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Resumo – Este trabalho está focado na avaliação

econômica da inspeção preventiva de isoladores de linhas

de transmissão através da emissão de corona, com objetivo

de avaliar a utilização de câmera de detecção ultravioleta

na identificação de emissão corona em isoladores, estimar

os custos financeiros, sociais e possíveis multas devido à

interrupção do fornecimento de energia elétrica.

O estudo foi realizado em uma linha de transmissão de

138 kV. Nesta foi realizada a inspeção e identificação do

efeito corona em cadeias de isoladores poliméricos e

realizada a substituição destas cadeias de isoladores por

novas cadeias de porcelana, com objetivo de analisar a

aplicabilidade e eficácia da câmera na identificação da

localização do efeito corona. A falha de isoladores

representa uma das principais causas de interrupções nos

sistemas de subtransmissão, por isso a importância de se

avaliar economicamente os custos financeiros e sociais

devido a uma interrupção deste tipo. Ainda, a avaliação

econômica mostra a importância de se realizar a inspeção

preventiva em isoladores, pois, além de representar um

custo inferior ao realizado em uma manutenção

emergencial, evitam-se perdas de receita, compensações

financeiras devido à violação de indicadores de

continuidade, e prejuízos aos consumidores.

Palavras-chave – Efeito Corona, Câmera

Ultravioleta, Inspeção Preventiva, Continuidade de

Fornecimento.

I. INTRODUÇÃO

Nos dias atuais, a energia elétrica é fundamental para

a sociedade, e a sua disponibilidade representa uma

melhora na qualidade de vida, sendo sua utilização

essencial para o desenvolvimento humano e econômico.

Caso a interrupção no fornecimento de energia elétrica

ocorra por qualquer motivo, espera-se o seu

restabelecimento o mais rápido possível para que os

mais diversos setores da economia não sejam

prejudicados. A interrupção ocasiona elevados custos

para as concessionárias, devido à perda de receita, pelo

deslocamento de equipe de manutenção, entre outros.

Atualmente, requisitos de qualidade, continuidade e

segurança no fornecimento de energia elétrica são

impostos pela Agência Nacional de Energia Elétrica

(ANEEL), às empresas distribuidoras de energia elétrica

através de indicadores, a fim de garantir qualidade no

fornecimento de energia com segurança. Os sistemas de

transmissão e distribuição têm importância fundamental

na operação do sistema elétrico, uma vez que quase a

totalidade dos clientes está conectada direta ou

indiretamente nestes sistemas. Cabe salientar que, por

atender grande parte dos consumidores, a

responsabilidade pela qualidade da energia e pela

continuidade no fornecimento, são fatores que tornam

necessário um grande volume de investimentos por parte

das distribuidoras.

Com a reestruturação do setor elétrico brasileiro

criou-se um mercado competitivo para atrair

investimento privado para a expansão do sistema,

aumentando-se as exigências relacionadas à qualidade da

energia entregue ao consumidor.

Manter uma linha de transmissão ou distribuição em

boas condições de funcionamento demanda um alto

investimento tanto em equipamentos quanto em mão-de-

obra. A confiabilidade exigida e as graves consequências

no caso de uma interrupção no fornecimento de energia

elétrica levam as empresas a buscar métodos e

equipamentos cada vez mais eficientes, visando evitar ao

máximo a interrupção e, caso estes ocorram, reduzir

eficientemente o tempo e o custo de reparo.

As falhas em isolamentos elétricos sãos as principais

causas das interrupções no fornecimento de energia

elétrica aos diversos consumidores, então, o desempenho

das linhas de transmissão de energia está diretamente

relacionado com o desempenho dos seus isoladores [1].

