características particulares da manutenção de · 2018-10-05 · empresas de serviços e...
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Características Particulares
da Manutenção de
Transformadores em OVI
Lucas Branco de Oliveira
ATENÇÃOTodos os resultados que serão aqui
apresentados foram alcançados com o
fluido EnvirotempTM FR3TM.
Os mesmo resultados podem não ser
obtidos com outros óleos vegetais
isolantes devido a formulação única do
fluido EnvirotempTM FR3TM.
Mecanismos de degradação do papelUmidade e a degradação da Celulose
A degradação da celulose decorre da presença de umidade na celulose e da energia (calor) a que ela está submetida;
Temperaturas elevadas aceleram o processo;
A degradação da celulose gera como subproduto mais água, elevando a umidade;
Esse volume adicional de água irá também reagir com o papel isolante, aumentando a velocidade de degradação;
Cria-se assim um ciclo vicioso para a degradação do papel isolante.
Mecanismos da extensão de vidaSecagem do Papel Isolante
O OVI mantém o papel isolante mais seco;
Extrai muito mais água (H2O) do papel isolante;
Dessa maneira o ciclo de degradação da celulose é desacelerado.
Ponto de Saturação (20°C)
Óleo Vegetal (FR3) = 1057ppm
Óleo Mineral = 60ppm
A água inicialmente está dissolvida no óleo;
Com o tempo e a temperatura do transformador as moléculas de água liberadas do papel reagem com o OVI;
Essa reação gera ácidos graxos de cadeia longa (não corrosivos).
PAPEL
Moléculas de
Água (H2O)
CALOR CALOR
Mecanismos da extensão de vidaSecagem do Óleo (Hidrólise)
Com a passagem do tempo teremos o papel e o óleo mais secos;
A acidez do óleo vai se elevar, mas dentro dos parâmetros considerados normais para operação.
Mecanismos da extensão de vidaSecagem do Papel e do Óleo
Tempo a 85ºC (horas)0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Águ
a n
o F
luid
o (
mg/k
g)
0
200
400
600
Índic
e d
e A
cid
ez
(mg K
OH
/g)
Água
no P
ape
l (%
wt)
0
1
2
3
4
5
6
7
Ester natural – conteúdo de água
Água no papel
Ester natural - Acidez
Ensaios de Envelhecimento Acelerado1) Ensaio em tubos selados
Realizados com: Amostras representativas de materiais nas
proporções de um transformador de 225 kVA;
Cada tubo continha:
26 gramas de papel
350 ml de óleo isolante
106 cm2 de alumínio
76 cm2 de cobre
323 cm2 de aço carbono (do próprio tubo)
Ar ambiente em um volume de 17% do tubo
Condições de Ensaio: Mantidos em estufas a 170°C
Amostras mantidas por períodos de 500 a 4000
horas nas temperaturas indicadas.
Resultados: Papel visualmente menos danificado quando impregnado em OVI.
Isola
nte
Isola
nte
Isola
nte
Isola
nte
Isola
nte
Não Iso
lante
Não Iso
lante
Não Iso
lante
Ensaios de Envelhecimento Acelerado1) Ensaio em tubos selados
Degradação Térmica do Óleo
Classe Térmica do OMI
• 115°C
• IEC 60076-7
• IEEE C57.91
Classe Térmica do OVI
• 160°C
NBR 15422 / ASTM D6871 / IEC 62770Óleo Vegetal Isolante - Valores Aceitação Óleo Novo
PROPRIEDADE FÍSICA ABNT NBR ASTM IEC VALOR
Rigidez Dielétrica, 2mm (kV)
2,5mm (kV)
6869 D 877
60156
>30
>35
Fator de Dissipação 25ºC (%)
90ºC (%)
12133 D 924
60247
≤0,20
≤0,05
Índice Neutralização (mg KOH/g) 14248 D 974 62021-3 ≤0,06
Teor de Água (mg/kg) 10710-B D 1533 60814 ≤200
Ponto de Combustão (ºC) 11341 D 92 ISO 2592 ≥300
Ponto Fulgor (ºC) Vaso aberto
Vaso fechado
11341 D 92
ISO 2719
≥275
≥250
Densidade Relativa 20/4ºC7148 D 1298
ISO 3675
0,96
≤1,0
Biodegradação Máxima e Fácil OECD 301B, C ou F OPPTS 835.311
