CARACTERÍSTICAS BÁSICAS : Os óleos isolantes são produtos derivados de petróleo ou sintéticos, usados em transformadores, disjuntores e outros equipamentos elétricos.

Possuem duas funções primordiais: isolar, evitando a formação de arco voltaico entre dois condutores que apresentem uma diferença de potencia; e resfriar, dissipando o calor originado da operação do equipamento onde o óleo se encontra.

Para que o óleo tenha condições de isolar, ele deverá estar isento de umidade e de contaminantes, especialmente os polares, como íons e partículas metálicas.

Deve ainda apresentar elevada resistência à oxidação e à formação de ácidos e borra, que ocorrem principalmente quando a temperatura do óleo se mantém elevada por longos períodos.

A composição química do óleo isolante deve ser tal que não dissolva ou altere propriedades dos materiais que entram em contato com ele. Para dissipar o calor, o óleo deve ser de baixa viscosidade, permitindo rápida circulação. Como certos equipamentos podem ser instalados em ambiente de baixa temperatura, é fundamental que o óleo mantenha-se fluido nessas condições; daí a exigência de um baixo ponto de fluidez (abaixo de -30ºC para o território nacional).

No caso de transformadores, as funções principais do óleo são as já mencionadas (isolar e resfriar). Nos disjuntores, sua função primordial é o isolamento e a rápida extinção do arco voltaico eventualmente formado.

A elevação da temperatura do óleo acelera a sua oxidação e a formação de borra , que se deposita em partes nas quais o óleo entra em contato, prejudicando sua circulação pelos dutos de refrigeração.

Em transformadores de grande porte os tanques de óleo são completamente selados e seu enchimento é feito a vácuo, como forma de impedir o contato com ar, reduzido a oxidação do óleo.

Alguns fabricantes exigem óleo isolante com inibidor de oxidação, embora esta prática não seja generalizada.

Os óleos isolantes são divididos em:

SINTÉTICOS

MINERAIS (Parafínicos e Naftênicos)

ÓLEOS PARATRANSFORMADORES

ÓLEO ISOLANTE SINTÉTICOS

São produtos químicos comercializados sob diversas marcas, adequadas para uso em transformadores

como líquido incombustível isolante e refrigerante, com aproximadamente a mesma resistência dielétrica que o óleo mineral.

Estes fluidos, em geral, são hidrocarbonetos aromáticos clorados. O teor em cloro varia na faixa de 40 a 60%. São líquidos incolores de alta densidade (1,40 a 1,55) e baixa viscosidade.

A grande vantagem de seu emprego consiste no fato de não requererem cuidados de regeneração ou renovação, graças à resistência quase ilimitada à oxidação. Outra vantagem que pode contrabalançar o seu custo mais elevado é a possibilidade de serem dispensadas certas precauções contra incêndio, imprescindíveis em instalações de transformadores a óleo mineral.

O grande inconveniente destes fluidos é a sua incompatibilidade com certos materiais empregados na fabricação e isolamento de transformadores. Conseqüentemente, para emprego de óleos sintéticos, torna - se necessário que o transformador seja especialmente construído, custando cerca de 20 a 30% a mais que os equipamentos equivalentes que utilizam óleos minerais.

ÓLEOS ISOLANTES MINERAIS

Somente cerca de 15% das reservas mundiais comprovadas de petróleo bruto podem ser classificadas como naftênicas, sendo o restante considerado como parafínico. Os crus naftênicos estão concentrados, principalmente, na Américas do Norte e na América do Sul, embora tenham sido encontrados, em menor quantidade, em outras áreas. Os crus naftênicos são usados para a obtenção de produtos especiais e a oferta/demanda ainda está equilibrada.

Os óleos de base parafínica vêm sendo utilizados em escalas bastante amplas em países de clima quente como Brasil, Espanha, México, etc.

Por outro lado, os suprimentos de crus naftênicos estão decrescendo e a demanda de produtos especiais crescendo enfatizando a necessidade de conversão das linhas de produtos atualmente naftênicos para parafínicos.