A detecção de efeito corona assim como a

substituição dos isoladores com indicativos de falha

representam para qualquer concessionária um objetivo

ideal a ser atingido antes que ocorram problemas

maiores e gerem interrupções. O termo corona é

utilizado para descrever descargas elétricas que ocorrem

em estruturas dos sistemas de energia, como resultado da

Roberto André Pressi, roberto.pressi@aes.com, Mariana Resener, mariana.resener@ceee.com.br, e

Maicon Ramos, maicon.ramos@aes.com

AES Sul Distribuidora Gaúcha de Energia S.A. Rua Presidente Roosevelt, 68 Centro - São Leopoldo, RS – Brasil, Tel: +55 51 9678 4581

Avaliação Econômica da Inspeção Preventiva de

Isoladores de Linhas de Transmissão Através da Emissão

de Carona

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ionização causada por um campo elétrico intenso no

isolamento. A experiência operativa mostra que o efeito

pode contribuir na redução do tempo de vida útil do

isolamento de equipamentos, além de causar

interferências em sistemas de comunicação, medição e

controle. Portanto o efeito deve ser visto como um fator

preocupante, podendo levar a prejuízos econômicos pela

eventual interrupção ou falha de equipamentos.

A solução do problema de detecção de isoladores

defeituosos torna-se cada vez mais necessária para as

empresas de energia elétrica, as quais buscam associar o

aumento da confiabilidade do sistema à redução de

custos.

O objetivo é realizar uma avaliação econômica da

inspeção preventiva de isoladores de linhas de

transmissão através da emissão de corona. A finalidade é

avaliar a utilização de câmera ultravioleta na

identificação de emissão corona em isoladores, estimar

os custos financeiros, sociais, multas devido a

interrupções no fornecimento de energia elétrica, e

comparar os custos envolvidos na realização de

manutenção preventiva ou de maneira emergencial.

As inspeções com a câmera de detecção ultravioleta

foram realizadas com permissão da AES Sul para utilizar

o equipamento, bem como também à permissão para

utilização de software de simulação de indicadores e

compensações financeiras devido à interrupção no

fornecimento de energia elétrica. Foi utilizada a

ferramenta Excel para análise dos resultados obtidos nas

inspeções, o tratamento dos dados através de planilhas e

apresentação de resultados de forma gráfica.

II. EFEITO CORONA

O efeito corona é o fenômeno que ocorre quando o

campo elétrico superficial chega a um limiar que

proporciona a ruptura dielétrica do ar ao redor do

equipamento, fazendo através da sua ionização, o ar

mudar sua característica de isolante para condutor.

Quando a ruptura ocorre, ocorre o aparecimento de

pequenas descargas ao redor do equipamento,

semelhante a uma coroa, o que deu origem ao nome

corona [2].

O efeito corona em linhas aéreas de transmissão é um

fenômeno observado na superfície dos condutores,

isoladores, ferragens ou demais materiais, quando o

valor do gradiente potencial excede o valor crítico

disruptivo do ar ou de outro meio isolante, resultando em

uma descarga eletrostática [3].

Descargas individuais de corona provocam pulsos de

tensão e corrente de curta duração que se propagam ao

longo das linhas, resultando em campos

eletromagnéticos em suas imediações. Essas descargas

ocorrem durante ambos os semi ciclos da tensão

aplicada, porém aquelas que ocorrem durante os semi

ciclos positivos é que irradiam ruídos capazes de

interferir na radio recepção nas faixas de frequência das

transmissões em amplitude modulada (AM), em

particular nas faixas das ondas médias. Eflúvios de

corona também ocorrem em outros componentes das

linhas, tais como ferragens e isoladores. Porém a

intensidade dos ruídos gerados é bastante inferior à dos

gerados pelos condutores. Ferragens defeituosas, pinos e

contra pinos mal ajustados ou soltos podem igualmente

gerar pulsos eletromagnéticos. Esses, no entanto,

ocorrem nas faixas das frequências de frequência

modulada (FM), provocando interferência ou ruídos nas

recepções das ondas de FM [4].

A geração desses ruídos interfere nos direitos

individuais dos moradores das vizinhanças das linhas de

transmissão, uma vez que podem se propagar além das

faixas de servidão das linhas. Ainda não é possível

projetar-se economicamente uma linha de transmissão

aérea em tensões acima de 100 kV e que não produza

radio interferência. Não obstante, critérios corretos e

atenção aos aspectos relevantes do projeto podem

produzir um sistema que resulte pelo menos em níveis

aceitáveis de perturbação [4].

