Intervenção em Linha de Transmissão Energizada. Técnicas Praticadas e Riscos Envolvidos.

Manutenção em instalações energizadas.

As ações de manutenção preventivas são desenvolvidas rotineiramente de tal forma a assegurar a operacionalidade das instalações. Tais ações são capitaneadas por inspeções terrestres ou aéreas, periodicamente realizadas nas linhas de transmissão. São procedimentos estruturados que procuram de forma padronizada eficientizar o deslocamento das equipes, direcionando prioritariamente para a eliminação de defeitos mais graves nas linhas mais impactantes do sistema [1].

De uma forma geral, as ações de manutenção são realizadas com desligamento (programado ou não programado), ou sem desligamento (a distância ou ao potencial), sendo esses últimos procedimentos prioritariamente desejáveis. Os desligamentos são realizados diante da identificação de defeitos que não permitam a atuação das equipes de linha energizada, diante dos altos riscos envolvidos. Quando possível, se programa as suas correções para domingos ou feriados. Caso contrário, balizando-se adequadamente a segurança de terceiros e das instalações, são realizadas ações emergenciais de curto prazo.

TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO COM LINHA ENERGIZADA

As técnicas de manutenção com a linha energizada mais usuais envolvem ações à distância ou o contato direto com os componentes ao potencial.

A técnica de manutenção com a linha energizada à distância prima pelo contato com as partes “vivas” da instalação, através de bastões isolantes, conforme ilustrações registradas na Figura 1. Obedecem a distâncias regulamentares para prevenir, inclusive, contra eventuais sobretensões no sistema. Exige destreza, muita atenção e treinamentos exaustivos de trabalho em equipe.

Figura 1 – Técnica de manutenção à distância. Foto gentilmente cedida pela Companhia Hidroelétrica do São Francisco (CHESF).

Já na técnica de manutenção ao potencial, o eletricista veste roupa especial de algodão impregnado com nitrato de prata, a qual permite equalizar todo o potencial do seu corpo, funcionando como uma “gaiola de Faraday” e evitando a circulação de correntes prejudiciais aos seus órgãos. Tal estratégia permite que o eletricista seja levado para um contato direto com as partes energizadas da instalação e realize localmente a manutenção requerida, conforme pode ser verificado na Figura 2.

Figura 2 – Técnica de manutenção ao potencial. Foto gentilmente cedida pela Companhia Hidroelétrica do São Francisco (CHESF).

Tais ações se caracterizam por um trabalho harmonioso, que requer uma supervisão permanente a fim de se evitar acidentes graves. Não pode existir “craques individualistas” e sim procedimentos criteriosamente orquestrados.

Nesse agrupamento de ações, podem ser citadas ainda as manutenções com helicóptero, conforme ilustrações contidas na Figura 3. Para esses procedimentos, a aeronave deve possuir capacidade adequada que permita a estabilidade necessária à precisão das ações.

Figura 3 – Manutenção de linhas de transmissão com o uso de helicóptero (YouTube – enviado por Criativo Brasil, 25/04/2017)

Ainda neste agrupamento, estão tomando vulto as atividades realizadas através de drones, conforme registro feito na Figura 4. São, ainda, ações incipientes, dada às limitações de autonomia existentes. Se vislumbra um crescimento desses procedimentos, diante de diversas pesquisas em andamento que procuram aumentar a autonomia desses veículos e dotá-los de mais “inteligência”, principalmente na implementação de sensores especiais que agreguem mais valor às ações de monitoramento de componentes estratégicos.

Figura 4 – Uso de drones na manutenção de linhas de transmissão (Foto AERO Drone Brasil).

ANÁLISE DOS RISCOS ENVOLVIDOS

Os riscos envolvidos estão associados à possibilidade da ocorrência de uma descarga elétrica, quando da realização de serviços, tais como ilustrado na Figura 1, uma vez que o arco elétrico pode causar a eletrocussão dos eletricistas envolvidos ou queimaduras pelo aquecimento do local de trabalho.

