A importância da análise de óleo para transformador

Explicação técnica.

Líquidos isolantes elétricos – Descritivo técnico analise física química e cromatográfica.

1.0. Critérios de controle de óleo isolante

A confiabilidade operativa dos equipamentos num sistema elétrico é uma condição que se torna cada vez mais necessária e imprescindível. Para se obter esta confiabilidade é essencial o controle de qualidade do Óleo Isolante em operação empregando-se técnicas de manutenção preventivas capazes de evitar falhas.

O acompanhamento e a manutenção da qualidade do Óleo Isolante são etapas essenciais para assegurar uma vida útil maior do isolamento e um desempenho confiável do sistema.

2.0. Controle da qualidade do óleo isolante

Para que possa atender satisfatoriamente o duplo papel de dielétrico e agente de transferência de calor, ele deve possuir certas propriedades básicas, tais como: Rigidez Dielétrica suficiente para suportar as tensões dielétricas impostas pelo serviço e viscosidade adequada para que sua capacidade de circular e transferir calor não sejam prejudicados. Além disso, deve ter resistência à oxidação adequada para assegurar uma longa vida em serviço.

Como o Óleo Isolante se deteriora em serviço, estas propriedades podem ser afetadas, prejudicando assim o bom funcionamento do equipamento.

A deterioração do Óleo começa logo após o contato com o equipamento e é influenciada pelos seguintes fatores: presença de oxigênio, temperaturas elevadas, presença de metais e umidade que atuam como catalisadores das reações de oxidação.

Numa fase inicial de oxidação formam-se produtos solúveis no Óleo a quente, porém insolúveis no Óleo a frio, podendo precipitar nas regiões mais frias do equipamento. Num estágio avançado de oxidação formam-se borras que podem ser insolúveis mesmo no Óleo quente e se depositam sobre a isolação sólida, núcleo e paredes do tanque. Além de prejudicar a troca de calor e alterar as características dielétricas do Óleo, a formação destes produtos acelera o envelhecimento do papel, diminuindo a vida útil do isolamento.

Além dos produtos de oxidação, outros contaminantes como: água, partículas sólidas e compostos polares solúveis podem se acumular no Óleo durante o serviço e alterar suas características.

A qualidade do Óleo isolante pode ser avaliada através dos seguintes ensaios: Tensão Interfacial, Índice de Neutralização, Rigidez Dielétrica, Teor de Água, Perdas Dielétricas e Cor.
Os resultados destes ensaios fornecem informações valiosas, a partir das quais pode-se decidir por um recondicionamento ou regeneração do Óleo, garantindo assim sua qualidade em serviço.

Detecção de Falhas Incipientes através da Análise Cromatográfica dos Gases Dissolvidos no Óleo Isolante.

Durante a operação de um transformador ou reator, o Óleo e outros materiais dielétricos sofrem sob a ação da temperatura e tensões elétricas, processos de decomposição química que resultam na formação de gases que se dissolvem total ou parcialmente no Óleo. Os principais gases formados são: Hidrogênio, Monóxido de Carbono, Dióxido de Carbono, Metano, Etileno, Etano e Acetileno.

O monitoramento da evolução destes gases é feito através da Análise Cromatográfica, o que permite detectar falhas ainda incipientes e acompanhar seu desenvolvimento. Assim, falhas do tipo: arco elétrico, superaquecimento e descargas parciais geram gases característicos e através da avaliação da quantidade e perfil de composição da mistura gasosa, pode-se identificar a natureza e gravidade do problema. Isto possibilita a programação antecipada de desligamentos no sistema para correção dos problemas.

Além da grande vantagem de evitar despesas com grandes reparos ou até mesmo com a perda total do equipamento, a Análise Cromatográfica não requer desligamentos e nem transporte de aparelhagem para o local, ao contrário do que ocorre com os ensaios elétricos. Uma amostra de Óleo é colhida em uma seringa com o equipamento energizado e enviada ao Laboratório da DATALINK para análise.

3.0. Analise físico químico:

Cor e aparência
A Cor não é uma propriedade crítica, porém é útil se associada a outros ensaios. À medida que o Óleo vai oxidando a sua Cor vai escurecendo.

A observação da aparência da amostra é importante já que se pode detectar presença de sedimentos, borra sujeira e água livre e/ou emulsionada.

Teor de água
A Água pode originar-se da atmosfera ou ser produzida pela deterioração de materiais isolantes. Ela pode estar presente no Óleo de três formas: livre, emulsionada ou dissolvida.
Tanto a Água livre quanto a emulsionada causam decréscimo na Rigidez Dielétrica e em menor grau em aumento nas Perdas Dielétricas.

A Água dissolvida pode ou não afetar as propriedades elétricas dependendo do estado de deterioração do Óleo. Um elevado Teor de Água, além de prejudicar as propriedades dielétricas do Óleo e diminuir a resistência de isolamento do equipamento, acelera a deterioração química do papel isolante e do próprio Óleo. Óleos que apresentam Teor de Água alta e Rigidez Dielétrica baixa devem ser recondicionados.

