o estado da arte das aplicações para diagnóstico de umidade em transformadores de potência...

O Estado da Arte das Aplicações para Diagnóstico de Umidade em Transformadores de Potência

Marcelo E. de C. Paulino

• Envelhecimento Térmico

• Envelhecimento Dielétrico

• Envelhecimento Mecânico

• Envelhecimento Quimico

Geração de Umidade

Umidade externa no ambiente do transformador

Envelhecimento do Isolamento

Marcelo Paulino – mecpaulino@yahoo.com.br 2

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Envelhecimento do Papel

• Devido o envelhecimento temos a quebra das móleculas do papel (despolimerização)– O resultado

• Água• Gases (CO, CO2)• Grupo dos Aldeídos (Alcalinos)• Grupos Carbônicos (ácidos orgânicos)

C O

C C

CH CH

O

H2COOH

H

OH

H

H

OH

CH CH

C O

H2COOH

H

C C

OH

H

H

OH

H2O

Calor e água aceleram o processo de envelhecimento

1

10

100

1000

0 1 2 3 4

Rel

ativ

e D

epol

ymer

isat

ions

gesc

hwin

digk

eit

Wassergehalt im Papier

80 °C

100 °C

120 °C

[%]

Water Content in the Paper

Rel

ativ

e Ve

loci

ty o

f Dep

olim

eriz

atio

n

Processo de Envelhecimento

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Propriedades do Dielétrico

Medida das propriedades: Condutividade do papel e óleo Polarização Interfacial

Influenciados por:Geometria do

IsolamentoTemperaturaUmidadeEnvelhecimento

Currentinput

Guard

VoltageSource~A

Complex Capacitance C

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Superposição do Fenômeno Dielétrico

f/Hz0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.00

DF

0.01

0.02

0.10

0.20

1.00 3%, 10pS@20°CDF@50Hz=0,4%

Antigo/ÚmidoNovo

f/Hz0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000

DF

0.01

0.03

0.10

0.30 30/15%@20°CDF@50Hz=0,23%

Pres

sboa

rd

Insu

latio

nG

eom

etry

Oil

cond

uctiv

ity

Pres

sboa

rd

Quente Antigo Úmido

f/Hz0.001 0.010 0.100 1.000 10.00 100.00

DF

0.01

0.05

0.10

0.50

1.00

5.00

10.003%, 43pS@50°CDF@50Hz=1,5%

f/Hz0.001 0.010 0.100 1.00 10.00 100.00

DF

0.0001

0.001

0.01

0.10

1.00

10.0 X/Y=30/15%

Polarização Interfacial

0.30

Óleo

f/Hz0.001 0.010 0.100 1.00 10.00 100.00

DF

0.0001

0.001

0.01

0.10

1.00

10.0 1pS/m@20°C

Papel

f/Hz0.001 0.01 0.1 1.0 10.0 100

DF

0.005

0.010

0.020

0.050

0.100

0.200

0.500

1.000 1%@20°C

3

2

1

Domínio do Tempo: Correntes de Polarização/Despolarização PDC

Corrente no dominio do tempodurante carga e descargaInterpretaçãoTempo curto: condutividade do óleoMédio : geometria do isolamentoTempo longo: umidade e envelhecimento

Uc (t)ipol (t)

idep (t)TC

t

U, I

)()()()(

0

000 tftUCtI pol

)()()( 00 Cdep ttftfUCtI

Cur

ren

t / n

A

0,1

1

10

100

1000

1 10 100 1000 10000Time / s

low

high

low

oil conductivity

moisture and aging of

cellulose

high Idep

Ipol

insulationgeometry

Domínio da Frequência:Frequency Domain Spectroscopy FDS

Interpretação Rampa : conductividade do óleo Topo : Geometria do isolalmento Baixas frequencias : umidade e

envelhecimento

)()()()()(0

00

UjCjI

)()(

)(

)(

)(

)(

)()(tan 0

0

C

C

high

low

high

high

low

low

0,001 0,01 1 1000,001

0,01

0,1

1

1000

Frequency / Hz

Dis

sipa

tion

fac

tor

0,1 10

moi

stu

re a

nd

agin

g of

cel

lulo

se

insu

latio

nge

om

etry

oil conductivity

moisture, aging of cellulose

Medidas no Domínio da Freqüência

0,001

0,01

0,1

1

10

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000Frequency (Hz)

Dis

sipa

tion

fact

or

• Fator de Dissipação no domínio da freqüência

Tanque

Guarda

AT

BT

Fonte de Tensão

Isolamento principal

~Medidor corrente

?

1. f > 0.1 Hz - domínio freqüência,

2. f < 1 Hz -domínio tempo

3. Transformação do dado de tempo no domínio da freqüência

22 min para range:1 kHz - 1 mHz

DIRANA – técnica patenteada

Combinação dos Domínios do Tempo e Freqüência

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Esquema para medida com 2 canais em transformador de 3 enrolamentos

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Característica e avaliação

Análise da Umidade baseada em Comparação

TransformadoresAnálise do conteúdo de umidadeMonitoramento da umidade

BuchasUmidadeEnvelhecimento pelo ambientetemperatura

Isolamento de Cabos, Gerador, Motor e TCs

secas

umidas

Bucha RIP armazenada sobre

condições umidas e depois secas

Aplicações em Campo

Considerações Finais

• Motivação: contaminação pelo envelhecimento e umidade

• Diagramas de equilíbrio tradicionais superestimam a umidade

• Arranjo para medidas: Utilização de dois canais de medida

• Interpretação: Baixas freqüências são importantes

• Medidas rápidas pela combinação do domínio do tempo e freqüência

• Avaliação da umidade baseada em normasinternacionais

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Obrigado pela sua atenção !

Eng. Marcelo Paulinomecpaulino@yahoo.com.br

+55 21 93741232