Transmissão de Energia e Subestações | Projeto da Usina de Ciclo Combinado de Kazan, Turquia

À medida que a Turquia expande sua capacidade de geração de baixo carbono, a Usina de Ciclo Combinado de Kazan (CCPP) exigiu instalações de transmissão de energia e subestação preparadas para integração à rede, que pudessem ser projetadas, fabricadas e montadas em um cronograma acelerado sem comprometer a segurança, o desempenho sísmico ou a manutenção a longo prazo. Este estudo de caso apresenta o conceito estrutural, a abordagem de engenharia e a metodologia construtiva por trás de um pacote de estrutura metálica tubular treliçada de 845 toneladas, projetado para suportar equipamentos de alta tensão, roteamento de cabos e infraestrutura de controle. Concluído em dezembro de 2024, o escopo entrega um sistema metálico robusto, de fácil inspeção, com caminhos de carga bem definidos, alta rigidez torsional e capacidade adicional para futuras expansões — ajudando a usina Kazan CCPP a alcançar exportação de energia confiável e em conformidade com a rede, minimizando riscos de interrupção.

Resumo do Projeto

Contexto e Objetivos

A usina Kazan CCPP integra turbinas a gás de alta eficiência com recuperação de calor para fornecer energia de base flexível. Para garantir uma conexão estável à rede, o cliente exigiu instalações de transmissão de energia e subestação com:

• Alta rigidez para suporte de equipamentos pesados (transformadores, reatores, áreas GIS/AIS, dutos de barramento).
• Resistência a cargas sísmicas e de vento conforme normas turcas e EN/IEC.
• Gestão eficiente de cabos por meio de pontes de cabos de grande vão e sistemas multicamadas.
• Montagem rápida para sincronização com o comissionamento e redução de riscos de parada.
• Baixo custo ao longo do ciclo de vida com proteção anticorrosiva, plataformas de acesso e componentes substituíveis.

Conceito Estrutural: Estrutura Metálica Tubular Treliçada

A base do sistema é uma estrutura modular tubular treliçada. Cordas de seção fechada (circulares ou quadradas) combinadas com barras internas esbeltas criam uma estrutura leve, porém altamente rígida, ideal para áreas com cargas dinâmicas próximas a transformadores e dutos de barramento.

Por que usar estrutura tubular treliçada em transmissão de energia e subestações?

• Alta rigidez torsional e controle de vibração: As treliças tubulares reduzem torções sob cargas assimétricas e forças de curto-circuito.
• Grandes vãos: Permitem cobertura sobre equipamentos e corredores de cabos sem interferências.
• Nós compactos: Detalhamento eficiente de conexões soldadas tipo K e N simplifica fabricação e inspeção.
• Estética e manutenção: Linhas limpas, passarelas integradas e grelhas removíveis facilitam inspeção e operação.

Escopo das Instalações de Transmissão de Energia e Subestação

O escopo estrutural abrange todos os elementos necessários para suporte, proteção e acesso aos equipamentos elétricos:

• Pórticos de Alta Tensão e Estruturas de Equipamentos: Estruturas metálicas para linhas de entrada/saída, suportes de disjuntores, bases de TC/TP, para-raios e suportes de barramento.
• Áreas GIS/AIS: Estruturas para equipamentos de manobra, com vigas para pontes rolantes e placas embutidas para bases de equipamentos.
• Pontes e Suportes de Cabos: Estruturas treliçadas de grande vão com múltiplos níveis para cabos e sistemas de vedação em passagens.
• Edifício de Controle e Proteção: Estrutura metálica para salas técnicas, mezaninos e plataformas HVAC.
• Acesso e Segurança: Torres de escadas, escadas verticais, guarda-corpos, rodapés e plataformas metálicas conforme normas.
• Sistemas de Aterramento e Proteção contra Descargas: Interfaces estruturais integradas ao sistema de aterramento e proteção elétrica.

