Definições

 

Mineral insulating oil - óleo mineral, natural esters - éster natural, Synthetic organic ester - éster sintético

 

Mineral insulating oil
insulating liquid derived from petroleum crudes
Note – Petroleum crude is a complex mixture of hydrocarbons with small amounts of other natural chemical substances.
IEV ref.212-17-02 [ fonte ]

Natural esters(da IEC 62770)
vegetable oils obtained from seeds and oils obtained from other suitable biological materials and comprised of triglycerides
IEC 62770, ed.1.0 (2013-11)

Synthetic organic ester(da Electropedia IEC)
insulating liquid produced from acids and alcohols by chemical reaction
Note – These esters include mono-, di- and polyol-esters.
IEV ref.212-17-08 [ fonte ]

 

SF ₆ (hexafluoreto de enxofre)(de: Wikipédia)
O hexafluoreto de enxofre é um composto inorgânico com a fórmula SF6.É um gás transparente, sem odor, não-tóxico e não inflamável (em condições padrão); a 1 bar tem uma densidade de 6,164 g/l (é aproximadamente 5,1 vezes mais denso do que o ar).

O SF6 tem uma geometria octaédrica, constituída por seis átomos de flúor ligados a um átomo central de enxofre.É uma molécula hipervalente.É pouco solúvel em água, mas solúvel em solventes orgânicos não apolares.É geralmente transportado em forma liquefeita.[ fonte ]

 

Introdução

 

Isoladores em óleo e SF6

A criticidade "SF6 no óleo - defeitos de estanquecidade do isolador" não diz respeito diretamente aos transformadores, mas na verdade aos isoladores de passagem(bushing), acessórios que permitem a passagem dos condutores do interior do transformador para o seu exterior, sem entrarem em contacto com a carcaça.

 

Nos transformadores elevadores (GSU), 14% das falhas são atribuíveis aos isoladores de passagem (>100KV).

CIGRE WG A2.37 - Transformer reliability survey, Dec.2015

 

Os isoladores de passagem são colocados normalmente na parte superior do transformador e são de diferentes tipos, dependendo das tensões/correntes em jogo e do tipo de condutor externo a que devem ser ligados.Os isoladores são tipicamente constituídos por dois compartimentos, o inferior é inserido no transformador, e o superior é ancorado na carcaça do transformador.O compartimento superior pode estar livre ou colocado dentro de invólucros metálicos cheios, por exemplo, de SF6 (hexafluoreto de enxofre).

Para correntes elevadas (até 30 KA) usam-se isoladores óleo-ar com um condutor central de grande diâmetro; para tensões elevadas são usados isoladores-óleo óleo, óleo-SF6 ou de condensador, em que o condutor central é embrulhado em camadas de papel isolante alternadas com camadas de material condutor.Em alta e muito alta tensão, o gás SF6 é comummente utilizado como meio isolante, uma vez que não está sujeito ao envelhecimento, não é tóxico, nem inflamável, tem boas propriedades dielétricas (quase 3 vezes maiores do que o ar ou azoto), de eliminação de arcos e térmicas.

 

Características do SF6

O hexafluoreto de enxofre - SF6 é gás incolor, inodoro, não tóxico, não inflamável, quimicamente inerte, com elevadas propriedades dielétricas, quase três vezes maiores do que o ar ou azoto.

Há mais de 50 anos que o SF6 é utilizado com sucesso em várias aplicações industriais, particularmente nos disjuntores e seccionadores das linhas de transmissão e distribuição de energia elétrica.Noutras áreas é utilizado, por exemplo, nos aceleradores de partículas, nos radares e na indústria eletrónica ou no campo da medicina, em particular em máquinas de diagnóstico e de ressonância magnética e na cirurgia dos olhos.

No passado, também era utilizado nos pneus, nas bolas de tênis, em alguns tipos de sapatilhas de ginástica e como isolante nos vidros duplos, mas o seu uso nestas aplicações foi proibido a partir de 2007.

Nos equipamentos elétricos de média e alta tensão, o SF6 é utilizado pelas suas elevadas propriedades de extinção dos arcos elétricos devido à sua elevada resistência dielétrica e à sua capacidade de recombinação.Graças a estas propriedades, superiores a outros fluidos como o ar ou o azoto, as subestações elétricas podem ser construídas com um tamanho muito mais compacto.