Unidade Óleo Mineral Óleo Vegetal
Cor ≤ 1,0 ≤ 1,0
Aparência Claro e limpo Claro e limpo
Densidade a 20°C (g/cm3) 0,88 0,92
Rigidez Dielétrica (kV) >70 >70
Teor de Umidade (mg/kg) < 20 < 300
Índice de Neutralização (mg KOH/g) < 0,01 < 0,02
Tensão interfacial Dinas/cm2 45 25
Fator de Dissipação 90°C 0,002 0,003
Viscosidade 40°C (mm2/sec.) 9 35
Ponto de fluidez (°C) -30 -21
Ponto de fulgor (°C) 148 330
Ponto de combustão (°C) 170 360
Biodegradabilidade (28 dias) não sim
Permissividade 20°C 2,2 3,2
Tendência a formação de gás uL/min 5 -79
Coeficiente de expansão (°C) 0,00075 0,00074
Valores típicos para os Fluidos Isolantes
Guia de Manutenção NBR 16518Tabela 3 – Equipamento novos, APÓS contato e ANTES da
energização
PROPRIEDADE FÍSICA ABNT NBR <69kV ≥69kV
≤230kV
>230kV
Rigidez Dielétrica, 2mm (kV) IEC 60156 >60 >70 >80
Fator de Dissipação a 25ºC (%) 12133 ≤0,5 ≤ 0,5 ≤ 0,5
Cor 14483 ≤1,0 ≤1,0 ≤1,0
Índice Neutralização (mg KOH/g) 14248 ≤0,06 ≤0,06 ≤0,06
Teor de Água (mg/kg) 10710-B ≤200 ≤150 ≤100
Ponto de Combustão (ºC) 11341 ≥300 ≥300 ≥300
Viscosidade Cinemática 40ºC (cSt) 10441 ≤50 ≤50 ≤50
PROPRIEDADE FÍSICA ABNT NBR ASTM <69kV ≥69kV
≤230kV
>230kV
Rigidez Dielétrica, 2mm (kV)IEC 60156
D1816
<40
<40
<50
<47
<60
<50
Fator Dissipação, 25ºC (%) 12133 D924 ≥3,0 ≥3,0 ≥3,0
Teor de Água (mg/kg)10710B(20ºC)
D1533
≥140
≥400
≥110
≥200
≥85
≥150
Aumento de viscosidade a
partir do valor inicial na
energização, 40ºC (em %)
10441 D445 ≥10 ≥10 ≥10
Índice Neutralização (mg
KOH/g)14248 D974 ≥0,3 ≥0,3 ≥0,3
Ponto de Fulgor (ºC) 11341 D92 ≤275 ≤275 ≤275
Cor 14483 D1500 ≥1,5 ≥1,5 ≥1,5
Diretrizes para provocar investigação do transformador em serviço
Guia de Manutenção NBR 16518
Análise Cromatográfica - DGAGases Gerados no Stress Térmico e Elétrico são os mesmos no Óleo Vegetal e Óleo Mineral
IEEE C57.155 – 2014
Em processo de tradução para
ABNT/NBR – Projeto 003:010.002-032
Comportamento de emissão de gases em OVI é conhecido.
Análise Cromatográfica - DGARecomendado Triângulo de Duval
Apenas Pequenas alterações para OVI*
1
6
OMI OVI*
Conteúdo e Óleo Mineral no Óleo Vegetal* (wt%)
Ponto
Com
bustã
o (
ºC)
0 2 4 6 8 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100100
150
200
250
300
350
400
Ponto de Combustão (ASTM D92)
Ponto de Fulgor (ASTM D92)
Mistura de Óleo IsolanteVariação do Ponto de Combustão versus Conteúdo de Óleo Mineral
• Óleo vegetal e óleo mineral são miscíveis em qualquer proporção.
• Ponto de combustão da mistura > 300ºC para residual de até 7%
• Ponto de fulgor é a melhor maneira de verificar residual de OMI no OVI*
Projeto MecânicoSistemas de Selagem
• Efeitos da oxidação no óleo mineral• Aumento da acidez (corrosivos – cadeia curta)• Formação de borra• Redução da Rigidez Dielétrica / Falha elétrica
• Efeitos da oxidação no óleo vegetal• Aumento da acidez
• Não corrosivos – ácidos graxos de cadeia longa• Linoleico = Omega 6 / Linolenico = Omega 3
• Auxiliam na transesterificação do papel
• Se exposto ao oxigênio de forma contínua e por longo tempo (+ 8 anos)• Aumento da viscosidade• Pode levar a aumento da temperatura (top oil)• Oxidação facilmente identificada através de análise físico-química
Headspace com Ar (maioria dos casos) ou Nitrogênio (N2)
• Padrão para transformadores de distribuição
• Oxigênio do headspaceserá consumido e reação de oxidação irá se extinguir.
Headspace com Ar
• Oxigênio do headspaceserá consumido e reação de oxidação irá se extinguir.
