Um transformador não tem uma parte mais importante do que as outras: é um conjunto de subsistemas, e uma falha em qualquer um deles deixa-o fora de serviço. Este vídeo resume 42 webinars técnicos sobre temperatura, gases, humidade, travessias, comutador em carga e defeitos passantes: o que indica cada medida e quanto custa ignorá-la.
Ideias-chave
- O ponto quente do enrolamento é calculado, não medido, e, segundo o guia de carga IEC, cada aumento de 6 °C acima de 98 °C duplica a velocidade de envelhecimento do papel.
- Cada temperatura de defeito produz o seu próprio gás; o hidrogénio, o menos solúvel, é o primeiro a aparecer.
- Quase toda a água está no papel, não no óleo, e o que se vê no óleo depende da temperatura.
- A falha de uma travessia é súbita e, em cerca de metade dos casos, termina em incêndio; a sua monitorização em linha baseia-se no facto de três correntes saudáveis se anularem.
- O comutador em carga é a única parte móvel: a energia que o seu motor consome em cada mudança de tomada retrata o mecanismo.
Tão bom quanto o seu pior subsistema
Um transformador são muitos subsistemas, não uma única máquina, e uma falha em qualquer um deles pode pô-lo fora de serviço. O seu estado é tão bom quanto o do subsistema com pior desempenho, pelo que um monitor que vigia bem uma única coisa continua a estar cego. Quantos mais modos de falha estiverem cobertos, maior é a confiança no diagnóstico.
O ponto quente determina a esperança de vida
A medida que rege a vida da máquina é o ponto quente do enrolamento, e nenhuma sonda no óleo lá chega. É calculado a partir de três dados: a temperatura do óleo no topo, medida no óleo, a corrente de carga, medida através dos TI, e o gradiente do enrolamento obtido no ensaio de aquecimento. As sessões são claras quanto ao erro que os indicadores antigos podem ter: num caso, numa máquina com três meses de serviço, o indicador do enrolamento marcava 50 °C enquanto o do óleo marcava 65 °C.
O custo de errar não é linear. Segundo o guia de carga IEC, a 98 °C constantes o transformador envelhece um ano por ano; a 110 °C envelhece quatro vezes mais depressa; a 128 °C, trinta e duas vezes, de modo que duas horas passam a equivaler a dois dias e meio. Mesmo abaixo de 50 °C há uma taxa de envelhecimento mínima de cerca de um dia por ano. As sondas de fibra ótica de medida direta são hoje prática corrente.
Gases dissolvidos: cada gás indica uma temperatura
O gás é o segundo pilar, e as sessões ensinam-no como um termómetro: o gás que aparece indica a temperatura do defeito.
| Temperatura do defeito | Gás característico |
|---|---|
| Acima de 150 °C | hidrogénio e metano |
| Acima de 250 °C | etano |
| Acima de 350 °C | etileno |
| Acima de 500 °C | acetileno: arco elétrico |
| CO e CO₂ | o papel, não o óleo |
| Uma relação CO₂/CO a descer | a celulose está a degradar-se |
O hidrogénio aparece em todas as condições térmicas, e é isso que faz de um monitor de um único gás um detetor de fumo útil, mesmo que não consiga identificar o defeito.
Porque é que o hidrogénio aparece primeiro
O hidrogénio é o menos solúvel dos gases de diagnóstico, pelo que sai do óleo e acumula-se no espaço livre superior numa proporção de cerca de 20 para 1 face à concentração dissolvida em funcionamento normal. A sua dispersão no óleo é irregular e depende da circulação, e é por isso que uma amostra pontual pode enganar e uma tendência não. O alarme deve ser avaliado pela velocidade de variação, não pelo valor absoluto: hidrogénio elevado num curto período significa, em geral, arco ativo.
Humidade: a água está no papel, o óleo apenas a reflete
É o tema a que as sessões regressam com mais frequência. Num transformador de 50 MVA com 1,5 % de água no papel, quase toda a água está no papel, e a quantidade que aparece no óleo depende inteiramente da temperatura:
| Temperatura do óleo | Água no óleo | Água no papel | Leitura no óleo |
|---|---|---|---|
| 20 °C | 0,10 kg | 15,84 kg | 10 ppm |
| 40 °C | 0,21 kg | 15,73 kg | 20 ppm |
| 60 °C | 0,52 kg | 15,43 kg | 49 ppm |
| 80 °C | 1,45 kg | 14,49 kg | 137 ppm |
O mesmo transformador, a mesma água: dez ppm ou cento e trinta e sete, consoante o momento em que se recolheu a amostra. E a humidade no papel determina três limites práticos: a temperatura de formação de bolhas (o verdadeiro limite de sobrecarga admissível), a rigidez dielétrica das barreiras na parte inferior do enrolamento e a velocidade de envelhecimento do próprio isolamento do enrolamento. A saturação relativa medida em linha acompanha-a em contínuo e corrige o efeito da temperatura; um valor de ppm de laboratório, por si só, não pode ser utilizado num modelo de partição.
