BRPI0806138A2 - processo de drenagem, separaÇço de àleo em Água e alarme da existÊncia de àleos isolantes residuÁrios de transformadores, reatores e reguladores de tensço elÉtricos de potÊncia instalados em subestaÇÕes, e dispositivos para efetuar o processo - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE DRENAGEM, SEPARAÇçO DE àLEO EM ÁGUA E ALARME DA EXISTÊNCIA DE àLEOS ISOLANTES RESIDUÁRIOS DE TRANSFORMADORES, REATORES E REGULADORES DE TENSçO ELÉTRICOS DE POTÊNCIA INSTALADOS EM SUBESTAÇÕES, E DISPOSITIVOS PARA EFETUAR O PROCESSO. Refere-se a um processo capaz de receber, separar das águas pluviais e de combate a incêndio e possibilitar a coleta de óleos residuários de equipamentos elétricos de potência instalados em subestações, com vistas a monitorar a existência do derramamento de óleo, bem como evitar a poluiçao das águas de superfícies ou subterrâneas. O processo é constituído de bacias de contenção e drenagem(5) sob os equipamentos elétricos, as caixas de captação(7), as tubulações óleo-água(1O), uma caixa pré-separadora(17), uma válvula solenóide(18), um conjunto separador/detector de óleo(19) e a rede pluvial(16). No conjunto separador/detector de óleo(19) há um sensor de óleo(20) que fecha a válvula solenóide(18) e comunica ao sinalizador remoto(22) o derramamento de óleo em uma dada subestação.

Description

"PROCESSO DE DRENAGEM, SEPARAÇÃO DE ÓLEO EMÁGUA E ALARME DA EXISTÊNCIA DE ÓLEOS ISOLANTESRESIDUÁRIOS DE TRANSFORMADORES, REATORES EREGULADORES DE TENSÃO ELÉTRICOS DE POTÊNCIAINSTALADOS EM SUBESTAÇÕES, E DISPOSITIVOS PARAEFETUAR O PROCESSO".

Refere-se a presente invenção aum processo capaz de receber, separar das águas pluviais e decornbate a incêndio e possibilitar a coleta de óleos isolantesresiduários de transformadores, reatores e reguladores de tensãoelétricos de potência instalados em subestações elétricas degeração, transmissão e distribuição, com vistas a monitorar aexistência do derramamento de óleo isolante, bem como, evitarque o mesmo venha a poluir águas de superfícies ousubterrâneas.

Arranjos físicos instalados nosubsolo das subestações elétricas para captação e separação doóleo isolante residuário de transformadores, reatores ereguladores de tensão elétricos de potência das águas pluviais,há décadas são utilizados pelas empresas de energia elétrica nassubestações. Nesses arranjos os transformadores, reatores ereguladores de tensão elétricos de potência são instalados sobrebacias de contenção e drenagem, cuja finalidade é receber oóleo isolante dos equipamentos em eventuais vazamentos,porém normalmente adentram também nestas caixas, águaspluviais e dos dispositivos de combate a incêndios instaladosjunto aos equipamentos elétricos. No fundo das bacias decontenção e drenagem existem caixas de captação que recebem amistura óleo-água e as encaminham às caixas separadoras óleo-água para que somente as águas sejam dirigidas à rede pluvialurbana. As bacias de contenção e drenagem são preenchidas depedras britadas número três, com diâmetro aproximado entre19mm e 38mm, que permitem o escoamento da água e do óleoresiduário ao fundo e reduzem a combustão do óleo em caso deincêndio por asfixia do oxigênio. No fundo das bacias decontenção e drenagem existem caixas de captação, em cujaspartes superiores existem grelhas que impedem a passagem dasbritas a essas. O fluído drenado nessas caixas é encaminhado auma única caixa separadora de óleo na subestação, cujo objetivoé armazenar o óleo residuário dos transformadores, reatores ereguladores de tensão elétricos de potência da subestação epossibilitar a drenagem da água. A caixa separadoranormalmente deve ter a capacidade mínima correspondente àvazão do óleo vertido do maior transformador, reator ouregulador de tensão elétrico de potência da subestação, e sualocalização é prevista em área específica separada de outrasinstalações e equipamentos, a fim de colaborar no isolamento deincêndios, facilitar a coleta do óleo residuário e permitir adrenagem da água à rede pluvial.

Em que pese a larga utilizaçãodesse tipo de arranjo por meio de construções civis no subsolodas subestações, alguns inconvenientes podem lhe seratribuídos, como o eminente risco de degradação ambientalgerado por vazamentos do óleo mineral usado na isolação dostransformadores, reatores e reguladores de tensão elétricos depotência através de rachaduras de difícil detecção na estruturada caixa separadora óleo-água, causadas por acomodações oudeslocamentos do subsolo, pelos esforços nas estruturas civis epor corrosões causadas pela água e pelo óleo.

Além disso, o atual sistema emuso de bacias de contenção e drenagem, caixas de captação ecaixa separadora óleo-água que operam com base exclusiva naseparação do óleo e da água por diferença de densidade,apresenta baixa eficiência em função das quantidades relativasde óleo e água na mistura e significativas contaminações dasredes pluviais.

Outros problemas com o sistemade coleta e separação de óleo atualmente em uso nassubestações elétricas,, que são constantes motivos depreocupações às empresas de energia elétrica no Brasil e nomundo é que embora sofram inspeções internas periódicas, omesmo não apresenta mecanismo de monitoração e alarme,colocando em constantes riscos de poluições as águas desuperfície e subterrâneas, ocasionadas por vazamentos medianosde óleos de transformadores, reatores e reguladores de tensãoelétricos de potência, por pequenos derramamentos através devazamento das tubulações e válvulas e até por falhascatastróficas e incêndios que liberam enormes quantidades deóleo no meio ambiente.

