Calculadora de gases dissolvidos no óleo: relações IEC 60599 e triângulo de Duval

O que faz esta calculadora

Pega nas concentrações do cromatógrafo em ppm e devolve quatro leituras da mesma análise: o gás combustível total, o nível da tabela clássica da IEEE C57.104, as três relações da IEC 60599 com o seu diagnóstico, e a zona do triângulo de Duval 1 com o ponto desenhado sobre o triângulo.

De onde vêm os gases

Cada mecanismo de degradação dentro do transformador quebra umas moléculas e não outras, e por isso a mistura de gases identifica a avaria:

• Hidrogénio (H₂): aparece com quase tudo, e é o primeiro a surgir em descargas parciais.
• Metano e etano (CH₄, C₂H₆): aquecimentos moderados do óleo.
• Etileno (C₂H₄): aquecimentos fortes, acima de 300 °C.
• Acetileno (C₂H₂): arco elétrico. Precisa de temperaturas acima de 700 °C e não se gera de outro modo.
• Monóxido e dióxido de carbono (CO, CO₂): degradação da celulose, ou seja, do papel isolante.

Níveis da IEEE C57.104

A calculadora classifica a análise em quatro níveis usando a tabela da edição de 1991, que continua a ser a referência de campo mais difundida. O nível é o do pior gás, não a média.

A edição de 2019 da IEEE C57.104 substituiu esta abordagem por percentis segundo o tipo de unidade e a sua idade. É mais fina, mas exige informação que nem sempre se tem à mão; a tabela clássica continua a ser um bom primeiro filtro.

Um valor alto sem contexto significa pouco: o que decide é a velocidade de geração, isto é, quanto subiu cada gás desde a análise anterior. Um transformador com 600 ppm de hidrogénio estáveis durante cinco anos preocupa muito menos do que um que passou de 40 para 120 em três meses.

Relações da IEC 60599

A norma usa três quocientes — C₂H₂/C₂H₄, CH₄/H₂ e C₂H₄/C₂H₆ — e uma tabela que os traduz em seis tipos de falha: PD (descargas parciais), D1 e D2 (descargas de baixa e alta energia) e T1, T2 e T3 (falhas térmicas abaixo de 300 °C, entre 300 e 700 °C e acima de 700 °C). Quando as três relações não encaixam em nenhuma linha, a calculadora di-lo em vez de inventar um diagnóstico: é uma situação que a própria norma reconhece.

Triângulo de Duval 1

O triângulo toma apenas CH₄, C₂H₄ e C₂H₂, expressa-os como percentagem da sua soma e situa o ponto num diagrama ternário dividido em sete zonas. A calculadora desenha o triângulo com as zonas e marca o ponto da análise.

As suas fronteiras são as publicadas: 98 % de CH₄ para PD; 4 %, 13 %, 15 % e 29 % de C₂H₂; e 20 %, 23 %, 40 % e 50 % de C₂H₄. A zona DT, entre as térmicas e as elétricas, recolhe as misturas de ambos os mecanismos.

Exemplo resolvido

Transformador com H₂ 180, CH₄ 95, C₂H₆ 30, C₂H₄ 210, C₂H₂ 4 e CO 320 ppm.

• Gás combustível total: 839 ppm → nível 2 pelo total, nível 3 pelo etileno e nível 3 pelo acetileno.
• Relações: C₂H₂/C₂H₄ = 0,02; CH₄/H₂ = 0,53; C₂H₄/C₂H₆ = 7,0.
• Duval: CH₄ 31 %, C₂H₄ 68 %, C₂H₂ 1 % → zona T3.

Leitura: falha térmica acima de 700 °C, com algum acetileno que obriga a vigiar de perto. A suspeita típica é uma ligação interna em mau estado ou uma corrente circulante pelo núcleo.

O que esta calculadora não faz

Não conhece o histórico, pelo que não calcula velocidades de geração, que é o dado que realmente decide. Não sabe se o transformador tem o comutador de tomadas no mesmo volume de óleo — o que explica acetilenos perfeitamente normais —, nem se a amostra foi bem colhida, nem se o equipamento voltou há pouco ao serviço depois de uma reparação. E não cobre os triângulos 4 e 5 nem o pentágono de Duval, que afinam o diagnóstico nas falhas de baixa temperatura.

Com que se mede

A análise é feita por um laboratório a partir de uma amostra de óleo, ou por um analisador de óleo dielétrico na própria instalação. Para as unidades críticas, a alternativa é a monitorização em linha: sensores de hidrogénio e de gases dissolvidos que avisam de uma mudança de tendência entre amostragens, em vez de esperar pela análise semestral. O tratamento do óleo — secagem e desgaseificação — é a outra metade do trabalho.