Previsão de vida e análise de falhas em cabos condutores de energia elétrica submetidos à vibrações randômicas

Abstract

A crescente demanda energética no Brasil e a vasta extensão do Sistema Interligado Nacional(SIN) tornam a confiabilidade das linhas de transmissão de energia elétrica um desafio crítico. Os cabos condutores, componentes de alto custo e vulneráveis, são frequentemente submetidos a vibrações eólicas que induzem fadiga e, em particular, o fenômeno de fadiga por fretting, ocasionando falhas catastróficas e interrupções no fornecimento de energia. Diante dessa problemática, este trabalho teve como objetivo principal prever a vida útil e analisar as falhas em cabos condutores de energia elétrica submetidos a vibrações randômicas,utilizando dados experimentais obtidos com um vibrógrafo instalado em bancada de ensaio.Para tal, foram realizados testes em laboratório com o cabo CAL 838 MCM - Liga 1120 na bancada do Laboratório de Cabos da Universidade de Brasília (UnB), simulando condições de carregamento aleatório através de um shaker eletromecânico e utilizando o sistema de aquisição de dados VIBREC 500. As estimativas de vida à fadiga foram realizadas utilizando a regra de Palmgren-Miner. Para isso, as amplitudes de tensão foram calculadas a partir dos dados de amplitude e frequência coletados a 123 mm do Último Ponto de Contato (UPC).Estes dados foram processados por um algoritmo de previsão de vida à fadiga, que aplicou um fator de correção para o ponto de referência de 89 mm do UPC. Complementarmente ,foram conduzidas análises fractográficas das fraturas por meio de Microscopia Eletrônica deVarredura (MEV), investigando os mecanismos de falha.Os resultados demonstram que o modelo de previsão de vida baseado na Curva S-N do Lab. Cabos apresentou maior acurácia em relação à vida experimentalmente verificada,especialmente em amplitudes mais elevadas. Em contraste, a curva S-N do CIGRÉ mostrou-se mais conservadora, subestimando a vida útil real. As análises de falha macroscópica revelaram acúmulo de óxido de alumínio e silício no grampo. Microscopicamente, observou se que as falhas internas, concentradas no topo dos cabos, foram mais frequentes em ensaios com amplitude variável, com a presença de marcas de fretting e dimples equiaxiais, indicando predominantemente carregamento por tração .As descobertas deste estudo validam a eficácia do monitoramento por vibrógrafos, o que fundamenta o aprimoramento das estratégias de manutenção preditiva e do projeto de linhas de transmissão. Sugere-se a expansão da base de dados experimentais e a investigação de outras ligas para aprimorar ainda mais a compreensão e a previsão de falhas por fadiga em cabos condutores.