• Renovação parcial do ar manterá taxa de O2
baixa (válvula de alívio bidirecional)
Hermeticamente Selado
• Sistema com radiadores expansíveis / tanque corrugado
• Solução disponível até certa potência de transformador
Projeto MecânicoSistemas de Selagem Aprovados para OVI
Projeto MecânicoSistemas de Selagem Aprovados para OVI
Padrão para transformadores de potência
• Estilo "Atmoseal“
• Bolsa ou diafragma • Barreira para entrada de O2
• Recomendado tipo “multi-layer” com baixa permeabilidade a gases
• Não necessita sensor de ruptura
• Com ou sem secador de ar
Projeto MecânicoSistema de Selagem NÃO RECOMENDADO
Conservador com Respiro Livre • “Respirando” ar atmosférico
• Secador de ar restringe somente entrada de umidade
• Contínua renovação do Ar em contato com óleo (~21% O2)
• Reação de Oxidação e Umidade• Problema tanto para óleo vegetal
como óleo mineral
• Faixa de aplicação limitada
Tratamento de termo vácuo proposto
A figura ao lado é uma imagem do
termovácuo, com uma vazão de 2000
litros/hora.
1000 litros de OVI novo, foram
adicionados a um volume conhecido de
água. A mistura foi circulada pela
máquina (8 vezes o volume total) para
se tornar homogênea.
1000 litros de óleo
600 ml de H2O
Concentração = 600 ppm de umidade
Os resultados do tratamento
Na tabela temos as curvas do teor
de umidade e porcentagem de
saturação de umidade no óleo
vegetal durante o processo de
tratamento.
30min 60min 90min 120min 150min
Temperatura (°C) 60.5 65.3 70.2 75.1 81
Rigidez dielétrica (kV) - ASTM D1816 52 51 56 54 63
Índice de neutralização (mg KOH/g) - ASTM D974 0,02 0,019 0,019 0,021 0,016
Fator de dissipação @90°C 60Hz (%) - ASTM D924 2,83 2,25 2,27 2,17 2,29
Conteúdo inibidor de oxidação (%) - ASTM D4768 100% 100% 102% 102% 100%
Tempo de indução de oxidação (minutos) - DSC Method 31,9 31,7 31,2 31,3 31
Na tabela abaixo pode-se ver que outras características do óleo vegetal durante o
tratamento não foram alteradas
Estudo do processo de RegeneraçãoNeste processo foi utilizada a mesma tecnologia usada para o OMI. Como não há
volume suficiente disponível para o processamento em máquina, foi simulado o
processo de regeneração em escala laboratorial.
Na tabela abaixo podemos observar os parâmetros das amostras antes do processo de
regeneração.
Amostra apresentado
para o R-botNovo fluido 12,5% Fluido Oxidado
87,5% Fluido Novo
Após a preparação da amostra oxidada (3600 ml), a mesma foi dividida
em quatro alíquotas passadas através do processo de percolação em
escala de laboratório que reproduz a relação (óleo/bauxita) do
equipamento real.
Foram realizadas as seguintes etapas:
PASSO 1: Alíquotas 1-3:
Percoladas sequencialmente amostras na mesma carga de bauxita.
PASSO 2: ALÍQUOTA 4:
Após a sequência de percolação (mesma carga de bauxita), repetindo-se a
percolação da amostra duas vezes.
A percolação foi repetida 4 vezes em 4 alíquotas de OVI, mantando-se a
mesma bauxita, para verificar a capacidade de saturação
As amostras 1 a 3, permitiram verificar o efeito de saturação na bauxita
ativada e a eficácia de um passo.
Estudo do processo de Regeneração
Resultados após regeneração (percolação)
Mistura Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Amostra 4
Aspecto Visual Particulas em
suspensão Límpido Límpido Límpido Límpido
Índice de Neutralização [mg
KOH/g] 0,22 0,05 0,05 0,06 0,001
Fator de Dissipação a 25°C [%] 2,71 0,6 0,75 0,8 0,7
Viscosidade [cSt] 42,37 41,2 42,2 41,3 41,2
Os resultados obtidos após o teste (tabela simplificada):
Avaliação dos resultados:
Cor:
A cor não é alterada pela regeneração (fixação de cor)
Viscosidade :
Processo, a nível molecular, alterada apenas por diluição. Uso limitado quando a
mudança é maior do que 15%.
Índice de neutralização:
Os ácidos graxos são absorvidos eficazmente.
Fator de dissipação:
Parâmetro de controle do processo, pode ser tratada de forma eficaz na regeneração.
ConclusãoO que podemos afirmar:
Resultados:
As normas técnicas já possuem informações sobre os parâmetros a serem
controlados em OVI e quais os seus limites para inicio de uma investigação;
Os métodos de acompanhamento preditivo dos transformadores são os mesmo
utilizados com o OMI, sendo apenas a interpretação dos resultados um pouco
diferente em OVI;
Empresas de serviços e manutenção em transformadores já possuem
informações para diagnosticar possíveis situações de risco na operação de
transformadores em OVI;
Os métodos e procedimentos aplicáveis em transformadores com OMI são
muito próximos aos que devem ser aplicados em OVI.
