Como executar a localização de falhas em redes isoladas de média tensão

Mesmo com toda a tecnologia disponível e técnicas de diagnóstico existentes hoje em dia, eventualmente as redes de média tensão podem falhar. Por isso, é fundamental que a equipe de operação e manutenção dos ativos conte com um plano de contingência. Assim, é possível realizar a localização de falhas em redes de média tensão de maneira rápida e assertiva para o restabelecimento dos sistemas elétricos afetados. 

O método de corte e teste foi a primeira técnica para a localização de falhas em redes subterrâneas de energia que surgiu no mercado. Ele consiste em encontrar o meio do circuito falhado, cortar o cabo isolado de média tensão e fazer um teste de tensão para ambos os lados. Caso a falha apareça em um dos lados, é preciso repetir o procedimento, ou seja, novamente encontrar o meio da parte falhada e cortar o cabo para testar ambos os lados. Nesse método, é necessário cortar o cabo quantas vezes forem necessárias até que encontremos o ponto de falha.

Falhas em redes subterrâneas

Considerando que mais de 95% das falhas em redes subterrâneas de energia são oriundas de acessórios, ou seja, de emendas e terminações, o método insere vários pontos frágeis no circuito. O resultado é a diminuição da confiabilidade do sistema. Atentos a isso, a engenharia de equipamentos desenvolveu outras técnicas mais eficientes e menos invasivas para a localização de falhas em redes de média tensão, onde não é necessário realizar cortes sistemáticos no cabo.

O guia do IEEE 1234 “Fault-Locating Techniques On Shielded Power Cable Systems” e a Brochura Técnica do CIGRE 773 “Fault location on land and submarine links (AC & DC)”, são as referências internacionais das melhores práticas e técnicas para realizar a correta localização da falha em redes subterrâneas de energia. 

A localização de falha em um cabo isolado instalado em uma rede subterrânea de energia não é um processo trivial. Pelo contrário, segue uma metodologia tradicionalmente consolidada, esquematizada na figura abaixo.

Abaixo, vamos discorrer sobre cada uma dessas etapas, passando pelos procedimentos e testes mais indicados para cada uma das fases.

Confirmação e caracterização da falha em cabos isolados

A primeira etapa consiste na execução de testes para confirmação e caracterização da falha na rede isolada de média tensão. As informações obtidas nesta etapa direcionarão os procedimentos adotados em todas as fases posteriores, bem como determinarão quais equipamentos serão necessários durante o processo. A aplicação dos métodos mais apropriados reduz o tempo para localização de falhas em redes de média tensão e o dano/ estresse produzido aos cabos.

Durante a etapa de caracterização é importante identificar o tipo de falha e as tensões de ruptura nos cabos, conforme os exemplos citados abaixo:

Falhas de curto-circuito

Falhas de curto-circuito são as mais comuns após a instalação e comissionamento. Podem ser do tipo curto-circuito fase-terra ou fase-fase, dependendo do tipo de cabo utilizado na instalação. Essas falhas sensibilizam de imediato o sistema de proteção, geralmente, com elevadas correntes transitórias e sobretensão sob os outros componentes do sistema.

Falhas de circuito aberto

Falhas de circuito aberto ocorrem quando há o seccionamento de um dos condutores do cabo. O seccionamento é comumente associado a furtos ou ao uso de ferramentas e máquinas, que danificam mecanicamente os cabos. Quando ocorre seccionamento apenas da blindagem, não há sensibilização do sistema de proteção.

Falhas no revestimento dos cabos

Entre as falhas em redes que podemos encontrar, aquelas no revestimento dos cabos ocorrem, geralmente, durante a sua instalação. Não sensibilizam o sistema de proteção e não interferem na funcionalidade do cabo, mas usualmente aumentam a velocidade de degradação do ativo.

Para execução dos testes de caracterização da falha, as terminações dos cabos devem permanecer desconectadas. A sequência ideal para execução dos testes depende do histórico da ocorrência e das informações disponíveis, mas geralmente não é um fator importante, pois são procedimentos relativamente sucintos. Confira a tabela abaixo.