Várias patentes já foramdepositadas para realizar de forma eficiente a separação óleo-água, das quais destaca-se: a PI 0506298-5 que utiliza umsuporte de sustentação de um absorvente industrial; a MU7400986-9 que utiliza uma placa indutora de fluxo e placascoalescentes; a MU 8602938-0 que usa como elemento filtrantebritas; a MU 8502333-7 que utiliza vários compartimentos emsérie com tubos coletores de óleo sobrenadantes e a PI 9302190-9 que apresenta o tratamento das águas por processo físico-químico automático e bastante sofisticado; de modo geral todosos dispositivos contidos nessas patentes podem ser usados nasubstituição da caixa separadora óleo-água atualmente em usode forma a melhorar e a reduzir a presença de óleo na redepluvial. No entanto, nenhum dos dispositivos citados nessaspatentes é adequado à separação óleo-água nas subestaçõeselétricas principalmente porque nesse caso o derramamento deóleo é de milhares de litros em poucos minutos, porinviabilidade técnico-econômica, por inadaptabilidade aoambiente das subestações elétricas ou finalmente pelanecessidade de sensoriamento de óleo na entrada da redepluvial.

Tendo em vista esses problemas eno propósito de superá-los é que na presente invenção foidesenvolvido um processo baseado em caixas de contenção edrenagem com britas sob os transformadores, reatores ereguladores de tensão elétricos de potência, acopladas em seusfundos às caixas de captação e a uma rede de dutos que seconecta a uma caixa de pré-separação que através de umaválvula solenóide se conecta a um conjunto separador/detectorde óleo cuja saída encontra-se conectada à rede pluvial.

As novas funcionalidades aliadasaos aspectos construtivos dos vários dispositivos que oconstituem possibilitam a obtenção de um novo processo capazde monitorar constantemente a presença de vazamentos de óleosoriundos dos transformadores, reatores e reguladores de tensãoelétricos de potência, bem como realizar com eficiência aseparação do óleo da água, de modo a não causar ao meioambiente quaisquer riscos de contaminação pelos óleosresiduários.

Esses aspectos funcionais econstrutivos possibilitam a obtenção de um processo maiseficiente na separação do óleo residuário da água, a retençãototal das drenagens de água à rede pluvial no caso da nãoefetiva separação dos fluídos e a contenção do óleo nas baciascoletoras e de drenagem no caso de derramamentos de mais decinqüenta litros de óleo, com a sinalização remota do incidenteaos operadores das subestações, de forma a garantir menoragressividade ambiental e maior confiabilidade de operação dostransformadores, reatores e reguladores de tensão elétricos depotência, sobretudo em casos de médios e grandes vazamentosque vão de algumas dezenas a milhares de litros de óleo.

Os desenhos anexos mostram aspartes do processo e os dispositivos que o constitui para uso emtransformadores, reatores e reguladores de tensão elétricos depotência em subestações de geração, transmissão e distribuiçãode energia elétrica, objeto da presente patente de invenção.A figura 1 mostra o croqui de umainstalação de um transformador elétrico de potência com arespectiva bacia de contenção e drenagem, caixa de captação etubulação óleo-água normalmente em uso nas subestaçõeselétricas e também a ser utilizado no processo desenvolvido eora apresentado nesta patente.

A figura 2 mostra o croquicompleto do processo em uso atualmente nas subestaçõeselétricas brasileiras e normatizado pela Associação Brasileira deNormas Técnicas - ABNT.

A figura 3 mostra o diagrama deblocos de todo o novo processo desenvolvido para a patente deinvenção ora solicitada.

A figura 4 mostra o croqui dacaixa pré-separadora capaz de reter impurezas contidas nofluído óleo-água.

A figura 5 mostra um diagramaesquemático de uma válvula solenóide responsável pelapassagem e interrupção do fluxo do fluido óleo-água na entradado conjunto separador/detector de óleo.

A figura 6 mostra o croqui, vistode perfil, da instalação da válvula solenóide junto ao conjuntoseparador/detector de óleo.

A figura 7 mostra uma vista decima do conjunto separador/detector de óleo.

A figura 8 mostra a vista lateraldas paredes internas do conjunto separador/detector de óleopara quem olha pelo lado da entrada da tubulação óleo-àgua.

A figura 9 mostra a vista lateralda parede externa do conjunto separador/detector de óleo nolado em que é conectada à tubulação óleo-água, da paredeinterna que separa o conjunto separador de entrada do conjuntoseparador de saída e da parede externa do conjuntoseparador/detector de óleo no lado em que é conectada a redepluvial, para quem olha pelo lado da entrada da tubulação óleo-água.

Na figura 10 pode-se observar emdetalhes os pescadores do conjunto separador/detector de óleo.

Na foto da figura 11 pode-seobservar a manta absorvente sintética de óleo utilizada noconjunto separador/detector de óleo.

Na foto da figura 12 pode-sevisualizar o sensor de óleo.

Na figura 13 é apresentado odiagrama em blocos do detector de óleo.

A figura 14 mostra o fluxo dedados no processo de comunicação do micro-controlador digitaldo detector de óleo com o sinalizador remoto.

Na figura 15 pode-se ver odiagrama de fluxo de dados usado no micro-controlador digitaldo detector de óleo.

Na figura 16 pode-se ver odiagrama de fluxo de dados usado pelo sinalizador remoto paraquestionar a presença de óleo ou não no último compartimentoseparador de óleo do conjunto separador/detector de óleo.

De conformidade com o quantoilustram as figuras acima relacionadas, na figura 1 pode-seobservar o transformador(l) elétrico de potência com seu tanquede compensação(2) por onde acontece sua respiração, ou seja, oaumento e a redução do volume do óleo do transformador(l) emfunção de sua operação, o sistema de proteção contraincêndios(3) por onde é aspergida água no caso de incêndios, ostrilhos(4) de aço onde apóiam-se os roletes de sustentação dotransformador(l); no subsolo(6) é construída em concreto abacia de contenção e drenagem(5) cuja dimensão excede aprojeção do transformador(l) e seu volume é igual ao do óleocontido no transformador(l), ela é preenchida por pedrasbritadas(8) número três que permitem a passagem dos óleosresiduários e das águas oriundas de chuvas e de combate aincêndios e são capazes de asfixiar o oxigênio impedindo apropagação de fogo no óleo em caso de incêndios. Na parteinferior da bacia de contenção e drenagem(5) é instalada a caixade captação(7) de óleo e água que em sua parte superior possuiuma grelha(9) que possibilita a passagem do óleo residuário edas águas à tubulação óleo-água(lO) mas impede a passagemdas pedras britadas(8). A tubulação óleo-água(lO) é feita deferro fundido de 125mm de diâmetro.

