NBR 7274 - 1982 Interpretação da Análise de gases de Transformadores

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03.020 INTERPRETA~O DA ANALBE DOS GASES DE

TRANSFORMADORES EM SERVICO NBR 7274

Pmadbnmlla ABRllW2

StiRlO

1 OBJETIVO

1.1 Este Norma descreve ccmo as concentregh dos gases formados pela degrada I$O do 6leo ou da isolacao sdlida, causada por descargas elgtricas ou solicita s6es t&micas, de transformadores imersos em aleo, podem ser interpwtadas para

diagnosticar o estado de urn transformador e sugerir o procedimento futuro.

1.2 Estes gases encontram-se parcialmente dissolvidos no 6leo, porgm, usando as ticnicas descritas na NBR-7070, eles podem ser removidos de uma amostradeoleo e analisados qualitativa e quantitativamente por cromatografia gasosa.

1.3 Esses m6todos de interpretaggo Poram desenvolvidos para transformadores de podncia, corn enrolamentos de cobre, lsolados corn papel, papelso ou celulose e imersos em dleo isolante mi~neral, em serviso em sistemas de pothcia. _Embora _OS

Or@m: AENT 3:10.01-002/1SS2 CE3 - ComM Snrlleim de Elotriciddr

CE-3~10.1 - Cornis&! de Estuda de 6laer Minerair Irolantr Em Nomu foi bnrrda TU IEC SW78

SIBTEMA NACIONAI.

DE

ABM

- ASSOClA@kO

BRABlLElRA

METROLOQIA

NORMALUA~O

DE NORMA0 Ti%NlCAB

E DUALIDADE

INDUBTRIAL

₈

- l 4lb. 6% mnrtanndor _I NBR 3 NORMA BRASILEIRA REGISTRADA

CDU 621.314.212:%3.27 TcdmadHmm 13 pro*ur

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2 NBR 727411982

&todos possam, em principi,o , ser apltcados a outros tipos de equipamentos, c0m0 transformadores de instrumento, cabos a 6leo e equipamentos de manobra, ou _a

transformadores durante ensaios na fAbrica, antes de estabelecer interpreta+ a limites convenientes, d necessirio que seja adquirida maior experiencia.

1.4 Em todos OS cases, a indicagb obtida prtcisa ser vista apenas coma um guia a qualquer aC:o resultante deve ser tanada em fun$o dos imperativos da utillra

$SO.

2. NORMAS E DOCUMENT05 COMPLEMENTARES

Na aplicagao desta Norma 6 necessbrio consultar:

NBR-5458 - Eletroticnica e eletr&ica - Transformadores - Terminologia;

NBR-70-70. - 6uja para a amostragem de gases e oleo em transformadores e para a anilise dos gases livres e dissolvidos - Procedimento.

3 DEPINIMES

Para OS efeitos desta Norma sa’o adotadas as definigk da hBR-5458.

4. MhODO S&WC0 PARA INTERPRETACAO GAS ANALISES DE GAS

4.1 Genemlida&a

4.1.1 Gzaefi

produ&fo8

4.1.1.1 0 diagndstico de base tern fundamento na natureza e quantidades relati _ vas de g%s, produzidas pela deccmposig~o do 6leo sob diferentes condig6es de de feito; i necessArio ter em mente que, em urn grande transformador, o Glee, sozi nho ou coma impregnante, esta presente em qualquer local onde possa se desenvol ver urn defeito.

4.1.1.2 OS gases mais significativos produzidos pela decomposigao do 6leo Go: hidroggnio (Hz), metano (~CH4), etano (C2H6), etileno (C2H4) e acetileno (C2H2).

Nota: OS hidrocarbonetos citados~acima nao sao OS unicos que se produzem, des- de que, por exemplo, OS hidrocarbonetos corn C e C

3 4 tanb6m se formam. En - Licença de uso exclusivo para Petrobrás S/A

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NBR 7274IIBB2 3

tretanto a experisncia atual rostra que urn diagnostico satisfatorio pode ser estabelecido sem lev&los em conta, e para simplificar,foramomi

tides nos mdtodos de interpretagao abaixo descritos. -

4.1.1.3 Quando hi degradagzo de materiais celul&icos, outros gases, principal mente o mondxido de carbon0 (CO) e o di&ido de carbon0 (CO2). tamb6m sgo _pro duridos e a informagso adicional, obtida em fungi0 das concentragks destes gg ses, complementa o diagnktico de base, coma explicado no capitulo 5.