Durante a realização de serviços de substituição de isoladores quebrados em uma cadeia, por exemplo, é importante avaliar o risco de ocorrência de descargas, diante da redução da integridade do dielétrico remanescente. Mesmo admitindo que são tomados cuidados operacionais para redução do acidente de trabalho, o fato da existência de poluição depositada e a eventual presença de umidade representam agravantes a serem adequadamente considerados.

Tradicionalmente, são tomadas, entre outras, as seguintes medidas de segurança de trabalho para intervenção em cadeias de isoladores energizadas [2]:

• são estabelecidos números máximos de unidades quebradas na cadeia que permitam a execução da intervenção;
• evita-se trabalhar com céu encoberto diante da possibilidade de chuvas e descargas atmosféricas ;
• são desconectados os religadores automáticos, para evitar religamentos em eventual acidente, como também minimizar a inserção de sobretensões de manobra, quando da realização dos serviços;
• algumas empresas adotam a redução do isolamento, nas cadeias das estruturas anterior e posterior à cadeia de isoladores que será objeto da manutenção; esse cuidado está relacionado à possibilidade de ondas viajantes de sobretensão serem drenadas para essas cadeias adjacentes, minimizando os riscos, no local de trabalho;
• são respeitadas distâncias de segurança, em conformidade com a classe de tensão da linha de transmissão que sofrerá manutenção.

A avaliação das condições de risco aqui enfocadas prende-se à possibilidade de abertura de arco na cadeia danificada, como já mencionado, face à redução do seu corpo dielétrico e à presença de eventual camada de poluição e umidade em sua superfície.

Em um aprofundamento técnico-científico é possível conhecer essas condições, tornando-se necessário, inicialmente, aferir a distribuição da tensão na cadeia de isoladores, diante da degradação do seu dielétrico. A título de exemplo, vamos nos firmar em uma cadeia, contendo dez isoladores padrão.

Inicialmente, será analisado o comportamento dessa distribuição de tensão ao longo de uma unidade de isolador padrão em perfeitas condições. Quando submetido a uma tensão elétrica (pino – campânula), um isolador padrão IEEE (vide figura 5) apresenta superfícies equipotenciais, conforme ilustra a figura 6.

Figura 5 – Isolador padrão IEEE, onde são identificados pontos para aferição da tensão, fonte [2].

Figura 6 – Equipotenciais em uma unidade de isolador padrão IEEE, fonte [2].

A distribuição da tensão ao longo de um isolador pode ser obtida, contornando toda a superfície deste isolador, desde a campânula até o pino, identificando-se, a cada intervalo, a equipotencial presente, em pontos previamente escolhidos. Na Figura 7 é ilustrada a distribuição de tensão procurada para o tipo de isolador sob análise.

Figura 7 – Distribuição da tensão ao longo do isolador, distâncias em mm [2].

Na Figura 8, a partir do uso de técnicas de elementos finitos, são ilustradas as equipotenciais presentes em uma cadeia com 10 isoladores, submetida a uma tensão alternada fase-terra de 80 kV (valor eficaz). Na Figura 8(a) é ilustrada uma cadeia sã. Já na Figura 8(b) é simulada a presença de três unidades quebradas do lado fase.

Figura 8(a) Cadeia sã e 8(b) 3 unidades quebradas do lado fase [2].

Nas figuras 9 e 10 são explicitadas as tensões elétricas impostas a cada unidade, entre as regiões de transição do dielétrico (transição: dielétrico/campânula lado superior e inferior, pontos 0 e 11, respectivamente, da figura 5) e no pino/campânula, para cada uma das situações.

Figura 9 – Tensões por unidade (cadeia íntegra) [2].

Figura 10 – Tensões por unidade (cadeia com três unidades quebradas) [2].

Observamos uma pequena variação na tensão aplicada, no limiar do dielétrico, nas condições distintas (inteiro e quebrado). Essa constatação explica a razão pela qual a cadeia de isoladores pode continuar a operar normalmente, mesmo com algumas unidades quebradas. Verifica-se que a tensão máxima aplicada estará imposta à décima unidade (2%, o que equivale a1,6 kV). Essa condição operacional é característica de uma situação estática das tensões aplicadas a uma cadeia limpa e sem umidade. Nesta situação as pequenas correntes que circulam são capacitivas, existindo quedas de tensão mantidas pelas próprias ferragens das cadeias.