Na figura 2 pode-se observar odiagrama completo do sistema de coleta e separação de óleoresiduário atualmente em uso no Brasil e no mundo. Os óleosresiduários dos transformadores(l) e as águas das chuvas e decombate a incêndios, após passarem pelas bacias de contenção edrenagem(5) e pelas caixas de captaçâo(7), por fluxodescendente gravitacional e pelas tubulações óleo-água(lO) sãoencaminhadas à caixa separadora tradicional óleo-água(l 1).Embora em uma dada subestação possa haver váriostransformadores, reatores e reguladores de tensão elétricos depotência e conseqüentemente várias caixas de contenção edrenagem(5), caixas de captação(7) e tubulações óleo-água(lO)há sempre uma única caixa separadora tradicional óleo-água(ll), essa caixa usualmente possui duas divisões separadaspela parede(12): a divisão de entrada(13) que deve ser capaz dereter todo o volume de óleo do equipamento elétrico de potênciacom maior capacidade em óleo e a divisão de saída(14) queescoa a água à rede pluvial(ló). A caixa separadora tradicionalóleo-água(l 1) e a parede(12) são construídas em alvenaria nosubsolo(6) da subestação e sua localização deve ficar na menoraltitude da subestação para permitir a drenagem da água à redepluvial(ló) e em área específica e separada dos demaisequipamentos para colaborar no isolamento de incêndios efacilitar a coleta do óleo residuário nela retido. A separação doóleo da água na caixa separadora tradicional óleo-água(l 1) sedá por fluxo ascendente gravitacional através de um tubo comas extremidades curvas, popularmente denominadopescador(15), quando há só água na divisão de entrada(13) opeso da coluna de água de uma certa altura força parte desta ase deslocar à divisão de saída(14) e nesta quando atinge umcerto nível à rede pluvial(ló). Quando há mistura óleo-água nadivisão de entrada(13), por densidade o óleo ocupa a partesuperior da mistura forçando a água da parte inferior à migraratravés do pescador(15) à divisão de saída(14) e nesta quandoatinge um certo nível à rede pluvial(ló). Finalmente quandoexiste um catastrófico derramamento de óleo esse deslocar-se-iaà divisão de entrada(13), desta pelo pescador(15) à divisão desaída(14) e conseqüentemente à rede pluvial(ló); porém esteúltimo caso realmente é difícil de acontecer pois alarmes edesligamentos automáticos do transformador(l), bem como agrande capacidade de armazenamento da caixa separadoratradicional óleo-água(l 1) colaboram para que os operadores dasubestação possam atuar a tempo e evitar grandesderramamentos de óleo na rede pluvial(ló). No entanto,conforme se observa na descrição acima, derramamentosconsideráveis de óleo e principalmente de emulsões na redepluvial(ló) não são totalmente evitadas pelo processo. Todoesse conjunto mostrado na figura 2 é atualmente normatizadopela Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT atravésdas normas NBR13859-Proteção contra incêndio em subestaçõeselétricas de distribuição e NBR13231-Proteção contra incêndioem subestações elétricas de geração, transmissão e distribuiçãoe utilizado nos atuais processos de coleta e separação de óleoresiduário de transformadores, reatores e reguladores de tensãoelétricos de potência em subestações.

Na figura 3 pode-se visualizar queo novo processo desenvolvido é constituído basicamente dedoze módulos: as bacias de contenção e drenagem(5) que ficamno subsolo sob os transformadores, reatores e reguladores detensão elétricos de potência e que são preenchidas com pedrasbritadas(8) número três, as caixas de captação(7) que ficam naparte mais baixa das bacias de contenção e drenagem(5) e quesão separadas destas por uma grelha(9) em sua parte superior deforma a impedir que as pedras britadas entrem nestas, astubulações óleo-água(lO) que permite a saída da mistura dascaixas de captação(7) para a caixa pré-separadora(17) cujafunção é recolher impurezas que possam vir junto com a misturaóleo-água, tais como: material arenoso, pequenos fragmentos debrita e outras impurezas que estavam nas caixas de captação(7),a válvula solenóide(18) que é fechada quando uma certaquantidade de óleo é detectada no conjunto separador/detectorde óleo(19) cuja função é reter o óleo residuário dostransformadores, reatores e reguladores de tensão elétricos depotência e permitir que a água isenta de emulsões oleosas sejaderramada na rede pluvial(ló) da subestação. No interior doconjunto separador/detector de óleo(19) há um sensor deóleo(20) capaz de detectar óleo ou presença de óleo sobre aágua e avisar ao detector de óleo(21) a existência deste na saídado conjunto separador/detector de óleo(19), o detector deóleo(21) uma vez ativado pelo sinal do sensor de óleo(20)comanda o fechamento da válvula solenóide(18) impedindo quemais óleo ou a mistura óleo-água adentre ao conjuntoseparador/detector de óleo(19) e que este venha a derramar óleona rede pluvial(ló), outra função do detector de óleo(21) écomunicar ao sinalizador remoto(22) normalmente instalado nocentro de operações da empresa de eletricidade a ocorrência deum derramamento anormal de óleo em uma dada subestação.

O croqui da figura 4 mostra acaixa pré-separadora(17), a função desta é reter grossasimpurezas que possam vir misturadas ao óleo ou à água contidosnas caixas de captação(7). As impurezas grossas quenormalmente encontram-se na caixa pré-separadora(17) são aslascas de britas e os grãos de areia. Como as tubulações óleo-água(10) de entrada e saída estão em um nível bem acima dofundo da caixa pré-separadora(17), o fluido óleo-água comgrossas impurezas adentra nesta e por descendente gravitacionalas impurezas ficam retidas no fundo da caixa pré-separadora(17) uma vez que são mais pesadas que o fluido óleo-água. A caixa pré-separadora(17) é feita em alvenaria nosubsolo(6) da subestação e tem um volume de algumas centenasde litros e possui em sua parte superior uma tampa(23) deconcreto removível que permite periodicamente a inspeção elimpeza dos detritos ali armazenados.

