Determinação do teor de umidade do isolamento do transformador

Os transformadores de potência são um elo importante nos sistemas de fornecimento de energia. Eles permitem que você conecte seções de rede com diferentes tensões e reduza as perdas de eletricidade durante a transmissão em longas distâncias.

A falha repentina de até mesmo um transformador deixa bairros inteiros sem eletricidade. Para que isso aconteça raramente, é necessária a manutenção dos transformadores. A manutenção do transformador deve ser realizada em intervalos regulares. Mas essa frequência pode variar dependendo do estado atual do transformador, que é determinado usando métodos de diagnóstico.

Causas de falhas do transformador

Causas de falhas do transformador pode ser diferente. É difícil coletar estatísticas em todo o mundo, mas o estudo de William Bartley, que ele conduziu em 2003, pode ser usado como um guia. Bartley analisou 94 casos de falha de transformadores de potência e, a partir disso, identificou as causas dos acidentes ocorridos. Entre eles (classificados dos casos mais frequentes aos menos frequentes):

• danos ao isolamento;
• erros de projeto, defeitos em materiais estruturais, erros de instalação;
• contaminação por óleo;
• sobrecarga;
• Explosão de fogo;
• sobretensões de rede;
• erros de manutenção;
• inundação com água;
• contatos ruins;
• relâmpago;
• isolamento de umidade.

Alguns motivos podem estar relacionados. Por exemplo, molhar o isolamento sólido leva a uma diminuição em sua resistência elétrica e quebra. Portanto, o teor de umidade do isolamento do transformador deve ser controlado. Para o isolamento sólido (papel) e líquido (óleo) ,as medições para cada tipo de isolamento têm suas especificidades.

Determinação do teor de umidade no isolamento sólido

Realizadas por métodos diretos e indiretos. Para o método direto, é necessária uma amostra de papel, que é retirada com pinça na abertura da parte ativa do transformador ou colocada em seu interior antes de colocar o transformador em operação (primeiro acionamento ou após o reparo). Depois de retirada do transformador, a amostra de papel é enviada ao laboratório para análise. Como o teor de umidade geralmente difere em pontos diferentes no isolamento sólido, pode ser necessário coletar várias amostras do papel.

O método indireto é a avaliação do teor de umidade do isolamento dos enrolamentos do transformador usando o teor de umidade do óleo. Para isso, são utilizadas as chamadas curvas de equilíbrio hídrico do sistema óleo-papel. Essas curvas mostram a distribuição de água entre o papel e o óleo em diferentes temperaturas. A abcissa mostra o valor da água no óleo em gramas por tonelada, após o qual uma linha reta é desenhada perpendicularmente à ordenada até que se cruze com a curva que corresponde à temperatura atual do óleo. Baixando a perpendicular do ponto de intersecção ao eixo das ordenadas, pode-se obter o teor de água do isolamento do papel, que é medido em percentagem.

Os métodos da curva de equilíbrio podem ser muito propensos a erros e requerem a determinação do teor de água do isolamento líquido. Vamos considerar o método  mais popular de titulação Karl Fischer usado em muitos laboratórios para medir o teor de umidade de um óleo.

Titulação Karl Fischer

Teor de umidade do óleo do transformador pode ser determinado pelo método Karl Fischer. Este é um dos métodos químicos clássicos para determinar o conteúdo desconhecido de uma substância em outra. A sua essência reside na adição de uma terceira substância, cuja concentração é conhecida. Esta substância é geralmente chamada de titulante. Em seguida, o titulante interage com a substância, cuja concentração deve ser determinada. Após o término da interação, o volume da substância é determinado pelo volume do titulante consumido, no nosso caso é a água. Este é um algoritmo do método clássico de Karl Fischer. No momento, existem modificações. Em geral, o método é aplicável para medir pequenas quantidades de água em amostras de óleo, é realizado principalmente em laboratório, requer o uso de equipamentos especiais e a experiência do pessoal. Existe uma alternativa para a medição de Karl Fischer, que discutiremos a seguir.

Dispositivo para medir umidade no óleo TOR-1

O teor de água do óleo expresso parece ser promissor, pois oferece resultados mais rápidos. A GlobeCore desenvolveu um dispositivo TOR-1 compacto, portátil, confiável e fácil de usar (altura – 38 centímetros, comprimento e largura – 18 centímetros).

O dispositivo TOR-1 é projetado para determinar a fração de massa da água em óleos isolantes, mesmo em pequenas quantidades. Além do teor absoluto de água em ppm, o instrumento também mede a temperatura do óleo. A precisão e a estabilidade das medições são obtidas através do uso de um sensor capacitivo insensível à contaminação que pode estar contida no óleo isolante.

Após pressionar o botão para iniciar as medições, os valores de umidade e temperatura aparecem nos indicadores. Um resultado mais preciso está disponível em dez minutos.

A classe de proteção do dispositivo permite testar óleo isolante próximo a transformadores em qualquer clima, e o sensor opera em temperaturas ambientes de -40 a +60 graus Celsius. A confiabilidade da operação é alcançada através do uso de botões de metal à prova de vandalismo, proteção de metal do elemento sensível, fonte de alimentação estabilizada e proteção embutida do equipamento elétrico.

O dispositivo TOR-1 economiza tempo e reduz a complexidade das medições em quaisquer condições operacionais. Ele pode ser usado tanto de forma independente quanto como parte de laboratórios móveis para análise de óleo on-line no campo.

De interesse prático é a determinação online da umidade em um transformador, na qual as medições são realizadas de modo automático continuamente e com uma certa frequência. A GlobeCore desenvolveu essa tecnologia, mas falaremos sobre isso em um dos artigos a seguir em nosso site.

O que fazer quando temos óleo com alto teor de umidade em um transformador

Resta saber o que fazer se a análise das amostras de óleo mostrou um excesso do valor padrão para o teor de umidade nas amostras de óleo isolante selecionadas. A primeira solução que me vem à cabeça é trocar o óleo dos transformadores. Mas não é racional, já que agora foram desenvolvidas tecnologias de secagem eficazes, que permitem reduzir o teor de água a valores permitidos e, posteriormente, aproveitar o óleo no transformador. A GlobeCore fabrica sistemas para secagem de óleos de transformador usando zeólitas, bem como alta temperatura e alto vácuo.

A tecnologia de secagem de zeólita é representada pelos equipamentos da série ZP. Trata-se de um ou dois cartuchos nos quais é despejado zeólito – substância com alta atividade em relação à absorção de água. Ao bombear o óleo através dos cartuchos, o zeólito absorve a água e a retém com segurança em seus grânulos. As vantagens da secagem do zeólito são a simplicidade da implementação do dispositivo e a capacidade de trabalhar com óleos que contêm uma quantidade relativamente grande de água.

A segunda tecnologia consiste em aquecer o óleo e evaporar os vapores de água e gás de sua superfície por meio de vácuo profundo, criado por um poderoso sistema de vácuo de dois estágios. A tecnologia de secagem térmica a vácuo é implementada em  unidades da série CMM.

Para mais informações sobre os testadores expressos de umidade e unidades para secagem de óleo de transformador, entre em contato conosco através de um dos contatos indicados na seção correspondente do site.