Com a deposição da poluição e absorção de umidade, ocorre a formação de uma película muito mais condutiva que o dielétrico. A corrente de fuga do isolador aumenta de valores na casa dos micro A para valores superiores à casa dos mile A. O circuito equivalente da cadeia de isoladores passa por uma mudança correspondente, se tornando mais parecido com um resistor do que com uma cadeia de capacitâncias série e paralela [3]. Nessa nova situação, inclusive, o circuito deixa de ser representado a parâmetro distribuído para ter uma representação a parâmetros concentrados, conforme modelos implementados por Obenous, para sistemas de transmissão dc e Risk, para sistemas de transmissão ac [4].

Na condição de poluição e umidade, surgem correntes resistivas, fazendo com que as equipotenciais presentes nas ferragens sejam transferidas para as regiões de transição dos dielétricos. Tudo se passa como se as tensões representadas em preto, nos dois últimos gráficos, fossem deslocadas para as regiões de transição dos dielétricos. Para uma tensão aplicada à cadeia de isoladores de 80 kV seriam transferidos valores para as unidades quebradas de até 12,75 kV (16% da tensão aplicada), certamente não suportáveis pelas mesmas.

Essas considerações estão associadas à presença das unidades quebradas próximas ao condutor. Para unidades mais afastadas a transferência de tensão seria menor, entretanto a tensão aplicada certamente também não seria suportável pela unidade danificada.

A título de referência, foi estimado em 3,9 kV a suportabilidade do isolador quebrado (vide a Figura 11) para uma poluição leve (ESDD=0,038 mg/cm³), utilizando as metodologias propostas em [4], [5] e [6].

Figura 11 – Tensão mínima de descarga de um isolador padrão IEEE com o dielétrico quebrado [2].

A aferição da umidade relativa e o conhecimento do estado básico de poluição dos isoladores são, portanto, parâmetros fundamentais para se decidir quanto à intervenção em cadeias danificadas.

Para ilustrar, ainda mais essa sensibilidade, a partir de experimentos realizados, observou-se que a suportabilidade superficial do dielétrico apresenta uma variação muito acentuada em relação à umidade relativa reinante da região [7], conforme ilustrado na Figura 12.

Figura 11 – Efeito da umidade relativa na tensão de descarga em uma cadeia de isoladores [2].

Diante da intensa e crescente utilização das técnicas de manutenção com instalações energizadas, as análises técnico-científicas aqui expostas corroboram a importância de restringir a liberação de serviços de manutenção que envolvam a substituição de isoladores, tanto no que se refere à quantidade de unidades sãs ainda remanescentes, quanto às condições climatológicas vigentes.

DIVERSIFICAÇÃO DA APLICAÇÃO DA METODOLOGIA

O sucesso na aplicação das técnicas de manutenção de linhas energizadas levaram à diversificação dessas atividades para outras partes do sistema de potência, em especial os barramentos das subestações. Tais serviços vêm sendo realizados, ora em atendimento aos trabalhos envolvendo conexões elétricas e pulos interligados aos barramentos principais, saídas de linhas de transmissão e link´s de transformadores, ora em apoio a outros órgãos de manutenção, nos serviços de liberação de equipamentos ou nas conexões instaladas nos seus terminais [8].

Além de todos os cuidados já mencionados, esses trabalhos requerem precauções adicionais no que tange a: análise dos padrões operacionais utilizados, elaboração de programa executivo detalhado e identificação/análise preliminar de riscos, à luz de desenhos esquemáticos de configurações da subestação.

