Resumo:
Análise de gás dissolvido, previsão, purificação e mudança de potência Os sistemas e transformadores de potência são equipamento essencial, portanto, a sua fiabilidade e funcionamento seguro é importante para determinar as suas condições de funcionamento, e a indústria utiliza testes de controlo de qualidade na concepção de transformadores cheios de óleo. Por conseguinte, é essencial a utilização de testadores de resistência dieléctrica ou de medidores de faíscas. O efeito do envelhecimento, propriedades do óleo de transformador (físicas, químicas e eléctricas) foi estudado utilizando métodos internacionais de análise para a avaliação da qualidade do óleo de transformador. O estudo foi realizado em seis transformadores que operam no terreno e com períodos de controlo de mais de vinte anos. Foram especificadas propriedades fortemente dependentes do tempo, e foram definidas as que têm um grande impacto na acidez do óleo do transformador, na tensão de ruptura e na análise de gás dissolvido. Foram estudados vários testes sobre óleo de transformador para conhecer o tempo de purificação ou a sua modificação, além disso, a previsão das características em diferentes condições de funcionamento.
I. INTRODUÇÃO Os transformadores de potência são equipamentos muito importantes de alto custo utilizados na transmissão e distribuição de electricidade. O seu óptimo desempenho é importante para sistemas de operação eléctrica, uma vez que a perda de uma unidade crítica pode gerar um grande impacto na segurança, fiabilidade e custo do fornecimento de energia eléctrica. Os transformadores de potência são utilizados para aumentar ou diminuir a tensão e são um componente chave em qualquer rede de distribuição de energia eficiente. Um transformador típico incorpora bobinas de fio condutor enroladas à volta de um núcleo e cobertas com suporte de papel isolante. Uma parte essencial do funcionamento deste equipamento são os óleos de transformador, que servem duas funções: Isolamento eléctrico e dissipação de calor.
Infelizmente, há ocasiões em que os transformadores falham, resultando em custos elevados para o fornecedor de energia e, em casos extremos, possíveis explosões, ameaçando os trabalhadores com ferimentos graves, e impactos ambientais significativos. Os transformadores de potência estão entre os elementos mais valiosos e importantes dos sistemas de energia eléctrica. O envelhecimento do sistema de isolamento reduz tanto a resistência mecânica como a resistência dieléctrica do transformador. Um transformador envelhecido está sujeito a defeitos que resultam em forças radiais e compressivas elevadas.
Numa falha do transformador envelhecido, o isolamento do condutor deteriora-se normalmente ao ponto de já não poder suportar as tensões mecânicas causadas pela falha. A vida/idade do transformador está geralmente relacionada com a degradação do isolamento, causada principalmente pelo stress térmico no isolamento do papel, juntamente com a decomposição electroquímica do isolamento. A vida conhecida de um transformador é baseada num parâmetro concebido em relação ao funcionamento normal e às condições climáticas. O envelhecimento depende não só da carga, mas também do tipo de papel, composição da pasta, teor de humidade e oxigénio, bem como do nível de acidez do líquido isolante.
O isolamento é o componente principal, que desempenha um papel importante na esperança de vida do transformador. O óleo sofre deterioração e degradação contínuas devido à aplicação sustentada de tensões térmicas de electricidade, ciclos de carga térmica e condições climáticas. Isto pode ser perigoso para o equipamento eléctrico e para a instalação. O controlo contínuo das características de isolamento do óleo tornou-se uma tarefa importante para evitar a deterioração do óleo em condições de trabalho. Foram feitos vários esforços nos últimos anos para estudar as propriedades eléctricas, físicas e químicas dos óleos isolantes. A manutenção preventiva diária de um transformador de óleo consiste no registo de leituras de nível de óleo, leituras de temperatura, média anual de amostras de óleo e recolha de amostras para verificar as propriedades físicas, químicas e eléctricas. As análises do óleo incluem gravidade específica, viscosidade cinemática, ponto de inflamação, acidez total, humidade, desintegração por stress e gases dissolvidos. Este é o controlo do estado do óleo do transformador.
Entre estes esforços, há uma característica dos óleos naturais frescos e envelhecidos. Esta área ainda está aberta para estudar o efeito do período de serviço nas propriedades do óleo de transformador. Os diferentes testes de óleo de transformador estudados permitem-nos saber quando purificar, mudar e prever o envelhecimento em diferentes condições de funcionamento.
II. EXPERIMENTAÇÃO O desempenho fiável do óleo mineral isolante num sistema de isolamento depende de certas características do óleo base, que podem afectar o desempenho global do equipamento eléctrico. Para realizar as suas múltiplas funções dieléctricas, de transferência de calor e de arco, o petróleo deve possuir as propriedades básicas de construção. O óleo em serviço varia muito no grau de degradação e no grau de contaminação. O óleo mineral em serviço está sujeito a alterações devido às condições de utilização. Em muitas aplicações, o óleo isolante está em contacto com o ar e, portanto, sujeito a reacções de oxidação aceleradas devido a altas temperaturas e à presença de metais, compostos metálicos, compostos metalo-orgânicos ou ambos como agentes oxidantes.
Há um grande número de testes que podem ser aplicados ao óleo entregue com equipamento ou aparelhos óleo em serviço, mas acredita-se que os testes seguintes são suficientes para determinar se o estado do óleo é adequado para o funcionamento contínuo e para sugerir o tipo de acção correctiva necessária. Em geral não há um único teste como único critério para o estado da amostra de óleo.
