Buscar

GASES DISSOLVIDOS NO ÓLEO

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

GASES DISSOLVIDOS NO �LEO.doc
GASES DISSOLVIDOS NO ÓLEO
1 - OBJETIVO:
A presente recomendação técnica tem por objetivo servir como guia prático para interpretação e diagnóstico do estado de um transformador, através da análise das concentrações dos gases dissolvidos no óleo isolante.
2 - INTRODUÇÃO:
Durante a operação de um transformador, o óleo isolante e outros materiais dielétricos sofrem, sob a ação normal de temperatura e de tensões elétricas ou falhas, processos de decomposição química que resultam na formação de gases, normalmente combustíveis.
Estudos realizados ao longo do tempo indicam ser possível relacionar a existência de determinados gases com o material isolante envolvido na falha, tipo de falha elétrica e localização e pela determinações da taxa de geração destes gases pode-se avaliar a gravidade da falha.
Os gases formados pela decomposição dos materiais isolantes são total ou parcialmente dissolvidos no óleo, sendo diluídos e transportados à todas as partes do tanque do transformador. Assim, o gás extraído de uma amostra de óleo tomada do dreno do radiador pode fornecer um aviso inicial de uma falha no interior de uma bobina.
Com as modernas técnicas de análise de gás, dentre as quais se destaca a cromatografia, capazes de separar do óleo e processar pequenas amostras com grande sensibilidade e precisão, tornou-se possível a detecção de falhas incipientes, onde a quantidade de gases geradas são pequenas.
3 - GERAÇÃO DOS GASES E ORIGENS:
O óleo e a celulose são usados em transformadores de potência como material de implantes. A celulose é usada em forma de papel, papelão, molduras, etc. Tanto o óleo com a celulose são constituídos de moléculas complexas, mas para efeito prático pode-se dizer que o isolamento é composto de carbono, hidrogênio e oxigênio, agrupados em muitas estruturas diferentes. Os gases gerados são constituídos desses elementos e os gases utilizados em uma análise são:
		HIDROGÊNIO (H2) 
		METANO (CH4)
		ACETILENO (C2H2)
		ETILENO (C2H4)
		ETANO (C2H6)
		MONÓXIDO DE CARBONO (CO)
		DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)
		OXIGÊNIO (O2)
		NITROGÊNIO (N2)
As causas das falhas, que geram gases, podem ser agrupadas em três categorias.
A) Descargas parciais (corona)
B) Aquecimento térmico
C) Arco
A) As descargas parciais (corona) dentro do óleo são classificadas como descargas de baixa energia. Quando o corona é apenas no óleo(não envolve celulose) os gases produzidos são basicamente o hidrogênio e metano . Se a celulose é envolvida, então o monóxido de carbono e o dióxido de carbono também estarão presentes e podem aparecer traços de etano e etileno.
Este tipo de falha perde pequenas quantidades de gás e pode permanecer por um longo período de tempo antes do transformador falhar.
B) A decomposição do óleo devido ao aquecimento térmico gera quantidade significativa de hidrogênio, metano e etileno e em alguns casos, pequenas quantidades de acetileno. Quando a celulose é envolvida são geradas quantidades significativas de dióxido de carbono e quantidade significativa de carbono.
decomposição térmica é normalmente provocada por:
	- Equipamento em sobrecarga (celulose);
	- Bloqueio da circulação de óleo (celulose);
	- Conexões ruins (óleo);
	- Defeito intermitente (óleo e celulose);
	- Aterramento do núcleo (corrente de circulação).
A extensão da decomposição térmica é função da temperatura e conseqüentemente a quantidade dos diferentes gases gerados também depende da temperatura atingida.
O óleo, por exemplo, começa a se decompor acerca de 200ºC e esta decomposição cresce acima de 500ºC.
C) Um arco é classificado como uma descarga de alta energia. Neste caso são geradas grandes quantidades de hidrogênio e acetileno e quantidades menores de metano e etileno. Se a celulose é envolvida na falha também surgem grandes quantidades de dióxido de carbono e monóxido de carbono.
Falhas com arco atingem temperaturas da ordem de 3000ºC.
Em adição as condições de geração de gás pelos três tipos de falha acima descritos, também são gerados gases em um período de tempo devido a:
	- Envelhecimento normal da isolação;
	- Liberação de hidrogênio da água pela oxidação;
Dissolução do ar e outros gases em contato com a superfície do óleo.
Quando existe excessiva umidade dentro do transformador, a ferrugem no núcleo e a dissolução da água (eletrolise) podem provocar a produção de grandes quantidades de hidrogênio e oxigênio.
O dióxido de carbono é naturalmente encontrado no ar e estará presente em amostras de transformadores de conservador aberto. Por outro lado, não aparece na atmosfera uma quantidade significativa de monóxido de carbono. Este fato é útil no diagnóstico da análise.
4 - INTERPRETAÇÃO DOS DADOS
Podem ser formado gases pelo processo de envelhecimento normal do transformador e também podem-se esperar que a concentração de todos os gases gerados durante a vida do transformador, quando um transformador é energizado pela primeira vez é aconselhável fazer uma análise que servirá como base para as análises subseqüentes.
Os valores normais de concentração de gases variam largamente devido a diferentes projetos e condições de carga, todavia mostramos abaixo uma tabela de valores típicos, adotados pela GE, de concentração de gás em unidades em serviço de zero a três anos e de quatro a seis anos.
TABELA I
		