Rigidez dielétrica
Mede a capacidade que um Óleo Isolante tem em suportar tensões elétricas sem falhar. Água livre e partículas sólidas, particularmente estas últimas quando combinadas com altos níveis de água dissolvida reduzem drasticamente a Rigidez Dielétrica.

O ensaio de Rigidez Dielétrica não é sensível a produtos de oxidação do Óleo.

Tensão interfacial
É a medida d força necessária para se romper uma interface óleo/água. Quando o Óleo é novo esta interface é rígida e a força é grande. À medida que o Óleo vai deteriorando vão se formando compostos polares que tendem a se concentrar na interface óleo/água e quanto maior for esta concentração menor será o valor da Tensão Interfacial.

Este ensaio é sensível tanto a produtos de oxidação quanto a contaminantes polares solúveis.

Índice de neutralização

É a medida dos constituintes ou contaminantes ácidos no Óleo.
Este valor aumenta como resultado da oxidação.
Perdas dielétricas

Este ensaio detecta a presença de contaminantes polares solúveis no Óleo, produtos de oxidação, Água, partículas metálicas, etc.

É um ensaio muito sensível, mesmo quando a contaminação é pequena.
O ensaio pode ser feito a 25º C, 90º C ou a 100º C.

4.0. Periodicidade de ensaios

Anualmente. Quando este se encontra dentro dos parâmetros normais.

5.0. Cromatografia

Consta de três fases distintas: extração dos gases dissolvidos através de vácuo e agitação da amostra coletada em seringa, a análise cromatográfica desta mistura gasosa e a interpretação dos resultados obtidos.

Comparando a evolução dos gases dissolvidos no Óleo isolante, através dos resultados obtidos pela Análise Cromatográfica e estabelecendo as relações de gases de acordo com critérios preestabelecidos (por exemplo: Rogers, IEC, Duval, Dornemburg, Doble ou Pugh e Laborelec), é possível identificar a falha incipiente que está se desenvolvendo, bem como a sua gravidade, antes que danos maiores possam ocorrer ao equipamento.

5.1. Diagnósticos:

Arco
Grandes quantidades de hidrogênio e acetileno são produzidas, com pequenas quantidades de metano e etileno. Dióxido e monóxido de carbono também podem ser formados caso a falha envolva a celulose.
O óleo poderá ser carbonizado.
Gás – Chave – Acetílio.

Descargas parciais
Descargas elétricas de baixa energia produzem, hidrogênio e metano, com pequenas quantidades de etano e etileno. Quantidades comparáveis de monóxido e dióxido de carbono podem resultar de descargas em celulose.
Gás – Chave – Hidrogênio

Óleo superaquecido
Os produtos de decomposição incluem etileno e metano, juntamente com quantidades menores de hidrogênio e etano. Traços de acetileno podem ser formados se a falha é severa ou se envolver contatos elétricos.
Gás – Chave – Etileno

Celulose superaquecida
Grandes quantidades de dióxido e monóxido de carbono são liberadas da celulose superaquecida, Hidrocarbonetos gasosos, como metano e etileno, serão formados se afalha envolver una estrutura impregnada em óleo.
Gás – Chave – Monóxido de Carbono

Eletrólise

A decomposição eletro; etílica da água ou a decomposição da água associada com a ferrugem resulta na formação de grandes quantidades de hidrogênio, com pequenas quantidades dos outros gases combustíveis.
Gás – Chave – Hidrogênio.

Á análise cromatográfica é uma técnica sensível e confiável de monitoramento das condições dos equipamentos , complementando os resultados de ensaios elétricos. Em certos casos de falhas incipientes a análise cromatográfica se mostra mais eficiente que os ensaios elétricos convencionais, visto que eles não apresentam sensibilidade neste estágio do problema.
O diagnóstico da análise cromatográfica dos gases dissolvidos no óleo apresenta um índice de acerto elevado, desde que o técnico que analisa os resultados tenha experiência com interpretação de resultados e conhecimento da metodologia empregada.

Periodicidade de ensaios

Semestralmente. Quando este se encontra dentro dos parâmetros normais.

6.0. Conclusão

A escolha do momento certo de substituir ou tratar o Óleo Isolante deteriorado deve ser feito com muita cautela. Decisões antecipadas não são economicamente favoráveis.

Decisões atrasadas causam: dificuldade de limpeza do isolamento por processos convencionais, devido a impregnações com produtos da oxidação na celulose; dificuldade de regeneração do Óleo a níveis recomendados devido à presença de alguns produtos de oxidação formados (compostos polares não ácidos), que não são retirados pelo processo; dificuldade de se obter uma resistência à oxidação adequada do Óleo após regeneração, mesmo com adição de inibidores artificiais;

Perda de vida útil do isolamento
A Análise cromatográfica é uma técnica sensível e confiável de monitoramento das condições dos equipamentos, complementando os resultados de ensaios elétricos. Em certos casos de falhas incipientes a Análise Cromatográfica se mostra mais eficiente que os ensaios elétricos convencionais, visto que eles não apresentam sensibilidade neste estágio do problema.

O diagnóstico da Análise Cromatográfica dos Gases dissolvidos no Óleo apresenta um índice de acerto elevado, desde que o técnico que analisa os resultados tenha experiência com interpretação de resultados e conhecimento da metodologia empregada.