GRUPO XIII EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS E MATERIAIS DE ... ?· AVALIAÇÃO DA VIDA ÚTIL DE TRANSFORMADORES…

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  • FL / GEM / 15BELM PA / BRASIL / 1997

    GRUPO XIII EQUIPAMENTOS ELTRICOS E MATERIAIS DE SUBESTAES (GEM) AVALIAO DA VIDA TIL DE TRANSFORMADORES DE POTNCIA ATRAVS

    DA CROMATOGRAFIA LQUIDA DE ALTO DESEMPENHO

    Engo Antnio Carlos Teixeira Diogo CESP - CIA. ENERGTICA DE SO PAULO

    RESUMO O principal objetivo deste trabalho o de apresentar a sistemtica adotada pela CESP para identificao dos seus transformadores de transmisso considerados mais envelhecidos, a partir da anlise peridica do teor furfural presente em amostras de leo isolante, determinado em laboratrio pelo ensaio de cromatografia lquida de alto desempenho. So relatados alguns exemplos prticos de equipamentos que, aps terem sido selecionados como transformadores envelhecidos, foram inspecionados internamente e o diagnstico inicial confirmado; destacando-se que devido ao fato do envelhecimento ter sido determinado antes da falha eltrica, foi possvel viabilizar solues preventivas e economicamente mais vantajosas para cada caso. PALAVRAS - CHAVE Transformador - Envelhecimento - Furfural 1.0 - INTRODUO

    O processo de envelhecimento de um isolamento celulsico de um transformador est diretamente associado com a resistncia mecnica do seu papel isolante, que tem a caracterstica de se depreciar progressivamente com o tempo de operao do equipamento, sendo influenciado por fatores tais como: temperatura, umidade e oxidao do leo isolante. No final de vida a isolao se apresentar frgil e quebradia, apesar de ainda manter boas condies dieltricas.

    O Sistema de Potncia da CESP composto por 552 transformadores de transmisso (incluindo reservas) de tenso de 69kV at 550 kV, com idade mdia de 22,8 anos. A distribuio dos equipamentos CESP em operao por faixa etria, pode ser observada na Figura 1.

    30

    105142

    10997 99

    0

    50

    100

    150

    30

    IDADE (ANOS)

    Figura 1

    A CESP h 5 anos realiza a anlise do teor furfural dissolvido no leo isolante desses equipamentos, de maneira rotineira, utilizando a tcnica de cromatografia lquida de alto desempenho.

    O furfural um composto que gerado exclusivamente durante o processo de decomposio do papel isolante do equipamento; sendo que o controle de sua concentrao ao longo do tempo permite uma avaliao de como est se desenvolvendo o processo de envelhecimento do transformador. Trata-se de uma tcnica preditiva pois necessrio para a anlise apenas a coleta de uma amostra de leo, similar a utilizada para a cromatografia gasosa.

    CESP - Companhia Energtica de So Paulo Av. Anglica, 2565 - 15o andar - So Paulo, S.P.

    telefax: (011) 256-7011 ramal 509

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    Portanto o teor furfural na CESP passou a ser o principal indicador de envelhecimento dos seus transformadores, que em conjunto com outras anlises rotineiras permite a obteno de condies de diagnsticos aceitveis, para indicao dos casos mais crticos. 2.0 - BANCO DE DADOS No banco de dados da CESP existem aproximadamente 1840 resultados de teor furfural, dos transformadores de transmisso e reatores em derivao em operao; sendo a periodicidade adotada para as amostragens normais de 2,0 anos. Algumas constataes interessantes podem ser obtidas apenas pela anlise estatstica dos resultados desses equipamentos, como por exemplo quando se analisa o envelhecimento da celulose em funo do tipo do equipamento, como apresentado na Figura 2.

    Figura 2

    Pode-se observar que os transformadores que possuem um ciclo de carregamento mais acentuado (elevadores) apresentam valores mdios de teor furfural bem mais elevados, indicando que nesses equipamentos o processo de envelhecimento da isolao celulsica mais acelerado, ao contrrio do observado para os transformadores interligadores/abaixadores e os reatores em derivao. Outra observao importante diz respeito a influncia do sistema de preservao do leo no envelhecimento, pois a mdia dos resultados do teor furfural dos equipamentos selados 0,20ppm, contra 1,80ppm dos equipamentos abertos, justificando todos os esforos no sentido da melhoria dos sistemas de

    selagem existentes e at modificaes nos transformadores com respiro livre. 3.0 - FILOSOFIA PARA SELEO DOS CASOS DE ENVELHECIMENTO A anlise da concentrao do teor furfural permite a seleo de dois tipos distintos de processos de envelhecimento: prematuro e final de vida. 3.1 Envelhecimento prematuro Os equipamentos considerados prematuramente envelhecidos so os que apresentam um processo de envelhecimento superior a sua idade cronolgica real. A CESP os identifica quando o seu teor furfural indicar que sua isolao celulsica se apresenta 20% superior a sua idade real (fabricao) utilizando para tal a curva de correlao laboratorial furfural x grau de polimerizao elaborada pelo pesquisador ingls P.Burton, que mostrada a seguir na Figura 3.