Travessias: falham de repente e levam o transformador com elas
As travessias ocupam seis das 42 sessões devido à gravidade das suas falhas. Cerca de metade das falhas de travessias provoca um incêndio que destrói o transformador; cerca de 80 % ocorrem após dez a doze anos de serviço; o ensaio fora de serviço recomendado é de quatro em quatro ou de cinco em cinco anos, e os incidentes acontecem entre esses ensaios.
A medida em linha funciona graças à própria construção da travessia. As folhas capacitivas repartem a tensão de forma uniforme; C1 é a capacidade entre o condutor central e a tomada de ensaio, a que envelhece, e C2 vai da tomada à terra e só entra no circuito quando a tomada é monitorizada. A tomada de ensaio sempre lá esteve, normalmente apenas aparafusada à terra. A tan delta aumenta com a humidade e com a temperatura.
O que o monitor procura é o equilíbrio. Três fases saudáveis produzem três correntes que se anulam; um defeito altera a amplitude e o ângulo de uma das fases, e a soma deixa de ser zero. Do desequilíbrio obtêm-se o fator de potência e a capacidade. Um isolamento seco e em bom estado quase não depende da temperatura; um isolamento contaminado depende, e muito. O problema: os produtos de degradação são condutores e depositam-se ao longo do interior da porcelana inferior, onde um ensaio fora de serviço a 10 kV pode não ter tensão suficiente para revelar uma contaminação que se torna evidente à tensão nominal.
O comutador em carga: a única parte que se move
As estatísticas de falhas de uma grande empresa elétrica ilustram-no bem. A descarga disruptiva no comutador de tomadas foi a maior categoria individual, e 14 desses 28 casos acabaram por destruir um enrolamento. As falhas mecânicas do comutador de tomadas provocaram outras falhas de enrolamentos, tal como o sobreaquecimento de ligações, a contaminação e os pontos quentes nas ligações, tudo isso a desenvolver-se dentro de um compartimento que ninguém abre.
Há quatro formas de o observar, sem corte: a energia do motor (joules por mudança de tomada), a diferença de temperatura entre o compartimento e a cuba principal, os contadores de manobras por posição e não apenas um total, e a DGA no compartimento, com relações que identificam o defeito. A mais engenhosa é a energia do motor: a maioria dos problemas mecânicos do acionamento altera a potência que o motor consome, pelo que os joules por mudança de tomada se tornam uma imagem das transmissões, das engrenagens e da lubrificação.
Danos que se acumulam a partir do exterior
Há mais dois esforços que vêm de fora do transformador. Os defeitos passantes prolongados aumentam exponencialmente a degradação térmica; o isolamento degradado perde volume e o enrolamento perde força de aperto; menos aperto significa mais deslocamento e menor suportabilidade da vez seguinte. E as perturbações geomagnéticas saturam parcialmente o núcleo e geram harmónicos, cujo sinal revelador é o aumento dos harmónicos pares acima dos ímpares.
Aquilo a que as 42 sessões regressam sempre
- O ponto quente rege a vida, e é calculado, não medido.
- O gás indica a temperatura de um defeito; a velocidade de variação indica a urgência.
- A água está no papel; um valor de ppm no óleo sem a sua temperatura não é uma medida.
- As travessias e os comutadores de tomadas falham de repente, e ambos podem ser vigiados em serviço.
- Máquinas idênticas em paralelo comportam-se de forma diferente. Tratar cada uma individualmente.
Equipamentos relacionados
A Dynamic Ratings cobre estes subsistemas com o monitor de transformadores E3, o monitor eletrónico de temperatura B100 e o monitor de travessias C50; o GRIDSCAN5000 mede o hidrogénio dissolvido em contínuo. O resto da gama está em ensaio e monitorização de transformadores. Para falar sobre a sua frota, contacte os nossos engenheiros.