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A 6*,�B0/ .*:�C�D�7'E 1 .*D'E 10F�> G�9�H�I�C�J0K&L0D�1 3 .�M�N A ,�.*E O 8�F�> G�9�H�I�C

E-mail P Q R S Q T U R S U V�W X Y Z [ R \ W X ]�\ [ T ^ ]�Q _ R T ` Y V!W X Y Z [ R \ W X ]�\ [ Ta�b c b d e b f g h i0b d j

– Elos fusíveis, qualificação, chavesfusíveis.

k�j f l0m�n – Este trabalho relata a experiência da COELBA

no processo de qualificação de elos fusíveis e chavesfusíveis base C através de pesquisa, troca de informaçõese ensaios executados em laboratórios do CEPEL e daCOELBA. Demonstra a importância do treinamento damão de obra que instala/substitui o produto em campo ecomprova que muitas vezes um maior valor de aquisiçãonão representa maior gasto para a empresa, tendo sempreque se fazer uma avaliação do custo X benefício.

o p q r�s�k�t�u�v�w�x�tPor muito tempo as empresas, principalmente as estatais,adquiriram seus materiais pelo critério do menor preço,sem levar em consideração outros aspectos, tais como:vida útil, desempenho do sistema, qualidade do material,custo de manutenção, etc.. Este trabalho relata aexperiência da COELBA para a qualificação do elofusível e chave base C utilizadas nos circuitos dedistribuição de energia elétrica, demonstrando osbenefícios alcançados com essa melhoria.

y p tza�t�r�s�tzu�{|a*}�k�s�q u'}~a*}�k'}~}� v'}���q �*q ��}�w�x�tAtravés de um levantamento de ocorrências em bancos decapacitores de subestação (no período de 1977 a 1998),foram constatadas muitas queimas intempestivas de elosfusíveis. O principal motivo verificado foi a baixaqualidade desse material, indicado no Relatório88/GMPS (março de 99). A partir das recomendaçõescontidas nesse relatório, foram exigidos ensaios de tipopara todos os elos (distribuição e subestações) adquiridospela COELBA \Em janeiro de 2000 foram iniciados ensaios decapacidade de interrupção em chaves base “C” e elos, nolaboratório CEPEL- Centro de Pesquisa de EnergiaElétrica. Devido a vários problemas ocorridos durante osensaios iniciais, tanto nas chaves quanto nos elos fusíveis,os setores de especificação, compra/inspeção emanutenção se uniram visando discutir o assunto e proporsoluções.

� g!��t�r�� s�q s�v�q w�x�t�u�t�a�t�k�s�}��*v�� � ��{���{&u�t{��'t�u�{�}��'t�k�u�t���t��&}�r'�'k�� y � y [1]

� g*u�q � a�t�� q w���{'����{�k'}�q �

� p o g0{���t����*v�� � ��{�q �� � � � � � ��� � � �0� � � �São dispositivos de proteção que, pela fusão de uma parteespecialmente projetada e dimensionada, abre o circuitono qual se acha inserido e interrompe a corrente, quandoesta excede um valor especificado durante um tempoespecificado.

� � � �   � ¡�¢ £ ¢ ¤ ¥ � £ ¦ § ¥ � ¤ ¢ §�¨ �'¨ � § � ©�ª�� � «0�a) Eliminar as falhas mais rápido que outros

equipamentos;b) Duração reduzida da subtensão;c) Elevação reduzida de temperatura dos condutores;d) Disjuntores ou religadores na subestação podem ser

ajustados para operarem mais rápido para melhorproteção do sistema.

� � � � ¬ � ¡�¢ £ ¢ ¤ ¥ � £ ¦ § ¥ � ¤ ¢ § � ­ �0¤ � � �0¢ � §a) Combinam detecção e interrupção em um só

conjunto;b) Atuam diretamente;c) Utilizados apenas para proteção de sobrecorrente;d) São facilmente renováveis após uso, bastando repor o

cartucho fusível ou elo fusível.

