Definições

 

Degradation - degradação (of performance) (da Electropedia IEC)

an undesired departure in the operational performance of any device, equipment or system from its intended performance

Note – The term “degradation” can apply to temporary or permanent failure.IEV ref.161-01-19 [fonte]

 

 

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 (dalla 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 (dall’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]

 

 

Reclaim - regeneração, reconditioning - tratamento físico

Reclaiming (do Glossário IEC)
elimination of soluble and insoluble contaminants from an insulating liquid or gas by chemical adsorption means, in addition to mechanical means, in order to restore properties as close as possible to the original values or to the levels proposed in this standard
Published in:IEC 60480, ed.2.0 (2004-10) – Reference number:3.3.5 – Source:IEV 212-09-05 (modified) [fonte]

Reconditioning (do Glossário IEC)
process that eliminates or reduces gases, water and solid particles and contaminants by physical processing only
Published in:IEC 60422 ed.4.0 (2013-01) – Reference number:3.5 [fonte]

Depolarization (do Glossário IEC)
process of removing electrical polarization from an electrical insulating material until the depolarization current is negligible
NOTE Depolarization is generally recommended before measuring the resistive properties of an electrical insulating material.
Published in:IEC 62631-1, ed.1.0 (2011-04) – Reference number:3.12 [fonte]

 

 

Introdução

 

Properties and deterioration/degradation of oil - Propriedades e deterioração/degradação do óleo

(Tradução Sea Marconi do cap. 4 da IEC 60422 Ed.4-2013)

Os desempenhos de um óleo mineral num sistema de isolamento dependem de algumas características de base do óleo que podem influenciar as prestações globais do equipamento elétrico.A fim de cumprir as suas funções múltiplas de dielétrico, líquido de arrefecimento e capacidade de extinção de arcos, o óleo tem de possuir certas propriedades, em particular:

• alta resistência dielétrica para suportar as solicitações elétricas impostas pela operacionalidade
• uma viscosidade suficientemente baixa de modo a que não seja comprometida a sua capacidade de circular e de transferir calor
• propriedades adequadas até à mais baixa temperatura prevista no local de instalação
• resistência à oxidação para maximizar a vida útil

Em serviço, o óleo mineral degrada-se devido às condições de utilização.Em muitas aplicações, o óleo isolante está em contacto com o ar e por isso, sujeito a oxidação.As temperaturas elevadas aceleram a degradação.A presença de metais, de compostos organometálicos, ou ambos, pode atuar como catalisadora de oxidação.Pode haver alterações na cor do óleo, a formação de compostos ácidos e, numa fase avançada de oxidação, a precipitação de lamas.As propriedades dielétricas e, em casos extremos, as propriedades térmicas, podem ser comprometidas.

Durante o serviço, para além dos produtos de oxidação podem acumular-se no óleo e incidir nas suas propriedades elétricas, muitos outros contaminantes indesejáveis, como a água, as partículas sólidas e os compostos polares solúveis em óleo.A presença desses contaminantes e de qualquer outro produto de degradação do óleo é indicada por uma alteração de uma ou mais propriedades, como descrito na Tabela 1.

 

 

O óleo mineral isolante é uma mistura de hidrocarbonetos de base predominantemente parafínica, nafténica ou aromática, que derivam principalmente da destilação e da refinação de petróleo bruto.O óleo obtido pode subsequentemente ser aditivado e/ou misturado para aplicações específicas.
Em vários países, é uma prática comum a recuperação do óleo e a sua reciclagem.A fim de responder a esta exigência do ponto de vista normativo, a IEC formalizou a norma IEC 62701, cancelada em fevereiro de 2015 e posteriormente tomada novamente em consideração (janeiro de 2016), em termos de fusão com a norma 60296 ed.4 com a decisão do IEC SMB (standardization management board).De acordo com estas diretrizes, os óleos isolantes de base mineral novos, não serão apenas aqueles classificados como "virgin", mas também os "reciclados".