		IDADE DO TRANSFORMADOR
		GÁS
		0 - 3 ANOS
		4 - 6 ANOS
		HIDROGÊNIO (H2)
		200
		500
		METANO (CH4)
		50
		100
		ACETILENO (C2H2)
		15
		25
		ETILENO (C2H4)
		100
		200
		ETANO (C2H6)
		50
		400
		MONÓXIDO DE CARBONO (CO)
		200
		500
		DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)
		3.000
		5.000
NOTA: Os valores desta tabela são baseadas em um tanque de 20.000 galões (75.600 litros) em tanques menores e mesmo volume de gás dará uma razão maior em PPM.
A tabela II mostra os níveis padrões de gases em transformadores adotados por várias empresas do mundo.
TABELA II
NÍVEIS “PADRÕES” DE GASES EM TRANSFORMADORES EM PPM
		PPM
		A
		B
		C
		D
		E
		F
		G
		H2
		240
		100
		250
		150
		80
		800
		200
		CO
		580
		350
		850
		1.000
		1.000
		900
		1.000
		CH4
		160
		120
		33
		200
		200
		200
		50
		C2H6
		115
		65
		15
		200
		200
		100
		15
		C2H4
		190
		30
		40
		100
		100
		200
		60
		C2H2
		11
		35
		25
		100
		5
		250
		15
A - CEGB (Inglaterra) - Transformadores elevadores de usina
B - CEGB (Inglaterra) - Transformadores de transmissão
C - Hydro-Quebec (Canadá)
D - LCIE ( Bélgica) - Transformadores elevadores de distribuição
E - LCIE (Bélgica) - Transformadores elevadores Subestação Unitária
F - LCIE (Bélgica) - Transformadores de transmissão
G - BBC (Suíça) - Brown Boveri Co
A tabela III mostra um diagrama dos gases chaves para identificação da falha.
TABELA III	
		 FALHA
		GASES CHAVES
		
		ARCO
		ACETILENO (C2H2)
		ÓLEO
		CORONA
		HIDROGÊNIO (H2) METANO (CH4)
		
		SUPERAQUECIMENTO
		ETILENO (C2H4)
		
