Laboratório de Redes Elétricas e Energia: Uma Forma Eficiente e

Acessível de Prever e Solucionar Problemas

José Israel de Almondes (1)

Arthur Lucena de Souza Beuttenmuller (2)

Valério Breno Santos Nunes Costa (3)

Matheus Rangel de Pinho Mourão (4)

Deyvison Ribeiro de Araújo (5)

RESUMO

Ao final do ano de 2018 o Projeto S11D, maior projeto logístico da história da VALE S/A, concluiu as duplicações da ferrovia na Estrada de Ferro Carajás (EFC) e com isso mais de 1000 quilômetros de redes elétricas foram construídos. Os modelos de redes elétricas implantados possuem solução inédita e que mesclam as melhores práticas e características em distribuição de energia, como postes circulares, cabos protegidos e isolados, transformadores ecológicos, religadores e chaves telecomandadas. Com essa grandiosa solução surgiu um grande desafio: “Como formar e treinar técnicos e eletricistas aptos para operar e manutenir esses modelos específicos de redes elétricas de forma segura, com qualidade e atendendo aos requisitos da NR10?”. A solução desenvolvida foi a construção de um minilaboratório de redes elétricas, algo inovador e disruptivo que atendeu a esses requisitos e proporcionou uma experiência palpável, segura e direta dos técnicos e eletricistas com as diversas redes de distribuição, abrangendo todos os modelos existentes na EFC, de forma realística e em um ambiente controlado, com minipostes acessíveis do solo e postes em tamanho convencional, o que amplia as possibilidades de treinamentos, análises de falha, simulação de procedimentos, testes de componentes, prototipagem, desenvolvimento de universidades e centros acadêmicos.

(1) VALE – Engenheiro Senior (2) VALE – Técnico Especializado de Manutenção (3) VALE – Técnico Eletroeletrônica II (4) VALE – Estagiário Superior (5) VALE - Gerente Manutenção Eletroeletrônica EFC

1. Introdução

Ao final das duplicações ferroviárias do Projeto S11D, maior projeto logístico da história da VALE S/A, entregues ao longo do ano de 2018, foram entregues em paralelo mais de 1000 quilômetros de redes elétricas, desde a pêra ferroviária do TFPM - Terminal Ferroviário Ponta da Madeira em São Luís – MA até a entrada da pêra de Carajás em Parauapebas – PA, ou seja, passando por toda Estrada de Ferro Carajás (EFC), e ramificando para o RFSP – Ramal Ferroviário Sudeste do Pará em Canaã dos Carajás - PA.

A solução para as redes elétricas estabelecida no Corredor Norte da VALE, que abrange desde São Luís – MA até Parauapebas – PA, além de uma derivação para a minha e pêra ferroviária em Canaã dos Carajás – PA, é algo inédita. Optou-se por uma nova solução, de acordo com as características e necessidade da VALE, sendo incorporadas as melhores práticas construtivas e soluções existentes até então, diferente das redes elétricas convencionais, como nas concessionárias de energia elétrica dos estados do Maranhão e Pará.

Dentre as principais soluções destacam-se: postes circulares ao invés de duplo T ou quadrados, cabos protegidos e isolados ao invés de cabo nu, transformadores de potência ecológicos ao invés de transformadores convencionais, religadores e chaves telecomandadas ao invés apenas de chaves seccionadoras, entre outras.

Porém com essa quantidade de novas soluções aplicadas, assim como a grande extensão de redes elétricas construídas do Maranhão até o Pará, o desafio foi o dimensionamento e a formação da mão de obra especializada e qualificada para atender os tipos específicos de redes construídas. Desse questionamento surgiu a ideia do Laboratório de Redes Elétricas e Energia, como uma forma acessível de capacitação, assim como de prever e solucionar problemas.

O presente artigo elenca as principais vantagens ao se desenvolver um ambiente de capacitação exclusivo da empresa, descreve os elementos e dispositivos presentes no laboratório criado, destaca os treinamentos e procedimentos que já foram e poderão ser realizados, ressalta a importância da capacitação em indústrias e relata os benefícios apontados pelos resultados obtidos após a construção do Laboratório.

Figura 1 – Mapa Geral de Localização das Redes Elétricas VALE na EFC

Fonte: Autor (2019)

2. Fundamentação Teórica

Treinamento e capacitação de funcionários é uma prática adotada por diversas empresas visando o aumento de desempenho das equipes e potencializar os resultados. Por maior e mais desenvolvida que uma companhia seja, sempre há possibilidade de melhorar seus processos e otimizar tarefas do dia-a-dia, principalmente quando se trata de atividades técnicas, operacionais, ou seja, no “chão de fábrica”. Um estudo como este é uma oportunidade de compartilhar o impacto gerado por uma solução que visa alavancar a Vale em diversos aspectos, como segurança e satisfação dos funcionários. Identificar oportunidades de melhoria e propor soluções faz parte da cultura de empresas que buscam se reinventar.

As redes de distribuição de energia elétrica construídas no S11D têm como finalidade abastecer os equipamentos de sinalização ferroviária (abrigos, armários, hotbox, estações de microondas, etc.) com tensão de 380/220V, distribuição secundária, e 13,8kV na distribuição primária.

Essas redes são formadas por um conjunto complexo de estruturas, componentes e dispositivos, que associados, permitem o cumprimento do objetivo desse sistema. Sendo assim, observa-se na Figura 2, alguns dos componentes que fazem parte das redes de distribuição e que serão mencionados ao longo a seguir.

Figura 2 – Principais Componentes de Redes de Distribuição VALE

Fonte: Autor (2019)

A Figura 2 foi subdividida em seções, especificando cada tipo de estrutura e em seguida serão dadas as definições e funções de cada uma.

• Isolador: Tem como função primordial isolar os cabos elétricos uns dos outros, bem como das demais estruturas do poste, buscando manter, na medida do possível, o isolamento necessário para evitar arcos elétricos.

• Chave fusível: São elementos utilizados na proteção de redes de distribuição, fornecendo uma alternativa de baixo custo e desempenho satisfatório. Fazem parte da sua estrutura o suporte, o cartucho e o elo fusível, o último é o elemento fundamental para a proteção que se rompe quando alcançados os níveis de tempo e corrente suficientes descritos nas suas tabelas de operação (MAMEDE, 2011).

• Chave Faca: Conhecida como chave seccionadora unipolar, não possui a função de proteção como as chaves fusíveis, mas desempenham papel importante na segurança das operações em redes elétricas, seja para realização de manobras ou para isolar equipamentos ou linhas de distribuição (CEMAR - ET.004.EQTL, 2018).

• Religador Automático: Equipamento para proteção e chaveamento automático e telecomandado remotamente, usado redes de distribuição e subestações, possibilitando manobras e transferências automáticas de cargas, de modo a evitar desligamentos permanentes em decorrência de um defeito temporário (ELIPSE SOFTWARE, 2015).

• Para-raios: Dispositivo de proteção contra sobretensões, que podem ser ocasionadas, por exemplo, a partir de descargas atmosféricas nas linhas de distribuição e próximas a essas redes (CEMAR - ET.002.EQTL, 2018).

• Espaçador Losangular: É usado nas redes de distribuição compacta, sendo uma das características mais marcantes desse tipo de rede. Tem função de sustentação e separação dos cabos protegidos.

• Cruzetas: São dispositivos simples, porém indispensáveis para a construção das redes elétricas. As cruzetas conectam boa parte das estruturas contidas em um poste. Sustentam os isoladores, as chaves de proteção e seccionamento, possibilitam a instalação de ganchos para fornecer sustentação mecânica a rede, permitem o direcionamento dos cabos para os transformadores, bem como para descidas para caixas de passagem (transição para rede subterrânea). Podem ser feitas de diversos materiais: madeira, concreto, polímero, aço etc.

As redes elétricas construídas no projeto S11D somam, só para fins comparativos, mais de 12.000 postes instalados, o equivalente em termos de números de ativos e extensão de rede a algumas concessionárias de energia de menor porte no Brasil.

Com isso o desafio foi de desenvolver e capacitar profissionais para manutenir e operar todas essas redes de distribuição, buscando algo inovador, que pudesse ser mantido e minimizasse os custos financeiros e os riscos operacionais.

