Como os registradores multifuncionais de distúrbios economizam milhões em custos da rede elétrica

Os operadores da rede elétrica enfrentam uma pressão crescente para reduzir os custos e, ao mesmo tempo, aumentar a confiabilidade. Entre no mercado o registrador multifuncional de distúrbios - uma tecnologia revolucionária que está ajudando as concessionárias a identificar problemas antes que eles se tornem falhas dispendiosas. O dispositivo IDM+ da Qualitrol combina seis métodos de registro em uma única caixa para oferecer visibilidade sem precedentes do comportamento da rede, com a maioria das concessionárias obtendo retorno total no primeiro ano.

O que torna os registradores multifuncionais de distúrbios diferentes?

Ao contrário dos equipamentos de monitoramento tradicionais que capturam apenas um tipo de dados, o IDM+ integra seis funções essenciais de registro em uma única plataforma: registro rápido de distúrbios, registro de distúrbios lentos, monitoramento da qualidade da energia, localização de falhas por ondas viajantes, registro de sequência de eventos e streaming de medição de fasores. Essa abordagem abrangente permite que as concessionárias de serviços públicos tomem decisões baseadas em dados que aumentam a confiabilidade, melhoram a qualidade da energia e reduzem as perdas do sistema.

Mais importante ainda, esses dispositivos ajudam os operadores a detectar problemas antes de blecautes ou perdas de rede, permitindo que eles consertem os problemas antes que causem danos financeiros significativos.

Custos de localização de faltas com precisão exata

Os métodos tradicionais de localização de faltas dependem de cálculos de impedância com precisão de 1 a 15% do comprimento da linha. Isso significa que as equipes de patrulha geralmente gastam horas procurando quilômetros de linha para encontrar o ponto de falha real. A localização de falhas por ondas viajantes muda completamente essa situação, fornecendo precisão em um único vão de torre, independentemente do comprimento da linha.

_{Tabela 1 - Custo do envio de uma equipe de patrulha de linha terrestre}

A economia de custos é substancial. A Tabela 1 calcula as despesas incorridas quando as equipes de patrulha precisam procurar em áreas extensas devido à localização imprecisa da falha - supondo que o IDM+ monitore apenas dois circuitos, a economia com a redução do tempo de patrulha já justifica o investimento. Quando as falhas ocorrem em terrenos acidentados que exigem assistência de helicóptero, o diferencial de custo torna-se ainda mais significativo, conforme mostrado na Tabela 2.

_{Tabela 2 - Custo da patrulha aérea no processo de localização de falhas}

Além da resposta imediata, a localização precisa da falha ajuda a evitar problemas recorrentes. As falhas intermitentes que podem ser fechadas novamente geralmente deixam danos parciais no local da falha. Se não forem localizados e inspecionados com precisão, esses danos podem causar desarmes e quedas de tensão subsequentes, eventualmente fazendo a transição para interrupções permanentes da linha. A Tabela 3 quantifica esses custos de falta evitáveis.

_{Tabela 3 - Custo das falhas de linha relacionadas a falhas evitáveis}

Capturando problemas de disjuntores antes que eles se transformem em cascata

Os disjuntores são dispositivos de proteção essenciais, mas muitos problemas passam despercebidos durante a operação normal. Mecanismos emperrados, tempos de operação lentos e folgas de falta prolongadas geralmente permanecem ocultos até que o disjuntor falhe durante uma falta subsequente, resultando em um disparo de área mais ampla do que o necessário.

Usando o registro rápido de distúrbios, o registro de sequência de eventos e a análise automatizada de registros, o IDM+ detecta esses problemas antecipadamente. A Tabela 4 estima os custos substanciais associados a falhas evitáveis de disjuntores, demonstrando o valor de detectar esses problemas antes que eles aumentem.

_{Tabela 4 - Custo de disjuntor com falha evitável}

Identificação antecipada de mau funcionamento do relé de proteção

A análise dos registros do Digital Fault Recorder (DFR) revela padrões de mau funcionamento do relé que alertam sobre a possibilidade de não funcionamento durante falhas futuras. Esse sistema de alerta antecipado ajuda a evitar falhas em cascata que podem afetar grandes partes da rede. A Tabela 5 descreve os custos quantificáveis economizados pela identificação dos problemas do sistema de proteção antes que eles causem grandes distúrbios.

_{Tabela 5 - Custos de identificação de má operação}

Análise automatizada: De uma semana a quatro horas

Em condições de tempestade, as redes podem gerar de 200 a 300 registros DFR que exigem análise. A análise manual desses registros leva uma semana inteira, mesmo que a maioria mostre uma operação correta. O recurso de análise automatizada de registros revoluciona esse processo, detectando apenas registros fora de conformidade e sinalizando problemas genuínos.

_{Tabela 6 - Custos com o uso da análise automatizada}

Isso reduz a análise de registros de tempestades de uma semana para apenas quatro horas. A Tabela 6 mostra a economia de custos da análise automatizada, incluindo a redução do tempo de engenharia, a resolução mais rápida de problemas e a melhor alocação de recursos durante as operações críticas de recuperação.

Os custos ocultos dos problemas de qualidade de energia

A baixa qualidade de energia custa à economia europeia até € 150 bilhões por ano, enquanto as perdas nos EUA variam de US$ 119 bilhões a US$ 188 bilhões, de acordo com a pesquisa da EPRI. Para as operadoras de rede, esses custos se manifestam por meio de danos aos equipamentos, envelhecimento prematuro e reclamações dos clientes.