� � � � � � ®�£ � �0¤ ¦ ª�� ��¨ � � ­ �0¤ � � �0¢ ©�� � ¥ �

Na seqüência das figuras 1a, 1b e 1c abaixo temos umexemplo de interrupção de um elo de 20K dentro do portafusível instalado em Chave Fusível 36,2 kV, Base C,aplicando-se 420 A, 36,2kV, FP 0,3 e TRT (Freqüência

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natural da tensão de restabelecimento transitório) de10kHz.��� � ©�� � ¥ ����� ­ � ¤ �'����­ �0¨ � �

U 0\�� RInicialmente a corrente de 420A. provoca o aumento datemperatura do elemento fusível e demais partes metálicascomo botão, fio de reforço luva e cordoalha. O elementoentra em fusão \��§ ¥ ¢ � � � ¤ ����£ ¤ ����� � ¥ £ � ¤ � �

U 0\�� [Após a fusão inicia-se o arco elétrico e há formação degrande quantidade de gás (basicamente composto devapor de água, hidrocarbonetos, nitrogênio e ácidosmetálicos), que provoca aumento da pressão interna.Durante o arco a corrente mantém-se em 420A\��� ¥ � �0� � ��¨ ��¢ £ ¤ ��� � � ¥ £ � ¤ � �

U 0\�� WO gás formado juntamente com a tensão mecânicaexercida pela mola na cordoalha e a pressão interna notubo, extingue o arco e expulsa a cordoalha,interrompendo o circuito. As três fases representadaspelas figuras acima ocorrem dentro do tubo protetor doelemento fusível, sem destruí-lo \� [ � \���� ` R ]�X ��S X � T Y � Y T U S Q X�R�_ ] W _ T ` X�W U T W _ U ` X�W X ]� R Z X T�Q Y'W X T T Y S ` Y'T Y Z R ` U � R ]�Y S ` Y'[ R U � X \

� p y p g�����}���{'���*v�� � ��{�q � P� p y p o g*u'j � � � � � � n

São dispositivos que têm a função de secionar e protegercircuitos elétricos com o auxílio do elo fusível

�*p y*p y�g�a�e � � h � � n"! j�� l � h � n �0b m�j � # n

Na figura 02 temos o mesmo exemplo dainterrupção de um elo 20K instalado em ChaveFusível 36,2 kV, Base C usando-se os mesmosparâmetros do exemplo anterior.

�$� %0l�e0b'&�y

Sinalização do porta fusível: Com o circuitointerrompido, o que sobrou do elo é lançado para fora,conforme mostra o primeiro quadro da figura 2. Osdemais quadros mostram o movimento do cartucho portafusível destravando e girando no eixo do contato inferiorsinalizando a interrupção.

( g u�{'� {��-a�{�r$��t u�t ��t�r�) v�r�s�t �*v�� � ��{���{����}��-a�tPara avaliar o conjunto fusível (chave e elo fusível), foifeita inicialmente uma pesquisa de ocorrências em 2000,na área metropolitana de Salvador. Os resultadosencontrados para chaves e elos foram respectivamente osseguintes:

( p o g ����}���{'���*v�� � ��{�q �Falhas em chaves fusíveis por causa –ano de 2000 [2]

Vemos, pelo gráfico, que "envelhecimento e/ou corrosão"contribuiu com um percentual de 79% das ocorrências.Esse problema foi detectado em abril de 2000, com aavaliação de 45 amostras de sucatas de chaves fusíveisfabricadas entre 1998 e 1999, encontradas nas seguintescondições:

* + ,

- - ,- . ,

/ 0 1 / 2 3 / 4 5 6 / 0 7 8 9 4 8 : : 8 ; < 8 = / ; 4 8 0 3 / 4 5 = 8 > ? 2 3 ?�= / 5 ; 8 2 ? @ < 8

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Figura 03

Figura 04

Foi verificado que algumas chaves apresentavamdeterioração nas cimentações de fixação das ferragens(maior freqüência e intensidade nas ferragens central einferior - figura 04) e elevado estado de oxidação naspartes em aço galvanizado - figura 03.O detalhe que mais chamou a atenção foi o surgimento dematerial escuro, semelhante a borra de material fundido,dureza de carvão e odor característico de queima deenxofre. Recentemente tivemos várias ocorrências emchaves base C nos alimentadores localizados na orlamarítima e das amostras retiradas encontramos chavesbastante danificadas, apesar de estarem em operação háapenas 4 meses, conforme foto 05

Foto 05

( p o p o g ��q � s���k�q ��t u�t a�k�t�) {'s�t u'} ����}���{�*v�� � ��{��-��}�� {-�

Durante ensaios do Grupo 4 [1] no CEPEL, utilizandoelos 50K e 65K e aplicando os parâmetros abaixo, notou-se em alguns casos que depois de alguns milissegundosde interrupção do circuito de ensaio ocorreu reignição doarco.Parâmetros para ensaio:Tensão de restabelecimento em freqüência industrial -15kV(+5%/-0%);Freqüência natural da tensão de restabelecimentotransitória.-.24 kHz (+10%-0%);Fator de amplitude -.1,6 a 1,7;Corrente presumida simétrica (valor eficaz)-.400 a 500 AFator de potência -.0,5;Ângulo de fechamento – entre 25 e 65º.