		CORONA
		HIDROGÊNIO (H2)MONÓXIDO DE CARBONO (CO)
		PAPEL
		SUPERAQUECIMENTO
		MONÓXIDO DE CARBONO (CO)
DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)
		ÁGUA
		ELETROLISE
		HIDROGÊNIO (H2)
4.1 - DETERMINAÇÃO DA TAXA DE PRODUÇÃO DE
GÁS
Uma quantidade significativa de gás pode ser gerada em um longo período de tempo por uma falha relativamente pequena ou num curto período de tempo por uma falha de grandes proporções. Portanto com uma única medida não é possível afirmar muita coisa sobre a gravidade da falha.
Uma vez que é detectada alguma condição anormal, torna-se importante a determinação da taxa de geração de gás.
A taxa de produção de gás é normalmente calculada para o total dos gases combustíveis (isto é, todos os gases exceto CO2, O2 e N2).
Uma taxa de produção de gás superior a 0,1 pés-cubículo por dia razão suficiente para suspeitar que a falha que gerou os gases está ativa.
A fórmula para cálculo da taxa de produção é a seguinte:
				R= (ST - SO x V x 10)
 ______________
 7,5 x T
Onde: SO = soma dos gases combustíveis da primeira amostra (em PPM)
 ST = soma dos gases combustíveis da segunda amostra (em PPM)
 
 V = volume do tanque em galões
 (1galão = 3,78 litros)
 
 T = número de dias entre as amostras
Nota: O cálculo da taxa de produção independe do tamanho do tanque.
4.2 - MÉTODOS DE RAZÃO DE INTERPRETAÇÃO DE DADOS
Existem vários métodos de interpretação de dados que tomam a razão de pares de gases e igualam os resultados a tipos de falha.
Alguns desses métodos são descritos a seguir:
A - DORNENBERG RATIO METHOD 
CH4
		
> 1,0
< 0,75
		
		
> 0,4
		
< 0,3
		Descargas Elétricas (exceto Corona)
		
> 0,1
< 1,0
		
> 0,75
		 
< 0,4
		
> 0,3
Corona
		
		
< 0,1
		
Não signif.
		
> 0,4 
		
< 0,3
 	
 - ROGERS RATIO METHOD
		CH4
_____
H2
		C2H6
________
CH4
		C2H4
________
C2H6
		C2H2
________
C2H4
		
DIAGNÓSTICO
< 0,5
		
		
Normal
< 0,5
		
		
Descarga parcial
Corona
		
< 0,1
		
< 1,0
		
< 1,0
		> 0,5
< 3,0 ou
> 3,0 
		Descarga parcial
Corona com descarga superficial
		
> 0,1
< 1,0
		
< 1,0
		
> 3,0
		 
>3,0
		Centelhamento 
Contínuo ao potencial variável
> 3,0
		
		> 0,5
< 3,0 ou
>3,0
		Arco com
corrente posterior
> 3,0
		
		
< 1,0
		
< 1,0
		
< 0,5
		
Ligeiro sobreaquecimentos abaixo de 150ºC
		> 1,0
< 3,0 ou
> 3,0
		
> 1,0
		
< 1,0
		
< 0,5
		
Sobreaquecimentos
 150 - 200 ºC
		
> 0,1
< 1,0
		
> 1,0
		
< 1,0
		
< 0,5
		
Sobreaquecimentos 
 200 - 300 ºC
		
> 0,1
< 1,0
		
< 1,0
		
> 1,0
< 3,0
		
< 0,5
		Aquecimentos
geral
 dos]condutores
< 1,0 
		
		
> 1,0
< 3,0
		
< 0,5
		
Correntes circulantes no enrolamento s
uniões superaquecidas
< 3,0
< 1,0
		
		> 3,0
		< 0,5
		Correntes circulantes no núcleo e tanque sobre carga nos contatos
C - ROGERS BINART, 4 RATIO METHOD
 RAZÃO MAIOR QUE 1 = 1
RAZÃO MENOR QUE 1 = 0
		CH4
_____
H2
		C2H6
________
CH4
		C2H4
________
C2H6
		C2H2
________
C2H4
		
