Os sistemas de monitoração online podem ser agrupados em dois tipos de arquiteturas, cujas topologias podem ser observadas nas figuras 2 e 3:

• Sistemas centralizados: Usa um elemento centralizador localizado junto ao corpo do transformador, geralmente um PLC (Programmable Logic Controller), para aquisitar as medições dos vários sensores instalados no transformador e as enviar para o software de monitoração na sala de controle da subestação.

• Sistemas Descentralizados: Usam sensores inteligentes tipo IED (Intelligent Electronic Devices) no transformador, que transmitem suas medições diretamente para o software de monitoração, eliminando o elemento centralizador.

Figura 2 – Topologia do sistema de arquitetura centralizada

Figura 3 – Topologia do sistema de arquitetura descentralizada

A experiência da engenharia de manutenção de Furnas com a operação e a manutenção de sistemas de monitoração usando arquitetura centralizada mostrou que esses sistemas têm uma alta incidência de defeitos, gerando altas cargas de trabalho para a engenharia e as equipes de manutenção em campo, ao ponto de tornar o sistema de monitoração totalmente inoperante.

O mesmo comportamento não foi observado em sistemas de arquitetura descentralizada, que demonstraram boa confiabilidade e disponibilidade. Logo se tornou evidente que a diferença nos resultados deve-se a características intrínsecas de cada arquitetura, conforme visto na Tabela 1

Características das arquiteturas centralizadas e descentralizadas [1]

Vários casos de sucesso, descritos abaixo, demonstra m os benefícios de usar sistemas de monitoração on-line, quando os mesmos apresentam a confiabilidade necessária, que é proporcionada pela arquitetura adequada. Em todos os casos a seguir, a arquitetura descentralizada foi utilizada.

Aproveitando-se da modularidade da arquitetura descentralizada, um sistema de monitoração foi instalado para monitoração exclusiva de buchas, mas com possibilidades futuras de expansão. A Figura 4 mostra detalhes da instalação, que incluiu os seguintes equipamentos [3]:

• Três buchas de 550 kV e três de 245 kV em um banco d e autotransformadores monofásicos;
• Três buchas de 550 kV num banco de reatores shunt monofásicos.

Figura 4 – Detalhes do sistema para monitoração das buchas [3]

Poucos meses depois de instalado, o sistema de monitoração disparou um alarme por aumento na capacitânc ia da bucha de 550kV do autotransformador da fase A, como visto na figura 5.

Devido a este alarme, e ao rápido aumento da capacitância, o banco de transformadores foi desligado para que medições off-line fossem executadas e amostras de óleo tomadas, e os testes confirmaram a existência d e defeitos. O teste encontrou cerca de 7000 ppm de acetileno, confirmando a evolução de uma falha na bucha.

Assim, o sistema de monitoração evitou uma falha catastrófica com possibilidade de incêndio e graves danos ao transformador [3].

Figura 5 – Aumento na capacitância da bucha de 550 kV da fase A

Ibiúna é a subestação onde a tensão de ±600 kV DC do sistema de transmissão HVDC da hidroelétrica de Itaipu é convertida para 345 kV AC. Com capacidade instalada de 7200 MVA distribuída em 24 transformadores conversores monofásicos (figura 6), abastece a região de São Paulo.

Na primeira etapa de implantação da monitoração on- line foram modernizados os sistemas de supervisão d e temperatura de todos os 24 transformadores conversores, com a substituição de todos os termômetros de óleo e enrolamentos originais, mecânicos, por monitores de temperatura digitais, como ilustra a figura 6. Como resultado, a incidência de defeitos no sistema de monitoração de temperatura foi reduzida de uma média de 7 defeitos por ano para virtualmente zero, liberando o pessoal de manutenção para tarefas de maior importância e reduzindo os custos de manutenção e o tempo de parada dos transformadores [4].

O sistema de monitoração montado incluiu também a monitoração da capacitância e da tangente delta das buchas dos transformadores de corrente contínua, uma aplicação pioneira no mundo [5].

