Experiência 04 Rigidez Dielétrica de Óleo Mineral

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1 Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Engenharia Elétrica Laboratório de Materiais Elétricos EEL 7051 Professor Clóvis Antônio Petry Experiência 04 Rigidez Dielétrica de Óleo Mineral Fábio P. Bauer Tiago Natan A Veiga Florianópolis, junho de 2006.

2 Sumário 1. Objetivos Introdução Óleos Isolantes Ensaio de Laboratório Materiais Utilizados Determinação da Rigidez Dielétrica do Óleo Isolante Critérios de Avaliação Estatística Critério Critério Conclusões Referências Bibliográficas... 11

3 1. Objetivos Avaliar as condições de uso de um óleo isolante usando um teste de rotina com eletrodos de disco; Obter respostas dos critérios de consistência estatística.

4 2. Introdução O óleo mineral, parafina líquida, petrolato líquido pesado, óleo branco ou vaselina líquida é um produto secundário derivado da destilação do petróleo no processo de produção da gasolina. É um óleo transparente, incolor e quimicamente quase inerte. É um produto de baixo custo, produzido em grandes quantidades. Existe óleo mineral de grau técnico e de grau medicinal. Tem diversas aplicações, como óleo de transformação; para transporte e armazenagem de metais alcalinos (evitando a reação destes com a humidade atmosférica), etc. Por serem usados nos equipamentos elétricos, como transformadores e outros, os óleos isolantes também devem ter suas propriedades constantemente avaliadas. As análises realizadas são fundamentais para prolongar a vida útil do equipamento elétrico, evitando com isso a interrupção do fornecimento de energia. Por meio de análises físico-químicas controla-se a qualidade do óleo e por métodos cromatográficos pode-se detectar a existência de falha nos equipamentos. Nesse ensaio de Laboratório, será avaliada a condição de uso de um óleo isolante mineral. Os ensaios dessa experiência seguem as normas estabelecidas na NBR 6869:1989. Basicamente, tais normas estabelecem que para a verificação da rigidez dielétrica do óleo, deve-se submetê-lo a uma tensão elétrica e determinar o valor de tensão para o qual ocorre uma descarga de corrente entre os terminais de eletrodos da amostra de óleo. Paralelamente à realização do ensaio, uma avaliação de caráter estatístico também é realizada com base em dois critérios: o primeiro, com base nas razões entre o desvio padrão e a média dos valores medidos; o outro como base na comparação entre os valores obtidos.

5 3. Óleos Isolantes O óleo isolante é, em grande parte dos casos, um óleo mineral, isto é, composto de hidrocarbonetos derivados de petróleo. Para aplicações em equipamentos elétricos são, em geral, empregados dois tipos de óleo mineral isolante: naftênicos e parafínicos. O óleo mineral isolante em serviço está continuamente deteriorando-se devido às reações de oxidação, que podem ser aceleradas pela presença de compostos metálicos, oxigênio, alto teor de água e calor excessivo. Tais alterações podem levar ao comprometimento do equipamento. Como conseqüência, podem ocorrer mudanças de cor no óleo, formação de compostos ácidos e num estágio mais avançado da oxidação, precipitação de borra. Essas mudanças nas características devem ser acompanhadas por análises físico-químicas periódicas. A metodologia recomendada está descrita na NBR-10576, cujo título é Guia para acompanhamento de óleo mineral isolante de equipamentos elétricos. Os ensaios para avaliação do desempenho do óleo indicados por essa norma, assim como a metodologia que deve ser usada, são os apresentados na Tabela 3.1 que inclui breve explicação sobre a importância de cada determinação. A amostragem de óleos isolantes deve seguir os procedimentos indicados nas normas NBR-7070 e NBR Abaixo, ainda na Tabela 3.1, são mostrados os diversos métodos de verificação de algumas grandezas inerentes aos óleos minerais. Ensaio Método Descrição Cor Densidade NBR ensaio comparativo com padrões de cores; não é um ensaio crítico, mas útil na avaliação sobre o estado de oxidação do óleo isolante ensaio empregado para classificar o óleo isolante como naftênico ou parafínico, também pode ser usado para verificação de mudanças marcantes no óleo isolante

6 Tensão NBR - interfacial (*) 6234 Teor de água (ppm) (*) NBR Índice de NBR - neutralização (*) Rigidez NBR - dielétrica (*) 6869 ensaio empregado para avaliar se a presença de contaminantes polares e/ou produtos de oxidação do óleo isolante ainda permitem seu uso ensaio empregado para determinar a concentração de água dissolvida no óleo ensaio empregado para quantificar a presença de contaminantes polares ácidos, normalmente produtos de oxidação do óleo isolante ensaio usado para avaliar a capacidade do óleo isolante de suportar tensões elétricas sem falhar; usualmente, este parâmetro é influenciado pela presença de partículas e/ou água no óleo isolante Fator de dissipação a 100ºC NBR ensaio empregado como indicativo de contaminantes solúveis no óleo isolante; deve ser avaliado como comparativo em relação aos resultados anteriores Tabela 3.1-Ensaio de Grandezas de um óleo mineral. O ensaio relevante para esse relatório é o NBR Fonte: OLEOS SOLANTES: (*) testes usados como referencial para indicar o momento em que se deve regenerar ou substituir o óleo. 4. Ensaio de Laboratório Nas próximas seções, será descrito o método conhecido com Análise por eletrodos de Disco. O oléo testado possui rigidez dielétrica nominal de aproximadamente 25 KV. Esse dado foi previamente fornecido, servindo de referência para comparação com os valores medidos. 4.1 Materiais Utilizados 1 Ensaiador Portátil de Rigidez Dielétrica para Óleo Isolante. Fabricante: ELEN, modelo E-40, 220 V, 60-Hz; 1 termômetro digital KITLER.