No diagrama esquemático daválvula solenóide(18) apresentada na figura 5 pode-se observarque esse tipo de válvula é composta por duas partes básicas: ocorpo(24) e a bobina solenóide(24). A bobina solenóide(25)composta de fio de cobre bom condutor de eletricidade éenrolado ao redor de uma superfície cilíndrica e quandopercorrida por uma corrente elétrica gera uma forçaeletromagnética que aciona o êmbolo(26), abrindo ou fechandoa válvula solenóide(l 8). O corpo(24) da válvula solenóide(18)contém um dispositivo que permite a passagem ou não do fluidoóleo-água; quando o êmbolo(26) é acionado pela forçaeletromagnética da bobina solenóide(25) este permite apassagem do fluido óleo-água, em caso contrário, quando abobina solenóide(25) é desenergizada o peso do êmbolo(26) emconjunto com a força da mola(27) instalada na parte superior daválvula solenóide(18) faz com que o êmbolo(26) volte abloquear a passagem do fluxo do fluido óleo-água através daválvula solenóide(18). Tendo em vista o diâmetro de 125mm datubulação óleo-água(lO) e a baixa pressão do fluído óleo-água,deve-se utilizar nesse arranjo uma válvula solenóide(18) deação direta, ou seja, a ação da bobina solenóide(25) sobre oêmbolo(26) é de forma direta, não necessitando de redesauxiliares de pressão para fechamento da válvula.

Na figura 6 pode-se ver o croquida válvula solenóide(18) instalada junto ao conjuntoseparador/detector de óleo(19). Todo o conjunto é instaladodentro de uma caixa de alvenaria(28) no subsolo(6) dasubestação, o piso desta caixa deve ser plano na menor altitudeda subestação. A tubulação óleo-água(lO) oriunda da caixa depré-separação(17) adentra a caixa de alvenaria(29) e conecta-seà válvula solenóide(18) instalada junto ao conjuntoseparador/detector de óleo(19). Após receber o fluido óleo-águao conjunto separador/detector de óíeo(19) retém as partículas deóleo e dá passagem da água à rede pluvial(ló). Sobre a caixa dealvenaria(28) é instalada uma tampa de ferro(29) que impedeque poeiras e águas de chuva adentrem na caixa dealvenaria(28), ela pode ser facilmente removível para inspeçõesrotineiras ou para retirada do óleo coletado pelo conjuntoseparador/detector de óleo(19). Finalmente na figura 6 pode-seainda observar a caixa do detector de óleo(21) onde sãoinstalados os circuitos eletrônicos responsáveis pela transduçãodo sinal oriundo do sensor de óleo(20), a lógica eletrônicacapaz de comandar a válvula solenóide(18) e o circuito detransmissão para o sinalizador remoto(22) normalmenteinstalado no centro de operações das subestações, parasinalização da presença de óleo na saída do conjuntoseparador/detector de óleo(19). No croqui pode-se aindaobservar a tomada de energia elétrica(31) do circuito auxiliar dealimentação da subestação, os cabos de alimentação do detectorde óleo(32), a fiação do sensor(33) e a fiação da válvulasolenóide(30).

Na figura 7 tem-se uma vista decima do conjunto separador/detector de óleo(19), trata-se deuma caixa moldada em fibra de vidro com paredes externas de 5mm de espessura, pode-se utilizar também caixa em alvenaria eacabamento em cimento liso com cobertura extra de polietilenoou alcatrão ou ainda pintura em epóxi, dotada basicamente dedois conjuntos separadores/filtros de óleo, o conjunto separadorde entrada(34) e o conjunto separador de saída(35). O conjuntoseparador de entrada(34) é dotado de cinco (ou alternativamentequatro) compartimentos, quatro (ou alternativamente três)compartimentos filtros de óleo(36-37-38-39) e umcompartimento separador de óleo(40), separados porparedes(47-48-49-50) também em fibra de vidro de 3mm deespessura, nos quatro primeiros compartimentos filtros deóleo(36-37-38-39) são alojadas mantas(46) absorventessintéticas de óleo capazes de absorverem óleos isolantesresiduários dos transformadores, reatores e reguladores detensão elétricos de potência. Essas mantas(46) irão permitir aseparação dos elementos de granulometria fina e principalmentedo óleo contido na mistura óleo-água, não apresentandoqualquer absorção de água. O quinto compartimento é ocompartimento separador de óleo(40), nele não existe qualquerelemento filtrante, existe instalado apenas um pescador(52)capaz de enviar o fluido resultante da filtragem-separação óleo-água ao conjunto separador de saída(35). Como a densidade doóleo é menor que da água existe a tendência do óleo se elevar eforçar por ascendência gravitacional o fluxo da água aoconjunto separador de saída(35). No entanto, caso ainda haja apresença de óleo na mistura enviada, o mesmo deve ser retidopelos compartimentos filtros de óleo(41-42-43-44). No últimocompartimento novamente por diferença de densidade e poração gravitacional o óleo, se ainda existente, irá elevar-se deforma a sensibilizar o sensor de óleo(20) aí instalado sobre atampa do sensor(53). A mistura óleo-água adentra ao conjuntoseparador/detector de óleo(19) pela tubulação óleo-água(lO) e aágua sai do conjunto pelo pescador(54) para a rede pluvial(ló).A dimensão do conjunto separador/detector de óleo(19) parauma subestação de médio porte com cerca de 60 MVA depotência aparente deve ser de 1.760mm de comprimento por700mm de largura e 800mm de altura, capaz de reter cerca de150 litros de óleo residuário dos transformadores, reatores ereguladores de tensão elétricos de potência, nessas condiçõescada parede(47-48-49-50-51) terá uma dimensão de 800mm decomprimento por 700mm de largura e 3mm de espessura, oscompartimentos filtros de óleo(36-37-38-39-41-42-43-44)160mm de largura e o compartimento separador de óleo(40) e oúltimo compartimento separador de óleo(45) 240mm de largura.