DIAGNÓSTICO
		0
		0
		0
		0
		Se CH4 / H2 < 0,1 descarga parcial qualquer outra forma - normal
		0s
		0
		0
		1
		Flaschover
		0
		0
		1
		0
		Condutor sobreaquecidos
		0
		0
		1
		1
		Arco com potência centelhamento persistente
		0
		1
		0
		0
		Sobreaquecimento 250 - 300 ºC
		0
		1
		0
		1
		Seletor do comutador
		0
		1
		1
		0
		Indeterminado
		0
		1
		1
		1
		Indeterminado
		1
		0
		0
		0
		Sobreaquecimento abaixo de 150 ºC
		1
		0
		0
		1
		Indeterminado
		1
		0
		1
		0
		Corrente de circulação mau contato
		1
		0
		1
		1
		Indeterminado
		1
		1
		0
		0
		Sobreaquecimento 200 - 300 ºC
		1
		1
		0
		1
		Indeterrminados
		1
		1
		1
		0
		Indeterminado
		1
		1
		1
		1
		Indeterminado
D - ROGERS BINARY 4 RATIO METHOD
		FAIXA DE RELAÇÃO
		C2H2
C2H4
		CH4
H2
		C2H4
C2H6
		0,1
		0
		2
		0
		0,1 - 0,3
		1
		0
		0
		0,3 - 1
		2
		0
		0
		1 - 3 
		3
		1
		1
		3
		3
		1
		2
C2H6
		
		CÓDIGO VER TABELA ACIMA
		EXEMPLOS TÍPICOS
		1
		Descargas parciais de pouca energia
		Não significativo
		0,1
		0,3
		2 0
		Impregnação incompleta e/ou umidade provocando vazios gasosos
		2
		Descargas parciais de alta energia
		0,1 - 0,3
		0,1
		0,3
		1 2 0
		Como acima, provocando lâminas ou perfuração do isolante sólido?
		3
		Descargas de baixa energia
		0,3 - 1
		0,1-1
		1-3
		2 0 1
		Decomposição do óleo no caminho entre isolantes sólidos. Arco no óleo de uma parte metálica e baixa potência ou entre duas conexões de potenciais diferentes
D - ROGERS BINARY 3 RATIO METHOD
		TIPO DA FALHA
		CARACT. DA FALHA
		PROP.CARACTERÍSTICAS DOS GASES
		CÓDIGO VER TABELA:
ACIMA
		EXEMPLOS
TÍPICOS
C2H6
		
		
		
		4
		Descargas de alta energia
		1
		0,1 - 1
		3
		3 0 2
		Arco no óleo entre dois condutores e/ou terra. Descargas contínuas. Corrente de interrupção no seletor
		5
		Faltas térmicas de baixas temperaturas 100 - 250 ºC
		0,3
		1
		1 - 3
		1 0 1
		Aquecimento generalizados condutores
		6
		Faltas térmicas de médias temperaturas 250 - 300 ºC
		0,3
		1
		1 - 3
		1 1 1
		Crescentes temperaturas de pontos quentes, variando de pequenos pontos quentes no núcleo, pontos de curto circuito no núcleo, 
		7
		Faltas térmicas de altas temperaturas 700 ºC
		0,3
		1
		3
		1 2
		Aquecimento do cobre devido a correntes circulantes no núcleo e no tanque
		8
		Envelhecimento normal
		0,1
		0,1 - 1
		1
		0 0 0
		
E - MÉTODO ADOTADO PELO CEPEL
		RAZÃO DE GAZES
		INTERVALO
		
		CÓDIGO
		CH4
_____
H2
		Não maior do que 0,1 
Entre 0,1 e 1,0
Entre 1,0 e 3,0
Não menos de 3,0
		(<0,1 )
(>0,1<1)
(> 1 <3)
(> 3)
		5
0
1
2
		C2H6
____
CH4
		Menos que 1,0
Não menos que 1,0
		(< 1)
(> 1)
		0
1
2
		
		C2H2
_____
C2H4
		Menos que 0,5
Entre 0,5 e 3,0
Não menos que 3,0
		(< 0,5)
(> 0,5 <3)
(>3)
		0
1
2
E - MÉTODO ADOTADO PELO CEPEL
(CONTINUAÇÃO)
		CH4
_____
H2
		C2H6
____
CH4
		C2H4
____
C2H6
		C2H2
_____
C2H4
		
