Eng. Marcelo Paulinomaro de 20051/17 DIAGNSTICO DE
TRANSFORMADORES - A EXPERINCIA PRTICA UTILIZANDO MTODOS SIMPLES COM
MEDIDA DA RESISTNCIA DE ENROLAMENTO, TESTES DO COMUTADOR SOB CARGA,
DE RELAO, DA REATNCIA DE DISPERSO, DA CAPACITNCIA E DA MEDIDA DO
FATOR DE DISSIPAO (TAN). (*) Marcelo E. de C. PaulinoMichael Krger
Gerente do Departamento Tcnico da Adimarco Representaes e Servios
LTDA, Brasil. [email protected] Gerente de produto da linha
para Teste Primrio da Omicron electronics GmbH, ustria.
[email protected] Resumo
Estetrabalhodescrevetcnicaseprocedimentosdetestesparadiagnsticodetransformadores
utilizando um novo sistema multifuncional e completo de teste, onde
todas as medies podem ser
realizadasrapidamenteeeficientementecommtodosdetestesautomticospermitindouma
operao simples para diversos testes.
Devidoacrescentepressoparareduzircustos,aindstriaeltricaforadaamanterasantigas
instalaes em operao por tanto tempo quanto possvel. Assim, a
checagem regular das condies de operao desses equipamentos mais
antigos torna-se cada vez mais importante.
Aanlisecromatogrficaummtodoprovadoesignificativoparaadeterminaodosndicesde
crescimento dos gases de hidrocarboneto encontrados no leo,
resultando na identificao da falha to rpido quanto seja possvel.
Esta um importante item da manuteno preventiva que pode ser
realizado a tempo de evitar uma falha total inesperada. Entretanto
a localizao da falha pode ser realizada com sucesso usando um
simples mtodo eltrico, como a medio da resistncia.
Nessetrabalhotodosostestesforamrealizadoscomonovosistemadetesteauto-controlado.Tal
dispositivo possui uma unidade com processador digital de sinal
(DSP) capaz de gerar sinais senoidais
nafaixadefreqnciade15a400Hz,alimentadoporummdulodeamplificaodepotncia
varivel, segundo a necessidade do operador. A nova tecnologia de
teste utilizada possibilita o exame cuidadoso do fator de dissipao,
capaz de
detectaradegradaodoisolamentonumestgioinicialcommaisanlisesdetalhadas.
Adicionalmente, excelente supresso de interferncias eletromagntica
garantida.Com o sistema descrito, outros testes interessantes podem
ser feitos, como a medio de seqncia
zero,semequipamentoadicional;transformadoresdecorrentepodemsertestadosat2000A
(relao, polaridade, curva de excitao, burden); transformadores de
tenso podem ser testados at
2000V,resistnciasdecontato,impednciasdeterraedelinhapodemsermedidasemuitos
aplicativos adicionais so possveis.
Todasasmediespodemserfeitasrapidamenteeeficientementecomprocedimentosdetestes
automticos, capacitando operaes simples como aquelas cujos
resultados so salvos, gerando um relatrio automtico.