3. Metodologia

O Laboratório de Redes Elétricas e Energia teve como foco a capacitação de profissionais, assim como uma forma facilitada de prever e solucionar problemas. A partir disso foram elencadas uma série de possíveis soluções que passaram por um processo de avaliação que definiu qual delas melhor atenderia as necessidades da VALE.

A primeira alternativa foi utilizar as redes já existentes para a realização de treinamentos, o que pareceu ser interessante por ter um custo zero, não sendo necessário projetar ambientes ou algum espaço para práticas, tudo já estava “pronto”. Porém, os contras dessa proposta eram graves, principalmente no

quesito segurança e no impacto gerado às operações. Os empregados seriam submetidos ao ambiente real, não controlado, sem possibilidade de realizar testes ou cometer erros, fora que as redes teriam de ser desenergizadas, prejudicando as áreas operacionais alimentadas por esse ramal.

A segunda alternativa sugeria que os profissionais fossem encaminhados a escolas técnicas, ou seja, se baseava na realização de cursos externos. Nesse caso, muitos quesitos desqualificaram essa possibilidade, como o elevado investimento, limitação das escolas técnicas capacitadas com os tipos específicos de redes existentes na VALE, quanto a quantidade de turmas durante o ano e conteúdo programático, que não se adequava as especificidades da empresa.

Por fim, a alternativa escolhida foi a apresentada neste artigo, onde trata-se da criação de uma infraestrutura própria, sempre disponível e pronta a servir os técnicos e eletricistas, além de ser completamente projetada com base nas estruturas reais existentes em campo, com flexibilidade, possibilitando futuras modificações. Sendo assim, deu-se a origem do projeto do Laboratório de Redes Elétricas e Energia da VALE.

Após validação gerencial quanto a ideia de construção do Laboratório, o desafio foi encontrar um local que pudesse comportar a estrutura prevista e que fosse razoavelmente próximo às instalações físicas do prédio administrativo da gerência, para facilitar a logística durante a construção e após construído pensando nas turmas de capacitação. Para fornecer uma estimativa da área que precisava estar disponível, foi elaborado uma planta baixa simples (croqui), permitindo uma referência e facilitando a localização de alguma área compatível. Na Figura 3 é apresentado a planta, ainda sem a definição das estruturas de rede, mas com as distâncias aproximadas, dimensões do ambiente e os tipos de rede de distribuição, RDI (Isolada), RDS (Subterrânea), RDC (Compacta) e RDR (Rural) que seriam disponibilizados.

Figura 3 – Principais Componentes de Redes de Distribuição VALE

Fonte: Autor (2019)

Foi encontrado na região um local com potencial para receber o Laboratório, com dimensões compatíveis somado a uma pequena margem para ampliações, situado a aproximadamente 400 metros do prédio administrativo.

Figura 4 – Espaço Destinado a Construção do Laboratório da VALE

Fonte: Autor (2019)

Após validação e aceite pelos responsáveis da área escolhida, as demais etapas foram iniciadas, como definição do croqui com as posições dos postes, liberação de escavação com os responsáveis da área, aquisição dos materiais necessários e principalmente a mobilização dos recursos imprescindíveis para o início, onde pode-se destacar os postes de concreto circular e equipamentos, principalmente o caminhão munck e retroescavadeira com perfuratriz/trado.

Conforme croqui demostrado na Figura 3, a solução encontrada para o Laboratório de Redes Elétricas foi de construir 2 cenários. O primeiro cenário seria um local onde fosse possível os colaboradores acessarem o topo dos postes do chão, sem a necessidade de equipamentos especiais para elevação de pessoas (sky, plataformas, etc.) ou escada, ou seja, que fosse possível os técnicos e eletricistas alcançarem as estruturas que compõe a rede elétrica no poste com as próprias mãos, de forma segura e em um ambiente controlado. Para esse cenário os postes deveriam ser menores, com tamanho total de 3,5m, cortados a partir do topo dos postes de tamanho convencional. Veja a figura 5 um croqui que exemplifica essa solução.