Na figura 8 pode-se observar avista lateral das paredes internas do conjunto separador/detectorde óleo(19) para quem olha pelo lado de entrada da tubulaçãoóleo-água(lO). Na parede(47) pode-se observar um corte(55) nocanto inferior direito, na parede(48) um corte(55) no cantoinferior esquerdo, na parede(49) um corte(55) no canto inferiordireito e na parede(50) um corte(55) no canto inferior esquerdo.Esses cortes(55) permitem que o fluido óleo-água que adentrouno conjunto separador/detector de óleo(19) percorra de umcompartimento ao outro em ziguezague de tal forma a alongar ocaminho percorrido pelos fluidos, reduzir a turbulência e forçaro óleo (quando misturado à água na forma de pequenos glóbulos- emulsões) ter a tendência de circular dividido criandocondições de melhor ser absorvido pelas mantas(46). Oscortes(55) são feitos nas partes inferiores das paredes(47-48-49-50) porque o óleo sendo menos denso que a água apresenta atendência de subir facilitando sua absorção pelas mantas(46).Na parede(51) interna, que separa o conjunto separador deentrada(34) do conjunto separador de saída(35) é feito umfuro(56) de 25mm de diâmetro por onde irá passar opescador(52). Os cortes(55) devem ter 50mm de altura por120mm de largura.

A figura 9 mostra a vista lateralpara quem olha pelo lado da entrada da tubulação óleo-água(10), a parede externa(57) do conjunto separador/detectorde óleo(19) no lado em que é conectada a tubulação óleo-água(10), nela há um furo(59) de 125mm de diâmetro no centroda parede e há óOOmm de altura do fundo do conjuntoseparador/detector de óleo(19) no qual é conectada a tubulaçãoóleo-água(lO), a parede(51) interna que separa o conjuntoseparador de entrada(34) do conjunto separador de saída(35)com um furo(56) central de 50mm de diâmetro e a 450mm dealtura do fundo do conjunto separador/detector de óleo(19) ondese encaixa o pescador(21) e da parede(58) externa do conjuntoseparador/detector de óleo(19) no lado em que é conectada arede pluvial(ló) com um furo(60) de 50mm de diâmetro e a300mm de altura do fundo do conjunto separador/detector deóleo(19) onde se encaixa o pescador(54).

Na figura 10 tem-se um corte navista frontal do conjunto separador/detector de óleo(19) dopescador(52) instalado junto a parede(51) interna do conjuntoseparador/detector de óleo(19), observe que a parte de baixo dopescador(52) está a 70mm e a parte de cima a 475mm do fundodo conjunto separador/detector de óleo(19). O pescador(54)instalado junto a parede(58) externa do conjuntoseparador/detector de óleo(19) com a parte de baixo dopescador(54) está a 70mm e a parte de cima a 325mm do fundodo conjunto separador/detector de óleo(19). O tubo dospescadores tem um diâmetro externo de 50mm e interno de45mm e são feitos em fibra de vidro.

Na foto da figura 11 pode-seobservar a manta(46) absorvente sintética de óleo utilizada noscompartimentos filtros de óleo(36-37-38-39-41-42-43-44) doconjunto separador/detector de óleo(19). As mantas(46)absorventes sintéticas de óleos são muito eficientes na absorçãode produtos derivados do petróleo, óleos minerais, óleosvegetais, tintas à base de óleo e inúmeros produtos químicosorgânicos, absorvendo até 25 vezes seu próprio peso empetróleo e derivados. Essas mantas(46) não absorvem água,flutuam indefinidamente, podem ser torcidas e reaproveitadas,são livres de pó, não são afetadas pela temperatura, sãoresistentes a chamas, ao apodrecimento e ao bolor. Com asdimensões anteriormente citadas do conjunto separador/detectorde óleo(19) as mantas(46) absorventes sintéticas de óleoinstaladas no conjunto separador de entrada(34) e no conjuntoseparador de saída(35) apresentam capacidade total de absorveraté cerca de 150 litros de óleo residuário dos transformadores,reatores e reguladores de tensão elétricos de potência.

A figura 12 mostra uma foto dosensor de óleo(20) com a fiação do sensor(33), cabeça(63) esua ponta de prova(61) em cuja extremidade encontra-se oelemento sensor(62). O sensor de óleo(20) utilizado no últimocompartimento separador de óleo(45) pode ser utilizado paradetecção de óleo/petróleo, óleo mineral, óleo vegetal ecombustíveis biológicos(etanol). É equipado com um suporteque através de parafusos se adaptam à tampa do sensor(53)garantindo rigidez à fixação e vedação contra vazamento delíquidos. O elemento sensor(62) é um dispositivo de estadosólido integrado à eletrônica digital existente em sua cabeça(63)através de uma saída serial padrão RS422. Suas principaiscaracterísticas elétricas são: alimentação de 12 Volts DC, lOmAde consumo, resolução de 10 bits e taxa de amostragem de 80Hz, resposta segura da existência ou não de óleo a cada 30segundos, faixa de operação de temperatura de -40°C à 125°C,sinal de saída de 0,25 V DC à 4,75 V DC, classe de exatidão 2.Ele ainda é fornecido com o comprimento da ponta de prova(61)especificada para cada projeto, com comprimento máximo de700mm, no conjunto separador/detector de óleo(19) a ponta deprova usada tem comprimento de 500mm, ou seja, o elementosensor(62) encontra-se 300mm acima do fundo do conjuntoseparador/detector de óleo(19). O sinal digital na saída RS422permite que o sensor de óleo(20) seja lido sem erros, mesmo emambiente com interferências eletromagnéticas, a uma distânciade até 1000 metros, fato muito importante no ambiente dassubestações elétricas.