4.1.2 @mmXdadea rakt+as~

4.1.2.1 As quantidades relativas dos gases citados acima sao caractertsticas do tipo de falha, pots vari,am conforme a maneka pela qua1 a:cnergia disponivel para decompor o 6leo seja llberada pela falha.

4.1.2.2 As descargas parciais (descargas em holbas gatosas envolvIdas pelo Glee

QU

por materiais impregnados de 6leo) correspondem a uma falha de ha ix0 nivel energdtico; neste case, a causa pri~nci:pal da de.composi$k 6 o homhardea mento i6nico das mole’culas de dleo e o principal 98s produzido 8

Q

hi:drog&ni.o, 0 hidroginio tamtim pode ser Pormado par eletralke sendo neste case o dnlco gis combustrvel de interesse.

4.1.2.3 Nos demais cases. o 6leo e decomposto principalmente pelo calor, e OS tipos de hidrocarbonetos produzidos varlam em fungao da temperatura. Assim sendo, hi

“ma

pequena decomposigao as temperaturas normais de funcionamento, prod! sindo principalmente hidrogsnio e metano.

4.1.2.4 Quando S~O ati:ngIdas temperaturas superi:ores 5s das condi:$es normai:s de funcionamento, cauradas por pontos quentes ou superaquecimento dos

condut~

res, ocorre uma decomposigso do aleo, corn produgso de b.i,drocarCwnetos. 05 PO”

~OS

quentes cuja temperatura seja pouco elevada (em torno de I5Q oC) produzem principalmente CH4 e, quando a temperatura do defeEto se eleva (.atrngi,ndo

at8

1000 ‘C), as quantidades de C2H6 e C2B4 aumentamt Corn temperaturas mats eleya das, da ordem de 3QClB OC ou superiores, cauaadas por centelbamento, descargar de contorno ou arcos de potsncia, o aceti‘leno (C2H2) E o gis caracteristi’co. Q mitodo recomendado para codificar ertas modificagires de concentragk, para fa cilitar o diagn&ti,co de urn defei.to , z dado no Anexo A, Tahela I.

4.1.2.5 A Tabela 1 do Anexo A apresenta alguns perfis tfpicos de compos FgZo associados a falhas.

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Nota:

0 mitodo descrito B aplidvel unicamente quando urn Gnico tipo de defeito

estiver presente ou quando existi~r urn defei.to predominante; se houver dois ou mais tlpos de defelto, cada urn produzindo quantidades considers veis de gk, informa@es suplementares podem ser obti,das

o period0 de observagzo,

prolongando-se

4.1.3.1 Antes de apl,icar o m6todo de di,agn&tico 6 necez&ri.o assegurar que as concentra@es de gases medidas sejam signtficattvas.

lsso exige:

a) que OS valores medidos ,sejam, no ml!nimo, 1P vezes superiores iS correspondentes sensihilidades do mStodo analftico, indicadas na NBR-7070;

b) que a concentragEo de pelo menos urn g&s seja tso elevada que justi fique um exame posterior para determi.nar a presenga, ou t-Go, de fa lha.

Nota: A exigencia b) acima relaciona-se corn a possibilidade de transformadores novas, ou recentemente reimpregnados, em condi@es normais de Funcionamento, sem Falha, apresentarem gases em quan

tidades que induzam a erro. lsto pode suceder por:

- gases Formados no refinamento do 6leo e nzo eliminados porcom

pleto na degaseificagao; -

- gases formsdos durante a secagem e impregnasSo;

- gases Formados em defeito: anteriores e 160 eliminados comple

tamente pela degaseifica$ao; -

- gases formados durante repara@es por soldagem ou brasagam.

Para resolver este problema, deve ser determlnado o conteddo initial de gases no 6leo imediatamerke antes da energiza$o do transformador e os valores assim obtidos usados corn0 ponto de refer6ncia nas interpretask posteriores.

4.1.3.2 Durante o funcionamento, formam-se igualmente gases,particularmente CO2 e CO, por efeito do envelhecimento normal do transformador,,de forma que se PO- de esperar que a concentragao de todos OS gases aumente ao longo de sua vida i til (embora algumas vezes possam ser atingidos valores estaveis por troca corn o ar presente no conservador). OS valores normais das concentra$es para transfer madores de idades diferentes variam grandementa em funga’o dos parjmetros de uti

liza$‘o e do tipo de construgao.