III. TÉCNICA DE INSPEÇÃO – DECTOR UV

A atividade corona presente em uma linha de

transmissão ou distribuição, é uma descarga parcial

devido à ionização do ar, onde o campo elétrico excede

um valor crítico. Um alto campo eletromagnético,

gerado por descargas superficiais, por exemplo, ioniza o

ar e causa a atividade corona. Esse processo é

acompanhado pela excitação de moléculas de nitrogênio,

emitindo assim radiação ultravioleta [5].

Constata-se que a atividade corona pode ser

observada na forma de luz principalmente presente na

faixa de comprimento de onda ultravioleta, variando

entre 200 nm e 400 nm, sendo que os seus picos

concentram-se na faixa entre 340 nm e 380 nm [6].

Entretanto, a radiação solar se faz presente em

comprimentos de onda superiores a 280 nm sobrepondo-

se à radiação ultravioleta emitida pela atividade corona

proveniente de uma linha de transmissão, cujo espectro

está mostrado na Figura 1, [5].

Devido à radiação solar o equipamento utilizado deve

possuir filtros especiais que bloqueiam qualquer

comprimento de onda acima desse valor. Isso permite ao

equipamento operar na faixa de radiação conhecida

como solar blind, ou seja, em uma faixa específica onde

a radiação solar não atinge a superfície terrestre devido a

presença da camada de ozônio.

3

Fig. 1. Espectro de Emissão Solar

O equipamento para detecção de efeito corona é

caracterizado por possuir dois canais de captação de

dados, um para a captação da radiação ultravioleta e

outro para a captação de imagens visíveis. Ambas as

imagens podem ser sobrepostas tornando a operação do

equipamento mais simplificada [7].

O canal ultravioleta detecta a formação de descargas

em equipamentos elétricos, dentre eles isoladores

poliméricos. A radiação ultravioleta é direcionada para

um tubo intensificador constituído de uma série de lentes

e filtros, que possibilita sua detecção e quantificação,

como mostra a Figura 2, [6].

Fig. 2. Princípio de Funcionamento de Câmera Ultravioleta

A sensibilidade para se determinar uma anomalia é

adquirida apenas com a prática na operação do

equipamento e com base em treinamento e cartilhas

elaboradas de emissão de fótons pela tensão nominal.

O número de fótons emitidos por minuto está

relacionado com a presença ou não de defeitos, mas

deve-se ter cuidado ao adotar-se como base para se

determinar o período de troca dos isoladores [5].

Avaliando técnicas de monitoramento de isoladores

poliméricos, conclui que a inspeção de isoladores

poliméricos associando os detectores de corona e

infravermelho é uma promissora técnica para detecção

de isoladores defeituosos, entretanto é necessário

confirmar a eficácia da técnica em situações reais [8].

A câmera UV fornece excelente informação relativa à

existência e localização do efeito corona nos isoladores.

Identifica-se na pesquisa que a atividade corona

intensifica-se com isolador molhado e também com o

aumento da tensão [6].

IV. METODOLOGIA

O estudo de caso apresentado nesse trabalho é

realizado através da análise de uma linha de transmissão

em 138 kV, a qual faz parte do sistema de potência da

região metropolitana do estado do Rio Grande do Sul,

Brasil. Empregou-se nas inspeções para identificação de

emissão de corona em isoladores o equipamento

DayCor® SUPERB, apresentado na Figura 3, fabricado

pela empresa Ofil Sytems, de origem israelense.

Fig. 3. Câmera DayCor® SUPERB da Ofil Systems

Por utilizar uma unidade particular para inspeção de

corona (fóton por minuto), a inspeção deve ser realizada

de modo quantitativo e qualitativo. A metodologia

adotada na inspeção da emissão de corona realizada

neste trabalho seguirá orientações do fabricante

conforme Figura 4.

