Neste artigo, abordaremos um dos principais métodos de avaliação diagnóstica de transformadores — análise de gás dissolvido de óleo de transformador. A seguir, informaremos quando é aconselhável usar este método, quais são as principais técnicas existentes para interpretar os resultados dos mesmos e também falar sobre um novo instrumento da linha de produtos GlobeCore que também utiliza o princípio de gás dissolvido em sua operação.

Tipos de defeitos do transformador

Pela natureza do desenvolvimento, todos os defeitos do transformador podem ser divididos em três grupos:

• defeitos nos quais o dano a um transformador se desenvolve muito rapidamente e ocorre uma falha instantânea do equipamento;
• danos locais em caso de falha do transformador em poucos dias ou meses. Esses são defeitos que se desenvolvem rapidamente;
• danos que se desenvolvem lentamente, geralmente de vários meses a vários anos. Estes são os chamados defeitos de desenvolvimento lento.

No primeiro caso, é impossível controlar o estado do transformador de uma forma ou de outra e evitar a falha do transformador. Para evitar uma falha no caso de defeitos de desenvolvimento rápido, são utilizados sistemas automatizados para avaliação diagnóstica contínua. O terceiro caso requer monitoramento periódico ou frequente, e é aí que se dissolve análise de gás de óleo de transformador deve ser usado.

Análise de gás dissolvido em óleo de transformador: antecedentes históricos

A principal função do óleo é isolar as partes condutoras e remover o calor dos elementos aquecidos de um transformador. Quando o transformador é operado, o óleo é influenciado por muitos fatores negativos: alta tensão e alta temperatura; hidratação e oxidação. Como resultado, não apenas as moléculas de óleo, mas também as moléculas de celulose que compõem o isolamento sólido do transformador se decompõem com o tempo. Durante a decomposição das moléculas, gases são liberados e entram no óleo do transformador. Estes geralmente incluem metano, etano, etileno, acetileno, propano, propileno, buteno e butano. Além disso, dependendo do tipo de defeito que se desenvolve no transformador, a lista de gases e sua composição quantitativa pode variar. Esta característica específica é tomada como base para cromatografia análise de gás dissolvido de óleo de transformador. Portanto, além da função de isolamento e remoção de calor, o óleo do transformador contém informações de diagnóstico sobre defeitos que se desenvolvem lentamente. E a principal tarefa é “ler” corretamente essas informações e interpretá-las posteriormente.

O método de cromatografia foi usado pela primeira vez pelo cientista russo M. Tsvet em 1903 ao estudar os pigmentos da vegetação. Posteriormente, esse método ganhou força em diversas áreas da química, incluindo a cromatografia gasosa.

Ao longo do tempo, análise cromatográfica de gases dissolvidos generalizou-se devido às suas vantagens que se expressam a seguir:

• as amostras colhidas sem desligar o transformador podem ser utilizadas para análise;
• o método pode ser usado para avaliar diagnósticamente o estado do transformador, bem como de qualquer equipamento de geração de energia preenchido com óleo;
• a avaliação diagnóstica abrange uma ampla gama de defeitos do transformador;
• os efeitos são revelados em um estágio inicial de desenvolvimento que não é determinado por nenhum outro método;
• não apenas a alegada natureza do defeito, mas também o grau de dano existente são revelados.

O método tem sido aplicado para avaliação diagnóstica do estado dos transformadores desde os anos 60-70 do século passado. Hoje em dia, análise de gás dissolvido de padrões de óleo de transformador é realizada; esses padrões incluem ASTM D3612 ou IEC 60567.

Análise cromatográfica de gases dissolvidos: procedimento estágio a estágio

Na primeira etapa da análise cromatográfica de gases dissolvidos, amostras de óleo são retiradas do transformador usando amostradores especiais que excluem o contato do óleo com o ar ambiente. Em seguida, as amostras são entregues ao laboratório.

É desejável que não passe mais de uma semana desde o momento da coleta da amostra até o momento de sua análise.

A análise do gás dissolvido do óleo do transformador é realizada em laboratório usando instrumentos especiais chamados cromatógrafos.