    0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30ANOSANOS

    0,0001

    0,001

    0,01

    0,1

    1

    10

    100

    200300400500600700800900100011001200G.P.

    FUR

    FUR

    AL(

    PPM

    )

    Figura 3

    Como exemplo, se um transformador de

    18 anos de idade apresenta 2ppm de furfural no leo; ser considerado prematuramente

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    envelhecido pois a sua idade esperada ser de 24 anos (GP=450), ou seja 33% acima da sua idade real.

    A situao atual de envelhecimento do universo de transformadores e reatores CESP pode ser avaliada na Figura 4, onde so apresentados percentuais de envelhecimento relativo, em relao a curva de Burton.

    Figura 4

    3.2 Evoluo do furfural (final de vida) Existem tambm outros tipos de casos de envelhecimento crtico (final de vida), cujos equipamentos no podem ser classificados como prematuramente envelhecidos pois esto operando h mais de 20 anos no Sistema, ou seja, por mais elevada que possa ser a sua concentrao de furfural, dificilmente indicar idade superior a 20% da sua idade real. Para esses casos a CESP acompanha a evoluo da concentrao de furfural ao longo do tempo, com periodicidades de ensaio especiais anuais ou at mesmo semestrais. A experincia prtica da CESP mostra que quando a isolao slida j est bem comprometida e prxima ao final de vida til, o perfil do teor furfural cresce desproporcionalmente entre perodos de anlise, com evolues abruptas na sua concentrao. Para valores acima de 4ppm j bem provvel que o equipamento possua partes de sua isolao celulsica com grau de polimerizao abaixo de

    200. 3.3 Alternativas para soluo dos problemas A partir da seleo de um transformador envelhecido pelo seu teor furfural, devero ser estudados os motivos possveis que o levaram a essa situao. Nessa etapa imprescindvel a anlise criteriosa de diversos dados estatsticos de operao do equipamento, tais como: carregamento histrico, mximas temperaturas, tratamentos/reparos anteriores, caractersticas fsico-qumicas do leo, cromatografia gasosa, etc. Aps a anlise de todos esses dados prevista uma inspeo interna no equipamento, quando sero coletadas amostras de papel isolante dos cabos de ligao s buchas de AT e BT, para determinao do grau de polimerizao mdio. Se esse valor de GP dos cabos confirmar o envelhecimento, as etapas seguintes sero condicionadas a anlises circunstanciais de custo x benefcio, podendo abranger as possveis situaes: reduo do carregamento mximo permissvel; contratao do reparo preventivo; aquisio de unidade reserva; negociaes contratuais com o fabricante. 4.0 - EXEMPLOS PRTICOS ESTUDADOS A seguir sero apresentados casos prticos de transformadores que apresentam envelhecimento prematuro e casos de envelhecimento de final de vida e as solues tcnico/econmicas adotadas. Em todos esses casos o diagnstico inicial do furfural foi confirmado nas inspees internas. 4.1 Transformador elevador da usina Rosana Trata-se de um transformador elevador trifsico, 138/13,8 kV, 89 MVA, fabricado em 1986 e que entrou em operao em 05/87. Em 09/90, a primeira anlise do teor furfural apresentou um resultado de 2,92 ppm, que era significativamente elevado para um equipamento com at ento 4 anos de idade cronolgica; pois pela curva laboratorial de Burton a idade esperada seria de 25 anos (GP = 400); sendo portanto

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    selecionado como equipamento prematuramente envelhecido e retirado de operao em 08/91 tendo operado por apenas 1192 dias (descontando os perodos de parada da mquina geradora). As anlises cromatogrficas e fsico-qumicas no indicavam nenhum tipo de anormalidade e o perfil de carregamento dessa unidade era 24 horas dirias a plena carga, condio essa ditada pela prpria caracterstica hidrulica da Usina. Apesar do rgido regime de carregamento, as temperaturas de leo e enrolamento sempre se mantiveram em nveis normais. O equipamento foi inspecionado internamente no campo e as amostras de papel isolante dos cabos das buchas de AT e BT proporcionaram um GP mdio de 403, ou seja, igual ao anteriormente indicado pelo teor furfural. Aps vrias discusses tcnicas com o fabricante, o equipamento foi levado para a fbrica para inspeo mais detalhada, envolvendo a desmontagem da sua parte ativa. Esse servio foi realizado em 08/94, quando foi constatado que as bobinas de AT e BT estavam bastante escurecidas e com o papel isolante quebradio, sendo possvel tambm determinar que a depreciao ocorreu de fora para dentro pois o GP mdio do papel isolante externo das bobinas de AT e BT foi de 293 enquanto que para o papel mais interno das bobinas o GP foi de 383. Foi descartada logo de incio a possibilidade do envelhecimento ter ocorrido durante a sua operao; pois seria necessrio que o equipamento operasse com 30 % de sobrecarga, 24 horas em todos os dias do seu perodo total de operao, para atingir tamanha degradao. A causa que