Interrupções de energia podem ser frustrantes, inconvenientes e até perigosas em certas situações. É por isso que a Northern Powergrid tem trabalhado arduamente para desenvolver e testar técnicas de detecção de falhas prévias de baixo custo que podem localizar falhas em desenvolvimento em circuitos LV antes que ocorra uma interrupção de energia. Trabalhando com a empresa mãe da VisNet, a EA Technology, o projeto testou com sucesso esta tecnologia em vários tipos de redes LV e tipos de cabos. Com os valiosos dados que foram coletados, o objetivo final é criar um processo que possa prever quando as falhas ocorrerão e priorizar como lidar com elas de forma proativa. Este desenvolvimento empolgante tem o potencial de melhorar a confiabilidade e segurança das redes elétricas, beneficiando clientes e comunidades como um todo.
Visão – Visibilidade da Rede LV e Reconhecimento de Falhas
O projeto Visão delineia uma nova abordagem para o gerenciamento de falhas LV usando tecnologia inovadora de baixo custo que pode não apenas detectar falhas em gestação, mas também localizá-las com sucesso antes que ocorra uma perda de fornecimento. Ele também fornecerá uma indicação de se a falha é iminente ou não, para que os recursos operacionais possam ser direcionados da maneira mais eficaz. Esse tipo de abordagem exigirá uma mudança de paradigma completa na cultura operacional dentro das empresas de distribuição de eletricidade para ser eficaz, e evitar essas falhas proporcionaria benefícios significativos na qualidade do fornecimento.
Os reguladores de eletricidade continuam focando no aumento da disponibilidade e confiabilidade das redes. Muitos Operadores de Rede de Eletricidade melhoraram o desempenho das redes de Alta Tensão e, consequentemente, uma proporção significativa de interrupções de clientes e minutos de clientes perdidos agora resultam de falhas de Baixa Tensão (LV). Além disso, Tecnologias de Baixo Carbono, como veículos elétricos, bombas de calor e geração distribuída, estão sendo cada vez mais conectadas à rede LV, alterando fluxos de energia, perfis de tensão e aumentando as tensões na rede.
Devido a uma rede envelhecida, muita da qual tem mais de 50 anos, o gerenciamento de falhas LV está se tornando cada vez mais difícil. Os tempos de restauração podem ser longos, pois a maioria da rede LV não é monitorada de forma abrangente nem controlada automaticamente. As respostas às falhas tendem a ser reativas, pois a condição dos sistemas de cabos LV em qualquer ponto no tempo é desconhecida e não há capacidade de prever o momento e local das falhas antes do evento ocorrer.
O projeto Foresight envolve o uso de uma variedade de equipamentos de monitoramento de rede de baixa tensão em combinação com dispositivos de comutação automatizados. O objetivo do projeto é reconhecer sinais pré-falha de baixa tensão e, em seguida, usar dispositivos de monitoramento de baixo custo para identificar e localizar falhas em desenvolvimento antes que ocorram interrupções no fornecimento. Isso permite o posicionamento pró-ativo de dispositivos de refechamento e reparo pró-ativo de cabos antes da ocorrência da falha. Intervenções planejadas, em vez de reparos pós-falha nos cabos, geram benefícios tanto financeiros quanto em termos de atendimento ao cliente.
Tradicionalmente, a substituição de cabos de baixa tensão tem sido baseada no histórico de confiabilidade das seções de cabo. No entanto, o projeto Foresight proporcionou a oportunidade de mudar radicalmente essa estratégia, incorporando informações baseadas em condições para orientar as decisões de substituição. Isso é especialmente importante à medida que a idade da base de ativos de cabos de baixa tensão avança para o fim de sua vida útil de projeto, quando há a necessidade de substituição de ativos de forma custo-efetiva.
