Laboratório de Ensaios de Materiais para Transformadores

A cor e a aparência do óleo do transformador são úteis para avaliação comparativa: um escurecimento rápido da cor ou óleo escuro é um sinal de envelhecimento do óleo . Ao óleo analisado é atribuído um número que varia de 1 a 8, pelo qual o nível de descoloração é indicado por meio do número de cores crescente.

Ao analisar a aparência, subprodutos indesejáveis podem ser detectados. Nebulosidade ou sedimento indicam água livre, lodo insolúvel ou partículas de sujeira. Se estes estiverem presentes, então também a tensão de ruptura e/ou o fator de perda e, eventualmente, também outros valores de óleo estão fora da norma e medidas devem ser tomadas.

A tensão de ruptura (Ud) indica quão bem o óleo isolante pode suportar uma carga elétrica e, portanto, é decisiva para a eficiência operacional de um transformador. A tensão de ruptura é medida de acordo com a norma VDE 0370 parte 5 (=IEC 60156). As medidas iniciais a serem tomadas em caso de queda abaixo dos valores-limite de tensão de isolação do tipo de transformador relativo, dependem dos valores dos outros valores característicos do óleo.

A formação de água é causada pelo envelhecimento do material isolante de celulose (papel, papelão, madeira laminada), envelhecimento do óleo e infiltração da umidade do ambiente por meio de secadores de ar mal conservados e/ou sistemas de vedação defeituosos.

Há um equilíbrio entre o teor de água no óleo e o teor de umidade no isolamento sólido, reduz a tensão de ruptura e acelera o processo de envelhecimento. Esse equilíbrio, porém, depende da temperatura e do tempo.

Como nunca há uma temperatura uniforme em um transformador em operação, a temperatura do óleo no tanque é muito mais alta na parte superior do que na inferior, e o mesmo conta para a distribuição de temperatura nos enrolamentos – as curvas de distribuição de umidade são apenas uma estimativa aproximada. Nas curvas de distribuição de umidade, o teor de água no óleo pode teoricamente ser distinguido do teor de umidade na celulose, com base na temperatura. No entanto, isto é válido apenas para papel isolante e não para cartão de pressão e madeira laminada. Uma pré-condição é a temperatura constante e um equilíbrio definido. 

Através do envelhecimento progressivo (oxidação) do óleo, desenvolvem-se produtos de decomposição polar. Estes deterioram as propriedades dielétricas do óleo. O resultado do envelhecimento muito avançado do petróleo é a formação de borra. O lodo compromete muito os enrolamentos, pois leva à formação de sedimentos, que impedem a remoção de calor. Esse acúmulo de calor, por sua vez, faz com que o papel enrolado envelheça intensamente. Um diagnóstico oportuno da formação de ácido incipiente é, portanto, importante, para que medidas contraativas oportunas possam ser iniciadas.

Literatura: Brochura Cigre D1.30 – "Estabilidade à Oxidação de Fluidos Isolantes"

O fator de dissipação dielétrica de um material isolante é a tangente do ângulo de perda dielétrica.

O ângulo de perda dielétrica, é o ângulo em que a diferença de fase entre a tensão aplicada e a corrente consequente diverge de π/2 rad, quando o dielétrico do capacitor é composto apenas de material isolante.

Um fator de dissipação crescente é uma indicação de envelhecimento do óleo ou contaminação do óleo. O fator de dissipação é fortemente influenciado por componentes polares e, portanto, é um parâmetro muito sensível.

Além do valor de neutralização e do fator de dissipação, a tensão interfacial é outro indicador da formação de lodo no transformador. Este teste mede a concentração de moléculas polares no óleo, que se formam durante o processo de envelhecimento. Quanto maior a concentração, menor a tensão interfacial e mais provável é a formação de borra pelo óleo isolante.

Os inibidores são agentes protetores da idade que retardam a decomposição do óleo isolante. Utiliza-se o inibidor acreditado IEC 60296 DBPC (Di-terciário-butil-para-cresol), com percentual ponderal de 0,25 ± 0,040 . Os óleos inibidos são preferidos para transformadores > 200 MVA, para transformadores de carga pesada como transformadores de tração, para  transformadores de forno ou a pedido de clientes especiais. Quando o processo de envelhecimento acelerado do óleo é causado por um mau funcionamento do transformador, o teor original do inibidor (0,3), pode ser restaurado pela adição de uma quantidade calculada de DBPC na forma de pó, uma vez que a falha tenha sido corrigida. Mesmo no caso de deterioração normal do DBPC-, o óleo pode ser re-inibido, embora uma troca de óleo seria menos dispendiosa. Esta decisão só pode ser tomada com base nos resultados dos outros testes de valor do óleo: se estes forem normais, então uma re-inibição pode ser bem-sucedida. O teor do inibidor é determinado por espectrometria de infravermelho ou cromatografia gasosa com detector MS.