Neste cenário, a gestão do ciclo de vida de óleos com características diferentes cria situações muito mais complexas (por exemplo, durante as fases de formalização dos requisitos de compra e receção dos fornecimentos).

Os processos de degradação manifestam-se durante as várias fases do ciclo de vida do transformador e dividem-se "degradação do isolamento elétrico do élo" e "degradação química do óleo", cujas diferenças são as listadas abaixo:

 

| Degradação do isolamento elétrico do óleo | Degradação química do óleo

Causas | contaminantes de tipo físico, como a água, partículas, gases dissolvidos que derivam de fontes externas (atmosférica) ou de fontes internas (degradação de materiais por stress térmico ou elétrico) | compostos polares de oxidação (sludge), e consumo de aditivos (se houver) resultantes da degradação dos materiais internos por stress elétrico ou térmico

Efeitos | redução da tensão de descarga | redução das propriedades físico-químicas, como a acidez total, o fator de dissipação dielétrica, a tensão interfacial, a resistividade, a concentração de aditivos e a estabilidade à oxidação

Contramedidas | tratamento físico (microfiltragem, adesumidificação e desgaseificação sob vácuo) ou adsorção seletiva no caso de água no óleo | tratamentos de reclamation ou de despolarização seletiva by Sea Marconi (também eficazes contra os compostos corrosivos e ácidos)

 

Os mecanismos de degradação química do óleo são o resultado de reações complexas (por exemplo, oxidação catalítica) entre as substâncias orgânicas do óleo e os materiais presentes no interior do transformador.A extensão deste fenómeno depende de algumas características peculiares, como o tipo de líquido isolante, o tipo de equipamento (potência, energia, tensão, etc.), o seu perfil de carga (percentagem da carga nominal, duração em horas), a gravidade das condições ambientais em que opera e as políticas de supervisão e manutenção.
A degradação é caracterizada principalmente pela variação no tempo (em sentido pejorativo) de algumas propriedades específicas (indicadores sintomáticos) em comparação com os valores dos mesmos indicadores para um novo líquido isolante (unused).A evolução dos processos de degradação do óleo ajuda a acelerar o processo de envelhecimento dos isolantes sólidos (papel).

 

 

Lista das principais publicações Sea Marconi sobre o assunto:

• J. Diana, V. Tumiatti, G. Camino – “Diagnostic testing of oil samples and interpretation of results” – Proceeding of the Conference – Power Transformer Maintenance – Faculty of Engineering – University of Pretoria – R.S.Africa, 26-27 may 1998.
• V. Tumiatti – “L’analisi dei fluidi tecnici come strumento di diagnosi del degrado per l’efficace prevenzione dei guasti” – Seminario dall’Istituto di Ricerca Internazionale sulla manutenzione produttiva ai sistemi oleodinamici ed alla lubrificazione degli impianti, Milano 25-26 novembre 1998.
• V. Tumiatti, R. Actis, A. Armandi, G. Di Iorio, G. Camino – “Diagnostic testing of oil samples on electric transformers” – (to be presented for SMI’99 – 3° Convegno internazionale sulla manutenzione di impianti industriali, Bologna 17-20 febbraio 1999).
• S. Kapila, P. Nam, V. Tumiatti, A. Armandi “Evaluation of Analysis Techniques for Finger printing Mineral Transformer Oil” CIGREWG15.01.TF06 – Leatherhead (UK) 13.01.1999.
• M. Pompili, F. Scatiggio, V. Tumiatti.(2009).Liquidi isolanti: nuove prospettive ed evoluzione normativa.U & C. Unificazione e Certificazione, vol. LIV.; p. 41-44, ISSN:0394-9605

 

 

