Avaliação e controlo da humidade

A humidade no isolamento influencia a vida útil do transformador de diversas formas: aceleração do envelhecimento dos materiais isolantes, aumento de perdas, redução de propriedades dieléctricas e risco de formação e libertação de bolhas a elevadas temperaturas

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(podendo provocar descargas capazes de atravessarem regiões de elevado stress dieléctrico) [31].

O método tradicional de avaliação da humidade do transformador baseia-se na determinação do teor de água no óleo (em mg/kg) a uma determinada temperatura (superior a 20 ºC), na sua posterior correcção para 20 ºC e avaliação com base nos limites recomendados na norma CEI 60422 [17].

A classificação do transformador quanto ao seu grau de humidade é, no entanto, baseada na estimativa do teor de água presente no seu isolamento sólido (papel).

Avaliação da humidade no papel aplicando diagramas de equilíbrio

Definindo a humidade em termos de saturação relativa (RS) pode definir-se a seguinte condição de equilíbrio que permite estimar o teor de humidade no papel a partir da medição da humidade no óleo:

>

= >

> =_EE

∙ 100%

HS - teor de água de saturação do respectivo meio (papel ou óleo).

Quando verificada a condição de equilíbrio, o valor do teor de humidade no papel (em %) pode ser estimado a partir dos respectivos diagramas de equilíbrio (Oomen), referidos em várias publicações ([7],[21],[31]).

Fig. 4.7 Diagrama de equilíbrio de humidade papel-óleo (Oomen, adaptado de [21])

H u m id a d e n o p a p e l (% ) Temperatura (ºC) Humidade no óleo (ppm)

Este diagrama pressupõe uma única curva de variação da saturação relativa do óleo com a temperatura. No entanto, tal como descrito em [31], verifica-se que o tipo de óleo e o nível do seu envelhecimento também podem alterar significativamente o modo como o valor da saturação relativa do óleo varia com a temperatura, como se pode observar na Fig. 4.8. Deve ter-se em atenção este facto quando se pretende determinar um valor de RS a partir do teor de água H para uma dada temperatura.

Fig. 4.8 Variação da humidade de saturação com tipo de óleo e temperatura (adaptada de [31]) A temperatura tem um papel fundamental no equilíbrio da humidade entre papel e óleo isolantes. A solubilidade da água no óleo aumenta com a temperatura, enquanto que decresce a capacidade de adsorção de água da celulose. Assim, o processo de equilíbrio baseado na equação (4.8) força as moléculas de água a migrar da celulose para o óleo. Para uma descida da temperatura ocorre o processo inverso, absorvendo novamente o papel parte das moléculas de água presentes no óleo.

Estudos recentes recomendam, que para uma avaliação mais correcta da humidade do papel a partir de diagramas de equilíbrio, seja utilizada a medida directa da RS do óleo através de sensores específicos e que seja previamente garantido um regime de temperatura de funcionamento constante, superior a 50 ºC, durante algumas horas [31]. A partir do valor de RS e da temperatura, pode então ser estimada a humidade no papel a partir do diagrama da Fig. 4.9. H u m id a d e d e s a tu ra ç ã o H S (p p m )

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Fig. 4.9 Relação da humidade no papel com a saturação relativa e a temperatura [21] A classificação do nível de humidade a partir dos valores de RS, segundo [17], apresenta- se na Tabela 4.2:

Tabela 4.2 Critérios para interpretar resultados da medição em saturação relativa do óleo RSóleo (%) Estado

0 -5 Isolamento seco 6 – 20 Moderadamente húmido 21 – 30 Isolamento húmido > 30 Extremamente húmido

Em termos de teor de humidade no papel, pode classificar-se o transformador como “bom” ou “seco” para valores de 0,5% a 1%; um nível razoável corresponde a 1-2%; acima desses valores, está-se perante um transformador com o isolamento húmido ou extremamente húmido.

Como limitações associadas a este método devem considerar-se:

• Dificuldade em garantir condições de equilíbrio, uma vez que as variações de temperatura são frequentes.

• Necessidade de adequar o diagrama a utilizar às características do papel/óleo.

• Variação significativa da temperatura ao longo das várias regiões do papel isolante, originando diferentes valores de humidade assim determinados.

• Pequenos erros associados ao processo de amostragem, ensaio ou aplicação de diagramas podem originar uma grande incerteza no valor final.

Avaliação da humidade no papel aplicando métodos de ensaios eléctricos

Alguns métodos de ensaios especiais para diagnóstico do estado dos isolantes e avaliação do teor de humidade, designados genericamente por métodos de “resposta dieléctrica”, têm ganho relevância nos últimos anos. As três técnicas disponíveis actualmente são:

• Medição da tensão de reabsorção (RVM).

• Medição de correntes de polarização e despolarização no domínio do tempo (PDC).

• Medição da capacidade e factor de dissipação dieléctrica e da sua variação com a frequência (FDS).

O método RVM baseia-se na medição da tensão de reabsorção do isolamento após aplicação de uma tensão DC de carga durante certo tempo e posterior descarga por curto- circuito, para várias constantes de tempo. A sua interpretação é feita a partir da verificação da constante de tempo dominante e comparação com padrões referência e evolução de tendências. Não permite uma quantificação do valor da humidade no papel. Este método é já aplicado na REN, no âmbito de programas de ensaios eléctricos, sendo encarado como informação complementar de referência, mas que não constituiu, até ao momento, critério para programar qualquer intervenção.

Com os métodos PDC e FDS, a avaliação no domínio do tempo ou da frequência, permite identificar independentemente o efeito das variáveis que influenciam a resposta dieléctrica: humidade no papel, efeito da condutividade do óleo, geometria dos isolamentos. Em alguns casos existem já soluções com software de modelização de resultados que permitem estimar quantitativamente o valor da humidade no papel com base nestes ensaios, mediante a introdução de algumas informações relativas ao transformador (temperatura, condutividade do óleo, geometria de enrolamentos). Actualmente, os resultados obtidos com estes métodos são considerados credíveis [31], embora não estejam abrangidos por normas próprias.