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Você sabe a idade química do seu transformador? Existem inúmeros métodos complementares para diagnosticar o processo de envelhecimento do transformador de forma precoce e confiável. O Laboratório de Testes de Energia da Siemens para Materiais de Transformadores está completamente focado no diagnóstico laboratorial de equipamentos elétricos cheios de óleo. O pessoal altamente qualificado está constantemente desenvolvendo novos métodos para diagnósticos de envelhecimento e está usando esse conhecimento para o benefício de nossos clientes.
Credenciado como um laboratório de testes independente de acordo com a norma ISO 17025 (Certificado)
Nossos serviços incluem análises de óleo isolante e testes de materiais. Os procedimentos de teste de diagnóstico variam entre a análise de envelhecimento ou detecção de condição de óleos/materiais isolantes e as novas avaliações de estado de óleos/materiais isolantes.
A vida útil de um transformador depende em grande parte do envelhecimento dos materiais isolantes orgânicos sólidos e líquidos. Em condições normais de operação, abaixo da carga máxima permitida, e com manutenção e cuidados regulares, a vida útil de um transformador pode ser estendida para mais de 30 anos.
No entanto, durante a vida útil de um transformador podem ocorrer eventos anormais, por exemplo, sobretensões transitórias, superaquecimento durante a operação de emergência, estresse dinâmico e falhas no resfriamento. Esses processos resultam em um envelhecimento acelerado dos materiais dos transformadores.
Seja um caso de nova construção, operação, retrofit ou reparo, é sempre uma questão de reconhecer de forma confiável a degradação do material e retificá-la. Para isso, é fundamental um amplo conhecimento dos materiais, bem como uma análise específica e precisa. Para evitar avarias dispendiosas, minimizar os tempos de inatividade e prolongar a vida útil de um transformador, a realização de uma análise de tendências regular e manutenção direcionada são indispensáveis.
A combinação de umidade no óleo e na celulose é um indicador de envelhecimento. O método mais importante para o diagnóstico do processo de envelhecimento como resultado do envelhecimento dielétrico, térmico, dinâmico e químico na isolação de óleo e óleo-papel é a Análise de Gás Dissolvido (DGA). O Siemens Energy Material Testing Laboratory for Transformers oferece um serviço abrangente, desde a coleta de amostras até a análise e avaliação.
O dispositivo de amostragem, desenvolvido em colaboração com os clientes, oferece as seguintes vantagens:
Durante a vida útil de um transformador, que dura quase décadas, os materiais também são submetidos a processos de envelhecimento consideráveis. Através de nossos testes, somos capazes de determinar a condição dos materiais, e oferecer aos nossos clientes a possibilidade de planejar quaisquer medidas de manutenção necessárias com antecedência.
São realizadas análises de materiais isolantes sólidos, materiais metálicos condutores (aço elétrico orientado a grãos e materiais de cobre), bem como materiais de revestimento e materiais de vedação.
Durante o processo de envelhecimento natural do óleo e das peças isolantes, especialmente no caso de falhas térmicas ou elétricas, formam-se gases trincados e são dissolvidos no óleo. A taxa de decomposição e o tipo de gases mudam durante a operação defeituosa, que pode ser resultado de sobrecarga térmica e/ou falhas elétricas. Com base na quantidade ou tipo de gases de falha, as taxas de aumento de gás e as proporções entre os gases, o tipo de falha pode ser deduzido.
Descargas parciais com menor energia levam principalmente à formação de hidrogênio e metano, bem como pequenas quantidades de etano. O superaquecimento térmico resulta na pirólise dos hidrocarbonetos. Em temperaturas entre 300-700°C predominam etileno e propileno acompanhados de maiores quantidades de CO e CO2 . Mais de 700°C principalmente etileno, propileno e hidrogênio formam, e acima de 1000°C acetileno também são formados. Descargas elétricas (arcos e descargas de faíscas) causam separação de hidrogênio e acetileno, bem como metano e etileno. Pela degradação térmica-oxidativa da celulose, maiores quantidades de CO e CO2 são formadas.
Através da DGA, principalmente falhas de desenvolvimento lento podem ser detectadas. O desenvolvimento gradual da concentração de gás permite uma análise de tendência, que por sua vez permite fazer um prognóstico sobre a vida útil do transformador. As seguintes fontes de falha também podem ser entendidas por meio da DGA:
Não podem ser detectados por meio da DGA:
A manutenção de líquidos isolantes é baseada na norma IEC, VDE 0370 parte 2 (= IEC 60422). Esta norma é válida para óleos que já estão contidos em transformadores. Para óleo novo a norma VDE 0370 parte 1 (= IEC 60296) é válida.
