Sistema Radiográfico Digital para Detecção de

Defeitos Internos nos Isoladores Poliméricos em

Linhas de Transmissão de 500 kV Energizada

Código: 09.013

Armando H. Shinohara, Edmilson J. da Silva Jr, Gustavo J.V. Xavier Hissae Fujiwara

UFPE - Universidade Federal de Pernambuco, Recife-PE Laboratório de Ensaios Não Destrutivos – Depto de Eng. Mecânica

Henrique B.D.T. Lott Neto, Paulo R.R. Britto, Márcio A.B. Fontan

STN - Sistema de Transmissão do Nordeste S.A, Recife-PE

16/11/2017 1

Roteiro de Apresentação

1. Isoladores Poliméricos – Alta Performance em Locais de Poluição

Extrema,

2. Problemática nos Isoladores Poliméricos,

3. Motivações para Desenvolvimento de Novas Técnicas de Inspeção

e Monitoramento de Isoladores Poliméricos em Campo,

4. Objetivos do Projeto P&D

5. Fundamentos da Radiografia e Detetor Digital Imaging Plate (IP)

6. Desenvolvimento de uma Nova Tecnologia de Inspeção e

Monitoramento (Novo Produto) – Sistema Radiográfico Digital

7. Resultados e Discussões

8. Conclusões

9. Patenteamento e Premiações

10. Agradecimentos e Contatos

Bastão de Compósito GFRP -

Imagens de SEM de secção polida de GFRP

Fonte: Armentrout, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 18, No.3, July, 2003.

Alto ângulo de contato

Baixo ângulo de contato

Qtde de Isoladores Poliméricos no Mundo

IEC/CIGRÉ; EPRI Fonte: http://www.inmr.com/look-future-composite-insulator-technology/#!prettyPhoto/3/

Fonte: http://www.inmr.com/look-future-composite-insulator-technology/#!prettyPhoto/3/

China

Construção de um Isolador Polimérico

“ ”

“

”

“ ”

“”

Bastão de Compósito GFRP - Fabricação -

Bastão de Compósito de GFRP (Fonte: Pfisterer)

Imagens de SEM de secção polida de GFRP

Fonte: Armentrout, IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 18, No.3, July, 2003.

Pultrusão: Processo Contínuo de Fabricação de Bastão de Compósito de GFRP (Resina + Fibras de Vidro)

Fatores que Degradam os Isoladores Poliméricos

Duas Principais Falhas dos Isoladores Poliméricos em Linhas de Transmissão

http://www.inmr.com/steep-front-impulse-test-insulators/#!prettyPhoto

Descarga de Potência

(Flashover) Fratura Frágil

MECÂNICA ELÉTRICA

Fratura Frágil do Isolador Polimérico por SCC – “Stress Corrosion Cracking”

Fratura Frágil do Compósito por SCC Consequência Catastrófica

Queda dos Cabos Condutores ao Chão

Fratura Frágil por SCC – “Stress Corrosion Cracking”

Tempo

Material

(Compósito)

Tensão

Mecânica

Meio

Ambiente

SCC

Campo

Elétrico

SCC – “Stress Corrosion Cracking” Efeito Combinado da Tensão

Mecânica e Ambiente Corrosivo

Geração de Ácido Nítrico e

Mecanismo de Ruptura do Bastão de

Compósito por SCC

Tecnologias Atualmente em Uso para Inspeção da

Integridade dos Isoladores Poliméricos em Linha de

Transmissão Energizada

Degradação Grau de Hidrofobicidade - STRI

16/11/2017 14 Guide Hydrobicity, Classification; Guide 1, 92/1

Problemática Defeitos Críticos Detectados por Radiografia Digital na UFPE

1 mm

Problemática Defeitos Críticos Detectados por Radiografia Digital na UFPE

PD – Descargas Parciais em Vazios (Voids) Internos Termovisor – Radiografia

3

2

1

Pontos Quentes Dectados por Termovisor em

Linha de Transmissão de 230 kV

Pontos “2” e “3” – Vazios (voids) e

Trincas Detectador por Radiografia

em Laboratório da UFPE

Objetivos

Visando detectar falhas internas e ocultas críticas nos isoladores poliméricos de 500 kV em linha de transmissão energizada, que podem levar ao rompimento do bastão de compósito causando desligamento de uma linha de transmissão de extra-alta-tensão de 500 kV, um sistema de radiografia digital de alta resolução espacial, inume ao campo elétrico e ação de rajadas de vento, utilizando detetor de imagem de altíssima sensitividade “Imaging Plate (IP)” e uma fonte de raios-X operada com bateria, respeitando o regulamento NR-10 sobre a distância mínima de segurança (evitar flashover).

Princípio da Radiografia

• O princípio da radiografia mantém-se inalterado há mais de 120 anos, desde a descoberta do raios-X em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen.

• O objeto sob a inspeção fica entre a fonte de radiação e detetor de imagem.

𝐼 = 𝐼𝑜𝑒−𝜇𝑡

Penumbra gerada de foco na origem da

fonte de radiação é de dimensão finita –

Afeta o Contraste.