Figura 3 – Postes Menores Cortados a Partir de Postes Originais

Fonte: Autor (2019)

O segundo cenário no Laboratório de Redes Elétricas e Energia foi formado a partir de postes convencionais, normalmente de 12 metros de altura, com objetivo de simular situações normais encontradas em campo pelas equipes de manutenção. A ideia foi de nesses ambientes disponibilizar um espaço para treinamentos em altura, com uso de equipamentos (como skymunck, munck, plataformas elevatórias), ou escadas, seja para trabalhos reais, seja para simulações de ocorrências. Para implantação desses postes de tamanho convencional foi usada a fórmula padrão de engastamento em terreno simples conforme Figura 4.

Figura 4 – Postes Convencionais em Tamanho Original

Fonte: Autor (2019)

Após essas definições foi iniciada a escavação dos postes com o uso da perfuratriz/trado como implemento.

Figura 5 – Escavação com Retroescavadeira e Perfuratriz para Postes

Fonte: Autor (2019)

Passada a etapa de abertura de valas com uso da perfuratriz/trado acoplados na retroescavadeira, a próxima etapa foi de implantação dos postes menores (3,5m) com a utilização caminhão munck (Figura 6). Conforme Figura 3, no caso dos postes menores, 1,5m ficaria engastado, ou seja, abaixo da terra, e 2m ficaria a parte exposta.

Figura 6 – Implantação dos Postes Menores com uso do Caminhão Munck

Fonte: Autor (2019)

Após a implantação dos postes menores e dos postes com tamanhos originais, a etapa seguinte foi de montagem das estruturas diretamente do solo (Figura 7). Observou-se que a própria montagem das estruturas do solo já serviu como base para treinamento das equipes.

Figura 7 – Escavação com Retroescavadeira e Perfuratriz para Postes

Fonte: Autor (2019)

Na sequência das etapas construtivas seguiu-se com a próxima etapa, que foi o lançamento dos cabos nos postes menores e nos postes com tamanho original. Essa etapa é de extrema importância, pois deve-se observar o alinhamento dos cabos, o tensionamento adequado, a amarração na estrutura, entre outros fatores. O lançamento dos cabos nos postes menores era feitos com a equipe diretamente do solo e nos postes originais com o uso do equipamento de altura sky munck, conforme Figura 8 a seguir.

Figura 8 – Atividade de Lançamento de Cabos nos Postes Originais

Fonte: Autor (2019)

Uma outra etapa importante foi a implantação do Religador, equipamento que trabalha de forma automática para evitar desligamentos permanentes em decorrência de um defeito temporário. O sistema fica instalado nos postes de tamanho original, conforme Figura 9, onde juntamente com ele foi instalado o cubículo que o acompanha, que contém uma série de outros dispositivos: painel de controle e operação, baterias, módulo de alimentação, entre outros. Além das baterias do Religador, foi pensada uma segunda contingência em caso de falta de alimentação da concessionária, a energia solar, também instalado no Laboratório. Para isso foi instalado um painel solar para garantir a operação do dispositivo Religador, mesmo em caso de falta de energia e descarregamento da bateria interna do equipamento. Todo os postes acessíveis do solo estão com estado de energia zero. O único nível de tensão presente no Laboratório é a baixa tensão (220 V), restrita à alimentação do Religador, iluminação do local e CTFV, instalados em altura, os quais possuem contingência via solar e baterias. A necessidade de contingência foi pensada para o caso de treinamentos coincidir com a falta de energia permanente e para evitar descarregamento completo da bateria do equipamento.

Figura 9 – Instalação do Religador nos Postes Originais

Fonte: Autor (2019)

Após a execução macro do escopo de energia, ou seja, da instalação elétrica das redes de distribuição, o foco foi a finalização das atividades de civil também necessárias à finalização do projeto. Dentro as atividades civis pode-se destacar: cercamento da área do laboratório, instalação de caixa de brita na região dos postes menores, concretagem do piso da área do laboratório, pintura do piso, demarcação do caminho seguro, instalação dos portões de acesso, jardinagem e poda das árvores maiores, entre outras atividades, conforme Figura 10 a seguir.

Figura 10 – Instalação do Religador nos Postes Originais

Fonte: Autor (2019)

Após essas etapas principais apenas alguns pequenos ajustes foram realizados para a completa finalização do Laboratório de Redes Elétricas e Energia, como pintura da base dos postes, pintura dos TAGs de identificação destes, limpeza do local, entre outros ajustes menores.