Durante os ensaios foram observados os seguinteseventos: após interromper o circuito, a cordoalha do elofusível é lançada violentamente para baixo. No seuretorno pode ocorrer que a ponta da cordoalha atinja aparte superior energizada, religando o circuito.Visando investigar o motivo dessa ocorrência, olaboratório de inspeções de materiais da COELBAefetuou uma pesquisa sobre as modificações no projetodessas chaves no período de 1972 até 2001 e chegou àconclusão de que as modificações no projeto da chave aolongo desse período (figura 08) levaram à reduçãoacentuada da massa e dimensões da parte inferior, o queacarretou redução da distância entre a porca que fixa acordoalha no porta fusível e a parte superior da chave(figuras 06 e 07).

Figura 06 figura 07

Projeto de 1972 Projeto de 2001

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Figura 08

Vale ressaltar que nos ensaios do grupo 1 e 5 [1] CEPELnão foi observada nenhuma ocorrência.

( p y g0{���t����*v�� � ��{�q ��u�{-u�q � s�k�q �'v�q w�x�t

Falhas em elos fusíveis por causa –ano de 2000 [2]

� o ��g0h b l0f b f�! j f h n � i j h � ! b f �Acredita-se que o motivo principal tenha sido a falta deconhecimento dos eletricistas da importância desse dado.A cultura de normalizar o circuito no menor tempopossível acabou limitando a visão crítica dos eletricistasem relação às necessidades do sistema. Um exemplodisso está no histórico dos 5 transformadores commaiores números de ocorrências no período de janeiro asetembro de 2000. Houve 105 ocorrências nessestransformadores, nas quais em 72% foi registrada queimade elo fusível, em 32% o elo foi substituído com

amperagem errada e em 28% das ocorrências houve oretorno da turma no mesmo dia com nova queima de elofusível. A média entre atendimentos foi de 9 dias \� � � ! j d � ! n�b�h l0e # n �0b e j ! j�f j h l ��! � e � b

: Os principaismotivos são os seguintes: árvore na rede (maiorcolaborador desse tipo de ocorrência); vento/vendaval;objetos estranhos; aves; veículos com carga alta \o � � ! b�� l j � m�b ! j � l0f � d j � f ! j d � ! n�b � b c i0b ! n � l0f � d j cn l ! b�h i0b d j

. Nesse percentual estão inclusos corrosão ouoxidação do fusível e chave, envelhecimento dos mesmose falha do material.

( � ! b�� l j � m�b ! j d � ! n b f n �0e j h b e % b j�c � % b � � j fh c b ��! j f # � �0b f: Geralmente esse tipo de ocorrência leva

também à queima do transformador

A boa qualidade do elo e da chave fusível pode contribuirpara a redução de avarias de transformadores. Nos anosde 1999 e 2000 tivemos um gasto de R$ 1.239.597,00com reformas por avarias na área metropolitana deSalvador, sendo que a primeira maior causa foi curtocircuito na rede secundária e a segunda, sobrecarga dotransformador. Os ensaios realizados no CEPEL com osnossos fornecedores retratam essas duas situações atravésdos ensaios dos grupos 4 e 5.Na figura 09 abaixo temos uma figura representando osgrupos de ensaios de interrupção realizados no CEPEL

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Figura 09

( p y p y g {�r�� }�q t���u'{-{��'t���� v'�'��{�s�q u�t���}�r����t�}� }���q r'}

Este ensaio foi realizado no laboratório de inspeção demateriais da COELBA e teve o objetivo de analisar ocomportamento dos elos fusíveis com o elemento fusívelde cobre, prata e estanho, após ensaio de envelhecimentopor ciclo térmico e névoa salina. O procedimento

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Fusível/chave Desconhecida Curto na rede sobrec./lig cland.