Na figura 13 é apresentado odiagrama em blocos do detector de óleo(21), basicamente afunção deste módulo é processar o sinal oriundo do sensor deóleo(20), que detecta a existência de óleo no últimocompartimento separador de óleo(45) do conjuntoseparador/detector de óleo(19), fechar a válvula solenóide(18)impedindo que mais mistura água-óleo adentre ao conjuntoseparador/detector de óleo(19) e comunicar ao sinalizadorremoto(22) normalmente instalado no centro de operações daempresa de eletricidade a ocorrência de um derramamentoanormal de óleo na subestação. O detector de óleo(21) éalimentado pela tomada de energia elétrica(31) do circuitoauxiliar de alimentação da subestação, e sua fonte dealimentação(64) fornece as tensões adequadas à alimentação domicro-controlador digital(67) e do regulador de tensão(65) cujafunção é fornecer os 12 Volts DC ao sensor de óleo(20). O sinaloriundo desse sensor em saída serial tipo RS422 é recebido peloconversor RS422(66) que conforma os sinais digitais recebidose os fornece ao micro-controlador digital(67). Esse em funçãodo programa instalado na memória regravável tipoEEPROM(70) faz cíclicas verificações nas tensões oriundas dosensor de óleo(20) e se por três ciclos consecutivos a tensãoestiver acima do valor de referência irá comandar o fechamentoda válvula solenóide(18) através do amplificador depotência(71), e enviar uma mensagem pelo modem GPRS(68)celular e sua antena(69), ao sinalizador remoto(22) instalado nocentro de operações da empresa de eletricidade indicando oderramamento de óleo. Uma vez sinalizada a presença de óleono último compartimento separador de óleo(45) do conjuntoseparador/detector de óleo(19), o micro-controlador digital(67)para de realizar a rotina de leitura do sensor de óleo(20) até queo operador realize a operação que rearme o sistema através dobotão de rearme(72). O micro-controlador(67) também recebe osinal da válvula solenóide(18) indicando se a mesma está abertaou fechada.

A figura 14 mostra o fluxo dedados no processo de comunicação pelo micro-controladordigital(67) com o sinalizador remoto(22). A informaçãoreferente à presença de óleo no sensor de óleo(20) édisponibilizada no detector de óleo(21), e posteriormenteenviada á válvula solenóide(18) e ao sinalizador remoto(22) quefica no centro de operações da empresa de eletricidade. Deforma inversa dados são enviados pelo sinalizador remoto(22)aos micro-controladores(66) dos detectores de óleo(21),questionando sobre a presença de óleo nos últimoscompartimentos separadores de óleo(45) dos conjuntosseparadores/detectores de óleo(19) das subestações que possuemo sistema em operação, bem como, se as respectivas válvulassolenóides(18) estão abertas ou fechadas. O micro-controladordigital(67) do detector de óleo(21) é que controla o fluxo decomunicação das informações do sinalizador remoto(22) quandoeste esta comunicando que há presença de óleo no últimocompartimento separador de óleo(45). O software implementadotanto no micro-controlador digital(67) do detector de óleo(21)como no sinalizador remoto(22) tem as regras baseadas emprotocolo de comunicação específico e próprio, no entanto,tecnicamente poderão ser programados de modo a teremimplementados outros protocolos de comunicação para redes.

No diagrama de fluxo de dados dafigura 15 pode-se ver a seqüência de operações realizadas pelomicroprocessador digital(67) do detector de óleo(21), cujarotina é armazenada na memória regravável(70) tipo EEPROM.O micro-controlador digital(67) a cada um minuto(73) lê atensão oriunda do sensor de óleo(20), caso a tensão lida formaior que a tensão de referência(77), o comparador detensão(78) incrementará o contador até três consecutivo(79).Esse atingindo a contagem três consecutiva coloca em sua saídaum sinal de nível um capaz de fechar a válvula solenóide(18),bloquear o sinal de um minuto(73) e gerar a mensagem(80) depresença de óleo no detector de óleo(21) com número de sérieespecífico, que é enviado através do modem GPRS(68) e suaantena(69) ao sinalizador remoto(22) que irá fazer a sinalizaçãoda presença de óleo ao operador de subestações. Recebendo amensagem de retorno do sinalizador remoto(22) o micro-controlador digital(67) aborda a ligação e mantém a válvulasolenóide(18) fechada e bloqueando o sinal de um minuto(73)até que seja feito o rearme do sistema pelo operador desubestação junto ao botão de rearme(72) ou junto ao sinalizadorremoto(22). As portas tipo E(75-76) e o inversor(74) realizamas funções lógicas dos sinais de entrada no micro-controlador(67).

No diagrama de fluxo de dados dafigura 16 observa-se que as funções de envio das informaçõesde presença de óleo no último compartimento separador deóleo(45) do conjunto separador/detector de óleo(19) e dofechamento da válvula solenóide(18) são enviadas pelo micro-controlador digital(67) dos detectores de óleo(21) ao sinalizadorremoto(22). O micro-controlador digital(67) após processarinternamente estas informações envia ao módulo funcionalgerenciar(81) que direciona-os ao módulo enviar pacotes(82),esse módulo por sua vez obedecendo o protocolo especificado epróprio, repassa-la-ás ao módulo funcional montar pacote(83),nesse instante a solicitação ainda não tem o código cíclico deredundância-CCR, que será calculado pelo módulo calcularCCR(84). Após os cálculos do CCR serem efetuados no módulocalcular CCR(84), o módulo funcional montar pacote(83)devolve o pacote montado ao módulo enviar pacotes(82) que oenviará ao módulo gerenciar(81) e conseqüentemente aosinalizador remoto(22) através do modem GPRS(68) e suaantena(69). De forma inversa, quando o micro-controlador(67)do detector de óleo(21) responde às solicitações do sinalizadorremoto(22), o módulo funcional receber pacote(86) trata aresposta e solicita que o módulo desmontar pacote(85) o abra esolicite o cálculo do CCR no módulo calcular CCR(84)verificando a validade dos dados após a resposta do módulocalcular CCR(84); se válido o pacote desmontado é entãodevolvido ao módulo funcional receber pacote(86), que por suavez passa os dados recebidos e validados ao módulogerenciar(81) para que este possa responder ao sinalizadorremoto(22). Se não válido o pacote desmontado, o módulodesmontar pacote(85) avisa a irregularidade ao módulofuncional receber pacote(86) que por sua vez repassa ainformação ao módulo gerenciar(81) para que esse possaresponder ao sinalizador remoto(22) e esse se desejar repetir asolicitação. O sinalizador remoto(22) é um micro-computador^?) tipo PC que possui um software(88) específicopara envio de comandos de leitura da presença de óleos ou não ede comandos para abertura e fechamento das válvulassolenóides(18) aos micro-controladores(67), e que pode tambémreceber e armazenar as informações oriundas dos micro-controladores(67) em um software de banco de dados(89). Acomunicação de dados entre o sinalizador remoto(22) e osmicro-controladores digitais(67) se dá através de uma interfaceserial(90) tipo RS232 instalada dentro do micro-computador(86)tipo PC e de um modem GPRS(91) com sua antena(92).