A própria análise inclui dois processos. A primeira é a extração dos gases do óleo, e a segunda é a própria análise cromatográfica de gases já liberados. A extração a vácuo ou por dessorção é usada para extrair gases dissolvidos do óleo.

Clássico análise cromatográfica envolve trabalhar com nove gases: hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, metano, etano, etileno, acetileno, monóxido de carbono e dióxido de carbono.

Análise cromatográfica de gases dissolvidos em óleo de transformador: técnica diagnóstica

Para diagnosticar corretamente os danos do transformador com base na análise de gás dissolvido, é necessário usar uma técnica separada. Atualmente, diversas técnicas do gênero têm sido propostas. Dentre eles, destacamos:

• a técnica de Rogers;
• técnica IEC 60599;
• técnica SIGRE;
• o triângulo de Duval.

Neste artigo, vamos discutir brevemente o método do triângulo de Duval para entender a essência. Foi proposto pelo especialista canadense M. Duval em 1974.

Método do Triângulo de Duval

O método do triângulo de Duval é um exemplo de uma abordagem para determinar a natureza do defeito por meio de gráficos e não por lógica computacional.

O método permite traçar um ponto em um gráfico representado na forma de um triângulo usando os valores das concentrações de três gases (C2H2, C2H4, CH4). De acordo com o método Duval, a área do triângulo é dividida em sete zonas. Cada zona corresponde a um determinado estado defeituoso do transformador. Sete status defeituosos são considerados no total. O tipo de defeito é determinado pelo ponto pertencente a uma zona específica.

No uso prático deste método, é necessário encontrar a porcentagem de cada gás, isolá-lo no lado apropriado do triângulo e traçar três linhas de cada ponto que são paralelas ao lado atrasado e se interceptam em um ponto. A localização deste ponto determinará a zona e o defeito avaliado diagnosticamente.

O método discutido obviamente demonstra a “localização” do defeito, bem como permite observar a trajetória de seu desenvolvimento quando várias análises cromatográficas de gases dissolvidos são realizadas após um determinado período de tempo e os pontos obtidos são traçados sucessivamente no triângulo.

Analisador de hidrogênio e umidade de óleo de transformador ТОR-2

As exigências para o manuseio de grandes quantidades de gases encarecem os equipamentos utilizados nas análises cromatográficas. Levando em consideração que o hidrogênio representa cerca de 59% de todos os gases formados durante a decomposição do óleo e do isolamento sólido, seu teor no óleo pode ser considerado um critério informativo para avaliação diagnóstica de defeitos de desenvolvimento lento no transformador.

Em Instrumento TOR-2 fabricado por GlobeCore, a determinação do teor de hidrogênio é complementada com mais uma função — medição do teor de umidade.

A análise do óleo é realizada de forma fácil e rápida por uma pessoa. Após a coleta da amostra, é necessário ligar o instrumento, aspirar o recipiente de entrada e iniciar a medição. Os primeiros resultados do teor de umidade estarão disponíveis no painel LCD em dez minutos, e os do teor de hidrogênio — em trinta minutos. Para operação e processamento de dados convenientes, o instrumento possui uma mini-impressora integrada por meio da qual você sempre pode imprimir um recibo com os resultados do teste.

A precisão da medição do instrumento TOR-2 é alcançada devido às características de design dos sensores e ao contato direto dos mesmos com o óleo. A operação de um sensor capacitivo de umidade não é afetada por contaminantes na amostra de óleo. E um sensor de hidrogênio detecta apenas hidrogênio sem ser sensível a outros gases.

GlobeCore O instrumento é versátil e pode ser usado para detectar defeitos de desenvolvimento lento não apenas em transformadores, mas também em cabos preenchidos com óleo, buchas de alta tensão, reatores de derivação e comutadores de derivação em carga.

Aplicando a avaliação diagnóstica instantânea de transformadores por meio de

Instrumento TOR-2, você determina oportunamente defeitos de desenvolvimento lento, consegue evitar danos ao equipamento de geração de energia cheio de óleo no tempo adequado, aumenta a confiabilidade da fonte de alimentação e economiza dinheiro na manutenção deste equipamento.