� � � � � � � � �720 gramas

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constituiu em montar o conjunto fusível em câmara denévoa salina, tracionado por uma carga mecânica e fazercircular uma corrente 20% acima do valor nominal do elopor um período equivalente a 100 ciclos, sendo cada ciclorepresentado por uma hora com aplicação de corrente emeia hora sem corrente. Após terem sido aplicados os100 ciclos, os elos foram retirados da câmara e colocadosem sala climatizada. Decorridas 10 horas, foi medida aresistência elétrica e ensaiadas as características mínimasde fusão tempo X corrente para 10s e 300s. Asconclusões foram as seguintes:

����� � � � � � ��� � � � � � ���O porta fusível foi montado na posição vertical com suaparte superior tampada. A circulação de corrente levou aoaquecimento do conjunto, criando uma pressão positivainterna no tubo do porta fusível, impedindo que a névoasalina do ensaio penetrasse até atingir o elemento fusível,evitando assim a oxidação do mesmo.

��� � � � � � �� ��� � � � � � ���

Na figura (10) nota-se que a parte da cordoalha exposta ànévoa salina apresentou corrosão acelerada, sendo acobertura de estanho em vários pontos totalmenteretirada, deixando os fios de cobre expostos e corroídos.A parte da cordoalha interna ao cartucho encontrava-sesem oxidação visível.

Figura 10

����� � � � ��� � � � � � � ����� ��� � � ��� � � � � � � ! " � � �# �� � $ � � �

Após os ensaios foi retirado o tubo protetor do elementofusível. Foi constatado que nos ensaios de 300 segundos,em que o elemento fusível permaneceu inteiro, oselementos de cobre apresentaram oxidação acelerada comvisível perda de material (figura 11), o que não ocorreunos elementos de prata e estanho.

Figura 09

% � � � � � ! " � � �# � &�� � � � � � �'� ��� � � � ��" � � ! " � � �

Conforme figura 12, o elemento fusível após ensaio de300 seg. se manteve sem perda visível de material

Figura 12

( � ��� � � � � � � ��� � ) * +

Para condições normais de serviço no sistema elétrico,mesmo em ambientes agressivos, o elo de cobre mantevesuas condições de operação normais. Em condições desolicitação extrema de carga o elemento de cobreapresentará perda de material, devido à oxidaçãoacelerada em sua superfície. Nessas circunstâncias, o elofusível de cobre não mais será confiável. Para os elos deestanho e prata em condições normais ou de solicitaçãoextrema de carga, os elementos fusíveis permaneceraminalterados em suas superfícies.

, -/.�01 2#3 4/3 5#1�6#7�8�91;:<7�8=9 ><8�?@1=5 8�>�2�?#1

Em uma proposta de melhoria deve-se levar emconsideração todos os itens necessários à mudança. Aimportância da qualidade do produto é tão grande quantoa da mão de obra que o manuseia. Ao longo de 2000,algumas deficiências foram detectadas e as soluçõesforam implementadas.

, A B - C�D E F G H I J�G K L EM8�N G D O F I E K�O PQN�O D OR:;O K S�T G I E U1�D JVO W G K�O X G JQGYL D E F OZH G[G P E T]\ S�T ^ _ G I T`-a:;b�@c c A c c A c c BConsta nesse procedimento a forma adequada parasubstituição ou instalação do elo, observando ascondições do porta fusível, informações importantessobre armazenagem, manuseio e aspectos de segurançado pessoal. Esse procedimento tem o objetivo depadronizar esse serviço em toda a empresa.

, A d - b�D G I K�O J�G K L E�G�1 F E J�N�O K e�O J�G K L E]H O T�b�S�D JVO T�H GC�D E K L I H f E�5 8�>#2�?#1;G >#J�N�D G I L G I D O TConstou de treinamentos sobre o uso adequado do elo, aforma correta de instalação e/ou substituição ediagnóstico das causas das ocorrências através daavaliação do elo fusível após a sua atuação. Por se tratar

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de uma forma simples de diagnóstico, vale ressaltar osprocedimentos ensinados:

Após interrupção deve ser observado pelo eletricista decampo se o tubo protetor do elemento fusível continuainteiro conforme figura 13 . Caso positivo, isto podesignificar que houve sobrecarga no sistema de baixatensão.

Figura 13

Pode-se também avaliar se houve falha do elo fusível nomomento da interrupção, através da análise do tuboprotetor. Se houver rompimento lateral próximo ao botãodo elo, conforme figura 14 a seguir, o elo apresentouproblemas no seu desempenho.