Nota:

f

extremamente i:mPortante

q!de,

cada emppesa tente recolher

dados a

parti:r

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NBR 7274mB2 ₅

dos quais as concentrag6es normais (ou”padr6es”) para OS rransformadores sem defeito, de diversas idades, possam ser estabelecidos. Se, por oca siao de uma aniiise rotineira de gases dissoividos no 6leo de urn transfo? mador, constatar-se que OS “padr6es” foram uitrapassados, isto na’o indica

ri necessariamente a presenqa de urn defeito, mas sim que o transforma dor deve ser objeto de uma supervis;o mais atenta e de amostragens e anx lises mais frequentes.

A urgcncia e natureza da interveyio dependem de uma’certa forma do exces so das concentra@es encontradas em reiasso aos “padr6es” e da composigz dos gases dissoividos~.

4.2 Identipicaqiio

das fathas

a partir

das concsntmp&~

dos gases

chksoltiaca

?w o’teo

4.2-i 0 c~icuio das reiagk das concentragk dos gases citados em 4.1.1 a uma base.adequada para identificar as falhas. As rela@es utilizadas na Tabeia de identificasio de defeitos sso:

C2H2

CH4

‘2”4

-i

-;

‘2”4

“2

C2H6

Nota:

Para.uma identificagso maims detaihada outras reiag6es podem ser usadas.

4.2.2 A Tabeia I do Anexo A mostra virios iimites das rela$es correspondendo ao envelhecimento normal e aos diferentes tipos de defeito e permitindo sua iden

tificagao. Esta Tabeia codifica cada gama de vaiores para as reia@es dos gases caracterrsticos; foram atribuidos nGmeros de forma que o c6digo 000 corresponde is condigges de envelhecimento normal.

4.2.3 A Finura 2 do Anexo A mostra urn diagrama de bioco resumlndo as declsses a tomar ap& a retirada rotineira de uma amostra de 6ieo e OS passos a segui r ap& o diagn&tico de urn defeito.

5

DEGRADACAO DA ISOLA@D CELUL6SlCA

5.

I

Generaliidadea

A degradagso dos materiais celui&icos produz, de uma forma caracteristica, die xido de carbon0 (CO,) e mon&ido de carbon0 (CD), assim CMO menores quantidades

de outros gases. Entretanto para.avaiiar a significfncia destes 2 gases, seri ne cessirio comparar corn suas concentra@es antes da falha, que podem ser elevadas em virtude de:

(6)

6 NBR 72?4/1902

a) degradaga’o da celulose por envelhecimento normal;

b) degradagzo devida a sccagem em fihrica e a procetros de impregnaggo; cl transporte do transformedor corn CO2 ao invds de 61eo;

d) absorc;o de CO2 da atmosfera em transformadores corn conservador aherto (ad

300

pi/l).

5.2 Extnne daa concentrap7e.s

de CO2 8 CO no8 gases dtiaoZvido8

n0

61~0

5.2.1 23wz8fonadcres

cun oonaeruador

aberto

A relaggo C02/C0 tern urn valor midio

7

(con grande disperszo,deavio padrgo aproxL madamente 4). Se essa relaga’o for i.nPerior a 3 ou s~uperior a 11 e houver concg mitantemente degradagso excessiva do 6leo (ver

4,21,

a prohahilidade de defeito 6 grande.e convgm comparar corn valores obtidos anterlormente para o mesmo trans formador, ou para outros do mesmo ti~po e con cerregamento semelhante”.

5.2.2

!lknafonnadores eekzdos

corn g& ou corn mem6nmu ou botsa no coneert&or

As concentragzes de CO2 e CO sgo pequenas. A relagzo C02/C0 e’ geralmente i.nferi or a 7 e aumentare corn o envelheci:mento normal.

5.3 Exane das oonoentmf~ees

de CO2 e CO noa gases hhws

recothichs

em rel&

co_

letores

de g&3

Can0 regra

geral.

considera-se que a isolagao celulkica

esteja

seriamente

dani

ficada se as concentragk de 6xido de carbon0 no g& livre forem signi~fi,catl.v~ mente mais altas do que seriam se esti~vestem em equi.libri:o corn as concentrag6es encontradas no dleo (paw c~lculo das concentrag6es equtvslentes ver 6.2). Isto

implica em que uma quantidade suficiente de g& tenha sido produrida e de forma suficientemente ripida para passar ao rel& sem atingi.r o equilibrio corn a massa de 6leo (comparar can o case similar de

urn

arco, di.scuti~do a6ai~xo).

6

ApLlcA#O DO Mk%ODO DE DIAGN&lICO AOS GASES LIVRES RECOLHIDOS NOS RELt% COLETO- RES DE GhS

6.1

eeneruliaaaeB

6.1.1 A velocidade de produgso de gases d ligada a taxa de liheragso de energia pelo defeito.

kfeitos de bai,xa taxa (descargas parciai.s , pontos quentes de Balxa temperature) produzem gases lentamente e esses provavelmente se dissolverao no aleo. Taxas mais altas (altas temperatura no nikleo, por exemplo) produzirgo gases mais ra

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NBR 7274ma2 _‘I

pidamente e parte deles set+ provavelmente coletada no rels de gis, corn ccmpos~ $0 aproximada da de equilibria corn gases dissolvidos.

Taxas muito altas (arco de podncia) farso o reii de gis atuar pelo fluxo de bolhas de ga’s e Glee e o gis nao teri tempo de dissolver-se, de modo que o g& coletado no relg estari longe de estar em equilibrio corn OS dissolvidos (notar que se 0 gis permanecer long0 tempo no rele’ alguns componentes,especialmente 0 acetiieno caracteristico de arco, se dissoiverzo, o que condurirs a interprets $es .eriiineas).

6.1.2 Em principio, OS resultados da aniiise dos gases livres recolhidos no re 1; podem ser interpretados da mesma forma que OS resultados da anilise dos gz ses dissolvidos no Leo. Entretanto, quando o reli coietor tiver atuado e 0

gis estiver acumulado em grande quantldade, raramente haveri quaiquer diivida de que haja uma falha grave; a an8;lise dos gases deve ser feita para identificar a falha.

6.1.3 Quando o gis se acumular Ientamente, a aniiise dos gases dissolvidos no cleo fornecers mais indica@es do que a dos gases livres. Esta anzlise i i gual m&te indispe&vel para determinar a velocidade de produgso dos gases e, atra _ vis disso, para controlar a evolugso de uma falha, o que e’ urn ponto importantrl simo a investigar.

6.1.4

Quando a anjllse dos gases livres for efetuada, sera necessArio converter

as concentragk de seus constituintes em concentragk equivalentes as dos ga ses dissolvidos, antes de aplicar OS &todos descritos nas Fiquras 1 e 2 do An5 xo A.

6.1.5 AO se aplicar OS principios descritos acima, a comparagS0 entre as concen _- tra@es reais de gases dissolvidos no 8leo e as concentragk equivalentes pode fornecer informagces valios~as sobre a velocidade de deslocamento das bolhas de ga’s no Glee e sobre a velocidade de produgzo do gis.

6.2.1 Este cilculo 8 felt0 apllcando-se o coeficlente de soluhilidade Ostwald para cada gis separadamente. Para urn g& determinado, o coeficlente de Ostwald

(K) G definido coma:

K= Concentracio _Concentragao do gis em fase _{do gSs em Pase gasosa}liquida

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a NBR 7274l1882

6.2.2 OS coeficientas de Ostwald para virios gases em dleos isolantes minerais a 25 ‘C sao dados na Tabela 2 do hexo A.

6.2.3

0 coeficiente de Ostwald 6 independente da press;0 partial do gia conside rado e, embora raramente seja o case, pressup;e-se que as fases lfquida e gasosa estejam a mesme temperatura, uma vez que o erro introduzido por qualquer diferec sa Go altera as conclushs ohtsdas.

/ANEXO A Licença de uso exclusivo para Petrobrás S/A

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NBR 7274llSB2

ANEXO A - FIGURAS E TABELAS

ARC0

Grandes quantidades de hidrog6nio e acetileno sao produzidas, corn pequenas quantidadesde me tano e etileno. Dioxide e ronoxido de carbono tambim podem ser formados case a falha envol- va a celulose. 0 6leo podera ser carbonizado. Gas-chave - Acetileno

DESCARGAS PARCIAIS

Descargas elktricas de baixa energia produzem hidroginio e metano, corn pequenas quantidades de etano e etileno. Quantidades comparaveis ’ de monoxide e dioxide de carbon0 podem resul- tar de descargas em celulose.