Na Europa a exigência de baixo ponto de fluidez para óleos isolantes tem sido relaxada para possibilitar a transição para básicos parafínicos, já em uso em transformadores até 450 KV.

No Brasil não há problemas quanto ao ponto de fluidez do básico, que há poucos anos teve sua faixa de aplicação ampliada até a classe de 145 KV (para transformadores) com a finalidade de reduzir as importações do produto naftênico.

As principais diferenças entre os óleos isolantes naftênico e parafínico, decorrentes de sua origem e composição são:

Naftênico (tipo A)

Parafínico (tipo B)

Ponto de Fluidez (°C) -39 -18

Ponto de Anilina (°C) 78 86

Densidade 20/4°C 0,8720 0,8520

Indice de Refração a 20°C 1,4815 1,4730

FUNÇÕES DOS ÓLEOS ISOLANTES:Os transformadores são máquinas elétricas estáticas constituídas pelos seguintescomponentes básicos, do ponto de vista do material:- Núcleo: Construído com chapas superpostas de liga Aço silício;- Bobinas: Construídas em fios de cobre, retangulares ou redondos, revestidas pelomaterial isolante que poderá ser papel, vernizes ou resinas, ou combinações destesmateriais;- Tanque: Construído em aço revestido por sistema de pintura adequado;- Estrutura de Montagem da Parte Ativa: A parte ativa, constituída pelo núcleo ebobinas, é montada no interior do tanque através do uso de estruturas de madeira,papelão prensado ou mesmo aço.- Outros Componentes: Além dos materiais citados acima, são empregados outrosem menores quantidades para outras funções como soldas à base de estanho,materiais de fixação em resina, papelão prensado, colas e etc.Nos transformadores, a passagem da corrente elétrica pelas espiras de materialcondutor da bobina primária induz um campo eletromagnético no núcleo de açosilício, que por sua vez, induz uma corrente elétrica na bobina do secundário. Arelação de transformação obtida, será função do número de espiras existentes emcada bobina. Xm, será necessário que não ocorra a passagem de corrente entre asespiras de uma mesma bobina, ou das bobinas para o núcleo e partes aterradas. Oisolamento elétrico entre as espiras é feito por meio de papel ou outro isolantesólido, como os vernizes, colocado sobre a superfície do condutor.A resistência elétrica dos condutores das bobinas causa, quando da passagem dacorrente, o seu aquecimento. O calor assim gerado, irá causar a degradaçãotérmica do material isolante e, portanto, é fácil observar que quanto maiseficientemente for removido maior será a vida útil do sistema.Assim, vemos que a principal função dos isolantes fluidos é a refrigeração dasespiras de material condutor. Além disso, é fácil observar que quanto melhoresforem as características isolantes do fluido utilizado, mais econômico poderá ser oprojeto do sistema pela redução da quantidade do isolante sólido e pela diminuiçãodas distancias entre espiras, entre bobinas e núcleo e entre estes e as partesaterradas.Portanto, vemos que os líquidos isolantes devem cumprir duas funções principaisnos transformadores:- Refrigeração- Isolamento ElétricoCARACTERÍSTICAS E ESTRUTURAAtravés do exposto no capítulo 2, podemos concluir que os óleos paratransformadores devem possuir inicialmente 2 características:- Boa Condutibilidade TérmicaNeste ponto, podemos observar que o material a ser empregado deve atender aduas exigências opostas, isto é, os materiais isolastes elétricos são tambémisolantes térmicos. Para compensar esta deficiência natural, é necessário que olíquido a ser utilizado tenha uma viscosidade tal que permita a sua rápida circulaçãoentre as fontes de calor e o meio externo.Assim, obtemos a terceira característica dos óleos isolantes: - Baixa Viscosidade2Sabendo que a principal função dos fluidos isolantes é a refrigeração das bobinas,é fácil observar que estes materiais não devem sofrer a ação da temperatura.Temos, então a quarta característica que devem apresentar os óleos isolantes: -Boa Estabilidade TérmicaDurante a operação dos transformadores os isolantes líquidos, por circularem emtodo o sistema, estarão em contato com todos os demais materiais presentes nosequipamentos. Estes materiais não devem sofrer ataque químico por parte do

