MEDIÇÃO DA RIGIDEZ DIELÉTRICA DO ÓLEO ISOLANTE PARA NTE PARA TRANSFORMADORES DE FORÇA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
PEDRO MANOEL ROCHA MEDRADO
SUEMYLLY PEREIRA SOUSA
YAN DE CASTRO ALVES
VICTOR
CONVERSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
AULA PRÁTICA No 5
MEDIÇÃO DA RIGIDEZ DIELÉTRICA DO ÓLEO ISOLANTE PARA
TRANSFORMADORES DE FORÇA
Palmas - TO
26 de abril de 2022
PEDRO MANOEL ROCHA MEDRADO
SUEMYLLY PEREIRA SOUSA
YAN DE CASTRO ALVES
VICTOR
CONVERSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
AULA PRÁTICA No 5
MEDIÇÃO DA RIGIDEZ DIELÉTRICA DO ÓLEO ISOLANTE PARA
TRANSFORMADORES DE FORÇA
Relatório de aula prática submetido à disci-
plina de Conversão de Energia Elétrica, Curso
de Engenharia Elétrica da Universidade Fede-
ral do Tocantins, como requisito parcial para
obtenção de nota e aprovação.
Orientador: Prof. Me. Adelício Maximiliano
Palmas - TO
26 de abril de 2022
Sumário
1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 MATERIAIS E MÉTODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.1 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2 Métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2.1 Coleta do óleo isolante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2.2 Ajuste dos eletrodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2.3 Elevação da tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2.4 Ensaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4 ANÁLISE DE SEGURANÇA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
6 QUESTÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.1 Quais são os objetivos deste ensaio? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.2 Quais são os valores mínimos da rigidez dielétrica do óleo isolante
para transformadores de força, de acordo com as Normas? . . . . . 10
7 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
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1 INTRODUÇÃO
Um transformador de força ou simplesmente transformador é um dispositivo que
converte, por meio da ação de um campo magnético, a energia elétrica em corrente
alternada de uma dada frequência e tensão em energia elétrica em corrente alternada de
mesma frequência, mas outro nível de tensão. O transformador consiste em pelo menos
dois enrolamentos (bobinas), em torno de um núcleo comum de material ferromagnético.
Em um transformador o enrolamento ligado à fonte de energia é denominado de bobina do
primário e o enrolamento conectado às cargas é denominada de bobina do secundário. Por
simplicidade utiliza-se em algumas situações apenas os termos primário e secundário. Não
há conexão elétrica entre os fios das bobinas. A única conexão é devida ao fluxo magnético
comum presente dentro do núcleo.
O transformador é constituído basicamente por seus acessórios - tanque de aço
carbono, buchas do lado de alta tensão e buchas do lado de baixa tensão, suporte para
instalação no poste - e sua parte ativa - núcleo ferromagnético, acessórios e seus enro-
lamentos primário e secundário. A parte ativa de um transformador corresponde à parte
efetivamente funcional do equipamento.
O transformador possui dois tanques, sendo denominados de tanque principal e
tanque de expansão. O tanque principal do transformador é a parte que abriga o núcleo
do transformador e o fluido isolante, conectada aos radiadores para circulação do fluido
e troca de calor com meio externo. Essa peça deve ser capaz de suportar altas pressões
e esforços mecânicos conforme a potência do equipamento. Já o tanque de expansão,
também chamado de conservador de óleo, é a peça responsável pelo recebimento de
óleo quando este se expande em virtude do aquecimento interno. O conservador de óleo
realiza a compensação necessária em virtude desta expansão, sendo utilizado, em geral,
em unidades com potência superior a 2.000 kVA.
Todos os transformadores de potência acima de 20 kVA e tensão acima de 6 kV
são construídos de maneira a trabalhar imersos em óleos isolantes. São encontrados
óleos de quatro tipos: animal, vegetal, mineral e sintético. Os animais e vegetais não
servem para uso em transformadores, pois mudam facilmente suas composições químicas
e alteram suas propriedades físicas. Os sintéticos também não são usados devido a
sua tendência em se polimerizar, alterando suas propriedades físicas. Assim, os óleos
usados em transformadores correspondem aos minerais, que são obtidos da refinação do
petróleo. Esses óleos podem ser conseguidos com uma grande gama de variação em suas
propriedades físicas.