O programa executivo deve detalhar o local, a data/período, horário, serviço a ser realizado e o responsável/substituto eventual. São descritos, ainda, os cuidados antes e durante a intervenção. Antes da intervenção a equipe deve ser reunida para revisar o padrão operacional e debater sobre a análise preliminar de riscos. Nesse preâmbulo, o supervisor da equipe aplica o formulário de atividades e escala os componentes dentro das respectivas funções, informando as atribuições e equipamentos. Em seguida o supervisor apresenta croqui esquemático do local dos trabalhos, ressaltando as partes energizadas e desenergizadas [8].

Na análise dos riscos envolvidos devem ser enfocados os tipos de risco (descargas elétricas e de trabalhos em altura), as causas associadas e as medidas preventivas cabíveis. Nessas análises devem ser evidenciados, ainda, os efeitos e as ações corretivas necessárias [8].

Já o formulário das atividades de cada componente da equipe (supervisor, encarregado, eletricista do potencial, eletricista da viga, eletricista da coluna e eletricista do solo) deve relacionar os materiais que cada um deve estar municiado e as atribuições de cada servidor envolvido na intervenção [8].

O planejamento e preparação da equipe representa um ponto essencial para minimização dos riscos envolvidos, merecendo, portanto, a atenção de todos, de tal forma a assegurar o sucesso na aplicação diversificada da metodologia.

REGISTRO E ESTATÍSTICA DE ACIDENTES

Na Figura 12 é ilustrada a estatística de acidentados com afastamento, nas sessenta e nove empresas pesquisadas, no período de 1999 a 2002 [9]. Fica evidenciado que, apesar de todos os cuidados observados, a ocorrência de acidentes, inclusive fatais, é uma realidade, ressaltando a necessidade de se reforçar, ainda mais, as medidas de segurança nessas intervenções.

Figura 12 – Estatística de acidentes em trabalhos com instalações energizadas [9].

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A manutenção de instalações energizadas incorpora benefícios importantes ao sistema de potência, no atendimento aos consumidores finais, assegurando a continuidade no fornecimento da energia elétrica, bem essencial à sociedade moderna.

Por outro lado, é uma atividade que envolve riscos de acidentes, inclusive fatais, o que clama por cuidados redobrados no planejamento e a incorporação de todos os refinamentos de equipamentos e procedimentos que minimizem os riscos inerentes e, até mesmo, a precisa definição quanto à sua real viabilidade, com o foco em todo o cenário físico, operacional e climatológico envolvido.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Bezerra J.M.B., Cavalcanti Jr. J.H. Definição Técnico-Econômica da Periodicidade de Inspeções de Linhas de Transmissão. ABRAMN – Nono Congresso Brasileiro de Manutenção. Curitiba, 1994.

[2] Bezerra, J.M.B; Lima, A.M.N.; Deep, G.S. The Application of Finite Elements Techniques to Accident Risk Evaluation in Hot Line EHV Insulators Maintenance. V INDUSCON, Salvador. 2002.

[3] PROJECT EHV. – “EHV Transmission Line Reference Book”. Edison Electric Institute. 1968.

[4] Rizk, F. A. M. – “Mathematical Models for Pollution Flashover”. Electra, Vol. 78, pp. 71-103. 1981.

[5] Rizk, F. A. M, – “ A Criterion for AC Flashover of Polluted Insulators”, IEEE Conference Paper. 1971.

[6] Sundararajan, R. and Gorur R. S. – “Dynamic Arc Modeling of Pollution Flashover of Insulators under dc Voltage”. IEEE Transactions on Electrical Insulation, Vol. 28, No. 2, April 1993.

[7] Naito, K.; Mizuno, Y.; Naganawa, W. – “A Study on Probabilistic Assessement of Contamination Flashover of High Voltage Insulator”. IEEE Transactions on Power Delivery. 1994.

[8] Machado A. C. “Manual de Manutenção para Intervenções Energizadas em Subestações”. CHESF/GRL/DRML/SLLR. 1999.

[9] FUNCOGE/ELETROBÁS. “Estatística de Acidentes no Setor de Energia Elétrica Brasileiro”. https://www.ieee.org.br/eswbrasil/2003/Documentos/8%20-%20Panorama%20da%20seguranca.pdf. 28/11/2024.