Procedimentos indicados para verificação e caracterização de cada tipo de falha

Procedimento	Análise
Medição da resistência entre condutores e blindagens metálicas	A resistência entre condutores e blindagem deve se apresentar fora de escala ou muito elevada. Geralmente executada com multímetro regular, a medição permite inferir a resistência de uma falha de curto-circuito fase-terra.
Medição da resistência entre condutores adjacentes (tripolares)	A resistência entre fases adjacentes deve se apresentar fora de escala. Uma resistência baixa indica um curto-circuito fase-fase. Geralmente executada com multímetro regular.
Determinação de tensão de ruptura	Neste ensaio um equipamento de média tensão com fonte capacitiva é conectado ao condutor do cabo. A tensão da fonte é elevada até que ocorra a ruptura dielétrica no ponto de falha. Quando isto ocorre, a energia armazenada no capacitor da fonte é descarregada, sendo visível a queda de tensão no voltímetro do equipamento. A tensão imediatamente anterior à queda no voltímetro é a tensão de ruptura da falha.
Medição de continuidade em laço	Quando há suspeita de falhas de circuito aberto, pode-se proceder com a conexão de condutores de cabos adjacentes na extremidade do cabo, formando um laço (entre fases irmãs ou condutor e blindagem). A medição de resistência/continuidade é realizada na outra extremidade dos cabos. Se um dos condutores estiver rompido, o laço não apresenta continuidade, sendo medida resistência infinita no multímetro.
Ensaio de reflectometria no domínio do tempo	Quando um equipamento de localização de falhas em redes, o reflectômetro, estiver disponível, indica-se a realização de medição em modo “Eco”, pois poderá indicar a existência de seccionamentos no cabo, irregularidades de impedância, entre outros, de forma mais prática e localizada. Dependendo do tipo de falha, o procedimento irá não só caracterizar a falha como fornecerá uma estimativa da sua localização.

Métodos de pré-localização de falhas em cabos isolados

Após a caracterização da falha, executamos os métodos de pré-localização. Nesta etapa, realizamos a localização de falhas em redes de média tensão de forma aproximada. É, talvez, a etapa mais crítica do processo todo, pois costuma envolver maior necessidade de tecnologia e equipes treinadas. 

Uma boa pré- localização de falhas em redes garante maior agilidade no processo de manutenção corretiva, enquanto pré-localizações ruins ou difíceis podem retardar severamente o restabelecimento do sistema. Nesta etapa, aplicamos os métodos descritos detalhadamente no guia IEEE 1234 – 2007, brochura do Cigre WG B1.52 -773 e em ampla literatura sobre o tema. 

A escolha do método adequado deve levar em consideração o tipo de falha, a tensão de ruptura, sua impedância, bem como características construtivas e equipamentos disponíveis. Deve-se optar sempre pelas técnicas mais rápidas e que geram menores danos colaterais aos cabos. 

Os métodos mais comumente empregados para as falhas de revestimento e cabos sem blindagem são os baseados em pontes de medição, como o método de Murray. Já para falhas de curto-circuito em cabos blindados, os métodos baseados em reflectometria no domínio do tempo, realizados pelo equipamento Syscompact 400 portable, usualmente geram resultados mais ágeis. 

Determinação de percurso dos cabos 

Após a etapa de pré-localização das falhas em redes, a distância do ponto de medição até a posição da falta estará relativamente bem estimada. No entanto, se a equipe não conhecer o percurso dos cabos ou se instalar os cabos em um trajeto não linear, a informação obtida pode não ser imediatamente útil. Isso ocorre pois a equipe precisará investir tempo excessivo para procurar ou executar a próxima etapa do procedimento.

Por vezes, instalamos os cabos com sobra significativa ou em percurso curvilíneo. Uma indicação de 200 metros na etapa de pré-localização pode ser significativamente diferente da distância de 200 metros até a extremidade do cabo.

As causas para o desconhecimento da rota dos cabos são diversas. Uma instalação muito antiga pode não ter os projetos disponíveis ou, eventualmente, a execução de uma obra civil posterior pode ter modificado a rede elétrica, produzindo alterações no projeto, nem sempre documentada após a conclusão. As marcações físicas existentes na superfície do solo também podem se apagar com o tempo.

Etapa adicional

Se o percurso é desconhecido, uma etapa adicional será necessária para viabilizar a manutenção corretiva. Para isso, é necessário utilizar um equipamento específico para determinação de percurso do cabo. Este equipamento correspondendo a um emissor e um sensor de audiofrequência, como o instrumento BAUR Cable Locator – CL 20. 