Critérios de Projeto e Normas

O projeto está alinhado com os requisitos turcos relevantes e práticas amplamente aceitas EN/IEC para instalações de energia. Os critérios típicos incluem:

• Estrutural: EN 1990/1991 (bases e ações), EN 1993 (aço), EN 1090 (execução), com parâmetros sísmicos e de vento ajustados ao local.
• Interfaces Elétricas: Distâncias de segurança e cargas de curto-circuito conforme especificações E&I do projeto e diretrizes IEC aplicáveis a subestações.
• Serviço: Limites de deformação que protegem a integridade dos cabos e o alinhamento de dutos de barramento e equipamentos sensíveis.
• Fadiga/Dinâmica: Consideração das vibrações de transformadores e cargas induzidas por manobras elétricas nos suportes.

Materiais, Fabricação e Proteção contra Corrosão

O pacote de 845 toneladas utiliza aços estruturais certificados (ex.: equivalentes S355/S420 conforme especificação do projeto), com rastreabilidade mantida desde o certificado de origem até a instalação final. Principais controles de qualidade:

• Soldagem: WPS/PQR qualificados; certificação de soldadores controlada; ensaios NDT conforme criticidade (VT, MT/PT, UT quando necessário).
• Controle Geométrico: Gabaritos para nós repetitivos; verificação de flecha, alinhamento e torção antes da pintura.
• Preparação de Superfície e Revestimento: Jateamento Sa 2.5; proteção duplex adaptada ao ambiente (ex.: galvanização a quente para treliças externas com acabamento para condições C4–C5).
• Parafusamento: Parafusos pré-tensionados conforme EN 14399 quando exigido; verificação de torque registrada.

Fundações e Interfaces

Placas de base articuladas sobre blocos de concreto armado reduzem a transferência de momento e facilitam o nivelamento. O posicionamento dos chumbadores é coordenado antecipadamente com as obras civis para garantir compatibilidade com a geometria da estrutura treliçada. As tolerâncias de interface são claramente definidas entre estrutura metálica, equipamentos elétricos e sistemas de vedação de cabos. Juntas de dilatação e conexões flexíveis são aplicadas em pontos de passagem para evitar transferência de cargas aos equipamentos.

Estratégia de Montagem e Sequenciamento

Para atender ao prazo de dezembro de 2024, a montagem utilizou modularização e frentes de trabalho paralelas:

1. Pré-montagem: Montagem em solo de painéis treliçados e módulos de escadas com testes de encaixe.
2. Içamento e Posicionamento: Guindastes móveis dimensionados para alcance em áreas restritas; controle de estabilidade para treliças longas.
3. Parafusamento e Soldagem Progressivos: Contraventamentos temporários para controle geométrico; torque final após verificação de alinhamento.
4. Instalação de Leitos de Cabos: Montagem antes da energização; verificação conforme rotas E&I.
5. Lista de Pendências e Entrega: Inspeções finais multidisciplinares; registros de soldagem, revestimento e levantamentos “as-built” para O&M.

Segurança, Acesso e Manutenibilidade

Como instalações de transmissão de energia e subestação concentram equipamentos energizados e cargas elevadas, o layout estrutural prioriza acesso seguro e eficiente:

• Planejamento de Acesso: Torres de escadas afastadas de zonas de alto campo eletromagnético; plataformas metálicas com drenagem eficiente.
• Proteção contra Quedas: Linhas de vida permanentes, pontos de ancoragem e guarda-corpos conforme normas.
• Isolamento e Permissões: Controle de trabalho a quente, zonas de exclusão e integração com sistemas de permissão operacional.
• Rotas de Inspeção: Acesso completo às conexões; guarda-corpos removíveis onde necessário para manutenção.

Gestão de Cabos e Considerações Eletromagnéticas

As pontes metálicas de cabos são configuradas para separar circuitos de potência, controle e fibra óptica, reduzindo interferências e facilitando futuras ampliações. A rigidez estrutural controla deformações sob carga total de cabos. Pontos de aterramento distribuídos garantem continuidade elétrica confiável, enquanto suportes de leitos de cabos incluem conexões ajustáveis para alinhamento preciso e manutenção dos raios mínimos de curvatura.

