perdas técnicas na distribuição de energia elétrica [11]; vide Figura 27 e vídeo no link.
Figura 27 – Registro de espaçadores isolantes submetidos a ensaios elétricos em câmara de névoa [11].

Vide Vídeo/registro final do projeto de P&D [10]:

https://1drv.ms/v/s!Al2IM4r-zaa5hMs3gDkiaKBVRivKCg?e=F4DB0c

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O post representa, portanto, um importante registro do planejamento, projeto, construção e treinamento/operação do Laboratório de Alta Tensão da UFPE, como também de importantes resultados já obtidos com o suporte de experimentos implementados. O advento desse laboratório introduziu a Universidade em um meio técnico-acadêmico-científico fundamental à manutenção e desenvolvimento dos padrões inerentes ao Sistema Elétrico Brasileiro.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Relatório Final do Projeto de Pesquisa CNPq 554604/2010-8. Desenvolvimento de Tecnologia para Diagnóstico Local e Remoto, Não Invasivo de Defeitos em Isoladores Poliméricos Utilizados em Distribuição de Energia Elétrica.

[2] Torres A. J., Andrade A. J. C., Júnior E. J. S., Júnior J. R. L. Planejamento e Projeto de Laboratório de Alta Tensão. Trabalho de Graduação (TG2). DEE/UFPE. 2008.

[3] Bezerra, J.M.B.; AQUINO, R. R. B. ; Oliveira, J. B. ; Silveira, T. M. A. ; COSTA, E.G. ; Néri, M.G.G. ; FERREIRA, A. A. ; DANTAS, J. L. P. ; MENDONCA, P. L. . Application of Pattern Recognition Techniques to non Invasive Insulation Monitoring. In: The International Symposium on Electrical Insulation (ISEI 2008), 2008, Vancouver. Anais do congresso, 2008.

[4] Xavier J. A. R. Ajustamento de Técnica de Monitoração Remota de Poluição em Cadeias de Isoladores a partir de Aferições Laboratoriais.

[5] GpTD. Práticas Laboratoriais. Tecnologia dos Materiais. Departamento de Engenharia Elétrica/UFPE. 2018.

[6] Bezerra J. M. B. Caracterização de Atributos de Sinais para Utilização de Técnicas de Reconhecimento de Padrões na Avaliação do Isolamento de Instalações e de Equipamentos Elétricos. Tese de Doutorado. UFCG. 2004.

[7] ABNT/NBR 10621. Determinação das Características de suportabilidade sob poluição artificial – Método de Ensaio. 2005.

[8] Bezerra, J.M.B.; LINS, Z. D. ; VASCONCELOS, J. M. ; ARCANJO, A. M. C. ; SILV, A.A.P. ; SANTOS, E.L. . Avaliação do Desempenho de Espaçadores de Linhas Compactas de 13,8 kV através de Experimentos Laboratoriais. In: SBSE-2016 (Simpósio Nacional de Sistemas Elétricos), 2016, Natal/RN. Site do evento, 2016.

[9] Gomes R. A. Análise de Descarregador em Forma de Chifre para Assegurar o Isolamento de Cabos Para-Raios. Trabalho de conclusão do curso de engenharia elétrica. DEE/UFPE. 2019.

[10] Silva M. S. Eficientização de Linhas Aéreas de Transmissão de Energia Elétrica Centrada na Redução de Perdas em Cabos Para-raios. Tese de Doutorado. PPGEE/UFPE. 2021.

[11] Relatório Final de Projeto de P&D/ANEEL – UFPE/EDAL. Novos Materiais Isolantes e Condutivos para Redução de Perdas Técnicas na Distribuição de Energia Elétrica. 2016.

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