Quadro normativo

– IEC 60296:2012, Fluids for electrotechnical applications – Unused mineral insulating oils for transformers and switchgear
– IEC 60422:2013, Mineral insulating oils in electrical equipment – Supervision and maintenance guidance
– IEC 60944:1988, Guide for the maintenance of silicone transformer liquids
– IEC 60666:2010, Detection and determination of specified additives in mineral insulating oils
– IEC 61203:1992, Synthetic organic esters for electrical purposes – Guide for maintenance of transformer esters in equipment
– CIGRE Brochure 413:2010, Insulating Oil Regeneration and Dehalogenation

Dada a difusão predominante no mercado de óleos isolantes minerais, as normas de referência são a IEC 60296 e a IEC 60422, a primeira dirigida aos óleos minerais isolantes novos, a segunda dirigida aos óleos isolantes minerais em serviço.Um óleo é considerado como novo (unused, em inglês) enquanto se encontrar fora do transformador (ou outro aparelho elétrico), ou seja, em tambores ou tanques; nesse caso, aplica-se precisamente a IEC 60296.Quando o óleo está situado no interior do transformador, o líquido define-se como usado, em serviço, e aplica-se a IEC 60422.

 

 

Causas

A criticidade de "Degradação química do óleo" é causada principalmente por mecanismos de normal envelhecimento e stress térmico do óleo, e em segundo lugar por problemas de cross contamination e do uso de práticas desadequadas na gestão dos líquidos isolantes e do transformador.As práticas impróprias mencionadas acima têm impacto sobre as diferentes fases do ciclo de vida dos equipamentos elétricos com líquidos isolantes:

 

Causas em relação às fases do ciclo de vida

Causas da criticidade "PCB no óleo e transformador" | Quando pode ocorrer (fases do ciclo de vida)

Deficiências dos requisitos de aquisição do novo líquido de isolamento (vd.IEC 60296) | Requisitos e compra

Deficiência no controlo de qualidade para lotes individuais ou fornecimentos individuais de óleo | Aceitação do óleo

Deficiência nos procedimentos analíticos para a verificação da degradação química do óleo | Aceitação de óleo, testes de fábrica, instalação e pré-energização, exercício, envelhecimento, post-mortem

Cross contamination pelo uso de óleo, sistemas, reservatórios ou contentores contaminados por compostos oxidados, polares e/ou incompatíveis (por atestamentos, impregnação ou reenchimentos) | Construção do transformador, testes de fábrica, instalação e pré-energização, exercício, envelhecimento

Reciclagem de óleo e outros materiais contaminados por produtos de oxidação ou compostos polares | Post mortem

 

 

 

Sinais (inspeção visual) - Sintomas (análise)

Sinais (inspeção visual)

[ALT img.:Degradação química do óleo]

O óleo afetado por "degradação química do óleo" aparece de cor escura e às vezes com um odor pungente.Na aparência, pode mostrar sinais de sedimentos ou partículas.
Nos casos de inspeção interna do transformador evidenciam-se depósitos de sludge (lamas) no fundo da carcaça do transformador, nos papéis de isolamento e nas condutas de circulação de óleo utilizadas para o arrefecimento dos enrolamentos e dos próprios papéis.

 

Amostragem representativa

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

 

Sintomas (análise)

O sintoma específico da criticidade "Degradação química do óleo" está relacionado com a presença dos seguintes indicadores de diagnóstico com valores típicos não consistentes com os recomendados pela norma IEC 60422:

• Água no óleo (IEC 60814)
• Aparência (ISO 2049)
• Cor (ISO 2049)
• Acidez total - TAN (IEC 62021-1 ou IEC 62021-2)
• Fatores de dissipação dielétrica (IEC 60247)
• Partículas (IEC 60970)

 

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

 

• Tensão interfacial (D971 ASTM, EN 14210)
• Aditivos:Passivadores (BTA, Irgamet 39, Irgament 30); inibidores de oxidação (BPDC, DBP)
• DBDS (IEC 62697-1)
• Metais dissolvidos (ASTM D 7151)
• Estabilidade à oxidação (IEC 61125)
• Sedimentos e sludge (Annex C of IEC 60422 Ed.4-2013)
• Fingerprint do óleo.
• Copper deposition tendency test

 

Os relatórios de teste da Sea Marconi estão em conformidade (EN ISO/IEC 17025) quanto à indicação da incerteza de medida (exceto para o aspeto que não é um teste numérico, e para o código ISO das partículas).