líquido isolante de forma a não perder suas propriedades originais e chegamosassim à última característica básica dos óleos isolantes: - Baixa ReatividadeQuímicaAssim, em resumo, os óleos isolantes para transformadores devem apresentar asseguintes características fundamentais:- Boa Condutibilidade Térmica;- Boas Características de Isolamento Elétrico;- Baixa Viscosidade;- Boa Estabilidade Térmica;- Baixa Reatividade Química;- Resistência ao fogo.É importante ainda, apontar que os transformadores instalados em locais onde orisco de incêndios e explosões deve ser minimizado, exigem uma propriedadeespecial do isolante a ser empregado, a propriedade de resistência ao fogo. Assim,os transformadores instalados em locais de circulação de pessoas, como prédiosresidenciais e comerciais, instalações industriais internas e veículos, devem ter ummeio isolante que, além das propriedades básicas já descritas, seja tambémretardante de chama.No decorrer deste trabalho veremos que este conjunto de propriedades é a basepara a avaliação da qualidade e do comportamento em serviço dos óleos isolantes.PRINCIPAIS ESTRUTURAS:Neste item vamos apresentar e discutir as estruturas químicas dos óleos isolantespara transformadores mais utilizados até o momento. Será de fundamentalimportância observar que todas as estruturas apresentadas atendem àscaracterísticas discutidas no item 3. 1.De forma a facilitar a apresentação das diversas estruturas e a compreensão desuas aplicações, dividiremos os óleos isolantes em 2 tipos principais:- Óleos de Uso Geral: São os que atendem apenas às características essenciais.- Óleos de Segurança: São aqueles considerados como retardantes de chama.Óleos de Uso Geral:São óleos minerais obtidos a partir da refinação do petróleo, constituindo-sebasicamente de Hidrocarbonetos. Seu processo de obtenção inicia-se com adestilação do petróleo bruto separando-se a fração de 20 cSt de viscosidade. Estafração é então refinada removendo-se os compostos não hidrocarbônicos porprocessos químicos e, em seguida, removendo-se compostos ácidos e insaturadospor meio de agentes adsorventes, hidrogenação catalítica ou extração porsolventes.3Assim, o produto obtido é constituído quase exclusivamente por Hidrocarbonetos eas propriedades do produto quando em operação, irão seguir as desta classe decompostos químicos.Atualmente, no mercado brasileiro, encontramos 2 tipos de óleos isolantes mineraisclassificados como Parafínico e naftênicos. Esta classificação diz respeito aopetróleo básico do qual foi refinado. Para fins de manutenção e operaçãoconvencional em transformadores podemos considerar igualmente os dois tipos,sem necessidade de diferenciação. A estrutura básica dos Hidrocarbonetossaturados, chamados Alcanos, é dada a seguir e será utilizada neste trabalho paradescrever o comportamento em serviço deste produto.-C-C-C...C-C-CENSAIOSPonto de Anilina:Este ensaio consiste em misturar uma amostra de óleo isolante com anilina eaquecer sob agitação até que os dois produtos se misturem de forma homogênea.A temperatura em Celsius onde ocorre a mistura é chamada de Ponto de Anilina.A anilina é um composto aromático leve e mistura-se bem aos aromáticos levespresentes no óleo isolante. Assim, quanto maior o teor de aromáticos leves no óleo,