Os seguintes valores do petróleo são decisivos para a regulamentação das medidas:
A cor e a aparência do óleo do transformador são úteis para avaliação comparativa: um escurecimento rápido da cor ou óleo escuro é um sinal de envelhecimento do óleo . Ao óleo analisado é atribuído um número que varia de 1 a 8, pelo qual o nível de descoloração é indicado por meio do número de cores crescente.
Ao analisar a aparência, subprodutos indesejáveis podem ser detectados. Nebulosidade ou sedimento indicam água livre, lodo insolúvel ou partículas de sujeira. Se estes estiverem presentes, então também a tensão de ruptura e/ou o fator de perda e, eventualmente, também outros valores de óleo estão fora da norma e medidas devem ser tomadas.
A tensão de ruptura (Ud) indica quão bem o óleo isolante pode suportar uma carga elétrica e, portanto, é decisiva para a eficiência operacional de um transformador. A tensão de ruptura é medida de acordo com a norma VDE 0370 parte 5 (=IEC 60156). As medidas iniciais a serem tomadas em caso de queda abaixo dos valores-limite de tensão de isolação do tipo de transformador relativo, dependem dos valores dos outros valores característicos do óleo.
A formação de água é causada pelo envelhecimento do material isolante de celulose (papel, papelão, madeira laminada), envelhecimento do óleo e infiltração da umidade do ambiente por meio de secadores de ar mal conservados e/ou sistemas de vedação defeituosos.
Há um equilíbrio entre o teor de água no óleo e o teor de umidade no isolamento sólido, reduz a tensão de ruptura e acelera o processo de envelhecimento. Esse equilíbrio, porém, depende da temperatura e do tempo.
Como nunca há uma temperatura uniforme em um transformador em operação, a temperatura do óleo no tanque é muito mais alta na parte superior do que na inferior, e o mesmo conta para a distribuição de temperatura nos enrolamentos – as curvas de distribuição de umidade são apenas uma estimativa aproximada. Nas curvas de distribuição de umidade, o teor de água no óleo pode teoricamente ser distinguido do teor de umidade na celulose, com base na temperatura. No entanto, isto é válido apenas para papel isolante e não para cartão de pressão e madeira laminada. Uma pré-condição é a temperatura constante e um equilíbrio definido.
Através do envelhecimento progressivo (oxidação) do óleo, desenvolvem-se produtos de decomposição polar. Estes deterioram as propriedades dielétricas do óleo. O resultado do envelhecimento muito avançado do petróleo é a formação de borra. O lodo compromete muito os enrolamentos, pois leva à formação de sedimentos, que impedem a remoção de calor. Esse acúmulo de calor, por sua vez, faz com que o papel enrolado envelheça intensamente. Um diagnóstico oportuno da formação de ácido incipiente é, portanto, importante, para que medidas contraativas oportunas possam ser iniciadas.
Literatura: Brochura Cigre D1.30 – "Estabilidade à Oxidação de Fluidos Isolantes"
O fator de dissipação dielétrica de um material isolante é a tangente do ângulo de perda dielétrica.
O ângulo de perda dielétrica, é o ângulo em que a diferença de fase entre a tensão aplicada e a corrente consequente diverge de π/2 rad, quando o dielétrico do capacitor é composto apenas de material isolante.
Um fator de dissipação crescente é uma indicação de envelhecimento do óleo ou contaminação do óleo. O fator de dissipação é fortemente influenciado por componentes polares e, portanto, é um parâmetro muito sensível.
Além do valor de neutralização e do fator de dissipação, a tensão interfacial é outro indicador da formação de lodo no transformador. Este teste mede a concentração de moléculas polares no óleo, que se formam durante o processo de envelhecimento. Quanto maior a concentração, menor a tensão interfacial e mais provável é a formação de borra pelo óleo isolante.