A Northern Powergrid trabalhou com a EA Technology para desenvolver e testar técnicas inovadoras de detecção e localização de falhas prévias de baixo custo. Essas técnicas provaram ser capazes de detectar e localizar falhas em desenvolvimento em circuitos LV antes de um evento de perda de fornecimento. O projeto utilizou essa tecnologia em diferentes tipos de redes e tipos de cabos LV, e os dados coletados estão sendo usados para desenvolver um processo que visa prever quando as falhas ocorrerão e fornecer um nível de priorização em termos de lidar proativamente com as falhas antes de ocorrer uma perda de fornecimento.
Em 1974, quando a EA Technology era o Centro de Pesquisa em Distribuição de Eletricidade, começou um trabalho sobre o reconhecimento de ‘falhas transitórias’ na rede de baixa tensão. Uma das empresas de eletricidade colaboradoras era a Yorkshire Electricity. Esses eventos eram observados como quedas ou entalhes nas formas de onda de tensão medidas por, na época, equipamentos caros nas subestações. Descobriu-se que eram devidos à degradação do isolamento dos cabos em um local específico que, após uma curta passagem de corrente, se auto-reparava antes que os fusíveis se desligassem e, portanto, antes que os clientes perdessem o fornecimento. Em 2017, as mesmas empresas, agora chamadas EA Technology e Northern Powergrid, colaboraram novamente para pesquisar mais sobre esses fenômenos.
No início do Projeto Foresight em 2017, a equipe do projeto questionou se esses eventos (agora chamados de eventos pré-falha) poderiam ser utilizados para possibilitar uma nova forma de gerenciar falhas em cabos subterrâneos de baixa tensão. No final do projeto, em 2021, descobrimos que era possível. O Relatório Final do Projeto Foresight documenta a jornada entre essas duas datas e apresenta os equipamentos, sistemas e métodos utilizados para passar de um gerenciamento reativo de falhas para um gerenciamento baseado em ações proativas.
Isso ocorre em um momento crítico no Reino Unido e em outros lugares do mundo. Enquanto as redes de eletricidade estão sendo vistas como uma aliada crucial na transição para zero emissões de carbono e afastamento dos combustíveis fósseis, elas também estão envelhecendo, a maioria com mais de 50 anos. O aumento da probabilidade de falhas ao mesmo tempo em que há uma maior dependência dela por parte dos clientes conectados é uma combinação indesejável e exige uma mudança significativa na forma como o desempenho da rede é gerenciado.
O Projeto Foresight demonstrou através de testes que os equipamentos, sistemas e métodos propostos permitirão a detecção, localização e mitigação proativa de uma parte das falhas em desenvolvimento nas fases iniciais, reduzindo drasticamente as interrupções não planejadas no fornecimento em comparação com os métodos atuais. O método proativo apresentado para o gerenciamento de falhas em baixa tensão utiliza novos equipamentos de monitoramento de baixo custo e rápido implante (Guards) projetados para implantação generalizada. Assinaturas dos dados provenientes desses equipamentos criam um conjunto de dados de condição medida dos cabos. Esse conjunto de dados foi utilizado para dois propósitos. No período operacional (meses, semanas), é utilizado para reconhecer os circuitos que estão acelerando em direção a uma falha. Esses circuitos são priorizados para intervenção proativa a fim de mitigar o impacto da falha em desenvolvimento. A intervenção testada envolveu a implantação direcionada de equipamentos de gerenciamento de falhas (Reclosers) e novas técnicas para localizar a falha em desenvolvimento, com o objetivo final de ser capaz de encontrar e corrigir essas falhas enquanto ainda estão nas fases iniciais do desenvolvimento e antes de se tornarem uma falha completa. Em um cronograma de investimento na rede (anos), o mesmo conjunto de dados de condição dos cabos também tem sido usado para fornecer dados de condição do circuito anteriormente indisponíveis. Isso tem sido integrado a um Modelo de Gerenciamento de Ativos em Cabos de Baixa Tensão (modelo CNAIM da EA Technology), capaz de fornecer insights estratégicos sobre o movimento dos índices de saúde desse grupo significativo de ativos.