 

Nos óleos de ésteres naturais, os aditivos podem chegar até 5% em massa (0,3% em óleos minerais), portanto, os seus subprodutos de degradação são indicadores determinantes.

 

 

Com a análise do óleo

é possível avaliar o estado de degradação química
Contacte-nos

 

 

Análise em campo da acidez com o Kit SM-TAN (Total Acidity Number)

[ALT img.:Degradação química do óleo | maleta Kit sm TAN]

O kit permite obter o resultado em poucos minutos, com elevada repetibilidade e reprodutibilidade; também pode ser usado em amostras particularmente escuras e é indicado para a análise de matrizes de líquidos.

A análise também pode ser realizada por pessoal não especializado, graças ao manual ilustrado, aos tutoriais em vídeo e ao serviço de formação e assistência da Sea Marconi (saiba mais).

 

 

Diagnósticos

Para o diagnóstico da criticidade “Degradação química do óleo”, a Sea Marconi emprega a sua própria métrica de diagnóstico, neste caso:

• interpretam-se os sinais visuais no transformador (e os de eventual inspeção interna);
• por meio da análise do óleo são identificados os sintomas, ou seja, os indicadores sintomáticos (aspeto, cor, TAN, fator de dissipação dielétrica, partículas) e os seus valores característicos;

 

Os limites especificados na IEC 60422 devem ser entendidos como "recomendados"; analogamente a quando ocorre para os limites de gases dissolvidos, é conveniente estabelecer valores típicos, de alerta e de alarme numa base estatística dividida por famílias (de equipamentos e de óleos) relativamente ao próprio parque de máquinas.

 

• 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

 

 

Exemplo real

Transformador cat. A (vd. Tab. 2 IEC 60422), de geração tipo elevador GSU (respirante com conservante e gel de sílica)
Tensão:400 kV, Potência:250 MVA
50 000 kg de óleo mineral de base parafínica não inibido
acidez total de 0,25 mgKOH/g óleo (valor "poor" em relação à tab. 5 IEC 60422),
fator de dissipação dielétrica = 0,27 (valor "poor" relativamente à tab. 5 IEC 60422)
tensão interfacial = 20 mN/m (valor "poor" relativamente à tab. 5 IEC 60422)
cobre dissolvido = 0,97 mg/kg (valor "poor" relativamente à tab. 5 IEC 60422)
cor = 6 dark (valor "poor" relativamente à tab. 5 IEC 60422)
Peso do papel = 2 500 kg

Através do teste de estabilidade à oxidação (IEC 61125:1992) é possível medir uma quantidade de sludge igual a 0,2% em massa (do óleo), que em 50 000 kg de óleo significa que se tem cerca de 100 kg de lamas derivadas da degradação do óleo.

O óleo de impregnação pode ser totalmente drenado, tipicamente 10-15% do óleo de impregnação permanece no interior do transformador, absorvido pelos papéis e nos interstícios e pontos mortos da máquina.Isto significa que, em caso de uma mudança de óleo, o óleo novo de enchimento será contaminado pelo velho, não drenado.

 

 

Prevenção

1.É recomendado atualizar as informações estratégicas através de um "inventário dinâmico" dos óleos e dos transformadores, com indicação dos valores dos marcadores sintomáticos.

