Diagnóstico de falhas em transformadores isolados com óleo vegetal isolante a partir da análise de gases dissolvidos

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta os resultados experimentais obtidos pela aplicação da técnica de análise de gases dissolvidos (AGD) em ésteres naturais isolantes (ENI's). A pesquisa foi realizada a partir da simulação em laboratório de dois tipos de falhas ou defeitos comuns em transformadores devido ao estresse elétrico e térmico. Foram avaliados quatro fluidos isolantes comerciais, um óleo mineral isolante (OMI) e três ENI's chamados de BIOVOLT A (BA), BIOVOLT HW (BHW) e ENVIROTEMP FR3 (FR3). Os experimentos foram desenvolvidos nos ENI's contendo diferentes teores de água (próximos a 30, 200 e 400 ppm). Após a simulação das falhas/defeitos térmicos e elétricos foi avaliado o efeito da umidade e da composição dos ENI's na quantidade e no tipo de gases formados, indicadores do tipo de falha/defeito simulado.O ensaio de estresse térmico foi realizado por aquecimento dos óleos em estufa a 150 °C por aproximadamente 500 h. O ensaio de estresse elétrico foi realizado pela utilização de um arranjo de eletrodos de configuração plana imersos no fluido isolante. Os gases chaves formados, hidrogênio (H2), metano (CH4), etano (C2H6), etileno (C2H4) e acetileno (C2H2) gerados pelos dois tipos de falhas simulados nos ENI's foram analisados e comparados com os gases gerados no OMI. Foram aplicados aos resultados de análise dos gases os métodos de diagnóstico tradicionalmente aplicados ao OMI, como o Triângulo de Duval, Razão de Roger, os métodos de Dornenburg, IEC 60599 e CIGRE para predizer o tipo de falha simulado em laboratório. Esses métodos de diagnóstico também foram aplicados a resultados de análise de gases de dois transformadores isolados a ENI, um com FR3 e outro com BA, operando em duas concessionárias de energia, ELEKTRO e ELETROBRÁS/ELETRONORTE, respectivamente. Os diagnósticos obtidos pela aplicação dos diferentes métodos aos gases formados nos ENI's mostraram que esses métodos necessitam de modificações para ser aplicados aos ENI's. Também foram realizadas análises de espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e ressonância magnética nuclear protônico, de carbono- 13 e DEPT 135 (RMN 1H, 13C e DEPT-135) nas amostras de óleo submetidas ao estresse térmico, para observar diferenças nos principais grupos funcionais da estrutura dos triacilgliceróis dos ENI's decorrentes da sua degradação e para verificar a possibilidade de correlação dessas prováveis diferenças com os gases formados.

Abstract: This study presents experimental results on the application of dissolved gas-in-oil analysis (DGA) technique to natural esters insulating fluids (NEI's). The investigations covered two common types of transformer faults by laboratory simulations, for electrical and thermal stress, and four different commercial insulating oils, one mineral (MIO) and three NEI's named Biovolt A (BA), Biovolt HW (BHW) and Envirotemp FR3 (FR3). Experiments were performed with the test oils at three different moisture levels (near to 30, 200 and 400 ppm). After of faults/defects simulations observed the effect of moisture content and the NEI's composition on the quantities of fault gases dissolved, indicators of the type of faults/defects simulated. The overheating tests were performed by heating the oils in the oven at 150 °C for near of 500 h. The electrical stress test was performed using a flat plate-plate electrode arrangement immersed in oil. Five key dissolved hydro-carbon gases hydrogen (H2), methane (CH4), ethane (C2H6), ethylene (C2H4) and acetylene (C2H2), generated by the two simulated fault types into natural ester insulating (NEI's) fluids were analyzed and compared with mineral oil fault gases, using diagnostic methods applied at IMO as the classical Duval Triangle, Roger's ratio, Dornenburg, IEC 60599 and CIGRE methods. These methods were also applied at DGA results on two in service-equipments isolated with NIE's, the first isolated with FR3 and the second with BA, operating in two utilities, ELEKTRO and ELETROBRÁS, respectively.The classical diagnostic methods applied to NEI's showed that these methods needssome modifications for the direct applications in these oils. IR and nuclear magnetic resonance protonic, carbon-13 and DEPT-135 (NMR 1H,13C and DEPT-135) spectroscopy analyses were performed to observe differences in natural esters chemical compositions before and after heating tests, and for correlating those possible differences with generated gases.