Gss-chave - HidrogGnio

OLEO SUPERAQUECIDO

OS produtos de decomposiCao incluem etileno e metano, juntamente corn quantidades menores de hidrogcnio e etano. TraGos de acetileno podem ser formados se a falha i severa ou se envolver contatos el6tricos.

Gas-chave - Etileno

CELULOSE SUPERAQUECIDA

Grandes quantidades de dioxide e monoxide de carbon0 S&J liberadas da celulose superaqueci da. Hidrocarbonetos gasosos, CON metanoe eTi

leno, serao formados se a falha envolver uma estrutura impregnada em Aleo.

Gas-chave - Monoxide de carbono.

ELETRdLlSE

A decomposi& eletrolitica da sgua ou a de-’ composi$ao da agua associada corn a ferrugem ’ resulta na forma550 de grandes quantidades de hidrogsnio, corn pequenas quantidades dos outros gases combustiveis.

Gas-chave - Hidrogenio.

F%RClAL NO 6CEb

CELULGSE SUPERAOUEClM

FIGURA 1 - Petfis tipicos de composiph

ITABELA i Licença de uso exclusivo para Petrobrás S/A

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C6pia impressa pelo Sistema CENWIN 1G YBR727AllAS2

A

B

c

D

E F G H I

TABELA 1 - Dlagnbtico dr falha nmba dw l n(lii da gnes dioobiio em 6la miml

1 0 0 0 2 2 2

Notus: a) 0 codigo utilizado para as relagoes 6 dado abaixo. sendo que, para efei to de codificagSo, as relagoes corn denominador igual a zero sso consid; cadas iguais a zero:

RelagSo entre 0s gases caracteristicos (R) 0,l > R 0,l < R < 1 <R<3 : <R Cod i go

b) OS valores dados para as relagoes devem ser considerados apenas coma ti oicos.

c) Nesta Tabela a relagso B se eleva de urn valor compreendido entreD,l CzH4

e 3 a urn valor superior a 3 e a relagso CH 2 4 5%

de urn valor compreendido

entre 0,l e 3 a urn valor superior a 3 quando a intensidade da descarga aumenta.

d) Neste case OS gases orov6m principalmente da degradagzo da isolagk so- lida. o que explica o valor da relagso C2H,, .

‘2”6

e) Este tipo de falha 6 indicada normalmente por urn aumento da concentra- Tao dos gases. A relagao CH4 i normalmente da ordem de 1; o valor real

h2

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Cepia impressa pelo Sistema CENWIN

NER 727411982 11

superior ou inferior i unidade, depende de nwnarosos fatores tais coma o tipo de sistema de preservagao do oleo,

leo.

a temperatura a a qualidade doe

f) Urn aumento da concentra$So de C2H2 pode indicar que a temperatura do pots quente i superior a 1000’C.

g) OS transformadores equipados corn comutador de tens6es sob carga podem in dicar falhas do tipo 202/102 se OS produtos de decomposigao formados pe= 10s arcos no comutador puderem se difundir no 6leo do’tanque principaldc transformador.

h) Na pritica podem ocorrer combinac6es de rela&s diferentes da Tabela.Pa ra estes cases deve-se considerar a taxa de crescimento e/au OS perfiz tiplcos de composlsao (par exemplo, OS da Tabela 1).

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12 NBR 727411982

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NBR 7274l108!2 ,!a

TABELA 2 - Comfkknbde ldubilkldede OnmId (Kl

GSS K (a 25 ‘C) Hidroghio 0,0558 Ni trog&io

0,0968

Monkido de carbon0

0,133

Oxiganio

0,179

Me tan0

0,438

Oikido de carbon0 I

,I7

Acet i 1 eno 1,22

Etileno

1,76

Etano

2,59

Nota: OS valores dos coeficientes de Ostwald da Tabela 2, acima, s%o corretos somante para o 6leo mineral de massa especifica

0,855

g/cm’ a 15.5 ‘C. OS coeficientes de solubilidade de Oswald para oleos de diferentes dens i dades podem ser calculados pela fkmula abaixo:

K (corrigido) = K

0,980

- v

0,130

onde:

u = massa especifica do Glee de interesse em g/cm3 a 15,5 ‘C. Licença de uso exclusivo para Petrobrás S/A