Os inibidores são agentes protetores da idade que retardam a decomposição do óleo isolante. Utiliza-se o inibidor acreditado IEC 60296 DBPC (Di-terciário-butil-para-cresol), com percentual ponderal de 0,25 ± 0,040 . Os óleos inibidos são preferidos para transformadores > 200 MVA, para transformadores de carga pesada como transformadores de tração, para transformadores de forno ou a pedido de clientes especiais. Quando o processo de envelhecimento acelerado do óleo é causado por um mau funcionamento do transformador, o teor original do inibidor (0,3), pode ser restaurado pela adição de uma quantidade calculada de DBPC na forma de pó, uma vez que a falha tenha sido corrigida. Mesmo no caso de deterioração normal do DBPC-, o óleo pode ser re-inibido, embora uma troca de óleo seria menos dispendiosa. Esta decisão só pode ser tomada com base nos resultados dos outros testes de valor do óleo: se estes forem normais, então uma re-inibição pode ser bem-sucedida. O teor do inibidor é determinado por espectrometria de infravermelho ou cromatografia gasosa com detector MS.
A decomposição do papel é causada pelos processos de hidrólise, pirólise e oxidação. O grau de polimerização (valor de DP) do papel foi definido pela norma IEC 60450 e conta o número de anéis de glicose polimerizados. Durante a decomposição do papel, o valor de DP é reduzido e a resistência à tração diminui. A celulose nova tem um valor de DP de 1000-1100, a celulose envelhecida, por outro lado, tem um valor de apenas 150-200, o que significa o fim da vida útil do transformador.
Como não é possível coletar amostras de papel durante a operação de execução, a condição do isolamento sólido é estimada com base nos produtos de decomposição da celulose (2- Furfural). Para este efeito, é necessária uma análise regular das tendências.
O teor de furano no óleo depende de:
No momento, não é possível deduzir uma ligação exata entre o conteúdo do furano e o valor do DP. No entanto, é possível fazer uma análise de tendência: com base na mudança do teor de furano, informações sobre a condução térmica do isolamento sólido ao longo dos anos podem ser obtidas.
O teste e a aprovação de novos líquidos isolantes, ou óleos minerais, ésteres sintéticos ou naturais ou líquidos de silicone também fazem parte do trabalho do laboratório.
Usando nosso equipamento de oxidação controlado e monitorado por computador, somos capazes de definir e monitorar as condições de teste com muito mais precisão do que é exigido pelas especificações padrão. O resultado é uma reprodutibilidade muito melhor e uma avaliação segura.
Os materiais isolantes sólidos nos enrolamentos incluem materiais sólidos de celulose purificada, como papelão e papel isolante, bem como laminados colados (por exemplo, placa laminada, vários materiais sintéticos reforçados com fibras).
No laboratório de ensaios de materiais são testadas as propriedades físicas desses materiais, verificando-se assim sua aplicabilidade na construção de transformadores.
São realizados os seguintes ensaios:
Os núcleos dos transformadores são compostos de aço elétrico orientado a grãos. Existem três qualidades diferentes: aço convencional orientado a grãos, aço orientado a grãos altamente permeável e aço elétrico refinado.
No laboratório de ensaios de materiais são realizados os seguintes ensaios no aço elétrico de grão orientado:
Os materiais de cobre são usados principalmente nos enrolamentos e nos condutores como condutores planos únicos, condutores planos múltiplos e condutores continuamente transpostos. A condição da tinta esmalte e do envelopamento do papel é decisiva para a operação segura do transformador.
Os seguintes ensaios são realizados em materiais de cobre:
O tanque, a tampa do tanque, a tampa do bueiro e as válvulas de um transformador são selados usando materiais de vedação resistentes ao líquido isolante, por exemplo:
Os materiais de revestimento externos são usados como proteção contra corrosão para tanques, radiadores, resfriadores e outras peças de construção. Revestimentos internos, por outro lado, são usados para proteger o transformador de possíveis contaminações por partículas metálicas.
Os principais materiais de revestimento utilizados são ecologicamente corretos. Estes podem ser, por exemplo, à base de água, "High Solid" ou revestimento de imersão catódica.
No laboratório de testes de materiais inspecionamos a condição do revestimento usando os seguintes procedimentos:
Adesivos, resinas fundidas, dessecantes, ondas deslizantes e detergentes são apenas alguns dos inúmeros materiais auxiliares usados na produção ou reparo de transformadores. O comportamento de cada um desses materiais auxiliares deve ser entendido nos mínimos detalhes, particularmente em sua interação com outros materiais. Portanto, testamos a adesão de colas, o comportamento de adsorção de dessecantes e a compatibilidade de diferentes materiais auxiliares com líquidos isolantes.
Siemens Transformadores de Energia
Laboratório de ensaios químico-físicos de materiais
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90461 Nuremberga (Nürnberg), Alemanha
E-mail: testlab.energy@siemens-energy.com
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