O IDM+ detecta todos os principais problemas de qualidade de energia antes que eles causem danos dispendiosos:

• As quedas de tensão causam o mau funcionamento dos sistemas de controle baseados em microprocessadores, podendo interromper processos inteiros. Contatores e relés disparam inesperadamente, resultando em perda de carga e de receita. Os clientes industriais enfrentam paradas de produção e possíveis multas regulamentares.
• Interrupções muito curtas (milissegundos a dois segundos) disparam dispositivos de proteção e causam perda de dados em equipamentos de processamento. Equipamentos sensíveis, como PLCs e ASDs, podem parar se não tiverem sido projetados para serem acionados, levando a paradas de processo.
• Interrupções longas (mais de 1 a 2 segundos) param todos os equipamentos, causando perda imediata de receita e possíveis multas regulatórias. Elas geralmente resultam de falhas no equipamento, tempestades, raios ou problemas no dispositivo de proteção.
• Picos de tensão causados por raios ou operações de comutação podem destruir componentes eletrônicos e materiais de isolamento, causar perda de dados e criar interferência eletromagnética. Apesar de durarem apenas microssegundos ou milissegundos, os picos podem chegar a milhares de volts.
• As oscilações de tensão ocorrem quando cargas pesadas são iniciadas ou interrompidas ou quando os transformadores são mal regulados. Elas causam perda de dados, oscilação da tela e danos ao equipamento quando a tensão excede as classificações.
• A distorção harmônica de cargas não lineares gera os custos mais subestimados. Os harmônicos causam sobrecarga no neutro, superaquecimento do equipamento, perda de eficiência da máquina, interferência na comunicação e erros de medição. Mais importante ainda, elas reduzem a vida útil de ativos de alto valor, como os transformadores. Um transformador que deve durar de 30 a 40 anos pode precisar ser substituído 10 anos mais cedo devido à poluição harmônica - uma enorme despesa de capital não planejada.
• A flutuação de tensão causa cintilação de luz visível, gerando reclamações de clientes e multas regulatórias, além de prejudicar a reputação da concessionária, embora os custos diretos possam ser menores do que outros problemas.
• O ruído elétrico da interferência eletromagnética causa perda de dados e erros de processamento em equipamentos sensíveis. Embora geralmente não seja imediatamente destrutivo, os impactos cumulativos se acumulam ao longo do tempo.
• O desequilíbrio de tensão em sistemas trifásicos cria componentes de sequência negativa, particularmente prejudiciais aos motores trifásicos, causando maior aquecimento, eficiência reduzida, vida útil mais curta e tempo de inatividade dispendioso.

A crise do envelhecimento do transformador

Um transformador de distribuição normalmente oferece 30 a 40 anos de serviço. No entanto, o aumento da poluição harmônica pode forçar a substituição 10 anos antes. Isso representa não apenas uma despesa de capital não planejada, mas uma perda total do valor restante do investimento. O mais preocupante é que esses efeitos permanecem ocultos até que uma falha catastrófica ou um teste de diagnóstico revele uma degradação crítica.

A cintilação da luz, embora menos prejudicial financeiramente do que os harmônicos, afeta gravemente a reputação da concessionária. Cada reclamação de cintilação exige o envio de engenheiros de inspeção às instalações do cliente, desviando recursos do trabalho planejado e prejudicando o relacionamento com o cliente.

Poupança abrangente de custos em todas as operações

A implantação estratégica de registradores de distúrbios multifuncionais permite que as concessionárias economizem em várias áreas:

• Redução de perdas em linhas e equipamentos por meio de correntes mais baixas e melhor eficiência.
• Liberação de capacidade bloqueada, evitando investimentos de capital em novas infraestruturas.
• Melhoria do fator de potência, evitando penalidades e ganhando incentivos.
• Menores encargos de demanda máxima por meio de um melhor gerenciamento de carga.
• Benefícios fiscais da depreciação acelerada de equipamentos de qualidade de energia.
• Melhores perfis de tensão melhoram a eficiência dos equipamentos do cliente.
• Distorção harmônica reduzida, reduzindo as perdas de cobre, núcleo e dispersão.
• Prevenção de mau funcionamento do equipamento, evitando os custos de perda de produção.
• Automações não planejadas eliminadas por meio de manutenção proativa.
• Vida útil prolongada do equipamento devido à redução do estresse elétrico e térmico.
• Temperaturas operacionais mais baixas maximizam o ROI da infraestrutura.

The Bottom Line

Os registradores multifuncionais de distúrbios transformam as concessionárias de serviços públicos de solucionadores de problemas reativos em gerenciadores proativos de sistemas. Ao fornecer uma visibilidade abrangente do comportamento da rede, esses dispositivos ajudam os operadores a identificar e corrigir problemas antes que eles se transformem em falhas dispendiosas, interrupções prolongadas ou danos aos equipamentos.

Com períodos de retorno normalmente inferiores a um ano e economia de custos que abrangem a localização de falhas, a proteção de equipamentos, o gerenciamento da qualidade da energia e a análise automatizada, o IDM+ representa um investimento estratégico na confiabilidade da rede e na eficiência operacional. Como os problemas de qualidade de energia continuam a crescer com o aumento das cargas não lineares, ter as ferramentas para detectar e resolver os problemas com antecedência torna-se não apenas benéfico, mas essencial para manter operações competitivas.