A avaliação da condição deve de preferência basear-se na avaliação de compostos característicos significativos determinados em laboratórios devidamente equipados. São efectuados testes experimentais em transformadores de óleo para determinar experimentalmente as suas propriedades eléctricas, físicas e químicas. Os testes explicados foram realizados nos Laboratórios Centrais, Empresa Egípcia de Electricidade, Ministério da Electricidade e Energia. Seis transformadores com amostras de óleo de ensaio para estudar as características do tempo de vida útil do óleo. Foram recolhidas amostras de óleo dos diferentes transformadores. Estes transformadores operavam na central sul do Cairo. As amostras foram retiradas de transformadores em funcionamento há vários anos, com diferentes cargas e condições de funcionamento.
Os testes realizados com o óleo do transformador incluíram: tensão de ruptura, acidez total, ponto de inflamação, densidade e viscosidade cinemática. Os diferentes casos de óleo de transformador utilizados nos testes foram:
Óleo de transformador de transformadores (1 e 5) novo (fresco). O óleo de transformador dos transformadores (3 e 6) é purificado. O óleo de transformador dos transformadores (2 e 4) é alterado. As classificações destes transformadores, como se pode ver no quadro (1). Os efeitos das propriedades físicas, químicas e eléctricas do óleo de transformador foram estudados utilizando os métodos internacionais de análise para a avaliação da qualidade do óleo de transformador.
A determinação da tensão de ruptura de cada amostra de óleo de transformador foi efectuada de acordo com o procedimento de ensaio IEC 156. A acidez total de uma amostra de óleo, dada em (mg KOH/g de óleo), foi determinada de acordo com o procedimento previsto no IP 139/64. O ponto de inflamação da amostra de óleo do transformador foi realizado de acordo com a norma ASTM D92. O procedimento de análise para determinar a viscosidade do óleo do transformador (mm ² / s) é dado em referência, ASTM D445.
A gravidade específica determinou a norma ASTM 1298. Existem vários métodos de interpretação da análise de gás dissolvido (DGA) em transformadores em serviço estão previstos na IEC 60599, [o Guia IEEE C57.104].
III. RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO O óleo transformador envelhece rapidamente a altas temperaturas e a humidade actua como um catalisador para o seu envelhecimento. Há também outros catalisadores presentes num transformador que são responsáveis pela degradação do petróleo. Estes incluem cobre, tinta, verniz e oxigénio. O principal mecanismo de envelhecimento do óleo de transformador é a oxidação, que resulta em ácidos e formação de outros compostos polares. Estes produtos de oxidação terão um efeito prejudicial no estudo dos processos de degradação. O óleo de transformador, quando sujeito a tensões térmicas e eléctricas numa atmosfera oxidante, perde a sua estabilidade e decompõe-se, oxida, aumenta a sua acidez e finalmente começa a produzir lodo. Este é o mecanismo de degradação do petróleo. Na realidade, os mecanismos do envelhecimento do petróleo são complicados.Em geral, o oxigénio reage com certos hidrocarbonetos através de um processo de radicais livres, que gera hidroperóxidos. Os hidroperóxidos não são estáveis e decompõem-se para formar cetonas e água. A presença de grupos hidroxil resultará na produção de álcoois e fenóis. A maioria dos produtos de oxidação terá um efeito negativo sobre as propriedades eléctricas do petróleo. Os ácidos carboxílicos que são produzidos serão dissolvidos no óleo ou evaporados. Os ácidos dissolvidos podem causar danos nas bobinas de papel e cobre, enquanto que os ácidos evaporados corroem a parte superior da unidade. Como resultado, ocorrem as condições necessárias para a degradação do petróleo. Uma parte significativa da degradação do óleo provém mais do ar em contacto com o óleo quente da unidade do que da oxidação que resulta na degradação do óleo. A celulose quente é também uma fonte de oxigénio.
São efectuados testes experimentais com óleo de transformador para clarificar experimentalmente as suas propriedades eléctricas, físicas e químicas. Os testes realizados com óleo de transformador incluíram: tensão de ruptura, acidez total, ponto de inflamação, densidade e viscosidade cinemática.
A tensão de ruptura aumentou no primeiro período e depois diminuiu com períodos de tempo mais longos. Em condições normais de funcionamento, a tensão de ruptura será minimizada por oxidação e contaminação. A contaminação é normalmente encontrada em óleos de transformador que contêm água e partículas, estes contaminantes reduzem as qualidades isolantes do óleo de transformador.
A diminuição da tensão de ruptura devido a longos períodos de serviço aumenta algumas partículas impuras, isto aumentará a humidade e o óleo tornar-se-á não homogéneo, consequentemente, diminuirá a resistência ao óleo de transformador, o que reduzirá o valor máximo da tensão de ruptura do óleo de transformador. As descargas silenciosas e fluxos de corrente concentrada levam à formação de água, ácidos e hidrogénio. As descargas de arco e líquidos promovem a produção de partículas de carbono, cera e gases tais como monóxido de carbono, dióxido de carbono, acetileno e ácidos, devido à oxidação e descargas, ferro e cobre no líquido, levando à redução da resistência eléctrica.
Mais informações na secção Equipamento de ensaio de transformadores / Testador de resistência dieléctrica - Testador de fagulhas Portatest Equipos de prueba de Transformadores / Medidor de rigidez dieléctrica - Chispómetro Portatest