Figura 6 – Vista do transformador conversor monofásico e substituição de seus termômetros mecânicos por IEDs monitores de temperatura para o sistema de monitoração

Com capacidade instalada de 1720MVA, a subestação de Campinas é uma das mais importantes no sistema de transmissão de Furnas. Para aumentar sua capacidade de transformação, essa subestação recebeu um novo banco de autotransformadores monofásicos de 345-138 /13,8 kV e 150 MVA com comutadores sob carga, composto de duas fases de fabricação Jeumont / Vatech (França) 2001 e uma fase Asea 1975.

Seguindo a filosofia de migrar da manutenção preventiva para a manutenção baseada na condição, os transformadores Jeumont foram especificados por Furnas para serem entregues já equipados com sensores, e o transformador Asea foi modernizado com a instalação de sensores para a monitoração on-line. Os sensores nos transformadores novos e no pré-existente foram conectados ao software de monitoração on-line usando a arquitetura descentralizada [1].

Na fase de comissionamento, o sistema de monitoração iniciou a aquisição de dados on-line e armazenou as medições num banco de dados histórico, permitindo acesso local e remoto à informação pela intranet de Furnas. Nessa etapa, uma falha ocorreu na fase B do banco, que foi tirada de serviço por proteções de diferencial e sobrecorrente. Apesar do comissionamento do sistema de monitoração estar ainda incompleto, a informação que ele já havia aquisitado pôde ser utilizada após a falha para auxiliar na investigação de suas causas.

Foi só depois da falha que o gás dissolvido no óleo, estável até então, mostrou um grande aumento, atingindo o fundo de escala do sensor. Investigações posteriores revelaram que a origem da falha foi um varistor interno conectado em paralelo com o enrolamento da regulação [1].

Este evento demonstrou que a aplicação de sistemas de monitoração também permite a análise de falhas co m mais informações, permitindo um entendimento mais profundo das causas e dos seus efeitos, no sentido se determinar mais precisamente o risco potencial de famílias específicas de transformadores e permitir o aperfeiçoamento dos próprios sistemas de monitoração.

Esse sistema de monitoração foi o primeiro instalado em Furnas usando a arquitetura descentralizada e está em operação bem sucedida desde então, ajudando a demonstrar as vantagens dessa arquitetura.

A experiência da engenharia de manutenção de Furnas com a operação e manutenção de um grande número de sistemas on-line de monitoração de transformadores demonstrou que a arquitetura utilizada para montar um sistema tem importância decisiva em sua confiabilidade e facilidade de manutenção. Sistemas baseados na arquitetura descentralizada demonstraram melhores resultados que aqueles de arquitetura centralizada, que apresentaram um alto índice de defeitos e requereram um grande esforço de manutenção.

No caso dos sistemas descentralizados, aplicações bem sucedidas mostraram a importância dos sistemas d e monitoração on-line para evitar falhas catastróficas nos equipamentos, aumentando sua disponibilidade e reduzindo os custos da manutenção.

1. Alves, Marcos, Albuquerque, Roberto, “Monitoração On-Line de um Banco de Autotransformadores 345-138/13,8 kV 150MVA com Comutação Sob Carga”, XIX SNPTEE, Rio de Janeiro, Outubro/2007.
2. Lavieri Jr., Arthur, Hering, Ricardo, “Novos Conceitos em Sistemas de Energia de Alta Confiabilidade”, Encarte Especial Siemens Energia, http:// mediaibox.siemens.com.br/upfiles/232.pdf, Janeiro/2001.
3. Melo, Marcos A. C., Alves, Marcos, “Experiência co m Monitoração On-Line de Capacitância e Tangente De lta de Buchas Condensivas”, XIX SNPTEE – Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica. Rio de Janeiro, Brasil, 2007.
4. Peres, Edilson, Duso, Wilson, Latenek, J., Alves, Marcos, “Monitoração On-Line de Transformadores Conversores do Sistema de Transmissão HVDC na SE Ibiúna ”, XIII ERIAC, Puerto Iguazu, Argentina, Maio/2009.
5. Peres, Edilson, Alves, Marcos, “Field Experience with On-Line DC Bushing Monitoring in HVDC System at Ibiúna Substation”, 2009 HVDC User’s Conference, Foz do Iguaçu, Brasil, 2009.