II JORNADAS TÉCNICAS
DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN
SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE SOBRECARGAS EM
TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA (Projeto de P&D – CTEEP)
Erasmo Fontana
Emanuel Vendramin
Vagner Vasconcellos
Companhia de Transmissão de
Energia Elétrica Paulista – CTEEP
[email protected]
Companhia de Transmissão de
Energia Elétrica Paulista - CTEEP
[email protected]
PEAUniversidade de São Paulo-USP
[email protected]
PALABRAS-CLAVE:
Transformadores
potência, Sobrecargas, Perda de vida útil
de
Categoría en la que participa: Operacion
1. Objetivo
O presente trabalho relata os aspectos principais
do desenvolvimento e implantação do sistema de
gerenciamento
de
sobrecargas
em
transformadores de potência, que teve como
objetivo principal o estabelecimento de uma nova
ferramenta de apoio a tomada de decisões
associadas a operação diária do sistema de
transmissão da CTEEP.
2. Metodologia
O acompanhamento das ações que integram o
dia-a-dia de equipes encarregadas da operação
do sistema elétrico de empresas de transmissão,
indica que são freqüentes as ocasiões em que
transformadores de potência entram em
sobrecarga.
Tal situação constitui um momento de apreensão
para os operadores do sistema, quando o recurso
disponível para se estabelecer o alívio necessário,
seja o corte da carga atendida pelo transformador.
DATOS DE LA EMPRESA
Dirección: Alameda CESP s/n – Jundiaí-SP
Código Postal: 1285 – CEP 13202-970
Teléfono: ++ 55 11 4589.6588
Fax:
++ 55 11 4589 6573
Dado que o montante de carga a ser cortada deva
ser sempre o menor possível, há que ser
considerada a possibilidade de serem tolerados
pequenos
valores
de
sobrecarga
nos
transformadores envolvidos, desde que tal
procedimento não implique em elevação do risco
de dano permanente nos equipamentos.
Dentre as inúmeras variáveis que balizam as
avaliações da tolerância de um transformador à
sobrecarga, destaca-se a avaliação da perda de
vida útil, que constitui uma referência valiosa e
pode respaldar a assunção de sobrecargas, nos
casos em que outras condições de segurança já
estejam garantidas.
Com o objetivo de proporcionar uma ferramenta
orientativa aos operadores, foi desenvolvido um
sistema de gerenciamento e cálculo dos
patamares admissíveis de sobrecarga em
transformadores de potência, ajustada à norma
brasileira NBR-5416/97.
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DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN
3. Falhas em Transformadores de Potência
De acordo com estudos realizados em âmbito
internacional [3], transformadores de potência
sofrem contínuo processo de envelhecimento
quando estão em operação e um grande desafio
que enfrentam as empresas de transmissão é o
de gerenciar um parque de transformadores com
idade avançada e perto do final de sua vida útil
estimada.
Considerando que a substituição desses
equipamentos incorre em uma série de custos,
seja do equipamento em si, como também do
custo da indisponibilidade do equipamento, ou
dos custos das equipes para a troca, é de grande
interesse que tal substituição seja postergada
tanto quanto possível.
Nesse
contexto,
pesquisas
vêm
sendo
conduzidas tanto no sentido de desenvolver
novas técnicas de manutenção, para estender a
vida útil dos equipamentos, como também no
sentido de aperfeiçoar os métodos de avaliação
indireta da vida útil de transformadores de
potência.
Como exemplo, pode-se citar pode-se citar os
ensaios de resposta em freqüência, que visam
identificar deformações nos
enrolamentos,
afrouxamentos de bobinas e medições de
descargas parciais, métodos elétrico e acústico.
Em razão das dificuldades e dos custos, esses
ensaios eram realizados, até recentemente,
exclusivamente para comprovação de eventuais
anomalias que tivessem sido previamente
detectadas por meio de ensaios tradicionais.
O ensaio de resposta em freqüência vem se
popularizando em algumas concessionárias
internacionais devido ao desenvolvimento de um
aparelho portátil para esse fim, [2].
Com o desenvolvimento desse novo aparelho a
realização dos ensaios de resposta em freqüência
tornou-se bastante acessível e atualmente se
constitui numa poderosa ferramenta para
prognóstico de falhas, evitando prejuízos de
grande monta.