2.Recomenda-se alterar as práticas de manutenção:

adquirindo óleos minerais novos em conformidade com a norma IEC 60296, ou óleos de ésteres naturais de acordo com a norma IEC 62770, ou óleos de ésteres sintéticos de acordo com a norma IEC 61099, ou óleos de silicone de acordo com a norma IEC 60836.É aconselhável selecionar os óleos fazendo uma comparação dos produtos para as aplicações previstas (contacte-nos para obter assistência)
verificando os óleos na fase de aceitação dos fornecimentos de acordo com as metodologias prescritas
exigindo que os testes de fábrica sejam realizados utilizando óleos isentos de compostos de degradação e monitorizando, mesmo nas fases mais tardias do ciclo de vida, se os tratamentos efetuados ao óleo e ao transformador não são fonte de cross contamination

3.Do ponto de vista da gestão de ativos é, portanto, recomendado intervir preventivamente com um tratamento de despolarização e não esperar que o óleo atinja os limiares previstos na IEC 60422 (acidez crítica se > 0,15 > 0,20, > 0,30 mgKOH/g óleo dependendo das diferentes categorias de transformadores); de facto, já para uma acidez compreendida entre 0,07 e 0,10 mgKOH/g óleo se tornam evidentes fenómenos de corrosão por metais dissolvidos (C4) e perigosas formações de sludge com efeitos negativos nos papéis isolantes.

 

Quais são as medidas preventivas nos equipamentos elétricos com líquidos isolantes diversos dos minerais?
No que diz respeito aos óleos de ésteres naturais e aos ésteres sintéticos, as ações de prevenção são as mesmas, mas aconselha-se escolher as contramedidas após cuidadosa consideração em termos de custo-benefício, custo-eficácia e impacto ambiental (biodegradabilidade e segurança contra incêndios).Para os óleos de silicone em serviço os tratamentos recomendados pela norma (IEC 60944: 1988) são "tratamento a vácuo e filtragem" e "peneiras moleculares e filtragem".

 

 

Terapias

 

Abrir

- tipo, dimensão e massa total do aparelho elétrico;

- instalação do equipamento elétrico;
- o valor financeiro do equipamento elétricos e os custos de descontaminação/eliminação;
- tipo e quantidade de líquido isolante
- concentração de PCB no equipamento elétrico,
- estado de degradação e efeitos sobre a funcionalidade do equipamento elétrico;
- possível coincidência entre as atividades de descontaminação e outras atividades de manutenção;
- impacto ambiental associado com possíveis falhas do equipamento elétrico e consequentes perdas de óleo contaminado.

As seguintes contramedidas para a criticidade "Degradação química do óleo", resultado das recomendações da IEC 60422 (tab. 5, pág. 31.) melhoradas de acordo com o estado da arte e a utilização de BAT e BEP:

Monitorizar os indicadores sintomáticos (vd. sintomas, acima).Caso se manifestem os primeiros sintomas da criticidade, como uma elevada taxa de envelhecimento dos papéis num transformador com menos de 10 anos de vida, é possível prever cientificamente que a máquina, com as mesmas condições de funcionamento, terá um ciclo de muito inferior ao esperado, e que, portanto, será aconselhável planear, nos próximos 3-5 anos, uma profunda revisão do transformador ou, mais provavelmente, a sua substituição.Nesta condição, recomenda-se aumentar a frequência das análises dos indicadores sintomáticos, a fim de monitorar as tendências.

Realizar tratamentos de óleo adequados, a fim de reduzir os fatores críticos e, em particular, de modo a manter uma baixa humidade nos isolamentos sólidos, assim como a acidez, o oxigénio e o sludge e reduzir quaisquer efeitos catalisadores, como os metais no óleo.

Entre as ações sugeridas incluem-se:

 

 

Despolarização by Sea Marconi

[ALT img.:Degradação química do óleo | 3 módulos DMU]

Trata-se de um processo executado 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 degradado é aspirado a partir da parte inferior do transformador, acabando, depois, na DMU que o aquece, filtra, desgaseifica, desumidifica e descontamina, para depois bombeá-lo pela parte superior do transformador.Isto cria um circuito fechado e, passagem após passagem, os compostos de degradação são removidos e, ao mesmo tempo, o óleo regressa às condições ótimas.(aprofundamento)
Por exemplo, a IEC 60422 considera o parâmetro acidez crítico, se >0,15 >0,20, >0,30 mgKOH/g óleo, dependendo das diferentes categorias de transformadores.No entanto, já a uma acidez compreendida entre 0,07 e 0,10 mg de KOH/g óleo houve evidência de fenómenos de corrosão por metais dissolvidos (C4) e formações perigosas de lamas.Será, portanto, apropriado intervir com um tratamento de despolarização antes que o óleo atinja os limiares de acidez indicados e contribua para uma redução da vida térmica dos papéis isolantes.

