Semana do Instituto de Tecnologia da UFPA 2011
AVALIAÇÃO DO ISOLAMENTO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA
Danilo Rodrigues Dias 1
Engª. Vanessa de Cássia Viana Martins Beltrão 2
Dra. Maria Emília Tostes 3
Resumo
O trabalho apresenta a eficácia e os resultados em medições de umidade e degradação do
isolamento em transformadores de potência e seus componentes, a partir da resposta do meio
dielétrico mediante a variação de frequência. Inicialmente apresenta o funcionamento dos
transformadores, componentes e principais tipos. Apresenta métodos de ensaios realizados no
transformador para garantir seu perfeito funcionamento. Além de um novo equipamento para
realização de ensaios de isolamento, assim como exemplos práticos para validação deste
trabalho. São apresentados ensaios realizados em transformadores de 230 kV e
autotransformadores de 500 kV da subestação de Vila do Conde. Os resultados obtidos
comprovam o grande avanço e confiabilidade alcançados pelo de variação em frequência em
ensaios de isolamento. O estudo foi restrito aos resultados obtidos na empresa Eletrobras
Eletronorte, onde foi constatado que o uso deste método de ensaio possibilitou um
acompanhamento preciso e confiável da equipe de manutenção visando eliminar possíveis
falhas do transformador, falhas essas que acarretam grandes perdas materiais e financeiras para
a empresa. O principal resultado é manter a confiabilidade do sistema de transmissão de energia
e manter os índices de qualidade e fornecimento dentro dos padrões aceitáveis.
Palavras-chave: Transformadores de potência; variação de frequência; dielétrico.
Introdução
Os transformadores de potência são os equipamentos mais caros nos sistemas de transmissão de
energia elétrica. Uma substituição devido a uma falha inesperada pode causar grandes
transtornos, além de grandes perdas financeiras. A monitoração permanente deste equipamento
pode detectar problemas incipientes, evitando que eles se desenvolvam de maneira
descontrolada e causem a falha repentina e inesperada do transformador.
Assim, a manutenção preditiva de transformadores pode garantir não só uma maior
confiabilidade na transmissão da energia elétrica, como também uma redução nos custos de
manutenção. Nesse contexto, a utilização de métodos de ensaio precisos no monitoramento de
falhas dos equipamentos do sistema de transmissão pela equipe de manutenção da empresa
Eletrobras Eletronorte, tornou-se uma alternativa.
Por isso, entender e demonstrar a eficácia ou não do equipamento e seus resultados se faz
necessário neste estudo, já que o crescente aumento da complexidade dos SEP devido à
demanda de energia e a interligação dos sistemas existentes têm exigido uma considerável
melhora dos equipamentos de controle e proteção. Desta melhora nos dispositivos empregados,
busca-se possibilitar uma redução do período de interrupção do fornecimento de energia, em
caso de falhas, e garantir uma operação confiável e econômica do sistema de potência.
Para a realização deste trabalho foi fundamental o entendimento de equipamentos elétricos
utilizados no sistema elétrico de alta tensão, e métodos de ensaio para a constatação da real
condição do equipamento.
Neste trabalho serão apresentados resultados da avaliação do isolamento de transformadores de
potência da subestação de Vila do Conde, obtidos através da combinação das medidas de
corrente de polarização e despolarização (PDC) no domínio do tempo, e espectroscopia da
frequência (FDS). A comparação desses resultados será realizada com o método amplamente
utilizado na determinação da umidade no óleo isolante de transformadores, o ensaio físicoquímico, para a avaliação e validação do objeto de estudo.
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Materiais e Métodos
Para a realização deste estudo foi necessário a utilização de ensaios consolidados na análise de
isolamento de transformadores de potência, como a análise físico-química do óleo isolante, que
foram utilizados como base para avaliação dos resultados obtidos. Um instrumento com um
conjunto de testes que combinasse medidas de corrente de polarização e despolarização (PDC)
no domínio do tempo, e espectroscopia no domínio da frequência (FDS). Os dados do
instrumento foram tratados gerando um gráfico da característica da umidade do equipamento, e
comparado com o modelo XY do transformador obtém-se o estado de seu isolamento. A partir
dessa análise foi constatada a consistência do método em comparação com os resultados dos
ensaios físico-químicos dos respectivos equipamentos.
Resultados e Discussão
O resultado obtido com a combinação das medidas de corrente de polarização e despolarização
(PDC) no domínio do tempo, e espectroscopia no domínio da frequência (FDS) do equipamento
VCAT7-01 fase B, apresentou uma curva em conformidade com os padrões do modelo XY do
transformador, caracterizando um isolamento em boas condições de funcionamento.
Figura 1 – Fator de potência no domínio da frequência do VCAT7-01 fase B
O resultado obtido no VCAT7-01 fase V não apresentou o mesmo comportamento, com uma
variação nos valores obtidos em freqüências menores que 0,1 Hz, indicando envelhecimento e
água na celulose e anomalia na geometria do isolamento. A possível deterioração do papel pode
justificar a anomalia na geometria do isolamento.
Figura 2 - Fator de potência no domínio da frequência do VCAT7-01 fase V
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Analisando os resultados de ensaio físico-químicos, Tabela 1 e 2, dos autotransformadores,
podemos verificar que os resultados de água dissolvida no óleo isolante são considerados
normais, ou seja, a quantidade de água está dentro de limites aceitáveis.