Fig. 4. Metodologia de Inspeção da Emissão de Corona com a Câmera

Ultravioleta

Agrupando e correlacionado todas as informações,

apresenta-se na Figura 5 adaptada de [9], de maneira

simplificada e objetiva a metodologia a ser aplicada nas

inspeções a serem realizadas na linha de transmissão de

138 kV, linha escolhida como estudo de caso deste

trabalho.

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Fig. 5. Resumo da Metodologia Aplicada

V. APLICAÇÃO

A linha de transmissão analisada neste trabalho opera

em 138 kV e interliga a subestação Estância Velha à

subestação Dois Irmãos, localizadas na região

metropolitana do estado do Rio Grande do Sul, Brasil. O

trecho da linha de transmissão a ser inspecionado com a

câmera ultravioleta localiza-se no município de Ivoti, no

estado do Rio Grande do Sul, conforme mostra a Figura

6. Os pontos indicados em amarelo representam a

estrutura da LT onde estão localizados os isoladores a

serem inspecionados.

Fig. 6. Linha de transmissão 138 kV, Estância Velha x Dois Irmãos

Esse trecho da LT foi escolhido devido à existência

de reclamações de moradores vizinhos às estruturas

indicadas na Figura 7 com relação a ruídos supostamente

oriundos destas estruturas. Trata-se de estruturas em

concreto armado, composta por nove cadeias de

isoladores poliméricos. Observa-se a proximidade desta

torre com uma torre de transmissão em 230 kV e com

uma residência.

Fig. 7. Estrutura nº1 e 2 Inspecionadas

Foram realizadas duas inspeções nos isoladores das

estruturas indicadas. Na segunda inspeção a quantidade

de fótons/minuto verificada foi maior, quase todas as

cadeias apresentaram valores acima de 1.000 fótons/min

chegando ao valor máximo de 5.840. Em todos os casos

a atividade corona ocorreu na 1ª saia do isolador. A

Figura 8 apresenta algumas imagens das cadeias de

isoladores que apresentaram descarga corona nas

inspeções realizadas.

Fig. 8. Descarga Corona em Isolador

Também foram inspecionadas as cadeias de

isoladores da linha de transmissão 230 kV paralela à

linha de transmissão 138 kV escolhida para este estudo

de caso, porém não foi verificado descarga corona nos

isoladores.

De acordo com a metodologia apresentada neste

trabalho em tensões igual ou maiores que 115 kV, a

faixa de média contagem compreende valores entre 1000

e 5000 fótons/min, indicando que os isoladores podem

vir a falhar. Outro ponto que qualifica para que estes

pontos sejam atentamente observados, é o fato dos

isoladores que apresentaram emissão corona serem

constituídos de material polimérico. Os isoladores

poliméricos possuem menor resistência aos raios

ultravioleta, e com isso os componentes construídos com

este tipo de material, ao apresentarem emissão corona

são caracterizados como casos críticos.

Como ação imediata foi proposta e realizada a

substituição destas cadeias de isoladores do tipo

polimérico que apresentaram quantidades significativas

de fótons/min. As cadeiras de isoladores utilizadas como

passagem em nenhum momento apresentaram indícios

quantitativos de emissão corona, e, portanto, elas não

foram indicadas para substituição.

Todas as doze cadeias de isoladores substituídas por

novas cadeias de isoladores de porcelana apresentam

reduções percentuais de no mínimo 80% e máximo 98%.

A Figura 9 apresenta imagens das novas cadeias de

isoladores inspecionadas, onde pode-se observar que

estas não apresentaram efeito corona significativo.

Fig. 9. Descarga corona em Isolador – Após a Substituição

5

VI. AVALIAÇÃO ECONÔMICA

O primeiro ponto abordado nesta etapa é que custo no

serviço emergencial realizado no período diurno 5,5

vezes maior que o praticado de maneira preventiva. Caso

o serviço emergencial venha ocorrer no período noturno,

este valor passa a ser 7,2 vezes maior. Comparando a

realização do serviço de maneira preventiva com a

realização de maneira emergencial, de forma percentual,

estima-se um custo de 548% (diurno) e 722% (noturno

ou final de semana), maior na realização do serviço

emergencial.

