UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Gerenciamento de Riscos em Instalações Elétricas Uso de Técnicas e Algoritmos de Previsibilidade e Gestão Alessandro Teixeira Reis Rio de Janeiro - RJ 2012 ii Gerenciamento de Riscos em Instalações Elétricas Uso de Técnicas e Algoritmos de Previsibilidade e Gestão Alessandro Teixeira Reis DRE: 090112283 Projeto submetido ao corpo docente do Departamento de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista Aprovada por: ___________________________________________ Prof. Jorge Nemésio Souza, M.Sc. (Orientador) ___________________________________________ Prof. Antonio Carlos Siqueira de Lima, D.Sc. ___________________________________________ Prof. Sergio Sami Hazan, Ph.D. Rio de Janeiro, RJ - Brasil Julho de 2012 iii Dedico este trabalho à minha mãe, Sonia Maria Teixeira Reis, à minha esposa, Ana Heloísa Ochorena Fartura Reis, à minha irmã, Adriana Teixeira Reis e à minha avó, Elvira Duarte Teixeira (in memorian) iv AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus acima de tudo, por ter trilhado em minha vida caminhos que permitiram encontrar minha vocação e exercer uma profissão que me permitiu ampliar meus horizontes de aprendizado e responsabilidades. À toda Universidade Federal do Rio de Janeiro e seus Mestres - agradeço por exercer tão amplamente o papel de ENSINAR, dando aos seus alunos um enorme embasamento moral e técnico adequados para encarar desafios e ter sucesso e reconhecimento em sua carreira. Agradeço à minha mãe Sonia Maria, por tanto empenho durante o percurso que segui na minha vida acadêmica, tendo realizado esforços sobre-humanos para garantir que pudesse galgar os degraus mais difíceis nesta jornada. À minha esposa Ana Heloísa, todo o reconhecimento, por me apoiar em todas as decisões em minha vida pessoal e profissional, sendo um alicerce essencial, permitindo que pudesse alcançar vitórias e prosperar durante os 15 anos que estamos juntos. À minha irmã Adriana Reis, o reconhecimento por ter alcançado títulos acadêmicos de grande valor e por ser uma profissional ímpar em seu meio, um exemplo de dedicação e profissionalismo, além de todo o exemplo de responsabilidade e amor ao próximo. Agradeço profundamente ao Mestre Jorge Nemésio, pelo apoio à execução do trabalho, assim como a orientação dada a este projeto. Finalmente agradeço a todos que apresentaram seu apoio contribuindo de forma direta ou indireta para a realização desse trabalho. Alessandro Teixeira Reis v RESUMO O risco tem uma origem controversa, entre tantas supostas origens ressaltamos a palavra árabe Risq, ‘algo do qual se pode extrair lucro’, e a palavra em latim Risicum, “o desafio colocado a um navegador por uma barreira de recifes” (TAYLOR-GOOBY & ZINN, 2008), que podemos ligar aos conceitos de oportunidade e riscos atualmente vigentes. Também deriva da palavra em italiano antigo Risicare, que significa ‘ousar’. “O risco é uma opção, não um destino” (BERNSTEIN, 1997). É das ações que ousamos tomar que depende nosso grau de liberdade de expressão. Gerenciar Riscos consiste na utilização de técnicas e métodos que visam identificar, analisar e eliminar as causas fundamentais que provocaram falhas. Todavia, nem sempre é possível tomar medidas que se representem ações definitivas, sem que tenha sido definida uma estratégia, que além de bloquear as causas de falhas, assegurem um gerenciamento eficaz das mesmas. Desta forma, este trabalho tem como objetivo consolidar técnicas de gerenciamento de riscos, focando em cenários de aplicação da Engenharia Elétrica, tendo como base modelos aplicados com sucesso no mercado, com ênfase na identificação de falhas. Entre esses modelos, estará sendo destacado o uso das técnicas do processo denominado MCC - Manutenção Centrada na Confiabilidade (RCM - Reliability Centred Maintenance), que já vêm sendo utilizado na indústria há mais de 25 anos. A partir desses conceitos, é possível estabelecer modelos que podem ser aplicados diretamente em projetos ou instalações elétricas, a partir de uma metodologia que se baseia na identificação das falhas e quantificação de riscos (entendendo risco como possibilidade de perda ou dano) permitindo tomar ações adequadas dentro das políticas e diretrizes das organizações, de forma que se tenha a máxima preservação dos sistemas. O risco não pode ser medido diretamente. Pode ser calculado através dos parâmetros: probabilidade de ocorrência e o tipo do evento. Baseado nas técnicas de MCC consideraremos o risco como uma medida das consequências do modo de falha, resultado de uma falha funcional potencial, associado à frequência de ocorrência. O estudo quantitativo será feito através da avaliação da gravidade e probabilidade de ocorrência da falha. vi ABSTRACT The risk has a controversial origin, among many supposed origins emphasize the Arabic word Risq, ‘something from which one can extract a profit’, and the Latin word Risicum, ‘the challenge to a browser by a barrier reef’ (TAYLOR-GOOBY & ZINN, 2008), we can connect the concepts of opportunity and risks that currently prevail. It also derives from the Italian old word Risicare, which means ‘dare’. “Risk is an option, not a destination” (BERNSTEIN, 1997). You dare to take the actions that it depends on our degree of freedom of expression. Manage Risk is to use techniques and methods designed to identify, analyze and eliminate the root causes that caused failures. However, it is not always possible to take measures to account for final action, it has been without a defined strategy, which in addition to blocking the causes of failures, ensure effective management of them. This study aims to