Palavras-Chave: Comutador sob Carga, Ensaios, Isolamento, Testes,
Transformadores. (*) Trabalho apresentado no SENDI 2004 - XVI
Seminrio Nacional de Distribuio de Energia Eltrica Braslia-DF;
2004. Eng. Marcelo Paulinomaro de 20052/17 1 Introduo Devido a
crescente presso para reduzir custos, a indstria eltrica forada a
manter as antigas instalaes em operao por tanto tempo quanto
possvel. Na maioria dos pases europeus, cerca de um tero dos
transformadores tm mais de 30 anos. Transformadores com mais de 50
anos ainda podem ser encontrados em funcionamento [1]. T r a n s f
o r m a d o r e s d e 1 1 0 k V / 2 2 0 k V n a A l e m a n h a051
01 52 02 53 03 54 01 t o 1 0 1 1 t o 2 0 2 1 t o 3 0 > 3 0I d a
d e e m a n o sProporo em %1 1 0 k V t r a n s f o r m e r s2 2 0 k
V t r a n s f o r m e r s Figura 1: Transformadores 110/220kV na
Alemanha Assim, a checagem regular das condies de operao desses
equipamentos mais antigos torna-se
cadavezmaisimportante.AAnlisedosGasesDissolvidos(DGA-DissolvedGasAnalysis)um
mtodoprovadoesignificativoparaadeterminaodosndicesdecrescimentodosgasesde
hidrocarbonetoencontradosnoleo,resultandonalocalizaodafalhatorpidoquantoseja
possvel. Este um importante item da manuteno preventiva que pode
ser realizado a tempo de evitar uma falha total inesperada (Figura
2) [2]. Figura 2 - Falha em Transformador por defeito nas buchas
Asfontesmaisfreqentesdefalhaestonoscomutadoresdetap,buchas,enrolamento,
isolamento e acessrios do transformador (figura 3). Figura 3 -
Fontes de Falhas em Transformadores [3] Eng. Marcelo Paulinomaro de
20053/17 2 Mtodos de Anlise Um dos mais importantes e comprovados
mtodos a Anlise dos Gases Dissolvidos. Os gases de
hidrocarbonetodissolvidosnoleopermitemquetiremosconclusesarespeitodacondiodo
transformador e de falhas especficas investigando-se alteraes na
composio do gs [4], [5], [6],
[7].Porexemplo,asquantidadesmedidasdosgases(expressoscomoquociente)demonstradasna
ltima linha da tabela (figura 4) sugerem a ocorrncia de altas
temperaturas. Figura 4: Anlise dos Gases Dissolvidos [7] Uma
possvel razo para a ocorrncia de altas temperaturas poderia ser a
existncia de grandes resistncias de contato no seletor de tap.
Entretanto, h varias outras possveis razes para o aumento das
quantidades de gs no leo. Um exemplo poderia ser leo decomposto
pela operao da chave comutadora migrando para o tanque de leo do
transformador, atravs de uma vedao imperfeita
nacomunicaoentreoreservatriodachavecomutadoraeotanquedotransformador.
Excepcionalmente altas densidades de corrente causando temperaturas
altas tambm podem ocorrer como resultado de interrupes parciais em
condutores dispostos em paralelo. Informaes adicionais
interessantes a este respeito podem ser obtidas em [4], [5], [6] e
[7]. 3 Localizao da Falta Com a finalidade de se detectar a razo
das altas quantidades de gs, devem ser executados mais testes no
transformador. Os mtodos usuais de testes so: Medio da resistncia
do enrolamento Teste de Comutador sob Carga (OLTC) Medio da relao
de espiras Medio da corrente de excitao Medio da reatncia de
disperso Medio da capacitncia e fator de dissipao Figura 5 -
Sistema Multifuncional de diagnstico e teste de transformadores
Eng. Marcelo Paulinomaro de 20054/17
Nestetrabalho,todosostestesforamexecutadoscomumnovosistemacompletodeteste.O
dispositivopossuiumProcessadorDigitaldeSinal(DSP)quegerasinaissenoidaisnumafaixade
freqnciade15a400Hzalimentadoatravsdeummodernoamplificadordepotncia.Um
transformador de sada combina a impedncia interna do amplificador
com a impedncia do objeto sob teste [8]. Por utilizar a freqncia de
teste diferente da freqncia de linha e seus harmnicos, junto com
medies usando tcnicas de filtragem seletiva, o equipamento de teste
pode ser operado em campo, inclusive em subestaes com altos
distrbios eletromagnticos. 4 Medida das Resistncias de Enrolamento
e Teste do Comutador sob Carga (OLTC)
Asresistnciasdoenrolamentosotestadasnocampoparasedetectarperdadeconexes,
condutoresabertosealtaresistnciadecontatonocomutador.Adicionalmente,amedioda
resistncia dinmica possibilita uma anlise do transitrio na operao
da chave de comutao.
