Reduzindo Risco de Falha em Transformadores

Neste post vamos fazer um breve compêndio sobre análise de gases dissolvidos em óleo isolante e sobre o 2-fal, além de apresntar o triângulo de Durval (método de diagnóstico). Futuramente vamos fazer novas postagens entrando mais a fundo em cada um desses itens.

Com a manutenção preditiva de transformadores de potência isolados à óleo, através de análise de gases e compostos furânicos, é possível verificar a taxa de degradação do isolamento do transformador.

Falha em bobina

O teor de gases dissolvidos no óleo isolante pode fornecer uma indicação do estado de operação do transformador, enquanto a medição de furfural indica o estado do isolamento sólido (papel), podendo proporcionar meios para estimarmos a taxa de degradação de um transformador.

Sistema Isolante em Transformadores Isolados à Óleo

Esse sistema de isolamento de transformadores que associa o óleo mineral isolante e o papel isolante é o conjunto utilizado em 95% da quantidade total de equipamentos. Apesar dos recentes avanços na área de materiais sintéticos que, à primeira vista, deveriam (ou poderiam) substituir o conjunto papel-óleo, que vem sendo utilizados desde 1890, a permanência de sua utilização deve-se às excelentes características deste conjunto, face às solicitações elétricas, mecânicas e térmicas no transformador de potência [Milash, 1984; Nunes Jr., 2003].


Apesar do excelente desempenho isolante da dupla óleo/papel, seu maior problema reside em seu envelhecimento e decomposição com o tempo. Este envelhecimento é acelerado quando o equipamento é exposto a regimes de trabalho em altas temperaturas e com a presença de umidade no óleo. Além disso, elementos internos ao transformador, como o cobre, tinta, verniz e oxigênio podem acelerar esta degradação.

Para que se garanta a operação confiável do transformador, o envelhecimento do isolamento líquido e sólido deve ser monitorado regularmente, utilizando métodos estabelecidos em normas. Estes testes devem proporcionar uma base para avaliação do grau de degradação do isolamento, bem como mostrar a possível evolução do estado de degradação com o tempo, indicando as medidas de manutenção a serem adotadas.

Quando o óleo é exposto a altas temperaturas e umidade, ou outro catalisador, o óleo oxida-se. Subsequentemente formam-se substâncias como ácidos e outras substâncias polares que por seu lado aceleram a degradação da celulose. O grau de degradação do papel pode ser avaliado através da análise e monitoração dos gases dissolvidos no óleo com o decorrer do tempo. Este é um método que já está estabelecido há muito tempo, conhecido como Análise Gás-Cromatográfica, que já provou ser eficaz na prevenção de falhas. [Nynas, 1998; Naphthenics Magazine]

Existem diversos métodos para avaliação e interpretação dos resultados da análise de gases dissolvidos no óleo. É interessante que esta análise seja realizada por um engenheiro eletricista experiente neste tipo de análise. Um dos métodos conhecidos e geralmente aplicado é o chamado triângulo de Durval. Apresentaremos em outra postagem diversos métodos para análise de resultados de gases dissolvidos em óleo isolante.

Quando se diagnostica uma anomalia num transformador por meio da análise de gases, o Triângulo de Duval é uma das ferramentas mais eficazes para identificar o tipo de falha ocorrido. Isto é muito importante para se decidir quais são as medidas adicionais de manutenção ou reparo necessárias. [Nynas, 1998; Naphthenics Magazine]

A análise de gases dissolvidos é um método comprovadamente eficaz de se obter uma fotografia operacional do transformador, além de possibilitar a detecção de falhas incipientes no equipamento. Porém, aliado a este método, podemos lançar mão de outro, que avalia também a degradação do isolamento sólido do transformador.

A celulose é constituída por longas cadeias de unidades de glucose. A resistência da celulose depende do comprimento destas cadeias. O comprimento das cadeias é normalmente medido pelo número de unidades de glucose e é expresso como grau de polimerização, GP. Quando estão presentes muitos produtos de degradação do óleo, as ligações glucosídicas entre as unidades de glucose são rompidas gradualmente originando cadeias de celulose cada vez mais curtas, o que leva a um valor de GP reduzido. [Nynas, 1998; Naphthenics Magazine]

Num isolamento de celulose novo, feito de papel kraft, o valor GP é cerca de 1400. Em combinação com o óleo o valor GP para celulose do isolamento elétrico é normalmente cerca de 1000 e com a idade vai diminuindo gradualmente para cerca de 200. Ao mesmo tempo a resistência à tração da celulose também deteriora, aumentando gradualmente o risco de falhas no isolamento e, portanto, de defeitos.

[Nynas, 1998; Naphthenics Magazine]

Gráfico de Burton, relacionando o teor de 2-fal, grau de polarização e vida útil

O grau de degradação da celulose pode ser determinado medindo o teor de furfural no óleo. O furfural é um produto de degradação do papel. A correlação entre o teor de furfural e o valor GP não é perfeita, mas é suficientemente boa para dar uma indicação do grau de deterioração da resistência da celulose. [Nynas, 1998; Naphthenics Magazine]. Em um tópico futuro vamos discorrer sobre esta relação com mais detalhes.

Um bom plano de manutenção que leve em consideração estas análises proporciona uma boa base de dados para tomadas de decisão visando a  redução de risco de falhas. A análise pode fornecer informações importantes sobre a possibilidade de falha do equipamento e se este for o caso, ensaios elétricos adicionais poderão ser executados afim de se localizar a origem da falha, preservando o equipamento.