Relatório (1) Ensaio para Determinação da rigidez Dielétrica do Óleo Isolante

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Universidade Federal de Uberlândia
FEELT –Faculdade de Engenharia Elétrica
Laboratório: Aula 1
Ensaio para Determinação da rigidez Dielétrica do Óleo Isolante
Experimental de Transformadores 
Ana Camila Ferreira Mamede
Adelício Maximiano Sobrinho
Beatriz Cristina Moura					 11421EEL002
Leonardo Henrique Pereira					11121EEL052
27/04/2017
Objetivos:
Verificar as condições da rigidez dielétrica do óleo isolante através de várias medidas para um mesmo óleo, sendo que tais medidas são realizadas cada uma com intervalo de 3 minutos, com devido cuidado para que a velocidade de giro da tensão fique constante, analisar a pureza do produto.
Introdução teórica:
Os transformadores são máquinas elétricas estáticas, que destina-se a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro. Esses dispositivos tem o funcionamento á base da lei de Faraday e de Lenz. A passagem de corrente elétrica pelas espiras do material condutor da bobina primária induz um campo eletromagnético no núcleo de aço silício, que induz uma corrente elétrica na bobina do secundário. 
O Tanque principal faz parte da construção física de um transformador, trata-se de um tanque de aço preenchido com óleo  isolante, onde  a  parte  ativa,  conjunto  formado  pelas  bobinas  e  o  núcleo,  é  imerso.  O tanque  pode  ser  dotado  de  blindagens  nas  paredes  internas,  no  sentido  de minimizar o aumento da temperatura do aço por conta da circulação de correntes parasitas, resultantes do fluxo de dispersão gerado na parte ativa. E será a partir desta parte do transformador que podemos entender como diagnosticar o funcionamento do isolamento em um transformador a partir do ensaio da rigidez dielétrica do óleo isolante.
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. De outra forma, pode-se afirmar que após um valor de tensão, designada por tensão de ruptura, o material isolante passa a conduzir corrente. 
Assim, define-se rigidez dielétrica como a capacidade de resistir à tensão sem que haja a citada descarga, conforme a distância entre os dois pontos de aplicação. A rigidez dielétrica dos isolantes não é constante para cada material, pois depende fundamentalmente da espessura do isolante, da pureza do material, do tempo e do método de aplicação da tensão, da frequência da tensão aplicada e do tipo de solicitação ao qual o sistema dielétrico é submetido, da temperatura, da umidade, dentre outros fatores ambientais
Os ensaios em óleo isolante contribui para o diagnostico preciso quanto ao funcionamento dos transformadores de potência, são varias as análises que podem ser feitas a partir do óleo como: Cor (ABNT MB 351), acidez (ABNT MB 101), fator de dissipação (NBR 12133), tensão interfacial a 250C (NBR 6234), rigidez dielétrica (NBR 6869), densidade 20/40C (NBR 7148).
No entanto neste ensaio concentramos no ensaio da rigidez dielétrica que consiste em colocar uma amostra de óleo entre dois eletrodos padrão e submeter a incrementos constantes de tensão alternada até que ocorra a ruptura do meio isolante e a conseqüente descarga entre os eletrodos. Os hidrocarbonetos que compõem o óleo isolante, por apresentarem polaridade elétrica muito baixa, possuem uma Rigidez Dielétrica “intrínseca” extremamente elevada. Esta resistência ao impacto é sensivelmente diminuída pela presença de impurezas polares, como a água e outros oxigenados, e sólidos, como partículas microscópicas.
Preparação:
(a) Materiais e ferramentas
Analisador portátil de rigidez dielétrica;
Amostra do óleo isolante do transformador.
(b) Montagem
Utilizando-se o ar como dielétrico entre as placas mediu-se da rigidez dielétrica;
Observou-se a tensão de interrupção do arco e abertura do disjuntor elétrico instantâneo automático, na presença do ar.
Encheu-se o reservatório com uma amostra de óleo;
Colocou-se a amostra no analisador portátil de rigidez dielétrica;
Verificou-se se a tensão de suprimento coincidia com a indicada no display do analisador;
Ligou-se a tomada do analisador girando o potenciômetro para a posição mínima;
Aumentou-se a tensão do ensaio gradualmente;
Observou-se a tensão de interrupção na presença do arco e abertura do disjuntor elétrico instantâneo automático, na presença do óleo;
Repetimos cinco vezes, os passos 6, 7 e 8, com um intervalo de 3 minutos;
Fizemos a média dos valores encontrados no passo 8;
Análise de segurança
Para realizarmos o ensaio, foi necessário tomar cuidado em relação ao óleo, pois o mesmo não poderia conter nenhum material externo (Resíduos ou até mesmo bolhas). Além disso, o cuidado com a energização do aparelho e seus contatores, pois possuíam alta tensão quando ligado. E sempre entre uma medida e outra voltar a energização do aparelho para o valor mínimo.
Cálculos e análise dos Resultados
O cálculo deste experimento se baseia na média das tensões medidas como abaixo:
	LEITURA
	PORÇÃO (kV/0,1 pol)
	1ª
	24,8
	2ª
	21,9
	3ª
	25,5
	4ª
	27,0
	5ª
	20,2
	MÉDIA
	24,28
E a partir deste resultado comparamos com a tabela de situação do óleo isolante, e assim depois da análise desta tabela constatamos que a situação do óleo é satisfatório já que a rigidez esteve de 20 a 25. No entanto algumas empresas consideram o óleo aceitável somente com rigidez dielétrica acima de 35 kV/0,1 pol.