Paraumamelhorcompreensodasmedidasderesistncia,necessrioentenderomtodode
operao da mudana de tap. (figura 6). Na maioria dos casos a mudana
de tap consiste de duas unidades. A primeira unidade o seletor de
tap que est localizado dentro do tanque do transformador e muda
para o prximo tap (maior ou
menor)semconduodecorrente.Asegundaunidadeachavedecomutao,quemudasem
nenhuma interrupo de um tap para o prximo enquanto conduz corrente
de carga. Figura 6 - Diagrama do Circuito Equivalente do Comutador
sob Carga (LTC) A resistncias da comutao R limita a corrente de
curto-circuito entre taps que poderiam, por
outrolado,virasermuitoaltadevidoalivreinterruponamudanaoscontatos.Oprocessode
mudana entre dois taps leva aproximadamente 40 80ms. Figura 7 -
Comutador sob Carga (LTC) Seletor de Tap Chave de Comutao R Eng.
Marcelo Paulinomaro de 20055/17 Figura 8 - Transformador com
Comutador sob Carga (LTC)
Afigura7mostraumcomutadorsobcargacomoseletordetap(parteinferior)eachavede
comutao (parte superior). Um transformador com um comutador sob
carga mostrado na figura 8.
Oreservatriodeleodachavecomutadoraclaramentevisvelnasduasfiguras.Afigura9
mostra uma chave comutadora de um transformador de 40 MVA para 110
kV. As chaves mostradas so posicionadas perto do ponto estrela do
enrolamento do transformador de alta tenso. Figura 9 - Chave
comutadora de 110 kV / 40 MVA 5 5. CONEXO A QUATRO FIOS PARA MEDIDA
DE RESISTNCIA DE ENROLAMENTO DE TRANSFORMADOR A conexo de teste
realizada na configurao a quatro fios, pois as resistncias do
enrolamento
somuitopequenas.Deve-seobservarqueasresistnciasdecontatodasconexesdosclampsou
garras utilizadas no interferem no resultado da medio (figura 10).
Figura 10 - Medida de resistncia a 4 fios Eng. Marcelo Paulinomaro
de 20056/17 Uma fonte de corrente constante usada para alimentar o
enrolamento com corrente contnua. A corrente de teste deve ser pelo
menos 1% da corrente calculada para saturar o ncleo. Por outro lado
no deve exceder 15% da corrente nominal para evitar aumento de
temperatura durante a medio. Uma tenso relativamente alta sem carga
possibilita uma saturao rpida do ncleo e um valor final alcanado
apenas com variaes menores. Conseqentemente, na maioria das vezes,
o tempo de carregamento por tap claramente menor que 30 segundos.
Figura 11 - Relatrio de teste gerado automaticamente Pressionando
um boto no sistema de teste, todos os valores so registrados e um
relatrio do teste automaticamente gerado (figura 11). Os valores de
resistncia so automaticamente corrigidos para a temperatura de
referncia atravs de clculo automtico utilizando a seguinte frmula:
235235++=mxm xTTR R(1)
Umgrandenmerodemediespodeserexecutadoeficientementeempoucotempo.Por
exemplo,pararealizarmedidasemtodasasresistnciasdostaps119crescentesetaps191
decrescentes,emtodasastrsfases,istocorrespondeaumtotalde114mediesderesistncia.
Neste exemplo em particular, o tempo do ensaio realizado seria
menor que 90 minutos para toda as medies. 6 Aspectos de Segurana
Alimentando-sediretamenteumabobinacalculadaemcentenasdeHenriescomcorrentesde
vriosamprescausaoarmazenamentodeumaaltaenergiamagnticanaindutnciadabobina.
Altastensesseriaminduzidasseocircuitodemedioforinterrompidosemadescargadesta
energia, sendo muito perigoso para o operador e para o sistema de
teste. Depois da realizao das x = temperatura de referncia m =
temperatura medida Eng. Marcelo Paulinomaro de 20057/17 medidas,
uma descarga automtica da indutncia da bobina automaticamente
providenciada, dado que isto essencial para uma operao segura. 7
Enrolamentos Conectados em Delta Para os enrolamentos conectados em
delta, R12, R23 e R31 no podem ser medidos diretamente e sim
calculados a partir das medidas dos valores Ra, Rb e Rc. Figura 12
- Enrolamento conectados em delta. 8 Medio de Resistncia de
Enrolamento de um Transformador de 220kV/110kV 100 MVA Fabricado em
1955 O transformador em teste foi escolhido devido a constatao
prvia de grandes quantidades de gs no leo, indicando
superaquecimento em seu interior. Figura 13 - Medida da resistncia
de enrolamento H1-H0 Os resultados obtidos com o sistema de teste
(figura 13) mostram um excelente resultado com a comparao com os
valores medidos pelo fabricante para a posio mdia (indicado como
tap 10) do seletor de tap em todas as fases, onde ocorre conexo
direta do enrolamento principal.