O óleo é usado com o objetivo de atender a duas finalidades: garantir um perfeito
isolamento entre os componentes do transformador e dissipar para o exterior o calor
proveniente do efeito Joule nos enrolamentos, assim como do núcleo. Para que o óleo
possa cumprir satisfatoriamente às duas condições acima, ele deve ser testado e apresentar
Capítulo 1. INTRODUÇÃO 4
boas condições de trabalho.
Um dos testes ao qual o óleo é submetido é o ensaio da rigidez dielétrica. A rigidez
dielétrica é o máximo valor de campo elétrico que pode ser aplicado a um material dielétrico
sem que este perca suas propriedades isolantes. O óleo apresenta alta rigidez dielétrica
se possuir baixo teor de água e baixo teor de partículas contaminantes. Água e partículas
sólidas em níveis elevados tendem a migrar para regiões de tensão elétrica elevada e
reduzir dramaticamente a rigidez dielétrica. Portanto, a rigidez dielétrica indica a presença
de contaminantes. Um baixo valor da rigidez dielétrica pode indicar que uma ou ambas estão
presentes. Entretanto, uma alta rigidez dielétrica não indica necessariamente a ausência de
todos os contaminantes.
Dentre os vários métodos de ensaio e formato de eletrodos padronizados, os mais
comumente utilizados são o ASTM-D-877 de eletrodos em forma de disco plano e o ASTM-
D-1816 de eletrodos em forma de calota esférica.
O ensaio segundo a norma ASTM-D-877 é mais indicado para teste de recepção
de óleo novo por ser pouco sensível a presença de água. É também empregado para
acompanhamento em equipamentos de tensão igual ou inferior a 138 kV. O ensaio segundo
a norma ASTM-D-1816 é recomendado para acompanhamento em equipamentos de tensão
superior a 138 kV, ou para controle da qualidade do óleo nos processos de secagem final
para aplicação. A comissão eletrotécnica internacional adotou, segundo sua norma IEC 156
o método de eletrodos de calota , idêntico ao da norma ASTM-D-1816.
Os procedimentos mais utilizados no Brasil incluem o uso de eletrodos e respectivos
espaçamentos em milímetros de formatos ASTM (ou ANSI ou ABNT) e VDE. Independente-
mente do tipo de teste a ser executado, é importante que a cuba e os eletrodos estejam
bem limpos e secos antes do enchimento do óleo.
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2 OBJETIVO
• Determinar o valor da rigidez dielétrica do óleo isolante.
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3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais
• 01 Medidor de rigidez dielétrica;
• Amostra de óleo isolante.
3.2 Métodos
3.2.1 Coleta do óleo isolante
O óleo usado no experimento já estava coletado e dado como tal. Entretanto, alguns
procedimentos devem ser tomados ao coletar o óleo.
O ideal é o óleo ser coletado já na cuba de ensaio do medidor. Ele deverá provir dos
registros inferiores dos tanques, sendo necessário deixar escorrer até lavar as impurezas
depositadas nos mesmos.
O óleo de tambores deverá ser extraído por bomba ou por gravidade. Também
deixando escorrer uma quantidade suficiente para lavar as mangueiras e a bomba. Esse
óleo escorrido pode ser armazenado para sofrer processo de regeneração.
Após lavados os pontos de coleta, o óleo deverá ser colhido diretamente na cuba ou
em frascos previamente lavados tomando-se os seguintes cuidados:
a) Lavar por, pelo menos,duas vezes a cuba ou frasco com o óleo a ser ensaiado;
b) Tentar manejar o registro ou a bomba de modo a colher o óleo sem bolha de ar;
c) Colher o óleo na cuba até o nível indicado;
d) Colher o óleo em frasco cujo conteúdo permita efetuar a lavagem da cuba (
aproximadamente um litro).
3.2.2 Ajuste dos eletrodos
O ajuste dos eletrodos foi conforme norma ASTM-D-877, ou seja, 2,54 mm.
3.2.3 Elevação da tensão
A elevação de tensão deu-se de forma automática, segundo a norma ASTM-D-877.
3.2.4 Ensaio
Após colhido óleo na cuba conforme 3.2.1, verificou-se se não existiam bolhas de ar,
principalmente entre os eletrodos e deixou-se descansar por aproximadamente dois a três
minutos.
Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 7
Colocou-se a cuba no instrumento fechando-a, uma vez que, se a tampa não estiver
corretamente fechada o instrumento não iniciará o ensaio . Em seguida, limpou-se a cuba.
Zerou-se também o variador de tensão de modo a se iniciar o ensaio. A leitura da
rigidez dielétrica do óleo foi anotada no momento em que o aparelho travava a leitura.