strengthen risk management techniques, focusing on application scenarios of Electrical Engineering, based on models used successfully in the market, with an emphasis on troubleshooting. Among these models, is being emphasized the use of the technical process called RCM - Reliability Centered Maintenance or MCC - Manutenção Centrada na Confiabilidade, in Portuguese, which are already being used in industry for over 25 years. From these concepts, it is possible to establish models that can be applied directly to projects or electrical installations, from a methodology based on the identification and quantification of the failures of risk (understanding risk as the possibility of loss or damage), allowing to take appropriate actions within the policies and guidelines of the companies or institutions, so has the maximum preservation of the systems. The risk cannot be measured directly. It can be calculated using the parameters: a chance occurrence and type of event. Based on techniques MCC consider the risk as a measure of the consequences of failure mode, the result of a functional failure potential associated with the frequency of occurrence. The quantitative study will be done by evaluating the severity and likelihood of failure. vii ÍNDICE AGRADECIMENTOS ............................................................................................................... iv RESUMO ...................................................................................................................................... v ABSTRACT ................................................................................................................................ vi ÍNDICE .......................................................................................................................................vii LISTA DE TABELAS ................................................................................................................ ix LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................. x LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................................. xi CAPÍTULO 1 ............................................................................................................................... 1 1.1.O problema........................................................................................................................... 2 1.2.A organização da dissertação ............................................................................................... 3 CAPÍTULO 2 ............................................................................................................................... 5 2.2.Contextualização dos riscos ................................................................................................. 8 2.2.1. Introdução ..................................................................................................................... 8 2.2.2. Conceituação ................................................................................................................. 8 2.2.3. Princípios da Gestão de Risco de acordo com a ABNT NBR ISO 31000 .................. 16 2.3.O problema......................................................................................................................... 18 2.3.1. Fatores motivadores/justificação ................................................................................. 18 2.3.2. As hipóteses ................................................................................................................ 23 2.3.3. Metodologia proposta ................................................................................................. 24 CAPÍTULO 3 ............................................................................................................................. 26 Fundamentação Teórica ........................................................................................................... 26 3.1.Introdução .......................................................................................................................... 26 viii 3.2.Suporte matemático ........................................................................................................... 26 3.2.1. Abordagens probabilísticas e determinísticas ............................................................. 27 3.2.2. Utilização do conhecimento a priori ........................................................................... 28 3.2.3. Análise probabilística .................................................................................................. 29 3.3.Ferramentas de identificação e análise de perigos ............................................................. 36 3.4.Técnicas de MCC - Manutenção Centrada na Confiabilidade........................................... 52 3.4.1. Sistemas, subsistemas, funções e falhas...................................................................... 54 3.4.2. Modos de falha ............................................................................................................ 56 3.4.3. Efeitos das falhas ........................................................................................................ 59 3.4.4. Consequências das falhas ............................................................................................ 60 3.4.5. Diagrama de decisão ................................................................................................... 62 CAPÍTULO 4 ............................................................................................................................. 66 Modelo de gerenciamento de riscos utilizando as ferramentas de MCC em Instalações do Sistema Elétrico ....................................................................................................................... 66 4.1.Introdução .......................................................................................................................... 66 4.2.Gerenciamento de riscos .................................................................................................... 67 4.3.Aplicação das técnicas de MCC - Manutenção Centrada na Confiabilidade .................... 72 4.3.1. Escopo da aplicação .................................................................................................... 72 4.3.2. Sistema de numeração ................................................................................................. 73 4.3.3. Definição dos sistemas, subsistemas e falhas funcionais associadas a cada subsistema e os modos de falhas correspondentes ............................................................... 75 4.3.Avaliação dos riscos - Sistema Proteção ......................................................................... 102 4.4.Processo de implementação ............................................................................................. 108 4.5.Programa de gerenciamento de riscos.............................................................................. 109 CAPÍTULO 5 ........................................................................................................................... 116 Conclusões e Sugestões ......................................................................................................... 116 Apêndices .................................................................................................................................. 120 Referências Bibliográficas ...................................................................................................... 122 ix LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 - Listagem de palavras-guia ....................................................................................... 39 Tabela 3.2 - Pontuação G x U x T ............................................................................................... 51 Tabela 4.1 - Matriz do risco ......................................................................................................... 70 Tabela 4.2 – Sistema Transformadores de Potência .................................................................... 76 Tabela 4.3 – Sistema disjuntores de alta tensão .......................................................................... 84 Tabela 4.4 – Sistema barramentos ............................................................................................... 88 Tabela 4.5 – Sistema serviços auxiliares ..................................................................................... 92 Tabela 4.6 – Sistema Proteção ..................................................................................................... 97 Tabela 4.7 - Categorias de Severidade Típica ........................................................................... 102 Tabela 4.8 – Faixa de Severidade - Instalação de Transmissão ................................................ 102 Tabela 4.9 – Riscos de subsistemas ........................................................................................... 104 x LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 – Evolução da Sinistralidade - Riscos de Engenharia .................................................. 7 Figura 2.2 – Curvas de Iso-Risco para uma Zona de Efeito de Acidente .................................... 12 Figura 2.2 – Evolução do Prêmio Direto Anual ............................................................................ 7 Figura 2.3 - Evolução do consumo de energia no Brasil x PIB ..................................................... 8 Figura 2.4 – Curvas de Iso-Risco para uma Zona de Efeito de Acidente .................................... 12 Figura 2.5 - Curva F-N – Critério de Aceitabilidade de Risco Social em São Paulo .................. 14 Figura 2.6 – Estatísticas de Acidentes no Setor Elétrico Brasileiro ............................................ 20 Figura 2.7 – Estatísticas de Acidentes no Setor Elétrico Brasileiro ............................................ 20 Figura 3.1 - Curva da banheira .................................................................................................... 35 Figura 3.2 - Estrutura de árvore de falhas .................................................................................... 43 Figura 3.3 - Simbologia de árvore de falhas ................................................................................ 44 Figura 3.4 - Exemplo de árvore de falhas .................................................................................... 47 Figura 3.5 - Análise Preliminar de Riscos ................................................................................... 50 Figura 3.6 - Curvas de taxa de falha típicas ................................................................................. 58 Figura 3.7 - Diagrama de decisão ................................................................................................ 64 Figura 3.8 - Diagrama lógico de decisão ..................................................................................... 66 Figura 4.1 - Processo de gerenciamento de riscos ....................................................................... 68 Figura 4.2 - Sistema de numeração .............................................................................................. 75