Tabela 1 – Resultado do ensaio físico-químico no óleo isolante da fase V
Autotransformador
VCAT7-01 Fase V
Data da
Coleta
Data da
Análise
Rigidez
Dielétrica
(kV) [IEC]
13/04/10
15/04/10
100.1
91421
Fat. De
Potência
a 25°C
(%)
[ASTMD-924]
Tensão
Interfacial
(Dinas/cm)
[NBR
6234]
Conteúdo
de Água
(PPM)
[NBR
10710]
0.037
32.0
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Diagnóstico
RESULTADOS
NORMAIS
Tabela 2 – Resultado do ensaio físico-químico no óleo isolante da fase B
Autotransformador
VCAT7-01 Fase B
Data da
Coleta
Data da
Análise
Rigidez
Dielétrica
(kV) [IEC]
13/04/10
15/04/10
81.6
91422
Fat. De
Tensão
Potência
Interfacial
a 25°C
(Dinas/cm)
(%)
[NBR
[ASTM-D6234]
924]
0.023
33.6
Conteúdo
de Água
(PPM)
[NBR
10710]
7
Diagnóstico
RESULTADOS
NORMAIS
Fica evidente que o transformador da fase V está mais úmido que o da fase B, porém, se
considera o valor de 14 ppm dentro de limites aceitáveis de umidade. Mesmo assim podemos
perceber que o valor é o dobro da fase B. Sabemos que o papel absorve mais umidade que o
óleo, portanto, podemos afirmar que a celulose da fase V contém mais umidade que a fase B,
mas não podemos quantificar ou ter qualquer referência para um diagnóstico. Daí a importância
do ensaio de variação em frequência, assim podemos ter análise que diferencia o óleo do papel.
O ensaio realizado com a combinação dos métodos PDC e FDS mostra claramente esse
comportamento da celulose, podendo ser identificado na curva do resultado obtido da fase V,
onde o óleo se encontra em condições aceitáveis de operação, porém a celulose já se encontra
ligeiramente úmida, perto de sua saturação, e então o teor de umidade no óleo crescerá mais
rapidamente, necessitando assim de maiores cuidados.
Conclusão
As empresas atuantes no setor de energia elétrica necessitam aprimorar frequentemente as
formas de manter seu serviço constante, confiável e com qualidade. Novidades tanto de bens
tecnológicos quanto de pessoal, agregam grande valor a um setor que vive incessantemente
mudando. Manter o serviço atuante e dentro destes padrões está diretamente comprometido à
área de manutenção e operação. Processos de comissionamento e manutenção devem contar
com métodos precisos e rápidos de diagnóstico de um sistema. Isso se torna mais necessário
quando estamos tratando de ensaios que exigem desligamento.
Novos métodos e instrumentos que otimizam testes e ensaios, minimizando o trabalho manual e,
principalmente, o tempo demandado são muito atrativos ante a idéia de se obter resultados de
maneira mais rápida e confiável. O método estudado apresentou grande confiabilidade nos
resultados permitindo uma avaliação mais precisa, e decisões mais firmes quanto à necessidade
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de interrupção do sistema para manutenção, o que pode atribuir perdas materiais e por
indisponibilidade do sistema. Principalmente uma grande redução no tempo da análise de
isolamento, já que este ensaio é realizado “em campo”.
Agradecimentos
UFPA, Eletrobrás-Eletronorte, meu pai Vasco Domingos Rodrigues, minha tia Rosa Lucia,
minha orientadora Vanessa e co-orientadora Emília Tostes.
Referências
[1] Kosow, Irving L., “Máquinas Elétricas e Transformadores”.
[2] Filho, João Mamede, “Manual de Equipamentos Elétricos”. LTC - Livros Tecnicos e
Científicos Editora, 3ª ediçao. Rio de Janeiro, 2005.
[3] Centrais Elétricas do Norte do Brasil S.A (Eletronorte). “Transformadores e
Autotrasformadores de Potência”. Dezembro de 2008.
[4] Acervo Eletronorte.
[5] Paulino, Marcelo. “Testes Avançados e Busca de Defeitos em Transformadores de
Potência”. Agosto de 2010.
[6] Centrais Eletricas do Norte do Brasil S.A. (Eletronorte). “ITM 004: Procedimentos
de Ensaio de Fator de Dissipação e de Fator de Potência em Transformadores,
Autotransformadores e Reatores”.
[7] Centrais Eletricas do Norte do Brasil S.A. (Eletronorte). “ITM 023: Procedimento
Para Ensaio de Resistência de Isolamento em Transformadores e Reatores”.
[8] MEC – Manutenção Elétrica LTDA. “Ensaios Elétricos em Equipamentos de Alta
Tensão”.
[9] Milasch, Milan, “Manutenção de Transformadores em Líquido Isolante”. Edgard
Blücher Ltda, 1ª ediçao. São Paulo, 1984.
1
Estudante. Faculdade de Engenharia Elétrica. [email protected];
Orientador. Eletrobras Eletronorte.
3
Co-orientador. Faculdade de Engenharia Elétrica.
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