Nasmedidasobtidascomosistemadeteste,asdiferenasdetemperaturadosenrolamentos
foram consideradas e todos os outros taps mostraram um aumento
significativo se comparado aos
valoresoriginaismedidos.Asdiferenassomaioresque10%ou,emvaloresabsolutos,acimade
70m. As variaes entre as comutaes crescente e decrescente so
igualmente importantes. Isto demonstra que altas resistncias de
contato no seletor de tap so causadas pelo processo de
comutao.Oscontatoeramoriginalmentenovoseasuperfciedocontatodecobrefoiagora
revestido por leo carbono (figura 14) aps a ocorrncia de defeitos
[2]. Eng. Marcelo Paulinomaro de 20058/17 Figura 14 - Seletor de
tap com defeito Depois de uma manuteno completa do seletor de tap,
nenhuma diferena significativa para os valores medidos na fbrica em
1954 poderia ser observada (figura 15). Figura 15 - Resistncia aps
manuteno Figura 16 - Diferena Antes / Depois da manuteno
Paraexaminarosresultadosemmaioresdetalhes,recomendadorepresentargraficamentea
diferenaentrevaloresUP(nasubida)eDOWN(nadescidadostaps)(figura16).Adiferena
antes da manuteno do contato foi acima de 30m, equivalente a 5%, e
depois da manuteno foi abaixo de 1m, equivalente a
0,18%.Geralmente, a prtica em manuteno requer valores medidos
somente para o tap mdio e para os dois extremos, porm esse sistema
de teste tem demonstrado que esta prtica incompleta, com srias
conseqncias potenciais para os resultados. Eng. Marcelo Paulinomaro
de 20059/17
Garantirumtestecompletocomregistrodosvaloresdetodosostapscomosistemadeteste
descrito no consiste em nenhum esforo significante, nem em
considervel aumento do tempo de teste. 9 Procedimento Dinmico da
Chave de Comutao
Atagora,somenteacaractersticaestticadasresistnciasdecontatosolevadasem
consideraonotestedemanuteno.Comamedidadaresistnciadinmica,oprocedimento
dinmico de mudana da chave de comutao pode ser analisado. Para a
medio da resistncia dinmica, a corrente de teste deve ser a mais
baixa possvel. Caso
contrrio,pequenasinterrupesouoscilaesnoscontatosdachavedecomutaonoso
detectadas. Neste caso, o arco voltaico introduzido tem o efeito de
reduzir a abertura dos contatos internamente. 1 = chave de comutao
comuta do primeiro tap para o primeiro resistor de comutao. 2 = o
segundo resistor de comutao chaveado em paralelo 3 = comutao para o
segundo tap (contato direto) 4 = carregando os enrolamentos
adicionais Figura 17 - Medida da Resistncia dinmica pra anlise da
chave de comutao
Comparaescomdadosanteriores,osquaisforamtiradosquandooequipamentoestavaem
condio (boa) conhecida, permitem uma anlise eficiente. Um detector
mede o pico do ripple e a inclinao (slope) da corrente medida,
visto que estes critrios so importantes para uma comutao correta
(sem bouncing ou outras pequenas interrupes). Se o processo de
comutao interrompido, mesmo por um curto perodo de tempo, o ripple
(=Imax Imin) e a inclinao da variao da corrente (di/dt) aumenta. O
valor para todos os taps e particularmente os valores das trs fases
comparado.
