Características Particulares da Manutenção de Transformadores em OVI. Lucas Branco de Oliveira

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2 Características Particulares da Manutenção de Transformadores em OVI Lucas Branco de Oliveira

3 ATENÇÃO Todos os resultados que serão aqui apresentados foram alcançados com o fluido Envirotemp TM FR3 TM. Os mesmo resultados podem não ser obtidos com outros óleos vegetais isolantes devido a formulação única do fluido Envirotemp TM FR3 TM.

4 Mecanismos de degradação do papel Umidade 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.

5 Mecanismos da extensão de vida Secagem do Papel Isolante O OVI mantém o papel isolante mais seco; Extrai muito mais água (H 2 O) 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

6 Mecanismos da extensão de vida Secagem do Óleo (Hidrólise) 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). Moléculas de Água (H 2 O) PAPEL CALOR CALOR

7 Água no Fluido (mg/kg) Índice de Acidez (mg KOH/g) Água no Papel (%wt) Mecanismos da extensão de vida Secagem do Papel e do Óleo 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 Ester natural conteúdo de água Ester natural - Acidez Água no papel Tempo a 85ºC (horas)

8 Ensaios de Envelhecimento Acelerado 1) 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 cm 2 de alumínio 76 cm 2 de cobre 323 cm 2 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.

9 Isolante Isolante Isolante Não Isolante Isolante Não Isolante Isolante Não Isolante Ensaios de Envelhecimento Acelerado 1) Ensaio em tubos selados Resultados: Papel visualmente menos danificado quando impregnado em OVI.

10 Degradação Térmica do Óleo Classe Térmica do OMI 115 C IEC IEEE C57.91 Classe Térmica do OVI 160 C

11 NBR / ASTM D6871 / IEC Óleo Vegetal Isolante - Valores Aceitação Óleo Novo PROPRIEDADE FÍSICA ABNT NBR ASTM IEC VALOR Rigidez Dielétrica, 2mm (kv) 6869 D 877 >30 2,5mm (kv) >35 Fator de Dissipação 25ºC (%) D 924 0,20 90ºC (%) ,05 Índice Neutralização (mg KOH/g) D ,06 Teor de Água (mg/kg) B D Ponto de Combustão (ºC) D 92 ISO Ponto Fulgor (ºC) Vaso aberto D Vaso fechado ISO Densidade Relativa 20/4ºC 7148 D 1298 ISO ,96 1,0 Biodegradação Máxima e Fácil OECD 301B, C ou F OPPTS

12 Valores típicos para os Fluidos Isolantes 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/cm Fator de Dissipação 90 C 0,002 0,003 Viscosidade 40 C (mm2/sec.) 9 35 Ponto de fluidez ( C) Ponto de fulgor ( C) Ponto de combustão ( C) 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, ,00074

13 Guia de Manutenção NBR Tabela 3 Equipamento novos, APÓS contato e ANTES da energização PROPRIEDADE FÍSICA ABNT NBR <69kV 69kV 230kV >230kV Rigidez Dielétrica, 2mm (kv) IEC >60 >70 >80 Fator de Dissipação a 25ºC (%) ,5 0,5 0,5 Cor ,0 1,0 1,0 Índice Neutralização (mg KOH/g) ,06 0,06 0,06 Teor de Água (mg/kg) B Ponto de Combustão (ºC) Viscosidade Cinemática 40ºC (cst)

14 Guia de Manutenção NBR Diretrizes para provocar investigação do transformador em serviço PROPRIEDADE FÍSICA ABNT NBR ASTM <69kV 69kV 230kV >230kV Rigidez Dielétrica, 2mm (kv) IEC D1816 <40 <40 <50 <47 <60 <50 Fator Dissipação, 25ºC (%) D924 3,0 3,0 3,0 Teor de Água (mg/kg) 10710B (20ºC) D Aumento de viscosidade a partir do valor inicial na energização, 40ºC (em %) Índice Neutralização (mg KOH/g) D D974 0,3 0,3 0,3 Ponto de Fulgor (ºC) D Cor D1500 1,5 1,5 1,5

15 Análise Cromatográfica - DGA Gases Gerados no Stress Térmico e Elétrico são os mesmos no Óleo Vegetal e Óleo Mineral IEEE C Em processo de tradução para ABNT/NBR Projeto 003: Comportamento de emissão de gases em OVI é conhecido.

16 Análise Cromatográfica - DGA Recomendado Triângulo de Duval Apenas Pequenas alterações para OVI* 1 6 OMI OVI*

17 Ponto Combustão (ºC) Mistura de Óleo Isolante Variação do Ponto de Combustão versus Conteúdo de Óleo Mineral Óleo vegetal e óleo mineral são miscíveis em qualquer proporção Ponto de Combustão (ASTM D92) Ponto de Fulgor (ASTM D92) 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* Conteúdo e Óleo Mineral no Óleo Vegetal* (wt%)

18 Projeto Mecânico Sistemas 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

19 Projeto Mecânico Sistemas de Selagem Aprovados para OVI Headspace com Ar (maioria dos casos) ou Nitrogênio (N 2 ) Padrão para transformadores de distribuição Oxigênio do headspace será consumido e reação de oxidação irá se extinguir. Headspace com Ar Oxigênio do headspace será consumido e reação de oxidação irá se extinguir. Renovação parcial do ar manterá taxa de O 2 baixa (válvula de alívio bidirecional) Hermeticamente Selado Sistema com radiadores expansíveis / tanque corrugado Solução disponível até certa potência de transformador

20 Projeto Mecânico Sistemas de Selagem Aprovados para OVI Padrão para transformadores de potência Estilo "Atmoseal Bolsa ou diafragma Barreira para entrada de O 2 Recomendado tipo multi-layer com baixa permeabilidade a gases Não necessita sensor de ruptura Com ou sem secador de ar

21 Projeto Mecânico Sistema 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% O 2 ) Reação de Oxidação e Umidade Problema tanto para óleo vegetal como óleo mineral Faixa de aplicação limitada

22 Tratamento de termo vácuo proposto A figura ao lado é uma imagem do termovácuo, com uma vazão de 2000 litros/hora 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 litros de óleo 600 ml de H 2 O Concentração = 600 ppm de umidade

23 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. Na tabela abaixo pode-se ver que outras características do óleo vegetal durante o tratamento não foram alteradas 30min 60min 90min 120min 150min Temperatura ( C) Rigidez dielétrica (kv) - ASTM D Índice de neutralização (mg KOH/g) - ASTM D974 0,02 0,019 0,019 0,021 0,016 Fator de C 60Hz (%) - ASTM D924 2,83 2,25 2,27 2,17 2,29 Conteúdo inibidor de oxidação (%) - ASTM D % 100% 102% 102% 100% Tempo de indução de oxidação (minutos) - DSC Method 31,9 31,7 31,2 31,3 31

24 Estudo do processo de Regeneração Neste 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. Amostra apresentado para o R-bot Novo fluido 12,5% Fluido Oxidado 87,5% Fluido Novo Na tabela abaixo podemos observar os parâmetros das amostras antes do processo de regeneração.

25 Estudo do processo de Regeneração 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.

26 Resultados após regeneração (percolação) Os resultados obtidos após o teste (tabela simplificada): 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 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.

27 Conclusão O 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.

28 OBRIGADO Lucas Branco de Oliveira