DIAGNÓSTICO
		0
		0
		0
		0
		Deterioração normal
		5
		0
		0
		0
		Descarga parcial
		1/2
		0
		0
		0
		Ligeiro superaquecimento,
abaixo de 150 ºC
		1/2
		1
		0
		0
		Ligeiro superaquecimento
 150 - 200 ºC
		0
		1
		0
		0
		Ligeiro superaquecimento
200 - 300 ºC
		0
		0
		1
		0
		Aquecimento geral dos condutores
		1
		0
		1
		0
		Correntes circulantes
nos enrolamentos 
(uniões superaquecidas)
		1
		0
		2
		0
		Correntes circulantes no núcleo e
tanque
		0
		0
		0
		1
		Descarga sem corrente posterior
		0
		0
		1/2
		1/2
		Arco com corrente posterior
		0
		0
		2
		2
		Centelhamento contínuo ao potencial variável
		5
		0
		0
		1/2
		Descarga parcial com descarga superficial
F - CRITÉRIO ADOTADO PELA ABNT
C2H6
		
		
EXEMPLOS TÍPICOS
		A
		Sem Falha
		0
		0
		0
		Envelhecimento normal
		B
		Descargas parciais de pequena densidade de energia
		0
Mas não significativo.
		1
		0
		Descargas nas bolhas de gás resultantes 
de impregnação incompleta, de super saturação ou de alta umidade
		C
		Descargas parciais de alta densidade de energia
		1
		1
		0
		Como acima, porém provocando arvorejamentos ou perfuração da isolação sólida.
		D
		Descargas de energia reduzida
		1 - 2
		0
		1 - 2
		Centelhamento contínuo no óleo e nas conexões de diferentes potenciais ou potencias flutuantes. Ruptura dielétrica do óleo entre materiais sóLidos
		E
		Descargas de alta energia
		1
		0
		2
		Descargas de potência. Arco ruptura dielétrica do óleo entre enrolamentos, entre espira ou entre espira e massa, corrente de interrupção no seletor.
		F
		Falha térmica baixa temp. < 150ºC
		0
		0
		1
		Aquecimento generalizado de condutor isolado
		G
		Falha térmica baixa temp. 150 - 300ºC
		0
		2
		0
		Sobreaquecimento local do núcleo devido a concentrações de fluxo. Pontos quentes de temperatura crescente, desde pequenos pontos no núcleo. Sobreaquecimento do cobre devido a correntes de Foucalt, maus contatos (formação de carbono por pirólise) até pontos quentes devido a correntes de circulação entre o núcleo e a carcaça.
		H
		Falha térmica média temp. 300-700ºC
		zero
		2
		1
		