Em uma demonstração da metodologia de gerenciamento proativo descrita no relatório, uma falha em desenvolvimento foi localizada, os clientes informados e reparados como trabalho planejado. Não só o componente (obviamente) danificado foi removido do sistema enquanto ele (surpreendentemente) ainda era capaz de fornecer fornecimento (veja a figura abaixo), uma junção adjacente aparentemente saudável de tipo e idade semelhantes também foi removida e enviada para exame forense. Embora visualmente saudável, a investigação forense mostrou indícios de envelhecimento acelerado considerado consistente com uma expectativa de falha dentro de 5 anos. Redes de cabos LV, às quais a maioria dos clientes está conectada e estão se tornando cada vez mais dependentes, não estão ficando mais jovens.
Perguntas Frequentes
Na metodologia utilizada para localizar eventos pré-falha, é necessário ter um sensor na extremidade remota da rede (ou seja, sensores de ambos os lados da posição da falha)?
Não, você não precisa de sensores/medições de ambos os lados. Todas as medições são feitas a partir da subestação. De qualquer forma, a maioria das redes subterrâneas LV do Reino Unido são ramificadas (ou seja, têm vários pontos finais) e, quando o equipamento de localização está sendo implantado, normalmente não se sabe em qual ramo a falha em desenvolvimento está. As medições que fazemos na subestação procuram abordar isso de alguma forma. Capturamos informações que nos levam a estabelecer uma impedância até a falha e uma distância até a falha. Em redes ramificadas com diferentes tipos de cabos em várias seções, isso pode atuar como ‘coordenadas’ que muitas vezes priorizam um ramo sobre outro como o local candidato.
Quantas subestações o projeto monitorou?
Para obter uma melhor compreensão dos níveis de atividade por circuito, tomamos a decisão de implantar em uma escala muito maior. Com mais de 1800 dispositivos de medição e quase 1000 subestações diferentes, tivemos a oportunidade de ganhar experiência valiosa na instalação de equipamentos em vários tipos de redes. Essa abordagem não só nos deu a visão que precisávamos, mas também nos permitiu desenvolver nossas habilidades e conhecimentos em um ambiente prático.
Vocês conseguiram medir a eficiência do uso do método, horas para reparo, etc.?
Não, isso não foi uma parte explícita do Projeto Foresight. No Projeto, o método proativo de gerenciamento de falhas e o equipamento de suporte foram desenvolvidos, testados e refinados. Um dos próximos passos necessários será observar as economias de eficiência que esperamos que se acumulem no uso ‘comum’ do método.
Está planejado implantar este método mais amplamente agora que foi demonstrado que funciona?
Sim, está. A Northern Powergrid tem sido fundamental no desenvolvimento de uma metodologia inovadora de gerenciamento de falhas que está prestes a revolucionar a forma como abordamos este aspecto crítico de nossas operações. Com sua experiência direta de trabalho com essa abordagem, eles estão tão entusiasmados com seu potencial quanto nós. Eles identificaram benefícios consideráveis para seus clientes, bem como para melhorias na eficiência operacional.
Há um requisito especial para as subestações que você deseja usar para implantar este método?
Não, realmente não, embora alguns designs de subestação tornem mais simples do que outros. O detector de pré-falhas (o Guarda) é um equipamento muito pequeno que pode ser implantado dentro de gabinetes de distribuição.
Vocês têm uma ideia da precisão do método de localização?
A resposta não é uma porcentagem direta. O método mostrou ser altamente preciso, mas depende de três fatores, nem todos sob o controle da EA Technology. A precisão das medições na subestação, as suposições feitas como parte do método/algoritmos usados nessas medições e, importante, a precisão dos planos de cabos tanto geograficamente quanto em termos de informações sobre os ativos de cabos. Portanto, uma localização precisa é um esforço de equipe.