4. Resultados

O projeto do Laboratório de Redes Elétricas e Energia levou cerca de seis meses da ideação até a entrega. De maio a novembro do ano de 2018, diversas equipes estiveram envolvidas para que essa iniciativa pudesse se tornar realidade.

O resultado do processo de implantação do Laboratório foi um ambiente de treinamento para capacitar os funcionários envolvidos nos trabalhos de manutenção das redes de distribuição de energia elétrica, proporcionando uma forma acessível e eficiente de prever e solucionar problemas, onde para isso foi desenvolvida toda essa infraestrutura que atende fundamentalmente às necessidades da empresa nesse segmento.

O custo do Laboratório inicialmente foi orçado em R$ 850.000,00. Este valor é justificável pela qualidade e importância do projeto, contudo, a equipe idealizadora buscou alternativas para reduzir este preço e tornar a iniciativa ainda mais interessante e aplicável em termos de custos. Dentre essas alternativas pode-se destacar o reaproveitamento de diversos materiais da área de Projetos e Implantação da VALE, como os postes, transformadores, caixas, estruturas e parte da mão de obra direta que já foi sendo capacitada com a própria implantação do Laboratório, o que muito barateou o custo final.

Por conta dessas iniciativas e parcerias com as equipes de Projeto e Implantação, o Laboratório teve um custo final estimado em R$190.000,00, uma economia substancialmente relevante, o que trouxe maior valor agregado ao espaço.

Com tudo isso, o resultado foi a criação desse ambiente, o qual foi batizado como Laboratório de Redes Elétricas e Energia, inaugurado em 22 de novembro de 2018 com a presença da diretoria da empresa, o que chancelou o ambiente como centro de excelência na capacitação de profissionais em redes de distribuição.

Figura 11 – Laboratório de Redes Elétricas e Energia Concluído

Fonte: Autor (2019)

Após a inauguração do espaço buscou-se já agendar a turma piloto para participação do primeiro treinamento de redes de distribuição da EFC, o que aconteceu no Laboratório em Janeiro de 2019 com a participação de dezoito eletricistas, com uma carga horária de 40 horas.

A dinâmica do treinamento deu-se da seguinte forma, pela manhã ocorria a fundamentação teórica para gerar o entendimento e construir a lógica dos passos a serem desempenhados durante a prática, que ocorria no período da tarde. Ou seja, pela manhã eram repassados os passos necessários, as ações de segurança, a listagem dos materiais e toda fundamentação necessária e no período da tarde acontecia a aplicação prática do aprendizado.

Uma vez que o técnico e eletricista assimila a justificativa por trás de cada etapa de um procedimento, a possibilidade da ocorrência de algum desvio é reduzida, consequentemente, os erros e seus efeitos também diminuem. Na aplicação prática existe a possibilidade de errar, de fazer novamente, de multiplicar o conhecimento com o parceiro de atividade, sem a cobrança do sistema está inoperante, ou seja, é um ambiente controlado e propício para o aprendizado coletivo e padronizado. Nas atividades práticas, tanto as operações nas redes aéreas com postes originais (Figura 12), como nos postes menores (Figura 13) eram realizadas.

Figura 12 – Atividade Prática de Abertura de Chaves

Fonte: Autor (2019)

Figura 13 – Atividade Prática de Troca de Isolador

Fonte: Autor (2019)

Após as aulas práticas e teóricas, no último dia, a turma é submetida a uma avaliação teórica, englobando os principais aspectos trabalhados durante o treinamento, onde após aprovados obtém o certificado de conclusão do treinamento inicial de redes de distribuição, Figura 14.

Figura 14 – Atividade Prática de Troca de Isolador

Fonte: Autor (2019)

Vale ressaltar que os eletricistas também foram avaliados ao longo dos treinamentos práticos, sendo levado em consideração a conformidade da execução dos passos efetuados pelos técnicos, com as normas apresentados na parte teórica, como critério principal.