O processo de drenagem,separação de óleo em água e alarme da existência de óleosisolantes residuários de transformadores, reatores e reguladoresde tensão elétricos de potência instalados em subestações,objeto da presente patente de invenção, inclui os dispositivospara efetuar todo o processo: as bacias de contenção edrenagem(5), as caixas de captação(7), a caixa pré-separadora(17), a válvula solenóide(18), o conjuntoseparador/detector de óleo(19), o detector de óleo(21) e osinalizador remoto(22), normalmente instalado no centro deoperações da empresa de eletricidade. O uso de outros conjuntosseparadores/detectores de óleo(19), outros detectores deóleo(21) e outros sinalizadores remotos(22) com diferentestécnicas construtivas poderão ser utilizados para atenderdiferentes necessidades ou exigências do processo. O uso dediferentes meios de comunicação, tipos de comunicação ouprotocolos também poderão ser adotados para atendercaracterísticas específicas das empresas que irão utilizar oprocesso.

Logicamente, as bacias decontenção e drenagem(5), as caixas de captação(7), a caixa pré-separadora(17), e o conjunto separador/detector de óleo(19),com construção em diferentes materiais e tamanhos poderão serobtidos para atender diferentes necessidades.

Claims (8)

1. "PROCESSO DE DRENAGEM,SEPARAÇÃO DE ÓLEO EM ÁGUA E ALARME DAEXISTÊNCIA DE ÓLEOS ISOLANTES RESIDUÁRIOS DETRANSFORMADORES, REATORES E REGULADORES DETENSÃO ELÉTRICOS DE POTÊNCIA INSTALADOS EMSUBESTAÇÕES, E DISPOSITIVOS PARA EFETUAR OPROCESSO", refere-se a um processo capaz de receber, separardas águas pluviais e de combate a incêndio e possibilitar acoleta de óleos residuários de equipamentos elétricos depotência instalados em subestações elétricas de geração,transmissão e distribuição, caracterizado pelo fato de:coletar os óleos residuários e aságuas em bacias de contenção e drenagem(5) cheias de pedrasbritadas(8) instaladas no subsolo(6) da subestação sob osequipamentos elétricos e que possuem em suas partes inferioresas caixas de captação(7), que transmitem às tubulações óleo-água(10) os fluídos óleo-água e a uma caixa pré-separadora(l 1),responsável pela separação das impurezas grossas, e desta àuma válvula solenóide(18), que permite ou não o adentramentoda mistura ao conjunto separador/detector de óleo(19) e à redepluvial(ló), e por;no conjunto separador/detectorde ó!eo(19) existir um sensor de óleo(20) que após detectar apresença de óleo avisa o detector de óleo(21) e este por sua vez,fecha a válvula solenóide(18) impedindo que o óleo vazadocontamine a rede pluvial(ló) e comunica remotamente porcomunicação tipo celular GPRS ao sinalizador remoto(22),normalmente instalado no centro de operações da empresa deenergia elétrica, o derramamento anormal de óleo em uma dadasubestação.

2.) "PROCESSO DE DRENAGEM,SEPARAÇÃO DE ÓLEO EM ÁGUA E ALARME DAEXISTÊNCIA DE ÓLEOS ISOLANTES RESIDUÁRIOS DETRANSFORMADORES, REATORES E REGULADORES DETENSÃO ELÉTRICOS DE POTÊNCIA INSTALADOS EMSUBESTAÇÕES, E DISPOSITIVOS PARA EFETUAR OPROCESSO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor utilizar uma caixa pré-separadora(17), capaz de reter asgrossas impurezas que possam vir misturadas ao óleo ou à águacontidos nas caixas de captação(7) por descendênciagravitacional, uma vez que as tubulações óleo-água(lO) deentrada e de saída estão em um nível acima do fundo da caixapré-separadora(17).

3.) "PROCESSO DE DRENAGEM,SEPARAÇÃO DE ÓLEO EM ÁGUA E ALARME DAEXISTÊNCIA DE ÓLEOS ISOLANTES RESIDUÁRIOS DETRANSFORMADORES, REATORES E REGULADORES DETENSÃO ELÉTRICOS DE POTÊNCIA INSTALADOS EMSUBESTAÇÕES, E DISPOSITIVOS PARA EFETUAR OPROCESSO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor utilizar uma válvula solenóide(18) que impede que o fluxodo fluído óleo-água atinja o conjunto separador/detector(19) econseqüentemente a rede pluvial(ló), quando uma quantidadesignificativa de óleo residuário é vazado dos equipamentoselétricos de potência da subestação.

