Este projeto visa desenvolver materiais para revestimento da caixa separadora água-óleo, de forma que suporte temperaturas de até 170ºC sem possibilitar vazamentos de óleo para o meio ambiente.

Justificativa

A caixa separadora água-óleo é um dispositivo desenvolvido para evitar que derramamentos de óleo isolante vazados de transformadores de potência e equipamentos associados, existentes em uma Subestação de energia elétrica, venham a poluir os sistemas de drenagem da instalação e consequentemente o meio ambiente.

Óleos isolantes utilizados em equipamentos elétricos normalmente são derivados de petróleo e altamente poluentes se vertidos no meio ambiente. Quando em contato com a natureza, tais fluídos penetram no solo, contaminando os lençóis freáticos por períodos extremamente longos, visto que levam em torno de 50 anos para se decomporem totalmente no meio ambiente.

Para prevenir danos ambientais, os órgãos controladores exigiam das concessionárias de energia elétrica que fossem construídas sob tais equipamentos, bacias de contenção que pudessem comportar todo o óleo vazado.

Como transformadores de potência de subestações são equipamentos que comportam enormes volumes de óleo isolante (normalmente superiores a 20.000 litros), a solução usualmente adotada para a bacia de contenção necessária compreende grandes dimensões, é de difícil manutenção e de difícil aplicação em subestações existentes que ainda não dispõem do sistema de prevenção; e estão sempre sujeitas a esforços nas estruturas resultando em rachaduras. Também é de difícil monitoramento; além de significar um investimento de retorno inviável representado por uma relação custo/benefício elevadíssima, na medida em que a ocorrência de grandes vazamentos de óleo desses equipamentos é raríssima.

Com a revisão da NBR 13231 (Proteção contra incêndio em subestações elétricas), ocorrida em 2014, foram flexibilizados meios para solucionar as funções (Coleta de óleo, Drenagem, Contenção, Separação e Supressão de Chama) agora exigidas por meios práticos, viável técnica e economicamente para o sistema de contenção do fluído isolante.

A flexibilização das funções ensejou o desenvolvimento de um dispositivo de segurança e proteção para tais situações, denominado caixa separadora água-óleo, que em conjunto com pequenas bacias coletoras sob os equipamentos e tubulações de drenagens da instalação, possibilita a supervisão e controle de situações de vazamentos de óleo em transformadores, de forma segura, econômica e ecologicamente correta.

A caixa separadora água-óleo é um dispositivo de volume interno menor que 1 m³ que possibilita monitorar, sinalizar e conter vazamentos de óleo dos equipamentos de subestações. Tal dispositivo é dotado de sensores que identificam o meio presente no interior da caixa separadora (água, óleo ou ar atmosférico); mantas absorventes que retêm óleo e deixam passar a água de chuva que corre pelo sistema de drenagem, bem como de válvula de retenção para isolar o sistema quando detectada a presença de óleo pelos sensores.

A caixa separadora água-óleo trabalha em conjunto com pequenas bacias coletoras construídas sob os equipamentos da subestação (para evitar que o óleo isolante vazado atinja o solo) e com as tubulações do sistema de drenagem, de modo a controlar eventuais vazamentos que possam extravasar para o meio ambiente. As bacias coletoras de todos os equipamentos são interligadas ao sistema de drenagem da subestação e ao final deste é instalada a caixa separadora água-óleo. Como regra geral, a somatória dos volumes contidos nas bacias coletoras dos equipamentos e nas tubulações do sistema de drenagem no trecho até a entrada da caixa separadora, deve ser suficiente para comportar o volume de óleo do transformador de maior capacidade volumétrica de óleo da subestação, acrescido de 10%.

Em situação normal, a caixa separadora contém mantas que absorvem óleo isolante e permitem a passagem de água de chuva. Pequenos vazamentos e merejamentos de óleo nos equipamentos da subestação, se chegarem até a caixa separadora, ficam retidos pela manta, que continuará permitindo a passagem de águas pluviais sem interferir no funcionamento do sistema de drenagem. Quando da ocorrência de um vazamento de grande porte, as mantas da metade anterior da caixa separadora retêm parte do óleo vazado, até que estejam saturadas, após o que o excesso de óleo vazado atinge a parte central da caixa separadora, onde estão localizados os sensores. O sensor detecta a presença do óleo, fecha a válvula de entrada e emite aviso de anormalidade ao centro de comando. Com a válvula de entrada da caixa separadora fechada, o óleo vazado se acumula nas tubulações do sistema de drenagem e nas bacias coletoras dos equipamentos, permanecendo até que sejam tomadas providências para a sua retirada. Dessa forma, a utilização da caixa separadora possibilita a redução do custo para prevenção das consequências ocasionadas por eventual vazamento de líquido isolante contido nos equipamentos elétricos, contribuindo para uma solução econômica, ecológica e ambientalmente correta.

Atualmente a caixa separadora está especificada para trabalho em temperaturas de até 130ºC, próxima ao ponto de fulgor do óleo mineral (140ºC).

Quando em operação, o transformador de potência trabalha com temperaturas do óleo na faixa de 60 a 70ºC. Na ocorrência de falhas com incidência de curtos circuitos, pode ocorrer sobreaquecimento do óleo, danos à caixa do transformador, com vazamento de óleo isolante e até mesmo ocorrência de incêndio. O óleo isolante vazado nessas ocasiões raramente atinge temperaturas superiores a 100ºC. Todavia se houver ocorrência de incêndio, as temperaturas nas proximidades do transformador podem atingir valores elevados. Conforme orientações da nova norma para prevenção de incêndio em Subestações, as bacias coletoras de óleo a serem construídas sob os transformadores devem ser cobertas por grade com camada de brita sobre essa grade, de forma a compor um sistema de supressão de chamas, impedindo que o fogo existente na superfície, passe para o óleo contido na bacia coletora e no sistema de drenagem.

Com a inserção de óleos vegetais, (ponto de fulgor mais alto) como meio isolante de transformadores, é possível trabalhar com maior carregamento nesses equipamentos, onde as temperaturas do óleo podem atingir 80ºC, sem comprometer a vida útil dos transformadores.

Em função dessa nova situação, algumas concessionárias de energia elétrica solicitaram, como medida de segurança, que a faixa de temperatura de trabalho da caixa separadora fosse elevada para 170ºC de forma a garantir que quando de ocorrências, fossem mantidas as condições de operação do dispositivo e a impossibilidade de vazamentos para o meio ambiente.

Dessa forma, o material componente da estrutura da caixa separadora, a fim de abranger a inserção dos óleos vegetais, deve suportar temperaturas de até 170ºC, sem permitir que o óleo contido internamente vaze para o meio ambiente.

Mais Informações

Título:  Desenvolvimento de Materiais para Revestimento de Caixa Separadora Água/Óleo para Altas Temperaturas

Duração: 24 meses

Palavras-Chave: Análise de Materiais, Especificações e Testes, Plano de Montagem, Confiabilidade de sistema elétrico, Qualidade do fornecimento, Avaliação de Potencial de Novos Mercados.

Tema de Pesquisa: Engenharia de Materiais

Custo Total: R$ 2.858.855,56

Áreas de Conhecimento: Resistência dos Materiais, Aplicações da Engenharia dos Materiais, Matemática Computacional e Modelagem.

Contato

Jullius Menino

Pesquisador Associado
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skype: jullius.menino

Sede Recife-PE

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