As interrupções nas linhas de transmissão acontecem... com frequência.

O número de horas de interrupção que os clientes das concessionárias sofrem em um ano pode variar dependendo de vários fatores, inclusive o tamanho e a localização da concessionária, a idade e a condição de sua infraestrutura e a frequência e a gravidade dos eventos climáticos.

Isso também tem um impacto econômico. Em 2021, o DOE estimou que as interrupções estão custando à economia dos EUA até US$ 209 bilhões anualmente. Uma história semelhante pode ser contada em muitos outros países do mundo.

O aumento das interrupções de serviço se deve a três fatores principais.

1. As energias renováveis estão adicionando mais complexidade à rede.

Os EUA têm atualmente cerca de 200.000 milhas de transmissão de alta tensão (HVT). Para atingir 100% de energias renováveis, seria necessário dobrar essas linhas de transmissão.

2. O clima está mudando.

De 2003 a 2012, as interrupções relacionadas ao clima em todo o mundo dobraram. Ventos fortes, furacões e incêndios florestais são os culpados.

3. A rede está envelhecendo.

Algumas das linhas de energia mais antigas do mundo datam da década de 1880, e a maior parte da rede atual foi construída nas décadas de 1950 e 1960 com uma expectativa de vida de 50 anos.

As interrupções têm implicações enormes para os clientes e as concessionárias.

Os clientes das concessionárias nos EUA sofreram 1,33 bilhão de horas de interrupção em 2020. Isso representa um aumento de 73% em relação aos cerca de 770 milhões em 2019.

As interrupções nas linhas de transmissão podem custar às empresas de serviços públicos aproximadamente US$ 100 mil a US$ 200 mil por horadependendo da geografia. Com uma interrupção não planejada média que dura 2-4 horas, o custo para uma concessionária é significativo.

Além disso, de acordo com o relatório State of Reliability 2020 do NERC, 50% dos eventos analisados nos últimos 5 anos não produziram uma causa raiz definitiva.

Isso também tem um impacto econômico. Em 2021, o DOE estimou que as interrupções estão custando à economia dos EUA até US$ 209 bilhões anualmente. Uma história semelhante pode ser contada em muitos outros países em todo o mundo.

O localizador de faltas Travelling Wave da Qualitrol ajuda a reduzir o tempo e os custos das interrupções de serviço.

Historicamente, encontrar a localização de uma falta em uma linha de energia era feito por relés de proteção e registradores de faltas usando uma técnica chamada "distância baseada em impedância até uma falta". É aqui que um registro de falta obtido do relé ou do registrador de faltas é analisado.

Em geral, uma falta dura vários milissegundos antes de o sistema de proteção entrar em ação e eliminar a falta. Durante esse tempo, a tensão cairia e a corrente aumentaria. Usando o valor da tensão e da corrente no momento da falha, seria possível calcular a impedância nesse momento.

Supondo que toda essa impedância seja causada pelo cabo e que o fabricante do cabo forneça a impedância por unidade de comprimento, é possível calcular a quantidade de cabo em jogo e, portanto, a distância até o local da falha.

No entanto, esse método está repleto de erros. Se a falta for causada por um objeto de alta impedância, como uma árvore, isso criaria uma impedância extra para o solo, invalidando, portanto, o cálculo da impedância e causando erros na distância até a falta. Outros fatores também entram em jogo, como parâmetros de linha incorretos, acoplamento mútuo, arco de falta instável, etc. Esses fatores causam imprecisões que podem fazer com que a distância até a falta seja calculada em 1-15% do comprimento total da linha.

Se imaginarmos uma linha de 100 km, isso representa um erro entre 1k e 15 km. Além disso: -

• A coleta e a análise de dados dependem de engenheiros especializados.
• Leva aproximadamente 7+ anos para se tornar proficiente em análise de falhas.
• As concessionárias de serviços públicos estão sofrendo uma drenagem cerebral à medida que os engenheiros especializados se aposentam.
• Uma concessionária de tamanho médio sofre 70-100 interrupções por ano, e essas interrupções se transformam em 3-5 interrupções permanentes.

Portanto, é necessário um método de localização de falhas mais preciso e simplificado para reduzir a mão de obra, reduzir o tempo de busca, reduzir o tempo de inatividade e identificar pontos problemáticos que podem causar mais interrupções de serviço.