Outro ensaio que vem se popularizando é o
ensaio para detecção de Descargas Parciais pelo
método elétrico e acústico, que é utilizado para se
comprovar o fenômeno das Descargas Parciais,
que tenha sido previamente detectado por meio
de ensaios de cromatografia gasosa no óleo
isolante. Trata-se de um ensaio muito trabalhoso
e dispendioso, razão pela qual não é utilizado
com um ensaio de rotina.
Devido a necessidade de extensão de vida útil
dos transformadores, muitos equipamentos vêm
operando em regimes de sobrecarga por alguns
períodos.
Para essa condição de sobrecarga torna-se
essencial o rígido monitoramento da temperatura
de operação, visando a não formação de bolhas
no óleo isolante.
Esse assunto vem sendo exaustivamente
estudado e importantes descobertas ocorreram no
ano de 2001 com a publicação de um artigo[1],
onde se identificou que as bolhas ocorrem a uma
temperatura bem superior do que se imaginava
segundo estudos anteriores.
Com o desenvolvimento da nova equação a
respeito da formação de bolhas no óleo [1], é
possível calcular com maior precisão e
confiabilidade a temperatura na qual haverá a
formação de bolhas no óleo e com isso
estabelecer os patamares de operação em
sobrecarga de maneira segura e confiável.
No estudo anterior concluiu-se que determinadas
manutenções vinham sendo realizadas com
técnicas
de
manutenção
inadequadas,
ocasionando, em alguns casos, o agravamento de
falhas nos equipamentos.
Poucas mudanças ocorreram nos processos de
manutenção até o presente momento, vindo a
concretizar as previsões anteriores. Os estudos
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atuais [3] mostraram que uma parcela das falhas
ocorridas nos transformadores decorre de
técnicas
de
manutenção
ineficientes
ou
inadequadas, conforme previsto no estudo
anterior.
A sugestão dos estudos é que sejam introduzidas
novas
técnicas
de
manutenção
nos
transformadores visando a detecção de seu
verdadeiro estado de funcionamento. Estas novas
técnicas foram exaustivamente discutidas pelo
Grupo WG -12.18 do CIGRÉ que propõe até uma
nova metodologia de gerenciamento de vida dos
transformadores [3].
Uma importante ferramenta utilizada por algumas
empresas é a medição do teor de furfuraldeído no
óleo, 2FAL. Através desta técnica é possível
prognosticar possíveis falhas incipientes e desta
forma evitar grandes prejuízos.
Algumas empresas vêm adotando essa técnica de
ensaio, mas, os resultados só apareceram após
alguns anos já que para utilização da técnica de
maneira confiável e segura é necessário que se
tenha um histórico de ensaios realizados para se
aferir as variações no período.
4. Pesquisa e Implantação.
Com base nos resultados obtidos na revisão
bibliográfica foi discutido com a CTEEP os
requisitos básicos do sistema e quais
componentes do transformador deveriam ser
monitorados com a finalidade de mitigar os riscos
para a operação dos transformadores em
sobrecarga.
4.1 Desenvolvimento
O sistema foi desenvolvido com base nas
equações de aquecimento, constantes da norma
NBR-5416/97, [4], por meio das quais estima-se a
temperatura do enrolamento do transformador,
com base no regime de carregamento anterior ao
período de sobrecarga, na temperatura ambiente
e também na duração da sobrecarga ao qual o
equipamento ficaria submetido.
Outro ponto importante do sistema são as
informações referentes ao óleo isolante, às
restrições físicas dos transformadores e mesmo
das subestações onde encontram-se instalados.
5. Topologia do Sistema de Gerenciamento
Com base nos dados coletados junto ao Sistema
SCADA., o sistema efetua o cálculo de máximo
valor de carregamento possível de ser tolerado
pelos transformadores sem comprometimento da
vida útil, relacionando a amplitude da sobrecarga
à duração da mesma. Os resultados obtidos nas
simulações de carregamento são confrontados
com dados de ensaios de óleo isolante e
analisados em conjunto, para definição da
condição de sobrecarga que pode ser aplicada ao
transformador.
O Sistema de gerenciamento é composto por 3
módulos: carregamento e leitura do banco de
dados, ensaios de óleo e restrições, conforme
descrito na Figura 01.
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DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN
SISTEMA
SCADA
Leituras + Banco Dados
CARREGAMENTO
ENSAIOS DE ÓLEO
temperatura ambiente são então lançados nas
equações de aquecimento, permitindo o cálculo
dos máximos patamares de carregamento
admissíveis.
