Análise Cromatográfica e Teor de umidade do Óleo Isolante em

óleo mineral, através da análise do perfil cromatográfico dos gases emitidos se tornou amplamente difundida para todos os equipamentos elétricos com este tipo de isolação, principalmente em transformadores de potência, transformadores de instrumentos e buchas condensivas. O reduzido tempo de indisponibilidade necessário ao processo de retirada da amostra, bem como a confiabilidade no acompanhamento dos resultados são fatores que contribuem para a utilização desta ferramenta eficiente de manutenção preventiva.

Os gases gerados na decomposição do material isolante composto nas buchas de papel impregnado com óleo são mostrados na Tabela 5.2 [46].

Tabela 5.2: Gases oriundos da decomposição

Nome Símbolo Nitrogênio N2 Oxigênio O2 Hidrogênio H2 Monóxido de Carbono CO Dióxido de Carbono CO2 Metano CH4 Etano C2H6 Etileno C2H4 Acetileno C2H2

A experiência da CHESF na análise cromatográfica de gases é relatada por Vespúcio Filho em [47], que descreve os processos de decomposição da celulose e do óleo mineral associando os mesmos a formação dos gases citados na Tabela 5.2.

No que se refere a pirólise, a decomposição celulósica sob temperaturas de operação normais, ou até valores próximos a 140o_{C, existe um surgimento normal de CO}

porém com uma concentração maior de CO2. Traços de H2, CH4 e C2H6 também são

encontrados, porém em pouca concentração. Sob temperaturas muito elevadas, com valores próximos a 250o_{C, a concentração de CO se torna bem superior a de CO}

2, porém

a operação nestas condições é um fato anormal e improvável. Para a decomposição do óleo mineral sob temperatura, é necessária uma quantidade mais elevada de calor para o início da decomposição. Em condições normais de operação existe a formação de traços em pequenas quantidades de H2, N2 e O2. Na ocorrência de temperaturas

elevadas em pontos específicos do equipamento, surgem como fruto da decomposição do óleo a formação de água à 200o_{C, CO}

2 à 400oC e metano, etano e etileno à 500oC.

A Figura 5.6 mostra a relação entre a temperatura e a formação de gases, oriundos da decomposição do papel e do óleo isolante de equipamentos elétricos, por pirólise.

Figura 5.6: Ilustração desenvolvida pelo autor relacionando a formação dos gases oriundos do óleo mineral isolante e do papel isolante com o processo da pirólise.

Outra consideração interessante é que, devido a formação das ligações das molécu- las dos hidrocarbonetos, podemos afirmar que, para formação do acetileno (C2H2), é

necessária maior energia, assim como em sequência são: Etileno (C2H4), Etano (C2H6),

Metano (CH4) e finalmente o Hidrogênio (H2), o Oxigênio (O2) e o Nitrogênio (N2)

que necessitam de pouca energia.

A formação dos gases não depende exclusivamente da temperatura do óleo, e sim de uma série de fatores, como por exemplo:

• Descargas Parciais

• Arco elétrico interno entre partes condutoras de diferentes potenciais. • Sobreaquecimento em pontos específicos (Pontos Quentes).

• Hidrólise

De posse do quantitativo dos gases dissolvidos no óleo, uma importante etapa desta técnica de manutenção é o diagnóstico emitido baseado na análise do perfil cromato- gráfico. Existem diversos métodos disponíveis, que são utilizados a diversos anos pelas empresas do ramos de engenharia elétrica. Tais métodos em geral se caracterizam por experiências, muitas vezes empíricas, que associam a formação de alguns gases ao tipo de falha incipiente, ou também a partir dos gases encontrados é realizada uma associação a diversos tipos de problemas internos, mais prováveis de existirem e de serem responsáveis por esta geração de gases. Exemplos destes para transformadores de potência são métodos tradicionais como o método IEC [46] e Rogers.

Devido a grande diferença da relação papel/óleo, estes métodos não são aplicados para buchas condensivas tipo OIP. As empresas concessionárias e os fabricantes têm adotado atualmente para a análise cromatográfica realizada neste tipo de equipamento a quantidade de gases envolvidos nas coletas de óleo e sua evolução com relação a amostra anterior. Para um diagnóstico de causa baseado nas quantidades de gases envolvidos em uma amostra, empresas concessionárias como a CHESF têm utilizado como referência o método Pugh ou pelo gás chave [47], que embora seja concebido para transformadores de potência e a sua distribuição percentual dos gases seja diferente para buchas, tem se mostrado eficiente para diagnósticos.

Segundo o método Pugh ou pelo Gás Chave, quando da ocorrência de uma falha incipiente, existe a formação de um conjunto de gases e para cada tipo de falha, existe um gás dentro do conjunto com uma concentração que o torna predominante com rela- ção aos demais, seja pela quantidade de sua concentração ou mesmo pela importância da sua evolução mesmo com relação aos demais, baseado em seu risco intrínseco. A Tabela 5.3 mostra os conjuntos possíveis de gases relacionados com o diagnóstico do método pelo gás chave, com a distribuição percentual para transformadores de potência [47].

Tabela 5.3: Método de diagnóstico Pugh ou pelo Gás Chave com a distribuição percentual de gases para transformadores de potência.

Diagnóstico Gás chave

Arco sem envolver a celulose C2H2 (30%) + H2 (60%) + CH4 e C2H4 (desprezível)

Arco com envolvimento da celulose C2H2 + H2+ CO + CO2 + CH4e C2H4(desprezível)

DP sem envolver a celulose H2 (86%) + CH4 + C2H6 e C2H4 (desprezível)

DP com envolvimento da celulose H2 + CH4 + CO + CO2 + C2H6 + C2H4

Super ou sobreaquecimento no óleo C2H4(63%) + CH4 + H2 (desprezível), C2H6 (17%) + C2H2

Super ou sobreaquecimento na celulose CO2(92%) + CO2 + Hidrocarbonetos desprezíveis

Eletrólise H2 (99%) + gases combustíveis desprezíveis

A quantidade de teor de umidade em amostras de óleo isolante também é um eficiente parâmetro de medição da condição do isolamento ou mesmo do sistema de estanqueidade em buchas condensivas tipo OIP. Um valor aceitável pelas concessioná- rias é o volume de 10 ppm (partes por milhão) de umidade para buchas aplicadas em sistemas de 500 kV ou 230 kV. A evolução deste parâmetro também é uma importante ferramenta de análise do capacidade de isolamento das buchas.