O localizador de falhas de onda viajante da Qualitrol é um balcão único para identificar a localização de uma falha. Ele usa uma técnica diferente para localizar falhas em linhas de transmissão de energia. Quando ocorre uma falha em uma linha de transmissão, ela cria um distúrbio que se desloca ao longo da linha na forma de uma onda. Ao medir o tempo que a onda leva para viajar de uma extremidade à outra da linha, é possível determinar a localização da falha.

Essa técnica depende de medições precisas e sincronizadas com o tempo dos sinais de tensão e corrente em ambas as extremidades da linha de transmissão. O localizador de falhas por onda viajante da Qualitrols tem a capacidade de marcar o tempo da onda viajante que chega com uma precisão de 100 nanossegundos. Isso permite uma precisão de até um vão de torre, independentemente do comprimento da linha. Todos os fatores que afetam a distância de impedância até a falta não se aplicam mais. As medições são realizadas automaticamente no software da estação mestra Qualitrols iQ+. A Figura 1 apresenta uma representação gráfica da técnica de localização de faltas por onda viajante de extremidade dupla.

_{Figura 1. Técnica de localização de faltas por onda viajante de extremidade dupla.}

Técnica de localização de faltas por onda viajante de extremidade dupla.O mesmo software da estação mestra iQ+ pode ser configurado para executar várias tarefas automatizadas, inclusive sondagem programada, monitoramento da integridade do dispositivo e notificações por e-mail. A automação de tarefas padroniza o processo e reduz a variação em toda a empresa. A Figura 2 dá uma ideia de algumas das tarefas automatizadas disponíveis, incluindo o download de dados do dispositivo na rede e o envio de e-mails aos associados com resultados de falhas à distância.

_{Figura 2. Tarefas automatizadas.}

Visualização dos resultados da localização de falhas.

Uma vez que os dados relevantes são coletados e processados automaticamente e uma distância precisa da falha é obtida, o software lista todos os resultados da localização de falhas na tela principal em ordem cronológica. Um usuário pode se concentrar em um distúrbio clicando duas vezes na etiqueta de tempo e abrindo as formas de onda de cada extremidade da linha.

_{Figura 3. Listando distúrbios no sistema de energia elétrica.}

O software vai além e apresenta a localização da falha em um sistema GIS. Esse sistema pode ser o próprio GIS da Qualitrol ou também pode ser integrado a um GIS existente de uma empresa de serviços públicos.

A visualização das localizações das falhas em um mapa com imagens de satélite pode identificar o terreno e a infraestrutura locais, ajudando a obter informações cruciais para a equipe de patrulha na busca de falhas.

A exibição de falhas incipientes históricas em um mapa em que se formam grupos no mesmo local também pode ajudar a identificar pontos fracos na linha de transmissão e permitir ações corretivas antes que o problema leve a uma interrupção permanente. A Figura 4 mostra os diagramas de linha única sobrepostos em um sistema GIS Qualitrols. Isso pode ser acessado por meio de um botão no software iQ+.

_{Fig 4 Exibindo os resultados no GIS}

Conclusão

A Qualitrol está na vanguarda do setor de monitoramento de rede há 30 anos, fornecendo para 50 a 60 empresas de serviços públicos diferentes por ano em 20 a 25 países diferentes. A Qualitrol tem estado na vanguarda da inovação durante esse período, com várias inovações mundiais, incluindo

• Primeiro registro de falhas digitalizado do mundo (1982 BEN)
• Primeiro registro de varredura lenta do mundo (1984 IDM+)
• Primeiro localizador de falhas de onda viajante do mundo (1984 IDM+)
• . primeiro localizador de faltas por onda viajante (1999 TWS)
• Primeiro dispositivo de monitoramento verdadeiramente multifuncional do mundo (2013 IDM+)

A Qualitrol está agora em seu localizador de faltas de 7ª geração, com 30 anos de experiência no campo. Com uma base instalada de mais de 3.000 localizadores de falhas em mais de 25 países em todos os continentes do mundo, a Qualitrol continua a liderar o campo no fornecimento de resultados rápidos e precisos sobre a distância até a falha.

Automatizar a tarefa desde a falta até o resultado garante que as informações corretas cheguem ao recurso apropriado dentro de minutos após um distúrbio, potencialmente eliminando 15 a 30 minutos por análise de distúrbio.

Reduzir o tempo que uma equipe de patrulha leva para chegar a um local de falha em 0,5 hora pode economizar para uma concessionária de tamanho médio aproximadamente US$ 516 mil/por ano para 100 viagens e 5 interrupções.