Portanto ao comparar com a atividade preventiva, a

concessionária poderia ter evitado no mínimo o custo de

R$ 2.985,00 por cadeia de isolador em uma eventual

falha noturna em cadeia de isolador.

Os custos de uma interrupção devido a eventual falha

de isolador na linha de transmissão do estudo de caso

são abordados em [10]. São apresentados na Tabela 1,

para classe industrial, comercial e residencial os valores

médios nacionais de custo das interrupções na média de

1h, tomados a partir do consumo mensal em R$/kWh.

TABELA I

CUSTOS MÉDIOS EM 1H DAS INTERRUPÇÕES (R$/KWH)

Horário Industrial Comercial Residencial

0-8 3,04 4,08 1,40

8-18 3,07 7,00 2,60

18-24 2,92 6,26 3,60

A partir do consumo médio estimado por classe de

consumidores através das curvas típicas do software

Interplan, obteve-se a curva típica de demanda estimada

dos consumidores conectados à LT, conforme

apresentado na Figura 10.

Fig. 10. Curva Típica de Demanda Estimada da LT EVE X DIR

Assim, no caso de uma interrupção de 4,5 horas no

período da tarde em um dia de semana, pode-se estimar

um prejuízo financeiro médio de R$ 800.000,00 para a

região atendida pela LT EVE X DIR. Avaliando-se no

caso de uma interrupção no período noturno, este

prejuízo é estimado em torno de R$ 560.000,00. Este

prejuízo financeiro é tratado pela concessionária como

um custo social, o qual tem um impacto negativo na

imagem da empresa do ponto de vista do cliente, além

do impacto nos indicadores de continuidade.

A ocorrência de uma falha em um isolador da LT

EVE x DIR, pode gerar uma interrupção de 4,5 horas no

período da tarde em um dia útil, então, pode-se estimar

um prejuízo médio no faturamento da concessionária de

R$ 57.000,00. Caso esta mesma falha no isolador ocorra

no período noturno, o tempo aproximado para o

restabelecimento da energia elétrica é de 5,5 horas.

Neste período o consumo é menor, e o tipo de carga

predominante deve-se à classe residencial, porém pode-

se estimar um prejuízo médio de R$ 44.000,00 no

faturamento da concessionária. Estes prejuízos

verificados devido à energia não vendida impactam

significativamente na receita de uma concessionária, e

devido ao não suprimento de energia elétrica, podem

ainda somar-se a estes prejuízos as multas que a

concessionária estará sujeita.

Ao analisar o impacto nos indicadores de

continuidade verifica-se que a concessionária possui

aproximadamente 2.000 km de LT, assim, observa-se

uma taxa de 1 ocorrência para cada 19,6 km de LT, as

quais geraram um total de 33,4 horas de não suprimento

de energia elétrica, atingindo em média 13.593

consumidores. Ao verificar o impacto destas ocorrências

no DEC e FEC global da concessionária realizado em

2011, pode-se indicar que o percentual no DEC global

representou um pouco mais de 1%, porém no FEC este

percentual aproxima-se de 8%. Estes percentuais

indicam que existem oportunidades de redução dos

indicadores, o que é importante para as distribuidoras de

energia elétrica, devido às metas estabelecidas pela

agência reguladora.

As mesmas simulações, interrupções de 4,5 horas e

5,5 horas, foram realizadas para todos os alimentadores

da subestação atendida pela LT EVE x DIR. A

estimativa de multas nos alimentadores da subestação

Dois Irmãos, e, consequentemente, na LT, simuladas

para 4,5 horas e 5,5 horas de interrupção são de R$ 34

mil para interrupção de 4,5 horas e R$ 55 mil para 5,5

horas.