 

O SF6 e o meio ambiente

Entre os gases que causam o famoso "efeito de estufa", o SF6 é aquele que exige a mais alta prioridade de ação em termos de prevenção/mitigação das alterações climáticas globais.Juntamente com outros cinco gases (dióxido de carbono (CO ₂ ), Metano (CH ₄ ), Óxido de azoto (N ₂ O) hidrofluorocarbonetos (HFC), Perfluorocarbonetos (PFC)) o SF6 foi listado no Protocolo de Quioto (1997).O seu impacto climático é 22 800 vezes maior do que o do dióxido de carbono (CO2) e o seu tempo de permanência na atmosfera é de cerca de 3200 anos (fonte:Federal Statistical Office:Survey of particular climate-active materials “sulphur hexafluoride” (SF6), Wiesbaden, 2015)

Para evitar os perigosos efeitos climáticos, o uso do gás foi proibido desde 4 de julho de 2007 para as aplicações "civis/domésticas"; no entanto, na maioria das aplicações industriais, o gás SF6 continua a ser usado porque ainda não foram identificadas alternativas com desempenho equivalente.

Em todo o mundo, existem regras severas para a redução das emissões de gés SF6 para a atmosfera.Na União Europeia, o regulamento F-Gas, (EC) n.º 517/2014 relativo à limitação das emissões de gases de efeito de estufa, entrou em vigor em 2014.No regulamento foram estabelecidos os requisitos gerais para o inventário, gestão e tratamento do gás SF6 e de outros gases fluorados.

 

 

A criticidade "SF6 em óleo - defeitos de estanquecidade do isolador" é causada principalmente por defeitos de estanquecidade entre o isolador (isolado com óleo) e o invólucro metálico (contendo SF6), que encerra a parte superior do próprio isolador.

Os defeitos de estanquecidade podem resultar de uma degradação química e física dos materiais, do stress elétrico, térmico e/ou mecânico.O conjunto destes fatores conduz a uma migração do SF6 no óleo do isolador.Se, por um lado, assim se determina a presença de SF6 no óleo (compartimento do óleo do isolador), por outro, obtém-se uma contaminação do óleo por danos do SF6 no invólucro metálico que encerra a parte superior do isolador.Esta última condição é muito mais grave do que a condição contrária, e em particular a névoa de óleo na parte do SF6 faz com que este último perca as suas propriedades dielétricas, pondo em risco a estanquecidade do isolamento do acessório.

 

A gravidade desta criticidade reside no facto de que, sem sinais/sintomas específicos, pode dar origem a falhas elétricas com arcos de potência até à explosão e incêndio do isolador com consequências catastróficas.Após a explosão de um isolador, na verdade, pedaços de porcelana e componentes metálicos são projetados até 200 m do ponto de instalação, com um elevado perigo para as pessoas e com alta probabilidade de que se desencadeie um efeito dominó nos equipamento circundantes.Em caso de incêndio, a gravidade do evento é igualmente grave, em virtude da elevada probabilidade de propagação para o tanque do transformador.A consequência de um evento como esse poderá resultar na explosão (e/ou incêndio) do transformador, com um impacto muito sério para as pessoas, as coisas e o meio ambiente.

 

 

 

 

Sinais (inspeção visual)

A criticidade "SF6 em óleo - defeitos de estanquecidade do isolador" não mostra sinais característicos; no entanto, por inspeção visual, pode-se:

• avaliar as condições gerais do acessório (corrosão) e a presença de fugas,
• verificar a dilatação do fole (óleo / SF6), indicador da quantidade de óleo presente no isolador
• verificar, em particular, as condições gerais do jack capacitivo (se presente), graças ao qual podem ser realizados os teste elétricos apropriados (capacidade, fator de dissipação).

Amostragem representativa

Apesar de resultar mais crítica a presença de óleo no invólucro em SF6, é muito mais conveniente retirar uma porção de óleo (do compartimento de óleo do isolador) e analisá-lo, a fim de avaliar a presença de SF6.Este indicador é suficiente para declarar a criticidade, uma vez que um defeito de vedação entre o isolador e o invólucro exterior poderia produzir, ao mesmo tempo, tanto óleo no SF6, como SF6 no óleo.

A amostragem representativa de um isolador óleo-SF6 é delicada e complexa: é necessário utilizar procedimentos operacionais adequados (de acordo com as especificações do fabricante do isolador), dispositivos de amostragem especiais e pessoal treinado especificamente.
A dificuldade reside na presença de um volume muito baixo de óleo no compartimento (óleo) do isolador e, consequentemente, é necessário executar a recolha compensando com a mesma quantidade de óleo (pré-tratado).A operação deve ser realizada com extrema atenção, a fim de evitar mesmo a mais pequena infiltração de bolhas de ar.

A Sea Marconi ganhou uma vasta experiência neste campo, executando esta operação nos isoladores do parque de máquinas da EDF nuclear.

 

 

Sintomas (análise)

O sintoma específico da criticidade "SF6 em óleo - defeitos de estanquecidade do isolador" está relacionado com valores não em conformidade pelos seguintes indicadores de diagnóstico:

• SF6 em óleo*

Existem, depois, fatores conexos úteis para completar o quadro de diagnóstico:

• Água dissolvida (IEC 60814)
• Gases dissolvidos (IEC 60567) (oxigénio, azoto, dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrogénio, metano, etano, etileno, acetileno) com uma indicação dos C3 (propano, propileno, metilacetileno e propino ou (C3H4))
• Fatores de dissipação dielétrica (IEC 60247)
• Partículas (IEC 60970)

*Tanto a análise do SF6 em óleo, como a recolha de amostras do compartimento de óleo do isolador, como a interpretação diagnóstica dos resultados analíticos são desprovidas de um método de referência e de uma bibliografia validada.

 

A Sea Marconi desenvolveu e validou internamente o seu próprio método analítico que faz o bypass dos limites técnicos que se obteriam empregando a clássica DGA.Na verdade, esta última não é capaz de restituir o conteúdo de SF6 em óleo.A motivação é muito técnica: na verdade, o SF6 contamina o catalisador do metanador, ou, mais simplesmente, lança para lá da calibração o normal sistema de análise.

O mesmo caminho de investigação e desenvolvimento empreendido pela Sea Marconi para o desenvolvimento do método analítico descrito acima foi percorrido para validar o modelo de interpretação diagnósticos dos resultados.Isto levou à determinação para cada família de equipamento (dependendo do fabricante), de quais devem ser considerados os valores típicos, de alerta e de alarme, em função da concentração e velocidade de formação do SF6 em óleo, bem como do perfil dos outros gases dissolvidos (DGA).

 

Para o diagnóstico da criticidade "SF6 em óleo - defeitos de estanquecidade do isolador", a Sea Marconi emprega a sua própria métrica de diagnóstico, neste caso:

• interpretam-se os sinais visuais no isolador passante;
• por meio da análise do óleo são identificados os sintomas, ou seja, os indicadores sintomáticos (SF6 em óleo, gases dissolvidos, água dissolvida) e os seus valores característicos;
• graças à base de dados, estuda-se o histórico familiar ou subjetivo (em busca, por exemplo, de falhas e/ou defeitos em máquinas gémeas);
• são examinados e monitorizados os fatores de incerteza, a velocidade e a evolução ao longo do tempo ( trend) dos indicadores sintomáticos durante as fases do ciclo de vida;
• com base na avaliação destes fatores-chave, a criticidade específica é classificada em termos de tipo e prioridade, definindo-se, ao mesmo tempo, o tipo e a prioridade das ações corretivas

 

Não sendo uma verdadeira terapia para esta criticidade, a prevenção é a única estratégia viável para uma correta gestão do ciclo de vida do isolador passante e do transformador ao qual está ligado.

Ações preventivas durante o ciclo de vida do isolador

• Monitorizar os indicadores sintomáticos (vd. sintomas, acima).No caso de se manifestarem os primeiros sintomas da criticidade, como um alto teor de SF6 no óleo, recomenda-se aumentar a frequência das amostragens e das análises (uma vez por semana, ou mesmo por dia), a fim de monitorizar as tendências.Esta monitorização visa determinar o momento oportuno que justifique colocar o transformador fora de serviço e a substituição do acessório com peças de reposição apropriadas.
• Além de inspeções visuais constantes, avaliar a execução de medições termográficas para determinar as condições gerais do acessório, para identificar quaisquer eventuais defeitos nas ligações ou nas fases, identificar quaisquer eventuais defeitos no sistema de arrefecimento
• Avaliar a execução de testes elétricos para determinar eventuais perdas de isolamento, descargas parciais, capacidade, Tg delta.
• Recomenda-se atualizar as informações estratégicas através de um " inventário dinâmico" dos óleos e dos transformadores (com os respetivos acessórios), sem negligenciar os valores dos marcadores sintomáticos.
• Recomenda-se modificar/integrar as práticas de manutenção e de aquisições, de modo a ter certeza de que haja sempre stock suficiente em armazém de peças de reposição(dos isoladores) para cada família/produtor

 

A criticidade "SF6 em óleo - defeitos de estanquecidade do isolador" não fornece uma terapia verdadeira; a criticidade só pode ser resolvida através da substituição do isolador.

A melhor gestão do ciclo de vida do acessório prevê, de facto, uma monitorização constante do teor de SF6 em óleo do isolador (vd. prevenção, acima), a fim de minimizar tanto quanto possível o risco de falha e planear uma substituição em total segurança.

 

 

A amostragem do óleo no isolador deve ser realizada de acordo com as especificações fornecidas pelo fabricante:

• com procedimentos adequados à finalidade e dispositivos de amostragem específicos
• com pessoal que possua competências e formação específicas na matéria

confiando em operadores capazes de demonstrarem uma ampla casuística de aplicação de poderem certificar as intervenções executadas com garantia de qualidade (ISO 9001)