 

 

Regeneração através de percolação

Este contramedida é descrita na IEC 60422 par.11.3.2.Trata-se de um processo físico-químico que elimina ou reduz os contaminantes polares solúveis e insolúveis do óleo.
O processo envolve três etapas:
1) O óleo é extraído a partir da parte inferior do transformador é aquecido e circulado através de um filtro para remover as partículas.
2) o óleo é então circulado através de um ou mais cartuchos contendo terras Follari ou outro material adequado para a eliminação de contaminantes polares solúveis.
3) O óleo é depois circulado através de uma instalação de tratamento de óleo (desidratação sob vácuo ou centrífuga) para remover a água e gases.

 

Este tratamento não é eficaz para algumas espécies de compostos orgânicos, nem para os PCB, nem para os compostos de enxofre corrosivos que, para serem removidos, requerem reações químicas específicas (por exemplo, hidrogenação).Além disso, quando o tratamento envolve a reativação de argilas de Fuller, pode manifestar-se a criticidade "Enxofre corrosivo de subprodutos da combustão de enxofre (C3)"

 

 

Mudança do óleo

É bom saber que apesar da mudança do óleo, 10-15% da antiga carga de óleo contaminado permanece impregnado (ou seja, absorvido), 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 os contaminantes apenas com uma mudança de óleo.Além disso, do ponto de vista técnico-operacional, esta atividade é delicada e complexa.Com base na classe do transformador, a mudança do óleo requer numerosas etapas (esvaziamento, aplicação de vácuo, reenchimento, tratamento do óleo novo), cada uma das quais requer tecnologias e pessoal apropriado adequados com capacidades específicas na matéria.Se, por exemplo, o vácuo aplicado ao transformador não for adequadamente realizado, durante a fase de reenchimento podem ser originadas bolhas de ar que induzem descargas parciais.Além de tudo isso, é bom ter em mente que a mudança do óleo produz enormes quantidades de resíduos perigosos a eliminar (o óleo substituído) (saiba mais).

Avaliar quaisquer criticidades relacionadas com a compatibilidade/miscibilidade, consequentes da utilização de líquidos diferentes dos de impregnação originais

 

Avaliar as terapias em termos de balanço de massa, balanço de energia, balanço de emissões, custo-benefício, custo-eficácia, no tempo dado.

 

Quais são as medidas preventivas nos equipamentos elétricos com líquidos isolantes diversos dos minerais?
No que diz respeito aos óleos de ésteres naturais e aos ésteres sintéticos, as ações de prevenção são as mesmas, mas aconselha-se escolher as contramedidas após cuidadosa consideração em termos de custo-benefício, custo-eficácia e impacto ambiental (biodegradabilidade e segurança contra incêndios).Para os óleos de silicone em serviço os tratamentos recomendados pela norma (IEC 60944: 1988) são "tratamento a vácuo e filtragem" e "peneiras moleculares e filtragem".

 

 

Advertências

• A amostragem do óleo deve ser feita de acordo com os procedimentos por profissionais qualificados
• as análise laboratoriais devem ser realizadas utilizando os métodos estabelecidos pelas normas de referência, como garantem os laboratórios acreditados
• as contramedidas para a criticidade "Degradação química do óleo", neste caso as mudanças de óleo e a despolarização do transformador devem ser realizadas
  - com tecnologias seguras e adequadas para o efeito, que satisfaçam os requisitos de BAT e BEP
  - com pessoal com os conhecimentos e formação específicos 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)