Desviosimportantesemrelaoaovalormdioindicamcomutaocomfalha.Paraanalisemais
detalhada, um registrador de transitrios pode ser usado para gravar
o sinal de corrente em tempo real. Para esta medida, foi utilizado
o OMICRON CMC 256 para a gravao do transitrio (figura 17). 10 Relao
de Espiras Normalmente este teste realizado apenas quando se
suspeita de um problema acusado no DGA,
notestedefatordissipaoounaoperaodeumrel.OtestedeRelaodeEspirasdetecta
pequenasvariaesquepodemindicardesdecurto-circuitocomaltascorrentesoufalhasno
isolamento. A relao de tenso obtida por teste comparada relao de
tenso dos dados de placa.A relao obtida a partir do teste em campo
deve corresponder ao valor de fbrica dentro dos 0,5%. Normalmente
transformadores novos tm os valores comparados com os dados de
placa dentro de 0,1%. Com o sistema de teste descrito, possvel
medir esta relao em mdulo e ngulo de fase em uma larga faixa de
freqncia. Eng. Marcelo Paulinomaro de 200510/17 Figura 18 - Relao
de Amplitude = f(f) Figura 19 - Relao de ngulo de fase = f(f) Uma
anlise em um transformador com pequenas variaes nos enrolamentos de
baixa tenso
mostradanasfiguras18e19.Agrandediferenadeaproximadamente20%indicaumafalhaem
20% das espiras(fase A). Devido ao comportamento no-linear, pode-se
supor que a corrente que est circulando atravs do enrolamento de
baixa tenso circula em parte atravs do ncleo magntico. Isto
podeacontecerquandoasforastmdeformadosignificativamenteasespirasinternas(vejafigura
21). Provavelmente a bobina aberta e partes do enrolamento ficam em
contato com o ncleo. Isto pode ser provado atravs da medida da
resistncia de 10m entre a bobina de baixa e o ncleo. Para
bobinasss,estarelaoquasetotalmenteindependentedafreqncianorangedefreqncia
testada. A relao foi medida com uma tenso de teste de 200V no lado
AT. A corrente de excitao da
fasedefeituosafoiaproximadamente340mAconsiderandoqueacorrentedeexcitaodasfases
normais foi de aproximadamente 10 mA. 11 Corrente de Excitao Este
teste deve ser realizado antes de qualquer teste de corrente
contnua (DC). Os resultados sero incorretos devido ao fluxo
magntico residual no ncleo, causado pela corrente contnua.
Utilizando este teste, podem ser detectados curtos-circuitos em
espiras, problemas em conexes eltricas, ncleo de baixa laminao,
problemas no comutador de tap e outros problemas possveis no ncleo
e na bobina. Para uma boa interpretao dos resultados, so
recomendadas comparaes com dados anteriores. Se os resultados do
testes anteriores no estiverem disponveis de forma alguma, a
comparaodeveserfeitacomresultadosdetransformadoressimilares.Nostransformadores
trifsicos, os resultados tambm so comparados entre as fases. No
transformador trifsico, estrela-delta ou delta-estrela a corrente
de excitao ser superior nas duas fases externas do que na fase
intermediria. Somente as duas correntes maiores podem ser
comparadas. Se a corrente de excitao for menor que 50 mA, a
diferena entre as duas correntes superiores deve ser menor que 10%.
Se a corrente de excitao for maior que 50 mA, a diferena deve ser
menor que 5%. Em geral, se existe um problema interno, estas
diferenas sero grandes. Neste caso outros testes tambm demonstraro
anomalias, e uma inspeo interna deve ser considerada. Eng. Marcelo
Paulinomaro de 200511/17 12 Reatncia de Disperso A medio da
impedncia de um curto-circuito feita como parte do teste de aceitao
inicial na
fbrica.Areatnciadedispersopodesercalculadaapartirdaimpednciadecurto-circuito.A
diferena entre a relao de disperso das trs fases deve estar dentro
dos 3% do valor calculado a partir da impedncia de curto-circuito
do teste de fbrica. Entretanto, a porcentagem da impedncia no deve
variar mais que 1% a partir dos resultados do equipamento em boa
condio. voltage circuit short measured the Uand losses circuit
short measured the PwithXHz LI UPIUZ Hz XI UPIUZ Hz Rkkkkk kk kk kk
k=== = == = * * 2) 50 () )* * 3( 1 ( ** 3sin * ) 50 (* * 3** 3cos *
) 50 (2(2)
Estetesteutilizadoemcampoparadetectardeformaooudeslocamentodosenrolamentos
aps a ocorrncia de eventos tais como falhas totais do
transformador, operao prxima descargas eltricas (raios), outros
surtos, ou transporte do transformador. Isto pode conduzir a
indisponibilizao
imediatadotransformadorcomumafalhatotalsevera,ouentoumapequenadeformaopode
conduzir a falha mais grave vrios anos depois. O teste da reatncia
de disperso realizado com um curto-circuito no enrolamento de baixa
tenso, e aplicando uma tenso teste nos enrolamentos de alta tenso.
(figura 20). Figura 20 - Teste de Impedncia de Curto-circuito
Alteraesobservadasnareatnciadedispersoenostestesdecapacitncia(explicados
posteriormente) servem como excelente indicao de movimento das
bobinas e problemas estruturais (cunha deslocada, empeno, etc.).
Este teste no substitui testes de corrente de excitao ou testes de
capacitncia,pormoscomplementaesofreqentementeutilizadosemconjunto.Otestede
corrente de excitao conta com a relutncia magntica do ncleo
enquanto o teste de reatncia de disperso implica a relutncia
magntica do canal de disperso entre os enrolamentos (figura 21).
Figura 21 - Fluxo de disperso e foras durante a ocorrncia de uma
falta Eng. Marcelo Paulinomaro de 200512/17 Usando o sistema de
teste apresentado, a reatncia de disperso tambm pode ser medida em
uma faixa de freqncia de 15 a 400 Hz. Enrolamentos normais
demonstram, aproximadamente, um valor de reatncia constante nesta
faixa de freqncia. Figura 22 - Fluxo de disperso e foras durante a
ocorrncia de uma falta O transformador com pequeno enrolamento de
baixa tenso (figuras 18 e 19), foi utilizado para a determinao da
reatncia de disperso com a variao da freqncia (figura 22). A fase
defeituosa demonstra um funcionamento totalmente diferente. Como
mencionado anteriormente, uma parte da corrente do enrolamento de
baixa tenso est escoando atravs do ncleo. Neste caso a reatncia de
disperso depende da freqncia. 13 Medida de Capacitncia e Fator de
Dissipao
MedidadaCapacitncia(C)eFatordeDissipao(FD)estestabelecidocomoumimportante
mtodo de diagnstico de isolamento, primeiramente publicado por
Schering em 1919 [9] e utilizado
paraessepropsitoem1924.Emumdiagramasimplificadodoisolamento,Cprepresentaa
capacitncia e Rp as perdas (figura 23). O diagrama vetorial do
sistema mostrado na figura 24. Figura 23 - Diagrama simplificado do
circuito com capacitor Figura 24 - diagrama vetorial tangente delta
O fator dissipao definido como: P P CpRpC R II = =1tan(3) Eng.
Marcelo Paulinomaro de 200513/17 O primeiro dispositivo de medio
para tangente delta foi a citada ponte Schering [9] (figura 25).