4. "PROCESSO DE DRENAGEM,SEPARAÇÃO DE ÓLEO EM ÁGUA E ALARME DAEXISTÊNCIA DE ÓLEOS ISOLANTES RESIDUÁRIOS DETRANSFORMADORES, REATORES E REGULADORES DETENSÃO ELÉTRICOS DE POTÊNCIA INSTALADOS EMSUBESTAÇÕES, E DISPOSITIVOS PARA EFETUAR OPROCESSO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor utilizar um conjunto separador/detector de óleo(19),construído em fibra de vidro e dotado basicamente de doisconjuntos separadores/filtros de óleo, o conjunto separador deentrada(34) e o conjunto separador de saída(35), cuja função éreter o óleo residuário oriundo dos equipamentos elétricos depotência da subestação e permitir que as águas passem à redepluvial(ló); o conjunto separador de entrada(34) é formado porcinco (ou alternativamente quatro) compartimentos, quatro (oualternativamente três) compartimentos filtros de óleo(36-37-38-39) e um compartimento separador de óleo(40), o conjuntoseparador de saída(35) é formado também por cinco (oualternativamente quatro) compartimentos, quatro (oualternativamente três) compartimentos filtros de óleo(41-42-43-44) e um último compartimento separador de óleo(45); oscompartimentos filtros de óleo(36-37-38-39-41-42-43-44)separam os elementos de granulometria fina e principalmente oóleo contido na mistura óleo-água, não apresentando qualquerabsorção de água; o compartimento separador de óleo(40) teminstalado um pescador(52) que por ascendência gravitacionalforça a água aí presente adentrar no conjunto separador desaída(35), e no último compartimento separador de óleo(45) doconjunto separador de saída(35) existe instalado umpescador(54) que por ascendência gravitacional força a água aípresente sair do conjunto separador/detector de óleo(19) e fluirfinalmente para a rede pluvial(ló).

5.) "PROCESSO DE DRENAGEM,SEPARAÇÃO DE ÓLEO EM ÁGUA E ALARME DAEXISTÊNCIA DE ÓLEOS ISOLANTES RESIDUÁRIOS DETRANSFORMADORES, REATORES E REGULADORES DETENSÃO ELÉTRICOS DE POTÊNCIA INSTALADOS EMSUBESTAÇÕES, E DISPOSITIVOS PARA EFETUAR OPROCESSO", de acordo com a reivindicação 1 e 4,caracterizado por nas paredes internas(47-48-49-50) de fibra devidro do conjunto separador/detector(19) existirem cortes(55),de tal forma a permitir que o fluido óleo-água que adentrou noconjunto separador/detector de óleo(19) percorra de umcompartimento ao outro em ziguezague de tal forma a alongar ocaminho percorrido pelos fluidos, reduzir a turbulência e forçaro óleo (quando misturado à água na forma de pequenosglóbulos- emulsões) a ter a tendência e o tempo de se separar daágua criando condições de melhor ser absorvido pelasmantas(46); quando olhado pelo lado de entrada da tubulaçãoóleo-água(lO) no conjunto separador/detector de óleo(19), asparedes(47-49) possuem cortes(55) nos cantos inferioresdireitos, e as paredes(48-50), cortes(55) nos cantos inferioresesquerdos.

6. "PROCESSO DE DRENAGEM,SEPARAÇÃO DE ÓLEO EM ÁGUA E ALARME DAEXISTÊNCIA DE ÓLEOS ISOLANTES RESIDUÁRIOS DETRANSFORMADORES, REATORES E REGULADORES DETENSÃO ELÉTRICOS DE POTÊNCIA INSTALADOS EMSUBESTAÇÕES, E DISPOSITIVOS PARA EFETUAR OPROCESSO", de acordo com a reivindicação 1 e 4,caracterizado por utilizar nos compartimentos filtros deóleo(36-37-38-39-41-42-43-44) do conjunto separador/detectorde óleo(19) mantas(46) absorventes sintéticas de óleo; essasmantas(46) são eficientes na absorção de óleo, e não absorvemágua, flutuam indefinidamente, podem ser torcidas ereaproveitadas, são livres de pó, não são afetadas pelatemperatura, são resistentes a chamas, ao apodrecimento e aobolor, capazes de reter da mistura óleo-água que adentra aoconjunto separador/detector de óleo(19) o óleo vazado dosequipamentos elétricos de potência instalados na subestação, epermitir que a água existente seja drenada à rede pluvial(ló)sem qualquer óleo.

7."PROCESSO DE DRENAGEM,SEPARAÇÃO DE ÓLEO EM ÁGUA E ALARME DAEXISTÊNCIA DE ÓLEOS ISOLANTES RESIDUÁRIOS DETRANSFORMADORES, REATORES E REGULADORES DETENSÃO ELÉTRICOS DE POTÊNCIA INSTALADOS EMSUBESTAÇÕES, E DISPOSITIVOS PARA EFETUAR OPROCESSO", de acordo com a reivindicação 1 e 4,caracterizado por utilizar um sensor de óleo(20) no últimocompartimento separador de óleo(45) do conjuntoseparador/detector de óleo(19), cuja função é detectar apresença de óleo e avisar o detector de óleo(21) para que essefeche a válvula solenóide(18) antes que o óleo seja derramadona rede pluvial(ló) contaminando-a.

8.) "PROCESSO DE DRENAGEM,SEPARAÇÃO DE ÓLEO EM ÁGUA E ALARME DAEXISTÊNCIA DE ÓLEOS ISOLANTES RESIDUÁRIOS DETRANSFORMADORES, REATORES E REGULADORES DETENSÃO ELÉTRICOS DE POTÊNCIA INSTALADOS EMSUBESTAÇÕES, E DISPOSITIVOS PARA EFETUAR OPROCESSO", de acordo com a reivindicação 1, 4 e 7,caracterizado por utilizar um detector de óleo(20) e umsinalizador remoto(22) normalmente instalado no centro deoperações da empresa de energia elétrica, cuja função écomunicar aos operadores das subestações o derramamentoanormal de óleo em uma dada subestação; o sensor de óleo(20)instalado no último compartimento separador de óleo(45) doconjunto separador/detector de óleo(19) após detectar apresença de óleo avisa o detector de óleo(21) a presença domesmo, que imediatamente através de comunicação celular tipoGPRS sinaliza o vazamento no micro-computador(87) instaladono centro de operações da empresa elétrica; de forma inversa, osoperadores de subestações junto ao micro-computador(87) dosinalizador remoto(22) podem remotamente verificar se existedetecção de óleo por um dado sensor de óleo(20) e comandar asválvulas solenóides(18) em uma dada subestação; ou seja épossível reinicializar a rotina de leitura do sensor de óleo(20)através do micro-controlador(67) tanto pelo botão derearme(72), como remotamente via o software(88) instalado nosinalizador remoto(22).