O Estado da Arte das Aplicações para
Diagnóstico de Umidade em
Transformadores de Potência
Marcelo E. de C. Paulino
Envelhecimento do Isolamento
• Envelhecimento Térmico
• Envelhecimento Dielétrico
• Envelhecimento Mecânico
Geração de
Umidade
• Envelhecimento Quimico
Umidade externa no ambiente do transformador
Marcelo Paulino – [email protected]
2
Envelhecimento do Papel
• Devido o envelhecimento temos a quebra
das móleculas do papel
(despolimerização)
– O resultado
•
•
•
•
Água
Gases (CO, CO2)
Grupo dos Aldeídos (Alcalinos)
Grupos Carbônicos (ácidos orgânicos)
H 2O
H 2CO OH
C
CH
Marcelo Paulino – [email protected]
OH
O
H
OH
H
O
CH
C
CH
H
C
H
OH
H2CO OH
C
C
C
H
OH
H
CH
O
3
Processo de Envelhecimento
Relative
Depolymerisationsgeschwindigkeit
Velocity of Depolimerization
Relative
1000
80 °C
100 °C
100
120 °C
10
1
0
1
2
Wassergehalt
imthe
Papier
Water
Content in
Paper
3
[%]
4
Calor e água aceleram o processo de envelhecimento
Marcelo Paulino – [email protected]
4
Propriedades do Dielétrico
Medida das propriedades:
 Condutividade do papel e óleo
 Polarização Interfacial
Complex
Capacitance C
Current
input
A
~
Voltage
Source
Guard
Marcelo Paulino – [email protected]
Influenciados por:
 Geometria do
Isolamento
 Temperatura
 Umidade
 Envelhecimento
5
Superposição do Fenômeno Dielétrico
Óleo
Papel
DF
1%@20°C
1.000
DF
10.0
1pS/m@20°C
2
0.100
0.050
1
0.020
0.010
0.005
0.001
0.01
0.1
1.0
10.0
100
f/Hz
0.10
0.10
0.01
0.01
0.001
0.001
0.0001
0.001
0.010
0.100
0.0001
0.001
0.010
0.100
1.00
DF
3%, 43pS@50°C
DF@50Hz=1,5%
5.00
3%, 10pS@20°C
DF@50Hz=0,4%
f/Hz
10.00 100.00
Quente Antigo Úmido
DF
30/15%@20°C
DF@50Hz=0,23%
0.10
f/Hz
10.00 100.00
10.00
1.00
0.30
1.00
Antigo/Úmido
Pressboard
Oil
conductivity
Novo
Insulation
Geometry
X/Y=30/15%
0.30
3
0.200
DF
10.0
1.00
1.00
0.500
Pressboard
Polarização Interfacial
1.00
0.50
0.20
0.10
0.10
0.05
0.03
0.02
0.01
DF
0.01
0.01
0.001
0.010
0.100
1.000
10.000
100.000
f/Hz
f/Hz
0.001
0.010
0.100
1.000
10.000
100.00
0.001
0.010
0.100
1.000
10.00
100.00
f/Hz
Domínio do Tempo: Correntes de
Polarização/Despolarização PDC
U, I
Uc (t)
ipol (t)


I pol (t )  C0U 0  0   () (t )  f (t )
 0

idep (t)
Current / nA
TC
t
1000
high
100
low
Ipol
10
Idep
high
low
1
oil
insulation
conductivity geometry
0,1
1
10
100
moisture
and aging of
cellulose
1000
10000
Time / s
I dep (t )  C0U0  f (t )  f (t  tC )
Corrente no dominio do tempo
durante carga e descarga
Interpretação
Tempo curto: condutividade
do óleo
Médio : geometria do
isolamento
Tempo longo: umidade e
envelhecimento
Domínio da Frequência:
Frequency Domain Spectroscopy FDS

I ( )  jC0  ()   ( ) 



j  0   ( ) U ( )
  0

1
high
low
high
moisture,
aging of
cellulose
0,1
low
high
insulation
geometry
0,01
moisture and
aging of cellulose
Dissipation factor
0
  ( )
C ( )  ( )  0
t an ( ) 


C ( )  ( )  ()   ( )
0,001
0,001 0,01
0,1
oil
conductivity
1
low
10
100 1000
Frequency / Hz
Interpretação
 Rampa : conductividade do óleo
 Topo : Geometria do isolalmento
 Baixas frequencias : umidade e
envelhecimento
Medidas no Domínio da Freqüência
Fonte de Tensão
Medidor corrente
AT
BT
Guarda
Isolamento principal
• Fator de Dissipação no domínio
da freqüência
Dissipation factor
~
10
?
1
0,1
0,01
Tanque
0,001
0,0001 0,001 0,01 0,1
1
10 100 1000
Frequency (Hz)
Combinação dos Domínios do Tempo e
Freqüência
DIRANA – técnica
patenteada
1.
f > 0.1 Hz
- domínio freqüência,
2. f < 1 Hz
-domínio tempo
3. Transformação do dado de
tempo no domínio da
freqüência
 22 min para range:
1 kHz - 1 mHz
Marcelo Paulino – [email protected]
10
Esquema para medida com 2 canais
em transformador de 3 enrolamentos
Marcelo Paulino – [email protected]
11
Característica e avaliação
Análise da Umidade baseada em
Comparação
Aplicações em Campo
Transformadores
Análise do conteúdo de umidade
Monitoramento da umidade
Buchas
Umidade
Envelhecimento pelo ambiente
temperatura
umidas
secas
Isolamento de Cabos,
Gerador, Motor
e TCs
Bucha RIP armazenada sobre
condições umidas e depois secas
Considerações Finais
• Motivação: contaminação pelo envelhecimento e umidade
• Diagramas de equilíbrio tradicionais superestimam a
umidade
• Arranjo para medidas: Utilização de dois canais de medida
• Interpretação: Baixas freqüências são importantes
• Medidas rápidas pela combinação do domínio do tempo e
freqüência
• Avaliação da umidade baseada em normas
internacionais
Marcelo Paulino – [email protected]
15
Eng. Marcelo Paulino
[email protected]
+55 21 93741232