Monitores de isolamento em turbinas eólicas

A geração de energia elétrica em turbinas eólicas é um elemento importante no caminho para a transição energética almejada e necessária pelo cenário energético atual. Seu objetivo é reduzir a emissão de gases de efeito estufa para diminuir os impactos do aquecimento global. A disponibilidade de uma turbina eólica é decisiva para sua operação eficiente. Ela pode ser aumentada por meio de medidas relativamente simples no sistema elétrico e, ao mesmo tempo, melhorar a proteção contra incêndios. Os monitores de isolamento da ofertados pela Choice Tecnologia em parceria com a Dold desempenham um papel importante nesse aspecto.

Se a nacele (compartimento instalado no alto da torre e que abriga todo o mecanismo do gerador) de uma turbina eólica pegar fogo, isso geralmente termina com a perda total da turbina, por um motivo simples: as turbinas estão cada vez mais altas e, com alturas superiores a 100 metros, elas estão simplesmente fora do alcance das brigadas de incêndio. A queima controlada é geralmente a única opção. A brigada de incêndio deve se concentrar em reduzir o perigo causado pela queda de peças incendiadas. Além do dano material, que normalmente é coberto por um seguro, um incêndio geralmente afeta negativamente a imagem do fabricante e do operador. Por esse motivo, a prevenção de incêndios é ainda mais importante. Raios e falhas no sistema eletrotécnico são as causas mais comuns de incêndios. É por isso que os fabricantes de turbinas, como a W2E Wind to Energy GmbH, de Rostock, contam com sistemas de segurança abrangentes, como explica o diretor administrativo Dr. Torsten Schütt: Especialmente em termos de proteção da instalação elétrica no gerador e no conversor, muito pode ser alcançado com medidas adequadas.

Em todas as áreas, a segurança é um aspecto importante para os planejadores. Quando se trata de instalação elétrica, eles dão atenção especial à rede entre o gerador, o conversor e o transformador, que é responsável pela transformação em média tensão necessária para a alimentação. Nessa área, pode ser usada uma rede TN-S aterrada ou uma rede IT não aterrada. Em ambos os casos, a rede deve ser monitorada quanto a erros de isolamento. Com redes aterradas, isso é feito por um monitoramento de corrente de falha que separa a fonte de tensão em caso de falha. Os curtos-circuitos, por outro lado, são separados por disjuntores. A desvantagem dessa configuração é que se o disjuntor disparar, a turbina fica parada, e essas falhas naturalmente envolvem perda de lucros, pois turbina parada inativa a produção de energia. Para detectar uma deterioração gradual do isolamento, é possível implementar um monitoramento de corrente residual que detecte a deterioração do nível de isolamento antes que ocorra uma parada da usina. Assim, a equipe de serviço pode interferir antes de uma possível falha e evitar o risco de incêndio causado por altas correntes residuais.

Monitoramento de redes IT

Ao operar uma rede IT, esse risco não existe no momento, pois uma primeira falha de isolamento entre o condutor e o terra representa apenas um aterramento desse condutor. Como nenhum condutor ativo está conectado ao terra, nenhuma corrente de curto-circuito flui no caso de uma falha de ruptura dielétrica ou de uma falha no terra. A única consequência é uma corrente residual baixa, cujo tamanho depende dos resistores de isolamento e da capacidade dos condutores e dos componentes do sistema. O baixo fluxo de corrente não envolve nenhum risco de incêndio. A grande vantagem dessa chamada segurança de erro único é o fato de que a operação do sistema pode ser continuada por um determinado período de tempo. No caso das turbinas eólicas, esse recurso evita principalmente a possível perda de lucros. Como essas falhas de isolamento não são detectadas automaticamente, os monitores de isolamento devem sempre ser fornecidos nessas redes. “Como um jovem engenheiro nos anos 90, fui alertado sobre a importância do monitoramento – tanto em redes aterradas quanto não aterradas – por um inspetor após um incêndio em uma turbina eólica”, Schütt relembra seus primeiros dias no setor.

A W2E quase sempre planeja novas turbinas com redes IT, pois os geradores e conversores geralmente são projetados dessa forma. Para o monitoramento do isolamento na rede de 690 V, os planejadores aplicam monitores de isolamento do tipo RN 5897 da série VARIMETER IMD da Dold. O monitor de isolamento oferece um limite de alerta e um limite de aviso antecipado que podem ser definidos independentemente um do outro. Um display LCD integrado mostra o valor atual do isolamento. O dispositivo tem dois relés de sinal que podem emitir o acionamento do alerta antecipado e do alarme, por exemplo, para um sistema de controle de nível superior. A parte frontal do monitor de isolamento é protegida contra manipulação por uma tampa transparente selável.

Conexão com o PLC

As saídas do monitor de isolamento são lidas pelo CLP da turbina, que pode reagir de acordo. “No caso de um alarme, o serviço é informado e pode dar uma primeira olhada no status exato da turbina on-line”, descreve Schütt o procedimento. “Depois disso, é possível decidir com que urgência um membro da unidade de serviço deve se deslocar até a turbina para corrigir a falha no local.” No caso de uma falha de isolamento, a turbina eólica pode continuar a operar por mais oito horas – uma vantagem significativa da combinação da rede IT e do monitor de isolamento. Além disso, no caso de uma falha, é possível evitar altas correntes ou arcos elétricos que podem causar um incêndio. Schütt está muito satisfeito com os monitores de isolamento da Dold: “No final, eles cumprem perfeitamente sua função e nos oferecem uma relação perfeita de preço e desempenho.”

Vantagens para o Cliente

• Excelente custo benefício da solução de monitoramento de corrente residual
• Aumento da confiabilidade e disponibilidade do sistema de geração
• Aumento da segurança dos equipamentos e equipe
• Aumento significativo da prevenção incêndios
• Ação antes da falha
• Autonomia da equipe de serviços para agir apenas na ocorrência de falhas e alarmes

Conclusão

O monitoramento de corrente residual em sistemas de geração de energia eólica é um clássico exemplo de como este tipo de monitoramento, além de agregar segurança não somente aos equipamentos, mas também à equipe, agrega confiabilidade e disponibilidade da operação, permitindo que a equipe de serviços aja em tempo hábil quando os valores de corrente começam a ser incrementados, indicando assim os problemas de isolamento ainda em seus estágios iniciais. Este tipo de supervisão dá autonomia para que as ações preditivas e preventivas sejam adotadas no tempo correto, antes de falhas e desligamentos. O investimento no monitoramento é sempre melhor que a tomada de ações corretivas que tem consequências negativas muitas vezes irreparáveis.