Figura 25 - Ponte Shering
Nafigura25,C1eR1conectadosemsrierepresentamasperdasdoobjetoemteste,eC2
representa perdas livres do capacitor de referncia. O diagrama de
circuito paralelo da figura 23 pode ser transferido como
equivalncia direta para dentro do diagrama srie em freqncias
especficas. O novo sistema de teste utiliza um mtodo similar quele
da ponte Schering. A principal diferena que o sistema descrito na
figura 26 no necessita de ajustes para medio da Capacitncia e do
Fator de Dissipao. Cn do capacitor de referncia isolado a gs com
perdas abaixo de 10E-5. Figura 26 - Princpio de Medio do CPTD1
Figura 27 - Relao entre Fator de Dissipao e o Fator de potncia
Parausoemlaboratrio,taiscapacitoressoregularmenteutilizadosparaobtermedies
precisas, j que as condies climticas so bem constantes. No o caso
para medies em campo onde as temperaturas podem variar
significativamente, causando dilatao e contrao do eletrodo no
capacitor de referncia. O sistema de teste leva todos esses fatores
em considerao e os compensa eletronicamente. Agora possvel pela
primeira vez, realizar facilmente no campo testes para Fator de
Eng. Marcelo Paulinomaro de 200514/17 Dissipao igual a 5 x 10E-5. A
correlao entre fator de dissipao e o fator de potncia ( cos ) e o
diagrama vetorial so mostrados na figura 27. At os dias de hoje o
fator de dissipao ou o fator de potncia s foram medidos na freqncia
dalinha.Comafontedepotnciadescritaem[8],possvelagorafazeressasmediesde
isolamento em uma larga faixa de freqncia, posibilitando que
medidas possam ser realizadas em
freqnciasdiferentesdafreqnciadalinhaeseusharmnicos.Comesteprincpio,asmedies
podem ser realizadas tambm na presena de alta interferncia
eletromagntica em subestaes de alta tenso. 14 Medies do Fator
Dissipao em Enrolamentos de Transformador Um transformador contm um
complicado sistema de isolamento. Enrolamentos de alta e baixa
tenso devem ser isolados do tanque e do ncleo, da mesma forma que
esses elementos tambm o
so.Todosessesgapsdeisolamentodevemserchecadosregularmente.Normalmenteemum
transformador de potncia de dois enrolamentos, as medidas de
capacitncia e Tangente-delta so realizadas para todos os
isolamentos: AT para BT, AT para massa, BT para massa (figura 28).
Em um transformador de trs enrolamentos muito mais complicado e so
necessrios mais testes para medir todos os intervalos. Figura 28 -
Transformador de 2 enrolamentos O Fator de Dissipao (FD) um
indicador da qualidade do isolamento leo-papel desses gaps. A
degradao do leo, a quantidade da gua e a contaminao com carbono e
outras partculas podem aumentar o FD. Transformadores de potncia
novos de AT e transformadores de boa qualidade tm valores do FD
abaixo de 0,5%. Figura 29 - Fator de Dissipao com variao de
freqncia AT-BT (154kV-20kV) A figura 29 demonstra uma medida do FD
em enrolamento de AT comparada a um enrolamento de BT. O valor do
FDpar a 60Hz gira em torno de 0,30%. A caracterstica da curva FD da
faixa de freqncia interessante e deve ser mantida como registro de
resultado para diagnstico futuro do isolamento e sua degradao. Eng.
Marcelo Paulinomaro de 200515/17 15 Medies de Capacitncia em
Enrolamentos de Transformador
OTestedeCapacitnciamedeacapacitnciaentreosenrolamentosdealta,baixatensoeo
tanque/ncleo(terra).Descargaseltricas,surtosouocorrnciadefaltasnosistema,podemcausar
alteraonosvaloresmedidosdecapacitncia.Istoindicadeformaodabobinaeproblemas
estruturais tais como deslocamento da bobina e de seu suporte. 16
Medies de Capacitncia e Fator de Dissipao em Buchas de
Transformador
Asbuchasdealtatensosocomponentescrticosdostransformadoresdepotnciae
particularmente buchas capacitivas de alta tenso necessitam de
maior ateno e testes regulares para se evitar falhas inesperadas.
Estas buchas tm um tap de medio em suas base e tanto a capacitncia
entreotopodabuchaeapartemaisbaixadotap(normalmentedenominadaC1)comoa
capacitncia entre o tap e a terra (normalmente denominada C2) so
medidas. Um crescimento de C1 indica degradao parcial nas camadas
internas. A figura 30 mostra a alterao de C1 para diferentes tipos
de buchas: Papel Impregnado de Resina (Resin impregnated paper
-RIP) Papel impregnado de leo (Oil impregnated paper - OIP) e
Resina depositada no papel (Resin bonded paper RBP). Figura 30
-Alteraes na capacitncia de buchas RIP-, OIP-, RBP-[10] Para
determinar perdas nas buchas, tambm executado o teste de fator de
dissipao. A figura 31 mostra o crescimento das perdas para RIP-,
OIL-, e RBP-bucha. Figura 31 - Fator de Dissipao em buchas RIP-,
OIP-, RBP-[10] Eng. Marcelo Paulinomaro de 200516/17
Particularmente, a medida RBP-bucha mostra uma alterao significante
da capacitncia e do fator dissipao durante seu tempo de vida [10].