Além das multas estimadas por violação dos

indicadores de continuidade individuais, interrupções

desta grandeza comprometem significativamente os

indicadores de continuidade do conjunto (DEC e FEC).

Através das simulações, estima-se contribuições na meta

mensal do DEC do conjunto na ordem de até 174% da

meta mensal, e 32% na meta mensal do FEC do

conjunto.

6

VII. CONCLUSÕES

O objetivo foi avaliar a emissão de corona nos

isoladores de uma linha de transmissão 138 kV,

utilizando uma câmera de detecção ultravioleta. Além,

optou-se em avaliar economicamente a aplicabilidade da

inspeção preventiva em isoladores de linha de

transmissão, bem como estimar custos financeiros e

sociais que as concessionárias e consumidores estão

submetidos no caso de uma interrupção de energia

elétrica.

As conclusões obtidas estão resumidas a seguir:

• Foi observada a importância da realização da

inspeção preventiva em isoladores de linhas de

transmissão 138 kV, pois o efeito corona encontra-se

presente neste nível de tensão, causando desgaste nos

isoladores e podendo vir a causar uma interrupção no

fornecimento de energia elétrica.

• Nas inspeções realizadas comprovou-se a eficácia

da utilização de câmera de detecção ultravioleta na

localização de isoladores com emissão de corona. A

identificação apresentou-se de modo preciso, facilitando

assim, a localização exata do isolador com corona.

• Para inspeções mais produtivas deve-se utilizar de

maneira conjunta mais de uma técnica de inspeção.

Conforme apresentado no referencial bibliográfico e no

estudo de caso realizado, a utilização da técnica de

ultrassom é eficiente na sinalização de possíveis pontos

com presença de emissão corona, e a câmera ultravioleta

contribui na precisão da inspeção, qualificação e

quantificação do efeito.

• A verificação de excelentes resultados na redução

de emissão corona, após a substituição das cadeiras de

isoladores por novas cadeias de porcelana, contribui

significativamente na avaliação positiva da metodologia

empregada, das técnicas utilizadas e na reafirmação das

pesquisas descritas neste trabalho sobre a preocupação

da utilização de isoladores poliméricos.

• A avalição econômica realizada constata os

benefícios econômicos da realização da manutenção

preventiva na inspeção de isoladores quando comparada

com os valores realizados na manutenção emergencial.

Ao realizar manutenção preventiva, minimizam-se as

possibilidades de interrupção de energia elétrica.

• A interrupção no fornecimento de energia elétrica

gera custos financeiros e sociais. Interrupções devido a

defeito em isolador na LT EVE X DIR necessitam em

média de 4,5 a 5,5 horas para a realização da

manutenção emergencial e consequente restabelecimento

do fornecimento. Estima-se uma perda de receita

aproximada na ordem de R$ 57.000,00, e um prejuízo

econômico para a região atendida por esta LT de R$

800.000,00.

• Além da perda de receita, a concessionária

responsável pela LT está sujeita a pagar compensações

financeiras devido à violação dos indicadores de

continuidade estabelecidos pela ANEEL. Estima-se, para

interrupções desta grandeza, que estas compensações

possam chegar a R$ 55.000,00, representando prejuízo

financeiro para a empresa, além de denigrir a imagem da

concessionária junto a seus clientes.

Este trabalho contribui com uma análise técnica e

econômica da manutenção preventiva de isoladores de

linha de transmissão, utilizando câmera de detecção

ultravioleta. Estas análises se mostraram benéficas na

identificação de emissão corona em isoladores e na

rentabilidade de realização da manutenção preventiva,

evitando-se prejuízos de receita e multas para

concessionária, contribuindo consistentemente na

melhoria da imagem da empresa.

VIII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, Universidade

Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Bauru, SP, 2008.

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Africa, 2005. Disponível em:

<http://www.corocam.com/papers/inmr_publication_2005_hk.pd

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WITWATERSRAND - ISH, Pretoria, South Africa, 1997.

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<http://epim2005.fing.edu.uy/trabajos/p42.pdf>.

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