		I
		Falha térmica alta temp.> 700 ºC
		0
		2
		2
		
Nota: O código utilizado para as relações é dado abaixo, sendo que, para efeito de codificação, as relações com denominador igual a zero consideradas iguais a zero.
		RELAÇÃO ENTRE OS GASES CARACTERÍSTICOS 
(R)
		C2H2
______
C2H4
		CH4
______
H2
		C2H4
_____
C2H6
		0,1 > R
		0
		1
		0
		0,1 < R < 1
		1
		0
		0
		1 < R < 3
		1
		2
		1
		3 < R
		2
		2
		2
Antes de aplicar qualquer um dos métodos de análise é necessário assegurar que as concentrações de gases são significativas, ou seja, que um determinado nível de gás esteja presente para evitar a influência dos erros dos métodos de detecção de gás. 
A G.E. Recomenda que as razões só sejam calculadas quando os níveis dos gases forem superiores a: (em PPM).
		H2 - 200
		CH4 - 50
		C2H2 - 15
		C2H4 - 60	
		C2H6 - 15
 		CO - 1000
		CO2 - 11.000
A ABNT recomenda que o nível seja no mínimo dez vezes as correspondentes sensibilidade dos métodos analíticos.
O CEPEL nos dá a seguinte sensibilidade da determinação da concentração de gases.
	GÁS - Sensibilidade em PPM de volume de gás por volume de óleo
	Hidrogênio (H2) 0,5	
	Oxigênio (O2) 0,7
	Nitrogênio (N2) 1,0
	Metano	 (CH4) 2,0
 Monóxido de carbono (CO) 3,0
 Dióxido de carbono (CO2) 3,0
 Etileno ( C2H4) 1,0
	Etano (C2H6) 2,0
	Acetileno (C2H2) 3,0
Gases não combustíveis
Em um transformador podem existir problemas de diferentes tipos simultaneamente e/ou em sucessão, isto junto com o fato de que os gases provenientes do envelhecimento normal está também presente, torna mais difícil a interpretação dos dados. Portanto é essencial progredir ao trabalho de interpretação dos dados de maneira ordenada. Temos abaixo uma dessas maneiras.
1 - Rever a história do transformador em consideração:
 Existem dados prévios de gás no óleo?
 Existem outros resultados de teste?
 Qual a idade do transformador?
 Quando ele foi energizado pela primeira vez?
 Foi feito algum reparo?
 O óleo foi reciclado?
 Existem uns histórico da falha?
 Foi feito algum reparo no tanque?
 Qual o histórico de carga?
2 - Compare a quantidade de gases presentes com os valores normais do transformador sob investigação. Se não existirem dados anteriores ou normas para um dado transformador, então uma comparação com valores típicos pode ser feita como critério. 
Lembre o fator do tamanho do tanque.
3 - Analise a natureza dos gases presentes para se ter uma idéia da fonte de geração de gás. Por exemplo, se existe acetileno (C2H2) presente então provavelmente existiu em algum momento arco elétrico. Quantidade excessiva de monóxido de carbono e dióxido de carbono indica aquecimento elevado da isolação celulótica.
4 - Analise os gases existentes por todos os vários métodos de razão de interpretação de dados anteriormente descritos.
É pouco provável que, após percorrer todos os métodos acima, se obtenha um quadro claro da natureza do problema. Entretanto haverá uma tendência a uma direção e este fato junto com outras informações permitirá uma tomada de decisão.
5 - Determine a razão de produção de gás. Isto é importante para se tomar uma decisão quanto à operação do equipamento. Este cálculo pode requerer a retirada de outra amostra para análise.
Notas:
A razão CO2/CO excedendo o valor 11, indicará que em alguma área próxima ao isolamento celulótico está ocorrendo oxidação. Deve-se observar se a razão O2/N2 é menor que 0,1 o que confirmará que um processo que consome oxigênio está ocorrendo. 
Alto CO e CO2 (deterioração do papel e papelão)
- Procure sobreaquecimentos nos enrolamentos.
- Verifique se existem sinais de sobreaquecimento dos cabos e conexões
 dos cabos.
- Pode ser causado por circulação de corrente e/ou altas resistências 
 aquecidas ou conexões com solda.
Alto C2H2 e H2 (corrosão metálica)
- Inspecione o alinhamento do seletor de TAP's.
- Procure por contatos parcialmente abertos(descargas de metal para 
 metal).
- Procure por pedaços de metal no fundo do tanque ou grampos.
Alto H2, CH4, C2H4 (deterioração do óleo)
- Inspecione nas paredes do tanque e nas partes visíveis dos grampos por 
 sinais de sobreaquecimento.
- Examinar as paredes metálicas descobertas (vivas) do seletor de TAP´s 
 conexões e linhas.
- Procure por múltiplos aterramentos do núcleo (corrente de circulação).
- Verifique as conexões dos thyrites.
Alto H2, CH4, C2H4, mais CO e CO2 (deterioração da celulose e do óleo).
- Verifique se há espiras em curto.
- Procure por conexões ruins nos cabos.
Altos O2 > 10.000 PPM
- Possível vazamento no tanque.
- Procedimento de amostragem mal feito.
 Altas concentrações de oxigênio possibilitam que sejam produzidos gases combustíveis em maiores quantidades.
Embora não exista necessidade de maiores preocupações quando o oxigênio é muito elevado, a exatidão da análise dos gases combustíveis é questionável.
Centelhas entre metais no óleo causarão quantidades de H2 e C2H2 incomuns. Quando envolver correntes de potência existirão grandes quantidades de C2H2. Quando tem lugar apenas correntes capacitivas, H2 será predominante juntamente com CH4. Freqüentemente esta condição de centelhamento acarretará que partes tornem-se sobreaquecidas.
Isto explica a presença de C2H4 tanto quanto CO2 quando existe celulose próxima.

Teste o Premium para desbloquear

Aproveite todos os benefícios por 3 dias sem pagar! 😉
Já tem cadastro?

Outros materiais