Garantia de Qualidade e Suporte ao Comissionamento

A documentação de qualidade inclui certificados de materiais, mapas de soldagem, relatórios de NDT, registros de espessura de revestimento (DFT), controle de torque de parafusos e levantamentos “as-built”. Antes da energização, inspeções em campo verificam os espaços de segurança, a continuidade do aterramento da estrutura metálica e rotas de cabos livres de interferências. A equipe de estrutura metálica apoia o comissionamento a frio fornecendo soluções temporárias de acesso e rápida resolução de pendências para manter os testes E&I dentro do cronograma.

Sustentabilidade e Valor ao Longo do Ciclo de Vida

O sistema tubular treliçado reduz o peso total em comparação com soluções equivalentes em vigas de chapa, mantendo a rigidez necessária. A galvanização a quente, combinada com revestimentos compatíveis e detalhes adequados de drenagem, prolonga a vida útil do sistema. Emendas parafusadas em pontos estratégicos de manutenção permitem substituição de componentes sem necessidade de desmontagem total. Todos os principais elementos são recicláveis ao final da vida útil, alinhando-se aos objetivos de sustentabilidade da usina.

Resultados e Desempenho

• Entrega no prazo: Superestruturas metálicas concluídas e entregues em dezembro de 2024, alinhadas com o cronograma de comissionamento da usina.
• Confiabilidade operacional: Suporte rígido e com baixa deformação para equipamentos de alta tensão e sistemas de cabos, reduzindo intervenções de manutenção.
• Preparação para o futuro: Capacidade reservada e configuração modular permitem a adição de novos circuitos e equipamentos com mínima intervenção.
• Valor para o cliente: Sistema metálico limpo, de fácil manutenção, garantindo operação segura e disponibilidade contínua da rede.

Lições Aprendidas

1. Coordenação antecipada: Integração detalhada entre estrutura metálica e sistemas E&I reduziu conflitos nas fases finais.
2. Modularização eficiente: Pré-montagem de treliças e torres de escadas acelerou a montagem e melhorou a qualidade.
3. Acesso é parte do projeto: Plataformas integradas e caminhos de inspeção bem definidos reduziram riscos operacionais.

Práticas Recomendadas de Operação e Manutenção

• Inspeções anuais de revestimento em conexões, pontos de drenagem e áreas críticas; retoques conforme especificação.
• Verificação de torque em conexões críticas após ciclos térmicos iniciais e conforme plano de manutenção.
• Checagem de continuidade de aterramento em juntas de dilatação e componentes removíveis.
• Inspeções periódicas de carga e deformação em suportes de cabos, especialmente após modificações ou variações climáticas.

Perguntas Frequentes

P1: Por que escolher estrutura tubular treliçada para instalações de transmissão de energia e subestação?

Ela oferece alta relação rigidez-peso, excelente comportamento torsional e grandes vãos livres, ideais para suportes de alta tensão, pontes de cabos e estruturas de equipamentos.

P2: Como o projeto estrutural considera cargas sísmicas e de vento?

O dimensionamento dos elementos, configuração de contraventamentos e detalhamento de conexões seguem normas turcas e EN, com verificações de desempenho para proteger cabos e equipamentos.

P3: Qual sistema de proteção contra corrosão é utilizado?

Normalmente galvanização a quente combinada com revestimentos compatíveis em áreas de maior exposição, garantindo maior durabilidade e menor custo de manutenção.

P4: O sistema pode ser expandido futuramente?

Sim. O layout modular e pontos de conexão preparados permitem adições com mínima interrupção operacional.

P5: Quais documentos são entregues ao final do projeto?

Certificados de materiais, registros de soldagem/NDT, relatórios de DFT, controle de torque, desenhos “as-built” e plano de inspeção e manutenção.

Conclusão

As instalações de transmissão de energia e subestação do projeto Kazan CCPP demonstram como uma estrutura metálica tubular treliçada de 845 toneladas pode oferecer alta rigidez, montagem rápida e excelente manutenibilidade em um espaço compacto. Concluída em dezembro de 2024, a solução equilibra eficiência estrutural com requisitos operacionais — garantindo acesso seguro, gestão eficiente de cabos e capacidade de expansão futura, permitindo que a usina forneça energia confiável à rede da Turquia por muitos anos.