7 4.2 Determinação da Rigidez Dielétrica do Óleo Isolante O procedimento utilizado para determinação da rigidez do óleo consiste em um teste de rotina, ou seja, um teste que deve ser realizado com alguma periodicidade visando à substituição do óleo caso algumas de suas propriedades estejam foras do padrão. No caso do teste utilizado, lançara-se mão de células de ensaio com eletrodos de disco (Figura.4.2.1). Os eletrodos foram previamente limpos com solvente e papel de soda seco e a distância entre eles foi ajustada para 2,5mm. O frasco que contém a amostra de óleo foi suavemente agitado para que as eventuais partículas suspensas no líquido pudessem ficar em suspensão. A temperatura de 24,4 0 C foi obtida do termômetro digital. Antes do ensaio, o líquido foi mantido em repouso entre 2 e 3 minutos para que as bolhas de ar pudessem ser expelidas. Figura Célula de ensaio com eletrodo de disco usada no experimento Fonte: PETRY, C.A.: Rigidez Dielétrica de Óleo Mineral. Entre uma medição e outra, o óleo deve ficar em repouso por 1 minuto. O Ensaiador de Rigidez Dielétrica ELEN possui um botão girante que aumenta a magnitude do campo elétrico aplicado nos terminais dos eletrodos da célula. O botão deve ser rotacionado com velocidade constante. Junto ao instrumento, tem-se ainda um leitor analógico do valor do campo correspondente ao giro do botão. O mecanismo de leitura do Ensaiador dispara um pequeno estalo quando a rigidez do dielétrico entre os eletrodos é rompida. Com isso o valor do campo elétrico é lido no medidor analógico.

8 No total, 5 medidas da rigidez foram obtidas com o Ensaiador de Rigidez Dielétrica. Essas medidas são mostradas nas Tabelas e 4.2.2: Características do Ensaio Valor Nominal da rigidez dielétrica Método Utilizado 25 KV Eletrodos de Disco Tipo de Teste Espaçamento entre os Temperatura eletrodos ambiente [ 0 C] Ensaio de Rotina 2,5 mm 24,4 Tabela Especificações do ensaio Teste Resultados Obtidos Rigidez Dielétrica [KV] 2 ( x x) [KV] ,0 0, ,0 0, ,0 3, ,0 10, ,0 0,64 2 Média( x ) 29,2 Soma ( x x) 14,8 5 i 1 Tabela Resultados das Medições 5. Critérios de Avaliação Estatística Para avaliar as medidas obtidas na seção 4.2, é necessário fazer uma verificação de natureza estatística. Serão avaliados dois critérios, descritos a seguir. 5.1 Critério 1 Citando [1]:

9 É dado pela razão entre o desvio padrão e a média dos 5 valores individuais. Se essa relação for maior do que 0,1 é provável que o desvio padrão das 5 medidas seja excessivo e portanto, o erro provável da média também o seja. Neste caso, não podem ser tiradas conclusões sobre a rigidez dielétrica do óleo. Onde: x = média das 5 tensões de ruptura; x i = tensão de ruptura obtida na medida; s = desvio padrão. O desvio padrão s das medidas de Rigidez Dielétrica da Tabela é s 1,92 s = 1,92 KV. Como 0,066 0, 1, então pelo critério 1 as medidas são x 29,2 consistentes. 5.2 Critério 2 Citando [1]: Subtrair o valor mínimo encontrado para a tensão de ruptura do valor máximo obtido e multiplicar o resultado por 3. Se o produto for maior do que o segundo menor valor da tensão de ruptura, é provável que o desvio padrão seja excessivo. Usando os dados da Tabela temos que: ( xmáx xmín ).3 (31,0 26,0).3 15KV Como 29 KV é o segundo menor valor da tensão de ruptura e 15KV < 29 KV, conclui-se que pelo critério 2, as medidas também são consistentes.

10 6. Conclusões Os óleos minerais isolantes são líquidos que possuem muitas aplicações na indústria. Seria natural supor que seu uso adequado estaria ligado às normas de ensaio propostas pela NBR. O desenvolvimento do presente ensaio para a Rigidez do Óleo Isolante contribuiu de maneira positiva para o correto entendimento das condições de uso do óleo. As medidas obtidas nas tabelas estão inevitavelmente contaminadas com algum tipo de erro, principalmente as medidas das tensões de ruptura, pois elas possuem, além do erro de medida do ensaiador, erros associados à interferência humana. É bom lembrar que o mostrador para a leitura das tensões é analógico, com isso erros de paralaxe estão presentes bem como a menor precisão de um instrumento analógico em comparação a um digital. Mesmo assim, ambos os critérios de consistência estatística aprovaram os valores das medidas, o que permite concluir que o desvio padrão das medidas está dentro do limite tolerável. Por fim, enfatiza-se na importância dos testes de rotina na indústria. Sem uma certa regularidade deles, produtos como o óleo mineral de isolação podem ter suas características alteradas e assim conseqüências desagradáveis possuem grande probabilidade de ocorrência, tanto para um usuário leigo como para um engenheiro de materiais.

11 7. Referências Bibliográficas [1] PETRY, C.A.: Rigidez Dielétrica de Óleo Mineral. Disponível em:.< >. Acesso em 25 jun.2006; [2] WIKIPÉDIA: Óleo Mineral. Disponível em.< Acesso em 25 jun [3] ÓLEOS ISOLANTES. Métodos Analíticos para lubrificantes e isolantes. Disponível em:.< Acesso em 25 jun