Após a abertura do arco e anotada a leitura da rigidez dielétrica, voltou-se o variador
de tensão ao zero, aguardou-se dois minutos e repetiu-se o ensaio por mais cinco vezes,
sempre aguardando 2 minutos entre ensaios.
Considerou-se a rigidez dielétrica do óleo a média dos cinco ensaios.
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4 ANÁLISE DE SEGURANÇA
O primeiro cuidado é a verificação de que todos estivessem com roupas adequadas e
calçados fechados com uma boa isolação, para assim diminuir a hipótese de choque elétrico.
Em relação ao ambiente em que seria realizado o experimento, o chão do laboratório é
emborrachado, também para prevenir choques elétricos.
Além disso, os equipamentos foram verificados previamente enquanto desenergiza-
dos. Confeririu-se se a bancada estava energizada ou desenergizada e, antes de energizar
o equipamento, o professor foi chamado para conferir.
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5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os dados obtidos estão dispostos na Tabela 1.
Tabela 1 – Tabela 1: Rigidez dielétrica do óleo.
1ª 2ª 3ª 4ª 5ª
26,6 21,5 22,2 19,8 29,2
Média das leituras: 23,86 kV
Própria
O valor considerado ideal, de acordo coma literatura e normas, seria um valor acima
de 35 kV. Isto significa que o óleo testado não se encontra dentro das especificações. Uma
possível causa seria a presença de água e partículas sólidas em níveis elevados, o que
tende a migrar para regiões de tensão elétrica elevada e reduzir dramaticamente a rigidez
dielétrica. Portanto, a rigidez dielétrica baixa indica a presença de contaminantes.
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6 QUESTÕES
6.1 Quais são os objetivos deste ensaio?
Determinar o valor da rigidez dielétrica do óleo isolante.
6.2 Quais são os valores mínimos da rigidez dielétrica do óleo isolante para trans-
formadores de força, de acordo com as Normas?
35 kV
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7 CONCLUSÃO
Por meio deste ensaio realizado em laboratório, foi possível realizar o ensaio de
rigidez dielétrica do óleo e constatar que o mesmo não se encontrava em condições ideais
de isolação.
Assim, através dos valores obtidos, foi possível examinar a integridade do óleo
isolante. Onde o seu estado pode ser classificador como não ideal.
Pelos dados experimentais, o óleo está 31,83% fora do mínimo exigido, ou seja, não
é recomendado seu uso.
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8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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FORMADORES DE FORÇA: DO PROJETO À ENTRADA EM OPERAÇÃO. 2010. 65 f.
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mento. Revista Brasileira de Ensino de Física [online]. 2022, v. 44 [Acessado 26 Abril 2022]
, e20210413. Disponível em: <https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2021-0413>. Epub
28 Jan 2022. ISSN 1806-9126. https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2021-0413.
Oliveira, José Carlos de, 1947. Transformadores : teoria e ensaios / José Carlos
de Oliveira, João Roberto Cago, José Policarpo G. de Abreu. – São Paulo : Edgard Bllicher;
Itajuba, MG. - : Escola Federal de Engenharia, 1984.
PAULINO, Marcelo Eduardo de Carvalho. Ensaios de resistência de isolamento e de
rigidez dielétrica. 2022. Disponível em: https://www.osetoreletrico.com.br/wp-content/upload
s/2014/08/ed-102_Fasciculo_Cap-VII-Manutencao-de-transformadores.pdf. Acesso em: 26
abr. 2022.
SILVA, Lucas Fortuna Nunes da. Aspectos construtivos de transformadores
trifásicos para redes aéreas de distribuição. 2015. Disponível em: http://200.145.241.
20/Home/departamentos/engenhariaeletrica/lqee1668/boletim-10.pdf. Acesso em: 26 abr.
2022.
	Folha de rosto
	Sumário
	INTRODUÇÃO
	OBJETIVO
	MATERIAIS E MÉTODOS
	Materiais
	Métodos
	Coleta do óleo isolante
	Ajuste dos eletrodos
	Elevação da tensão
	Ensaio
	ANÁLISE DE SEGURANÇA
	RESULTADOS E DISCUSSÃO
	QUESTÕES
	Quais são os objetivos deste ensaio?
	Quais são os valores mínimos da rigidez dielétrica do óleo isolante para transformadores de força, de acordo com as Normas?
	CONCLUSÃO
	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS