Definições

"Corrosão por dissolução dos metais - C4" é a criticidade caracterizada pelas propriedades corrosivas do óleo, que determinam uma dissolução dos metais (por ex., cobre) dentro dos transformadores e de outros equipamentos elétricos, sob condições normais de operação.Esta criticidade degrada progressivamente as propriedades dielétricas e químicas dos materiais e dos isolantes (óleo e papéis) e está relacionada com o enxofre corrosivo (C1, C2, C3).

Corrosão
Desintegração de um metal devido a reações químicas com enxofre e outros químicos em líquidos isolantes
[tradução Sea Marconi da norma técnica IEC 62697-1 de 2012, par.3.1.5 - pág. 10]

 

 

Introdução

A criticidade Corrosão por dissolução dos metais - C4 foi descoberta pela Sea Marconi através da análise de uma grande quantidade de casos de estudo contidos na sua base de dados, ao longo de 40 anos.Estes estudos permitiram correlacionar experimentalmente as concentrações dos metais dissolvidos (por ex., cobre) com certos tipos de líquidos isolantes utilizados em famílias diferentes de equipamentos elétricos.Foram observadas concentrações muito elevadas de cobre dissolvido em óleo (até 500 mg/kg) e degradação das propriedades dielétricas do óleo isolante (fator de dissipação dielétrica - DDF até mais de 2).Verificou-se também um significativo fenómeno de deposição de substâncias organometálicas sobre os papéis de isolamento que não depende do enxofre corrosivo.

 

 

Na origem da criticidade

A análise dos metais dissolvidos nos líquidos de isolamento foi implementada de forma pioneira pela Sea Marconi em 1984.Esta análise, correlacionada com a análise das partículas no óleo, que a Sea Marconi realizou de forma sistemática pela primeira vez no mundo em 1976, permitiu-nos diagnosticar com precisão logo desde meados da década de 80 as criticidades específicas de óleos e transformadores.

[ALT img.:Corrosão por dissolução dos metais (C4) ]

Em 1995, a Sea Marconi teve a oportunidade de estudar melhor o fenómeno da dissolução dos metais.Nessa ocasião, a Sea Marconi foi chamada por uma empresa de construção de transformadores da América do Sul para investigar os numerosos casos de falha catastrófica.Tratava-se de reatores shunt em rede a 500 kV, todos entre os 18 e os 24 meses.Durante a investigação, a Sea Marconi analisou ​​os fatores responsáveis ​​pelas falhas, mas sem determinar com certeza a causa dos eventos catastróficos.Esse conhecimento, no entanto, fez emergir surpreendentemente uma tendência de certos tipos de óleos para dissolverem o cobre no interior famílias específicas de transformadores.Este estudo foi comunicada ao Cigre TF 15:01:05 e aprofundado depois durante a apresentação ao CIGRE de Paris, em agosto de 2000.

O gráfico acima mostra um exemplo de análise estatística com correlação entre o ano de construção e a concentração de cobre por óleos minerais isolantes em transformadores de distribuição

 

 

Clique aqui para aceder às principais publicações Sea Marconi sobre o assunto:

Maina, V. Tumiatti, M. Pompili and R. Bartnikas, Dielectric Loss Characteristics of Copper Contaminated Transformer Oils, IEEE Trans.On Power Delivery, Vol.25, NO.3, 2010

Maina, V. Tumiatti, M.C.Bruzzoniti, R.M.De Carlo, J. Lukić, D. Naumović-Vuković, Copper Dissolution and Deposition Tendency of Insulating Mineral Oils Related to Dielectric Properties of Liquid and Solid Insulation, ICDL 2011, Trondheim, June 26-30 2011

M.C.Bruzzoniti, R.M.De Carlo, C. Sarzanini, R. Maina, V. Tumiatti, Determination of copper in liquid and solid insulation for large electrical equipment by ICP-OES.Application to copper contamination assessment in power transformers, Talanta, vol. 99, 2012, 703-711

M. De Carlo, M.C.Bruzzoniti; C. Sarzanini, R. Maina; V. Tumiatti, Copper Contaminated Insulating Oils-Testing and Investigations, IEEE Trans.On Dielectrics and Electrical Chim.Dott. Riccardo Maina Via Tiraboschi, 25 10149 Torino (TO) Insulation, vol. 20, No.2, 2013, 557-563

R. M. De Carlo, C. Sarzanini, M.C.Bruzzoniti; R. Maina; V. Tumiatti; Copper-in-oil Dissolution and Copper-on-Paper Deposition Behavior of Mineral Insulating Oils, IEEE Trans.On Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 21, No.2, 2014, 666-673

 

 

Quadro normativo

• IEC 60422:2013, Mineral insulating oils in electrical equipment – Supervision and maintenance guidance
• ASTM D 7151, Standard Test Method for Determination of Elements in Insulating Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES)
• IEC 60422:2013, Mineral insulating oils in electrical equipment – Supervision and maintenance guidance
• CIGRE Brochure 378:2009, Copper sulphide in transformer insulation
• CIGRE Brochure 413:2010, Insulating Oil Regeneration and Dehalogenation
• CIGRE Brochure 625:2015, Copper Sulphide long term mitigation and risk assessment

 

 

Causas

A criticidade Corrosão por dissolução dos metais - C4 é causada pela ação corrosiva do óleo em relação aos metais presentes nos transformadores (por ex., cobre.).Essa corrosão determina a dissolução dos metais dentro do óleo em condições normais de funcionamento.

O tipo e a velocidade da corrosão dos metais dependem da temperatura, da concentração de oxigénio e da formulação do óleo em termos de compostos aromáticos, compostos aromáticos polinucleares (PNA), compostos com heteroátomos (por ex., oxigénio, azoto), aditivos antioxidantes (por ex.,DBPC), aditivos passivadores (por ex.,Irgamet 39, Irgamet 30).

 

 

Causas em relação às fases do ciclo de vida

O efeito do campo elétrico no interior do transformador amplifica a mobilidade iónica dos compostos organometálicos dissolvidos nos líquidos isolantes, degradando as propriedades dielétricas do sistema de isolamento (óleo e papéis).Estes fenómenos podem tornar-se particularmente críticos para certos tipos de transformadores, como, por exemplo, transformadores retificadores, de conversão (HVDC) e especiais (por ex., tração elétrica de comboios).

A dissolução induz a deposição dos metais (por ex., cobre) sobre os papéis de isolamento e a formação de depósitos insolúveis (lamas) dentro da carcaça; a consequência é a degradação progressiva das propriedades dielétricas e químicas, quer do óleo, quer dos papéis.

A presença de cobre dissolvido atua como um catalisador nos processos de oxidação do óleo
- acelerando a degradação química do óleo,
- reduzindo as propriedades de estabilidade à oxidação do óleo,
- acelerando o envelhecimento dos papéis,
- e acelerando a formação de lamas.

Em alguns tipos de óleos de elevado teor de aromáticos, foram observadas concentrações de cobre dissolvido em óleo até 500 mg/kg (contra um valor típico < de 0,80 mg/kg) e fator de dissipação dielétrica DDF (tan delta) superior a 2 (em comparação com um valor típico de < 0,10).

Nos papéis, observou-se uma contaminação de cobre com concentrações até 2700 mg/kg (contra um valor típico de 50 mg/kg).

A Sea Marconi estudou experimentalmente estes fenómenos em diversos tipos de líquidos isolantes.Em alguns tipos evidenciou-se uma correlação entre o fator de dissipação dielétrica (tg delta) e concentração de cobre dissolvido no óleo isolante.Noutros tipos de óleo, graças ao teste de copper deposition tendency desenvolvido pela Sea Marconi, observou-se uma relação entre a formulação do óleo com aditivos particulares e a tendência a depositar nos papéis compostos organometálicos contendo cobre.

 

 

Sinais (inspeção visual) - Sintomas (análise)

Sinais (inspeção visual)

Os sinais desta criticidade só são visíveis através de uma inspeção interna do transformador, por exemplo, após uma avaria.Na presença deste criticidade observam-se depósitos insolúveis (lamas, ou sludge) de cor cinzenta/castanha na parte inferior da carcaça, sobre os papéis, nos enrolamentos, nos canais de circulação do óleo e de arrefecimento dos enrolamentos.Outro sinal pode ser o aumento progressivo da temperatura do óleo em comparação com o ambiente com a mesma carga (sintoma de uma redução da permuta térmica).

 

Amostragem representativa

Quando for decidido efetuar uma inspeção interna do transformador, como resultado de uma avaria ou de modo a realizar uma investigação aprofundada, recomenda-se veementemente a recolha de amostras dos papéis isolantes, de acordo com os protocolos e procedimentos adequados.Em particular, é aconselhável recolher o papel das partes alta, baixo e intermédia dos enrolamentos individuais, tanto do primário como do secundário, para cada fase, recolhendo mais amostras de papel nas áreas com um maior escurecimento ou fragilização do próprio papel.

Durante a inspeção externa do transformador, é necessário recolher amostras de óleo isolante em conformidade com o padrão de referência e as instruções de operação anexas ao kit de amostragem.

 

Sintomas (análise)

O principal sintoma da criticidade "C4" está ligado com a presença de:
metais dissolvidos em líquidos de isolamento (por ex., cobre) (ASTM D7151)

existem, depois, fatores relacionados para completar o quadro de diagnóstico:

• Aparência (ISO 2049)
• Cor (ISO 2049)
• Partículas (IEC 60970)
• Fator de dissipação dielétrica - tan delta (IEC 60247)
• CDT test (Copper Deposition Tendency Test) (método interno)
• Acidez total - TAN (IEC 62021-1 ou IEC 62021-2)
• Aditivos:Passivadores (BTA, Irgamet 39, Irgament 30); inibidores de oxidação (BPDC, DBP)
• Fingerprint do óleo (método interno)

 

[ALT img.:Corrosão por dissolução dos metais (C4)]
Corrosividade das várias famílias de compostos a diferentes temperaturas
[Img ALT:Corrosão por dissolução dos metais (C4)]
Taxa de conversão em enxofre corrosivo de 22 compostos sulfurados (cálculo a seguir ao teste TCS)

 

M.C.Bruzzoniti, R.M.De Carlo, C. Sarzanini, R. Maina, V. Tumiatti, Stability and Reactivity of Sulfur Compounds against Copper in Insulating Mineral Oil:Definition of a Corrosiveness Ranking, Ind.Eng.Chem.Res., 2014, DOI: dx.doi.org/10.1021/ie4032814

 

 

Diagnósticos

Para o diagnóstico da criticidade "Corrosão por dissolução dos metais - C4", a Sea Marconi emprega a sua própria métrica de diagnóstico métricas, neste caso:

• interpretam-se os sinais visuais da observação externa do transformador e os de eventual inspeção interna após falha em máquinas gémeas;
• por meio da análise do óleo são identificados os sintomas, ou seja, os indicadores específicos (por ex., cobre dissolvido);
  Por exemplo, para um transformador novo, a ser energizado ou depois da energização, a concentração típica de cobre dissolvido em óleo é "não detetável", ou seja, < 0,1 mg/kg.Para um transformador em serviço, por sua vez, o valor de referência deve ser calculado numa base estatística da população de referência ao percentil 90 (por ex.:80 mg/kg)
• graças à base de dados estuda-se o histórico familiar ou subjetivo, procurando avarias em máquinas semelhantes (o mesmo óleo, o mesmo fabricante, o mesmo tipo de equipamento, o mesmo perfil operacional, idade semelhante),
• são examinados e monitorizados os fatores de incerteza, a velocidade e a evolução ao longo do tempo (trend) de cada indicador sintomático
• de acordo com a 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

 

 

Prevenção

• Recomenda-se evitar tratamentos do óleo com processos que reativam as argilas de Fuller por combustão ou de outra forma
• Recomenda-se sempre evitar que o óleo queimado contamine a massa do óleo do transformador.

 

Terapias

As ações recomendadas pela IEC 60422 Ed.4-2013

na presença de "enxofre corrosivo" são:

• realizar uma avaliação de risco
• e depois escolher uma alternativa:
• A. reduzir a corrosividade do óleo através da adição de um passivador do cobre ou
  [NOTA - Após a passivação do óleo, é necessária uma verificação regular da concentração do passivador.Em caso de desgaste contínuo do passivador, remover a causa da corrosividade de acordo com o ponto abaixo]
• B. remover a fonte de corrosividade mudando o óleo ou
• C. remover a fonte de corrosividade removendo os compostos corrosivos através de tratamentos do óleo apropriados.

 

 

A. Passivação

A passivação consiste em aditivar o óleo com uma substância que deverá proteger o cobre dentro do transformador da ação corrosiva do DBDS.As análises realizadas aos óleos contidos nos equipamentos passivados mostraram uma diminuição do teor de passivador logo após os primeiros dias depois da aditivação.Noutros casos, em contrapartida, foi observado que a ação protetora do passivador relativamente ao cobre não é homogénea, permitindo, por conseguinte, que em algumas áreas se dê a formação de sulfureto de cobre.

O caso da rede elétrica brasileira em agosto de 2005, indicado no folheto CIGRE 378:2009, mostra que 50% dos reatores passivados sofreram uma avaria, o primeiro 33 dias após a passivação, o último após 590 dias.(saiba mais)

 

 

B. Mudança do óleo

Apesar da mudança do óleo, 10% a 15% da antiga carga de óleo contaminado permanece impregnado nos papéis do transformador que o libertam ao longo do tempo (a condição de equilíbrio é atingida em cerca de 90 dias).O óleo antigo contamina assim o novo e, consequentemente, é impossível remover completamente o DBDS com apenas uma mudança de óleo.(saiba mais)

 

 

C. Remoção dos compostos corrosivos, despolarização (saiba mais)

[ALT img.:Corrosão por dissolução dos metais (C4)]

Faz parte desta categoria a contramedida proposta e implementada pela Sea Marconi.Trata-se de um processo de Despolarização seletiva de DBDS que é realizado no local, mantendo o transformador em serviço (e sob carga), sem a necessidade de esvaziá-lo.Esta intervenção é realizada com Unidades Modulares de Descontaminação (DMU), especialmente concebidas pela Sea Marconi.O transformador é ligado à DMU através de mangueiras flexíveis; o óleo contaminado com compostos sulfurados corrosivos é aspirado a partir da parte inferior do transformador, acabando depois na DMU, que o aquece, filtra, desgaseifica, desumidifica e descontamina, para depois o bombear pela parte superior do transformador.Isto cria um circuito fechado e, passagem após passagem, os compostos sulfurados corrosivos são removidos (< 10 mg/kg, expressos como equivalente DBDS)

 

 

Advertências

Um operador qualificado deve ser capaz de propor várias soluções para o tratamento dos óleos, destacando os pontos fortes e fracos de cada intervenção.Neste caso, é aconselhável verificar se o operador/fornecedor conhece em detalhe os perigos inerentes aos processos de tratamento do óleo com reativação das terras de Fuller por meio de combustão.

 

 

Quando e onde intervimos com êxito

[ALT img.:Corrosão por dissolução dos metais (C4)]

Enxofre corrosivo nos óleos isolantes, falhas recentes e possíveis contramedidas de enxofre corrosivo de DBDS (C1) / enxofre corrosivo por dissolução dos metais (C4)