Após isso várias outras turmas já fizeram o treinamentos no Laboratório de Redes Elétricas e Energia e os resultados têm sido significativos, tanto na qualidade das manutenções, como no tempo de atendimento e respostas, já que o laboratório tem essa missão de treinar as pessoas no que eles encontrarão na realidade do campo estando antes no ambiente controlado, assim como principalmente no aumento da segurança nas atividades envolvendo redes de distribuição.

A Figura 15 abaixo mostra um comparativo entre o número de falhas ocorridas em redes elétricas de janeiro a abril de 2018 (antes da construção do Laboratório) e no mesmo período, no ano de 2019 (após a construção do Laboratório), o que mostra uma redução significativa e a contribuição do espaço para o desenvolvimento profissional das equipes e a melhoria dos indicadores.

Figura 15 – Comparativo de Falhas em Redes Elétricas em 2018 e 2019

Fonte: Autor (2019)

Com esse espaço é possível realizar os mais diversos treinamentos técnicos na área redes de distribuição, como: Abertura e fechamento de chaves; uso correto do detector de tensão; instalação do aterramento temporário; manutenção, retirada e instalação de pára-raios, chaves faca, fusíveis, cruzetas, estruturas das redes rurais, compactas, isoladas e subterrâneas; execução correta de emendas e muflas terminais em redes com cabos protegidos e isolados; princípio de funcionamento e ajustes de TAPs em transformadores de potência; retirada e instalação de elos fusíveis; megagem de redes aéreas e subterrâneas; inspeção preventiva e pontos de criticidade; lançamento de cabos aéreos e subterrâneos; operação e manutenção em chaves telecomandas e religadores, etc. Será possível ainda realizar treinamentos de Saúde e Segurança, como: Simulações de emergência; resgate de colaboradores em caso de pane nos equipamentos de altura; uso de escadas; NR10 (eletricidade); N535 (trabalho em altura), entre outros.

5. Conclusão

Conforme apresentado nesse trabalho, verificou-se que o Laboratório de Redes Elétricas e Energia se apresentou como alternativa para o desenvolvimento e a capacitação técnica de profissionais na área de redes de distribuição, atuando preventivamente na identificação, na agilidade e segurança para solucionar problemas.

A estrutura interna do Laboratório foi apresentada, assim como as principais características gerais de cada componente de redes elétricas, mostrando os locais de procedimentos com postes de tamanhos originais e postes menores. Foram apresentadas ainda as diversas possibilidades de treinamentos que podem ser desenvolvidos e as etapas da construção, desde o croqui inicial até a finalização do espaço. Destacou-se ainda a dinâmica realizada para realização do primeiro treinamento de redes, assim como os resultados operacionais obtidos após as primeiras turmas terem sido treinadas.

Destacam-se ainda as inúmeras possibilidades para ampliação quanto ao uso do ambiente, como algumas iniciativas que já foram iniciadas e estão em andamento, como: Uso em projetos de P&D para desenvolvimento de novas soluções e tecnologias em redes, utilização das estruturas instaladas para detecção de falhas em redes com uso de redes neurais a partir de imagens obtidas por meio do drone, soluções para bloqueio seguro de chaves, entre outros. Além disso, a abertura do Laboratório para universidades, escolas técnicas, fabricantes e o público técnico em geral para utilização e desenvolvimento de conhecimento e soluções, estimulando novas discussões, ideias e inovação.

Por esses e outros motivos o Laboratório de Redes Elétricas e Energia é considerado um centro de excelência, de forma acessível e eficiente para capacitação, previsão e solução de problemas em redes de distribuição de energia.

6. Referências

1. MAMEDE, D. R. (2011). Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. GEN / LTC.

2. Companhia Energética do Maranhão (CEMAR, 2018). ET.004.EQTL. Normas e Padrões - Chave Seccionadora Unipolar (Chave Faca).

3. ELIPSE SOFTWARE (2015). Elipse self-healing agiliza a recomposição do sistema de energia da CEMAR. Disponivel em: https://www.elipse.com.br /case/solucao-self-healing-da-elipse-soft ware-agiliza-a-recomposicao-do-sistema-de-energia-da-cemar/. Acesso em: 20 de maio de 2019.

4. Companhia Energética do Maranhão (CEMAR, 2018). ET.002.EQTL (2018). Normas e Padrões – Para-raios de distribuição.