Efeitos dos Parâmetros Radiográficos na Qualidade de Imagem

– Resolução Espacial -

Efeito da Distância da Fonte de Radiação ao

Objeto no Discernimento do Defeito

Sensitividade do Imaging Plate (IP)

de 2 a 3 ordens de grandeza maior

Sensitividade do Detetor de Imagem IP – Imaging Plate

IP é:

100X a 1000X

+ Sensível

Intensidade da Radiação

Cai ao Quadrado da Distância

Exemplo:

d=1m para d=3m

I = 𝟏

𝟗

Exemplo:

d =1m para

d=2m

I = 𝟏

𝟒

d=1m para

d=3m

I = 𝟏

𝟗

Sistemas de Leitor a Laser de

Imaging Plate

Isolador Polimérico e Sistema de Leitor a Laser do Imaging Plate

Isoladores Poliméricos de 500 kV - Linha de Transmissão da STN -

Isoladores Poliméricos na Torre Estaiada em “V”

e Comprimento de ~ 4 metros

Linha de Transmissão – STN

546 km

~6.000 Isoladores Poliméricos

Materiais e Métodos

430 mm

Sistemas de Multi-monitores facilita a percepção visual das falhas

Três monitores

Dois monitores 1:1 pixel scale

Componentes Auxiliares ao Sistema Radiográfico Digital

Multi-Monitores – Universidade de Quioto/Japão

Multi-Monitores 40 Monitores

• Facilita a percepção visual das falhas

• Agiliza o tempo de inspeção da imagem radiográfica de forma colaborativa

0,60 m 2,50 m 4, 00 m 4,00 m

central central central à fase

Modelo de simulação 60 graus – vertical 40 graus – horizontal

Resultados – Simulação Numérica

Esquema de Testes e Resultados de

Simulação Numérica (CIVA-RT)

Radiografia obtida a 60 cm

Imaging Plate

Resultados – Radiografia Digital Testes de Validação dos Parâmetros Radiográficos no

Laboratório de Ensaios Não Destrutivos da UFPE, Recife/PE

Resultados – Radiografia Digital Testes de Validação dos Parâmetros Radiográficos no

Laboratório de Ensaios Não Destrutivos da UFPE, Recife/PE

Um dos protótipo em teste numa linha de transmissão

desenergizada do Centro de Treinamento, Garanhus/PE

Resultados – Radiografia Digital Linhas de Transmissão do Centro de Treinamento, Garanhuns/PE

Radiografia com

efeito do vento

Sistema Radiográfico para Inspeção de Isolador Polimérico de 500 kV em

LT Energizada

Resultados – Radiografia Digital Isoladores Poliméricos em Linhas de Transmissão de 500 kV

energizada – Fortaleza/CE

40 k

m/h

Procedimentos para Detecção de Defeitos Ocultos e

Críticos em Isoladores Poliméricos Novos e em

Operação em LT por Radiografia Digital

Tecnologias tradicionais:

- IV (Termografia)

- UV-Efeito Corona(Daycor)

- Visual (Espelho, binóculos)

Novas tecnologias:

- Drones (visual)

- Medição do campo elétrico

- Radiografia Digital

Inspeção para

detecção de

defeitos ocultos por

radiografia digital

Teste de conformidade

adotado pela STN

(IEC 61109:2008)

Instalação na torre de

linha de transmissão

da STN (500kV)

Início e progressão

da degradação do

material que reveste

o compósito de GFRP

Defeitos

críticos?

Sim: substituir

Não: manter

Tensões

elétricas

Isolador rejeitado

(não conformidade)

-Defeito de fabricação

(espessura fina do

revestimento)

-Fissuras

Isolador rejeitado

(não conformidade)

Perda de

elasticidade

Perda da

hidrofobicidade

Descargas parciais

(PD) e corrente de

fuga, substâncias de

baixo peso molecular

Intemperes

ambientais

Calor, UV, Chuva,

sais causando a

depolimerização

Erosão e

rugosidade

Geração dos ácidos Degradação biológica

Dim

inu

içã

o d

a re

sis

tên

cia

elé

trica

e m

ec

ân

ica

Fatores Externos e Consequências

Patentes

Estrutura para Inspeção para

Ensaios Não Destrutivos.

Registro de Patente no INPI

Sistema de Radiografia Digital

para Inspeção de Isoladores

Poliméricos em Linha de

Transmissão Energizada (Em

fase de patenteamento)

Premiações

1)

2)

Testes em campo, os resultados almejados foram plenamente alcançados mostrando que

a radiográfica de isoladores poliméricos possibilita que as empresas de transmissão

possam se beneficiar de uma análise complementar e eficaz na determinação de falhas

que venham a causar fraturas frágeis do compósito dos isoladores poliméricos.

Portanto, com o sistema de inspeção radiográfico desenvolvido no presente projeto e

testado em linha de transmissão energizada de 500 kV em campo, pode-se iniciar

imediatamente a inspeção de isoladores poliméricos.

Sistema radiográfico bastante útil na inspeção de isoladores poliméricos novos que

haviam sido aprovados de acordo com IEC 61110.

CONCLUSÕES

Obrigado pela atenção!

Contatos:

UFPE: Armando Shinohara

(81) 2126-8230 (ramal 238)

(81) 99751-1285

shinohara@ufpe.br

www.ufpe.br/demec

STN: Henrique Lott Neto

(81) 2123-9016

(81) 99728-5544

hlott@stnordeste.com.br

www.stnordeste.com.br