Figura 32 - FD de uma bucha nova de 154 kV Figura 33 - FD de bucha
RIP 145 kV (nova) Figura 34 - FD de bucha OIP 154 kV (1970)
Emtornode90%dasfalhasembuchaspodemseratribudasentradadeumidade.Comoj
forammostradascomoisolamentoentreenrolamentos,asanlisesdoisolamentodasbuchasso
muito mais detalhadas quando so executados testes variando o
espectro de freqncia. As figuras 32 a 34 demonstram interessantes
curvas do Fator de Dissipao de buchas de AT de transformadores de
potncia pela freqncia. Estes resultados demonstram que o mtodo de
variao do espectro de freqncia permitir, no
futuro,anlisesmaisdetalhadasdoisolamento.Masparaistonecessriocompararascurvas
medidas. Esta metodologia valida para detectar alteraes do
isolamento em seu estgio inicial. 17 Sumrio A checagem regular das
condies de operao desses equipamentos mais antigos torna-se cada
vez mais importante. A anlise da condensao do gs um mtodo provado e
significativo para a
determinaodosndicesdecrescimentodosgasesdehidrocarbonetoencontradosnoleo,
resultandonalocalizaodafalhatorpidoquantosejapossvel.Estaumimportanteitemda
manutenopreventivaquepodeserrealizadoatempodeevitarumafalhatotalinesperada.
Entretanto a localizao da falha pode ser realizada com sucesso
usando um simples mtodo eltrico, como a medio da resistncia. Eng.
Marcelo Paulinomaro de 200517/17
AnovatecnologiadetesteabordadapermitearealizaodotestedeFatordeDissipaoem
vrias freqncias, e a comparao das curvas resultantes com os dados e
caractersticas do elemento sob teste. Com isto ser possvel detectar
a degradao no isolamento em um estgio inicial, com uma
anlisemaisdetalhada.Adicionalmente,garantidaumaexcelentesupressodainterferncia
eletromagntica Com o sistema descrito, outros interessantes testes
podem ser realizados tais como medies de seqncia zero sem
equipamento adicional, transformadores de corrente podem ser
testados acima de 2000A (relao, polaridade, curva de excitao,
burden...); transformadores de potencial podem ser testados com
tenses at 2000V, resistncias de contato, resistncias de terra e
impedncias de linha podem ser medidas, sendo possveis muitas
aplicaes adicionais.
Todasasmediespodemserrealizadasrapidamenteeeficientementecommtodosdetestes
automticos permitindo uma operao simples de modo que todos os
resultados so salvos em um nico sistema. Essencialmente, so criados
de forma automtica os relatrios completos de todo teste e
realizado, tambm automaticamente o diagnstico do teste. 18
Referncias
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Reichsanstalt, Braunschweig 1919 [10]
Sundermann,U.:"Transformerlifecyclemanagement"1.SymposiumGeriatriedes
Transformators, Regensburg 2002 Sobre o Autor: Marcelo Paulino
gerente do Departamento tcnico-comercial da Adimarco Representaes e
Servios LTDA. Graduou-se como Engenheiro Eletricista na Escola
Federal de Engenharia de Itajub (EFEI). Possui larga experincia em
engenharia de sistemas de potncia, particularmente na rea de Testes
e Ensaios em Equipamentos Eltricos. Atua no contato direto com
clientes no fornecimento de equipamentos, ps-venda e treinamento.
Tambm responsvel pela preparao, projeto e
execuodeprestaodeservionareadetestedeproteoeequipamentosdesistemaseltricosdeUsinase
Subestaes de 500/345/138/13,8 KV. Instrutor convidado do Curso de
Especializao em Proteo de Sistemas Eltricos CEPSE
(UNIFEI-SEL-FUPAI) em 2004. Atuou como instrutor externo na Fundao
de Pesquisa e Assessoramento a Industria FUPAI. Membro do IEEE.