Com base nos valores de temperatura obtidos
com a aplicação das equações de aquecimento,
define-se os máximos patamares de carga e os
seus
respectivos
tempos
de
aplicação,
respeitando os máximos valores de temperatura
do óleo e enrolamento estabelecido nas normas.
No sistema o operador pode simular o patamar de
carregamento desejado ou o tempo que necessita
operar em sobrecarga.
RESTRIÇÕES
5.2 Módulo de Ensaios de Óleo
CARREGAMENTO
ADMISSÍVEL
Figura 01 – Diagrama esquemático do Sistema de
Gerenciamento de Sobrecargas
5.1 Módulo de Carregamento
A partir da seleção de um transformador, cujos
dados encontram-se armazenados no banco de
dados próprio do programa, o sistema carrega
automaticamente as últimas 24 leituras horárias
(SCADA)
de
Potência
Aparente(MVA),
construindo a curva de carga do transformador
que servirá de base para os cálculos dos
patamares admissíveis de sobrecarga.
O conjunto de informações do transformador,
seus
carregamentos, juntamente com
a
Outro módulo que integra o Sistema de
Gerenciamento é responsável pela análise das
condições do óleo isolante, que detecta a
existência de condições adversas envolvendo o
óleo isolante, que seriam impeditivos para a
operação do transformador sob regime de
sobrecarga.
O módulo referente ao óleo isolante executa a
análise das características dos ensaios físicoquímicos e de cromatografia gasosa com base
nos resultados e restringe ou libera a operação
dos transformadores acima das condições
nominais.
No módulo do óleo isolante os resultados dos
ensaios físico-químicos são comparados com
valores máximos e mínimos admissíveis, dando
origem a um diagnóstico adicional à análise da
perda de vida útil.
Para a cromatografia gasosa o transformador só é
liberado para a operação em sobrecarga caso
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este ensaio confirme a inexistência de
anormalidades associadas a norma NBR 7274/82,
[5].
Em ambos os ensaios analisados no módulo de
carregamento, os valores destes são inseridos de
forma manual pelo operador do sistema.
operador a informação imediata da condição
do transformador sem a necessidade de
consulta a outros órgãos da empresa.

Para desenvolvimentos futuros sugere-se que
o banco de dados seja gradualmente
enriquecido com informações que sejam
relavantes para a avaliação dos limites
operativos dos equipamentos, tais como
ensaios de Grau de Polimerização, 2FAL,
informações de manutenção, ocorrências
relevantes, etc.

Entende-se que um grande salto de qualidade
poderá ser obtido a partir da integração do
banco de dados de ensaio de óleo isolante da
CTEEP com o Sistema de Gerenciamento
desenvolvido.
5.3 Módulo de Restrições
O módulo de restrições complementa a análise
com base em informações adicionais que
eventualmente possam limitar a atuação dos
transformadores, tais como, limitações de buchas,
comutadores sob carga, barramentos das
subestações, etc.
Nos caso em que existem limitações externas ao
próprio transformador, os patamares de
sobrecarga são recalculados com base nos
valores limite estabelecidos pelos equipamentos
que estão na linha de corrente do transformador.
6. Conclusões e Recomendações


Baseada em informações colhidas em tempo
real, tais simulações permitem ao operador do
sistema, assumir, com segurança, a tolerância
temporária de sobrecarga em um determinado
transformador, restringindo-se a estabelecer
cortes de carga que sejam essencialmente
necessários para manter condições de
envelhecimento compatíveis com aquelas que
sejam toleráveis pelo equipamento.
Há que ser aperfeiçoado o banco de dados
referente às limitações existentes na linha de
corrente dos transformadores, permitindo ao
7. Bibliografia
[1] T.V Oommen – Buble Evolution
Transformer Overload – IEEE 2001;
from
[2] Jarman, Paul N, Darwin (Doble), Allan W
(Areva Transformers) – Experimental and
Numerical Investigation of frequency response
analysis Method for diagnosing transformer
winding deformations – Doble Conference 2002 –
USA.
[3] CIGRE Working Group Life Management of
Transformers, Final Report “Life Management
Techniques for Power Transformers” (to be
issued).
[4] NBR 5416/97 – Aplicação de Cargas em
Transformadores de Potência – Procedimento
[5] NBR 7274/82 – Interpretação da Análise dos
Gases de Transformadores em Serviço
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8. Anexo I - Exemplo de telas – Sistema de Gerenciamento de Sobrecargas
MÓDULO DE CAREGAMENTO
MÓDULO DE ENSAIO DE ÓLEO