O método consiste em injetar um sinal elétrico com o emissor no cabo desenergizado, em frequência conhecida e regulável entre centenas a milhares de Hertz em uma das terminações. O sinal injetado é reproduzido ao longo do comprimento de todo o cabo, sendo passível de identificação por meio do sensor, com maior intensidade, sobre o percurso do cabo. A varredura é feita a partir da terminação, coletando os dados de posicionamentos do cabo ao longo do percurso.

Esquema indicando a forma de utilização do equipamento para mapeamento de rota de cabo subterrâneo e forma geral de apresentação, com coordenadas GPS

Localização exata e confirmação do ponto de falha

A etapa de localização exata garante uma precisão de alguns centímetros, permitindo a abertura de vala, se for o caso, bem como o reparo posterior. Os métodos de pré-localização, previamente empregados, apresentam precisão razoável da ordem de 1% a 7%, mas, para trechos longos, este intervalo de incerteza pode ser extremamente grande. 

Por exemplo, para um trecho de 2000 m, a incerteza estaria na ordem de 20 m a 140 m, sendo um comprimento relativamente grande para abertura de vala. Por isso, existe a necessidade dos métodos de localização exata. As referências IEEE 1234 – 2007 e Cigre WG B1.52 – 773 são boas fontes para uma consulta mais detalhada sobre as técnicas de localização exata.

Método acústico

Dentre os métodos disponíveis, o mais comumente utilizado para a localização de falhas em redes de média tensão é o acústico, empregando ondas de choque. O método consiste em emitir pulsos de média tensão, com uma fonte apropriada para produzir o arqueamento na falha com consequente emissão de som, sinais eletromagnéticos e emissão de luz. 

Pode-se utilizar um microfone de solo, como o instrumento BAUR protrac®, para captar os sons gerados pelo arqueamento ou utilizar sensores específicos para medição de tensão de passo no solo. Dependendo do ponto de falha, quando os cabos estão em bandejamentos ou aéreos, é possível localizar de forma visual, inclusive pela visualização do sinal luminoso.

Método amplamente utilizado para localização exata de pontos de falhas em cabos diretamente enterrados. O gerador de impulsos emite pulsos de tensão, que produzem o arqueamento da falha, emitindo sons audíveis com o auxílio de um microfone de solo

Neste passo a passo, é possível entender de maneira prática como determinar a direção e a profundidade de uma rota de cabo isolado utilizando o protrac®:

Já neste tutorial, mostramos como executar a localização de falhas em redes de média tensão em cabos isolados com fases torcidas e não blindadas usando o sistema de identificação protrac®:

Cuidado com as ondas de choque

É importante destacar que as ondas de choque produzem uma súbita dissipação de energia no ponto de falha, com correntes significativas atravessando os condutores. Devemos reduzir seu uso ao máximo, pois ele pode causar estresse e danos aos isolamentos, reduzindo a vida útil do ativo. Isso ocorre principalmente quando se aplicam as ondas de choque por tempo prolongado. 

O uso prolongado de ondas de choque também pode produzir o aquecimento dos equipamentos empregados, danificando os componentes de alta tensão, podendo ter altos custos de reparo. Assim, destaca-se novamente que a chave para uma localização de falha rápida e eficiente é a execução de uma boa pré-localização.

Reparo e confecção de acessórios

Após a confirmação e abertura das valas, finalmente realiza-se o reparo. Os procedimentos envolvidos são diversos, dependendo das particularidades do defeito ou da falta, mas usualmente consistem no seccionamento de parte do cabo e posterior confecção de acessórios, emendas ou terminações. Cada fabricante apresenta peculiaridades em seus projetos de acessórios, sendo fundamental a confecção conforme manual do item.

Muitos veem os acessórios como pontos frágeis em sistemas de cabos isolados em média tensão. No entanto, quando bem confeccionados, devem apresentar durabilidade similar a trechos de cabos sem acessórios. No entanto, é possível que os acessórios fiquem fora do padrão ideal, podendo introduzir fragilidades no sistema. Isso pode ocorrer devido à ausência de mão de obra capacitada durante os atendimentos emergenciais. Outro motivo para isso pode ser o alto custo para contratação de mão de obra capacitada disponível.

A maior parte dos fabricantes de acessórios oferece treinamentos específicos, com certificação para o trabalho de confecção de seus acessórios. Portanto, é recomendável que os colaboradores que realizam tal tarefa apresentem a formação adequada.