Figura 14

Outro diagnóstico que pode ser detectado é quando o tubodo elemento fusível, após a interrupção, ficar totalmentedestruído. Isto significa que o curto provavelmente foipróximo às buchas de entrada do transformador ou que asbobinas de alta do trafo podem estar em curto-circuito(figura 15).

Figura 15

, A � - 5E K \ G F � f E<H GVL O � G P O N P O T L I \ I F O H O<H G L I N E TVH G G P E T\ S�T ^ _ G I T�O H G � S�O H E T���N E L � K F I O�H E L D O K�T \ E D JVO H E DFoi confeccionada uma tabela plastificada, contendo atensão, potência do transformador e o tipo de elo a serinstalado, a qual foi distribuída para cada eletricistaenvolvido com serviços de prontidão. Essa medida visavareduzir problemas de descoordenação de proteção porinstalação de elo inadequado.

� - 9 >� >�:<C�>� ��8 9 8�� 3 � b�>�:<1 1 C����3 �� b�1�2�1�6#7�8�9�8���>#2#8���9 > ?8�1=.�01�2#3 91�9 >

Para avaliar os reflexos da instalação dos elos de boaqualidade no nosso sistema e da mão de obra treinada, foirealizada uma estatística tomando-se como base apenas aredução da taxa de avaria de transformadores no ano de2001 (período em que teve início a instalação dos elos echaves aprovadas nos ensaios no CEPEL) em relação a2000. Para o cálculo da economia gerada foram levadasem consideração somente avarias que provavelmente oselos teriam evitado. O resultado foi o seguinte:

Houve uma redução do consumo de elos emaproximadamente 60%; e em contrapartida, o elo teve umaumento no preço de 300% .

Utilizando-se parâmetros médios para cálculo daeconomia em reais, entre os anos de 2000 e 2001, obteve-se um valor de R$ 277.570,50. Esse valor foi compostoapenas da economia gerada com a redução da quantidadede transformadores a serem reformados devido a suaqueima, da energia não vendida (tarifa líquida) devido aessa causa, da economia com as turmas que substituem otransformador e com a redução de custos com equipespara normalizar banco de capacitores de subestaçãodevido a interrupções intempestivas dos elos.

A COELBA desembolsa atualmente R$ 6.080,00 a maisem relação ao ano de 1999 na compra de elos fusíveis,apesar do aumento de 300% no preço. Isso ocorre porquea quantidade consumida sofreu uma redução significativadevido ao treinamento das turmas e à redução de queimasintempestivas.. Comparando-se o benefício geradosomente pelos itens pesquisados de R$ 277.570,50 com oaumento de custo para aquisição de R$ 6.080,00 conclui-se que a empresa já obteve ganhos significativos.

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Do ponto de vista do fornecedor, a exigência daCOELBA pôde proporcionar uma melhoria significativado produto nacional através da troca de informações,pesquisas e ensaios em laboratórios. Pode-se citar comoexemplos a pesquisa realizada pelo laboratório deinspeções de materiais da COELBA em relação a parteinferior da chave que está em processo de discussão entreos fabricantes para solução do problema e que mesmotendo o elo aprovado pelo CEPEL, alguns fornecedorescontinuam aperfeiçoando seu produto como, por

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exemplo, o desenvolvimento do elo que emite partículassólidas em menor tamanho no momento da interrupção.Sem dúvida esse será um grande avanço da indústrianacional e amenizará um problema das concessionáriascom relação a acidentes desse tipo envolvendo terceiros.Do ponto de vista da empresa, pode-se destacar afundamental importância do treinamento/reciclagem damão de obra para instalação e manuseio do produto (umadas causas da redução de elos consumidos) e da união dossetores de compra, especificação e manutenção para adetecção e solução do problema. Para ambos, resta aexperiência de que sempre há a necessidade de melhoriacontínua do seu produto associado à qualidade de quem omanuseia.

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[1] NORMA ABNT 7282 ( EB 1301 ) DispositivoFusível de Expulsão - Especificação.

[2] Sistema de Ocorrências da Distribuição – DIO,COELBA, outubro de 2000.

[3] NORMA ABNT 5359 ( EB 123 ) Elos Fusíveis dedistribuição – Especificação, Andrini- Douglas,Procedimento para Ensaios de Envelhecimento deelos fusíveis em névoa salina, set/2000.