Antes do ensaio no fluido, foi medida a rigidez do ar e a partir dele e gora com o valor da rigidez do fluido podemos comparar tais valores.
Comparando a rigidez dielétrica do óleo com o do ar obtivemos:
	Rigidez Dielétrica (kV/0,1pol)
	Óleo Ensaiado
	Ar
	24,28
	5,7
Questões:
Comparar o óleo isolante das amostras e o ar, quanto á sua capacidade de isolamento elétrico
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 e no caso do ar graças a sua baixa condutividade térmica e um baixo coeficiente de absorção da radiação, constitui um elemento muito resistente à passagem de calor. Mas para esse experimento o óleo se comparado ao ar tem melhor rigidez dielétrica.
O ar poderia substituir o óleo nos tanques dos transformadores? Porque isto não é feito nos transformadores de médio e grande porte? 
De acordo com o resultado obtido no experimento da rigidez dielétrica do ar isso não seria possível em nenhum transformador, visto que se comparada com a rigidez do óleo ensaiado o ar tem apenas 23,47% de isolamento sendo que para este ensaio o óleo não está no estado “excelente”, logo se o estado fosse excelente essa diferença seria ainda maior.
Justificar as grandes divergências entre os diversos valores de rigidez dielétrica para uma mesma amostra, caso existam.
Com base nas medidas feitas há um pouco de divergência entre os valores devido a velocidade do aumento da tensão na momento da medida, pois tal velocidade deve ser mantida constante; Outrossim as interferências naturais como a temperatura ambiente no instante da medida, umidade, podem influenciar na medida.
Efetuar o diagnóstico do óleo com base nos resultados finais. 
Com base nos cálculos e das características podemos diagnosticar como “satisfatório”, no entanto em algumas empresas esse valor não é aceito, assim é necessário fazer o tratamento do mesmo para assim ter um isolamento dito como excelente.
Explique a razão da observância de intervalo de tempo entre as diversas medidas de rigidez dielétrica do óleo.
Pois é necessário que o fluido fique isento de bolhas, homogêneo e tenha uma temperatura igual a ambiente.
O que ocorreria se a distância entre os eletrodos fosse reduzida pela metade? Os valores assim medidos poderiam ser usados para a análise do óleo sob a luz da teoria vista? 
Reduzindo a distância pela metade duplicaria o campo
elétrico reduzindo assim a tensão de ruptura.
A rigidez dielétrica do óleo isolante é afetada pela ocorrência de uma faísca no mesmo? No instante da faísca, qual o valor da rigidez? O que acontece com ela após a extinção da faísca? Em que condições isso não ocorre? 
Sim. No instante da faísca, tensão de ruptura, o material isolante passa a conduzir corrente. Assim, a rigidez dielétrica tende a ser a menor possível. Após a extinção da faísca a rigidez restabelece em níveis normais.
Qual a forma dos eletrodos recomendada pelas normas? Haveria diferença dos valores obtidos se os eletrodos fossem pontiagudos? Por quê?
Se os eletrodos fossem pontiagudos (poder das pontas) a rigidez dielétrica seria menor.
Quais as vantagens e desvantagens do Askarel em relação aos óleos minerais?
Os óleos minerais são mais estáveis que o óleo mineral com maior tensão de ruptura.
 Explicar o princípio e a aplicação do Relé Buchholz.
É um recurso de segurança de alguns transformadores elétricos, bobinas de estrangulamento, ou de capacitores e reatores de alta tensão elétrica. Foi concebido para evitar a propagação de danos no caso de um curto-circuito, arco voltaico ou outras falhas elétricas perigosas, tais como uma explosão ou condição de deterioração do sobreaquecimento.
Cada relé Buchholz atua como um tipo de disjuntor, normalmente ligado aos transformadores elétricos, onde um tanque de óleo conhecido como um reservatório está instalado. O papel principal do dispositivo é manter uma constante dielétrica ou isolante para o transformador, fazendo o controle do fornecimento de circulação de óleo a partir do conservador, bem como a detecção de fugas de ar no sistema. Esses relés são projetados para minimizar os danos a áreas mais amplas do sistema, em caso de uma falha localizada, que poderia se propagar e sobrecarregar outros transformadores de uma linha inferior.
CONCLUSÃO:
A avaliação do sistema de isolamento pode ser realizada com ensaios elétricos básicos ou avançados, considerando o grau de complexidade da análise a ser realizada. Os ensaios tem por finalidade garantir condições características funcionais do isolamento dos transformadores.
O óleo isolante está sujeito à deterioração devido às condições de uso. O óleo em serviço é submetido a reações de oxidação, aceleradas pela temperatura e presença de metais e/ou compostos organometálicos, que agem como catalisadores.
Logo pode-se concluir a importância deste experimento se considerar o quanto importante é a isolação em um transformador , assim como saber sua classificação no quesito situação do óleo , e neste foi obtido um resultado “satisfatório”, o que significa que há impurezas neste transformador, devido a este fato o óleo que por sua vez não esta no estado “excelente “ pode passar por outros testes para verificar o funcionamento do transformador, por conseguinte este mesmo óleo pode passar por um tratamento com o transformador em operação para que o transformador volte ao seu estado natural de operação .
Referências Bibliográficas:
•http://www.osetoreletrico.com.br/web/documentos/fasciculos/ed-102_Fasciculo_Cap-VII-Manutencao-de-transformadores.pdf
•http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/6940-o-que-e-um-rele-de-buchholz/
•http://www.osetoreletrico.com.br/web/documentos/fasciculos/ed-102_Fasciculo_Cap-VII-Manutencao-de-transformadores.pdf
•Anotações de Sala de Aula.
• Apostila de aulas práticas Transformadores.