Dipolo Elétrico: O Sistema de Isolamento de um Transformador de Potência [Parte 3]

O óleo mineral isolante usado nos equipamentos elétricos em serviço está continuamente deteriorando-se, sofrendo um processo de envelhecimento devido às reações de oxidação que podem ser aceleradas pela presença de compostos metálicos (materiais presentes na construção, como cobre e outros, sendo que estes agem como catalisadores), oxigênio, alto teor de água e calor excessivo, os quais conduzem à formação de produtos de oxidação [Lipstein, 1970; Martins de Souza, 2003; Ribeiro Jr., 2003].

O Efeito da Umidade

A umidade é um dos principais catalisadores da degradação da isolação de papel. A isolação úmida tem sua resistência mecânica diminuída e suas propriedades dielétricas prejudicadas [Milash, 1984].

O papel em presença de umidade tende a abaixar sua rigidez dielétrica e aumentar seu fator de potência. O fator de potência do óleo isolante aumenta com a temperatura e com a quantidade de substâncias polares provenientes da sua deterioração. Na figura abaixo podemos verificar a variação do Fator de Potência do papel isolante em função de seu teor de umidade.

Fator de Potência ou Fator de Perdas é um ensaio para se determinar o cosseno do ângulo de fase ou o seno do ângulo de perdas de um material isolante. Ele nos dá uma ideia da intensidade da corrente que flui pelo isolante e que é uma medida de sua contaminação e de sua deterioração.

Variação do fator de potência do papel isolante em função do teor de umidade

Fonte: Milash, Milan. Manutenção de Transformadores em Líquido Isolante

Internamente ao transformador, os meios isolantes tendem a buscar um equilíbrio químico nos teores de umidade. Por exemplo, se a isolação sólida estiver mergulhada em uma atmosfera gasosa, haverá passagem da umidade do gás para o papel, ou vice-versa, até ser atingido um estado de equilíbrio.

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O gráfico de Piper abaixo mostra que, para uma pressão constante no vapor de água, quanto mais alta a temperatura, menor é a percentagem de umidade do material fibroso e que seu teor de umidade crescerá com o aumento da pressão do vapor.

A eliminação de água da isolação é essencial para manter suas propriedades dielétricas em condições adequadas de isolamento e sua resistência mecânica. A percentagem de umidade necessária para afetar o fator de potência do papel é maior que a necessária para afetar o do óleo.

O papel isolante, por ser muito higroscópico, é um secador muito eficiente de ar e óleo. A celulose seca, quando mergulhada em óleo com umidade, tende a absorver esta água. Esta absorção se dá até o ponto em que é atingido o estado de equilíbrio. Na situação inversa, a água passa do papel para o óleo, quando este possui um teor de umidade inferior a do estado de equilíbrio.

O papel isolante imerso em óleo e aquecido por tempo prolongado fica com sua resistência mecânica muito reduzida.

A resistência mecânica da isolação diminui mais rapidamente que a sua resistência de isolamento, podendo enfraquecer-se a ponto de não poder mais resistir aos esforços de curtos-circuitos e surtos de tensão.

Pesquisas indicam que pequenas quantidades de água na isolação provocam considerável redução na sua resistência mecânica.