A decomposição do papel é causada pelos processos de hidrólise, pirólise e oxidação. O grau de polimerização (valor de DP) do papel foi definido pela norma IEC 60450 e conta o número de anéis de glicose polimerizados. Durante a decomposição do papel, o valor de DP é reduzido e a resistência à tração diminui. A celulose nova tem um valor de DP de 1000-1100, a celulose envelhecida, por outro lado, tem um valor de apenas 150-200, o que significa o fim da vida útil do transformador.

Como não é possível coletar amostras de papel durante a operação de execução, a condição do isolamento sólido é estimada com base nos produtos de decomposição da celulose (2- Furfural). Para este efeito, é necessária uma análise regular das tendências.

O teor de furano no óleo depende de:

• Temperatura do óleo
• Valor de neutralização
• Teor de lamas
• Relação óleo/papel
• Tipo de óleo (inibido, não inibido)
• Tipo de papel (termoestabilizado, não termoestabilizado)

No momento, não é possível deduzir uma ligação exata entre o conteúdo do furano e o valor do DP. No entanto, é possível fazer uma análise de tendência: com base na mudança do teor de furano, informações sobre a condução térmica do isolamento sólido ao longo dos anos podem ser obtidas.

O teste e a aprovação de novos líquidos isolantes, ou óleos minerais, ésteres sintéticos ou naturais ou líquidos de silicone também fazem parte do trabalho do laboratório.

Usando nosso equipamento de oxidação controlado e monitorado por computador, somos capazes de definir e monitorar as condições de teste com muito mais precisão do que é exigido pelas especificações padrão. O resultado é uma reprodutibilidade muito melhor e uma avaliação segura.

Os materiais isolantes sólidos nos enrolamentos incluem materiais sólidos de celulose purificada, como papelão e papel isolante, bem como laminados colados (por exemplo, placa laminada, vários materiais sintéticos reforçados com fibras).

No laboratório de ensaios de materiais são testadas as propriedades físicas desses materiais, verificando-se assim sua aplicabilidade na construção de transformadores.

São realizados os seguintes ensaios:

• Determinação da espessura e densidade
• Análise química para garantir que não há contaminação por metais
• Comportamento de encolhimento
• Teor de umidade
• Resistência à flexão, resistência à compressão e resistência à tração
• Compatibilidade com líquidos isolantes
• Comportamento de impregnação
• Condutividade e valor de ph do extrato aquoso
• Conteúdo de cinzas

Os núcleos dos transformadores são compostos de aço elétrico orientado a grãos. Existem três qualidades diferentes: aço convencional orientado a grãos, aço orientado a grãos altamente permeável e aço elétrico refinado.

No laboratório de ensaios de materiais são realizados os seguintes ensaios no aço elétrico de grão orientado:

• Resistência superficial usando o Franklin Tester
• Medição de perda magnética, usando um Testador de Folha Única (SST)
• Magnetostrição

Os materiais de cobre são usados principalmente nos enrolamentos e nos condutores como condutores planos únicos, condutores planos múltiplos e condutores continuamente transpostos. A condição da tinta esmalte e do envelopamento do papel é decisiva para a operação segura do transformador.

Os seguintes ensaios são realizados em materiais de cobre:

• Resistência do isolamento do esmalte após envelhecimento acelerado em líquidos isolantes
• Espessura e dureza do isolamento do esmalte
• Adesão e elasticidade durante a flexão e alongamento
• Prova de tensão e alongamento na ruptura do cobre
• Condutores de cobre envernizados de tensão de ruptura
• Determinação do fator de solidificação de condutores continuamente transpostos com ligação epóxi

O tanque, a tampa do tanque, a tampa do bueiro e as válvulas de um transformador são selados usando materiais de vedação resistentes ao líquido isolante, por exemplo:

• Borracha Nitrílica Butadieno (NBR)
• Borracha fluorídrica (FPM)
• Borracha de fluorosilicone (FMQ)
• Materiais fibrosos isentos de amianto (FA 200)

Os materiais de revestimento externos são usados como proteção contra corrosão para tanques, radiadores, resfriadores e outras peças de construção. Revestimentos internos, por outro lado, são usados para proteger o transformador de possíveis contaminações por partículas metálicas.

Os principais materiais de revestimento utilizados são ecologicamente corretos. Estes podem ser, por exemplo, à base de água, "High Solid" ou revestimento de imersão catódica.

No laboratório de testes de materiais inspecionamos a condição do revestimento usando os seguintes procedimentos:

• Medição de espessura de camada
• Teste transversal
• Efeito dos materiais de revestimento interno sobre o líquido isolante (valores de DGA/óleo)

Adesivos, resinas fundidas, dessecantes, ondas deslizantes e detergentes são apenas alguns dos inúmeros materiais auxiliares usados na produção ou reparo de transformadores. O comportamento de cada um desses materiais auxiliares deve ser entendido nos mínimos detalhes, particularmente em sua interação com outros materiais. Portanto, testamos a adesão de colas, o comportamento de adsorção de dessecantes e a compatibilidade de diferentes materiais auxiliares com líquidos isolantes.