menor será a temperatura de mistura e vice-versa.Os compostos aromáticos leves são facilmente oxidados nas condições deoperação dos transformadores. O limite inferior procura garantir que o teor destescompostos não seja excessivo para que não ocorra a rápida oxidação da massa deóleo.Por outro lado, os compostos aromáticos leves atuam como inibidores naturais,quando presentes em pequenas quantidades, por um mecanismo que serádiscutido mais adiante. Por isso é também estabelecido um limite superior paragarantir que o produto possui aromáticos leves capazes de inibir o processo deoxidação dos demais hidrocarbonetos.Cor:Este ensaio consiste em comparar a cor de uma amostra do óleo, com uma sériede padrões de cores pré definidas.Os hidrocarbonetos que constituem o óleo são incolores. Assim, quanto melhor foro processo de refino, mais clara será a cor do produto final. Os valores adotados natabela 1, procuram garantir o processo correto de refino.Pontos de Fulgor e Fluidez-São ensaios simples que informam sobre os extremos da faixa de peso moleculardos hidrocarbonetos existentes no óleo avaliado. O ensaio de Ponto de Fulgor(Vaso Cleveland) consiste em aquecer o óleo isolante e, simultaneamente, expô-loà ação de uma chama próxima à superfície do produto. Com o aquecimento, oscompostos voláteis presentes no óleo irão vaporizar até que inflamarão sob a açãoda chama. A temperatura onde ocorre a chama (Flash) é tomada como o ponto deFulgor.Assim, podemos concluir que este ensaio é uma determinação indireta daquantidade de compostos voláteis presentes na amostra de óleo. Quanto maior foro teor de voláteis, menor será o Ponto de Fulgor.É estipulado um valor mínimo como forma de garantir um teor máximo de voláteis.Ponto de Fluidez4O ensaio de Ponto de Fluidez consiste em resfriar uma amostra do óleo isolante atéque cesse seu escoamento pela ação da gravidade. A temperatura em Celsiusonde isto ocorre é tomada como o Ponto de Fluidez.Os hidrocarbonetos de alto peso molecular e cadeia reta são os mais sensíveis àdiminuição da temperatura e, portanto, mais elevado será o Ponto de Fluidezquanto maior for o teor destes compostos na amostra.Observamos portanto, que os dois ensaios em conjunto visam garantir que oproduto foi obtido a partir do refino da faixa correta de destilação do petróleo.Densidade e Viscosidade:Estes dois ensaios tem o mesmo objetivo dos 2 anteriores. A densidade é a medidada quantidade de massa por volume dos materiais e a Viscosidade é a medida daforça necessária para o escoamento de um líquido.Ambas as propriedades são função, nos hidrocarbonetos, do seu peso molecular.O conjunto de ensaios até aqui descrito destina-se, como podemos ver,exclusivamente a avaliação da qualidade de fabricação do produto.Tensão Interfacial:Este ensaio é feito colocando-se uma camada de óleo isolante sobre uma camadade água e, em seguida, fazendo-se um anel de platina imerso na água passar paraa camada de óleo. A força necessária para fazer com que o anel rompa a superfícieda água é tomada como a Tensão Interfacial Óleo/Água.A água é o óxido de hidrogênio, portanto, um material altamente oxigenado e deelevada polaridade molecular. Os hidrocarbonetos, por outro lado, são substanciasde muito baixa polaridade em sua molécula e não oxigenadas.Assim, quanto mais puro for o óleo, menor será sua interação com a camada deágua e mais alto será o valor obtido para o ensaio. Um valor mínimo garante baixos

teores de substancias oxigenadas e polares no produto.Este ensaio, como veremos adiante, ao contrário dos anteriores é de grandeimportância na avaliação das condições de operação dos óleos minerais.Rigidez Dielétrica:Este ensaio é uma medida da capacidade do isolante de resistir ao impacto elétrico.Consiste em colocar uma amostra de óleo entre 2 eletrodos padrão e submete-la aincrementos constantes de tensão alternada até que ocorra a ruptura do meioisolante e a conseqüente descarga entre os eletrodos.Os hidrocarbonetos que compõem o óleo isolante, por apresentarem polaridadeelétrica muito baixa, possuem uma Rigidez Dielétrica “intrínseca” extremamenteelevada. Esta resistência ao impacto é sensivelmente diminuída pela presença deimpurezas polares, como a água e outros oxigenados, e sólidas, como partículasmicroscópicas.Vemos, portanto, que este ensaio objetiva verificar a pureza do produto e, porconseguinte, a qualidade dos processos de fabricação, transporte e manuseio.Perdas Dielétricas:Este ensaio consiste na determinação da tangente ou seno do angulo de fase entretensão e corrente quando se aplica uma tensão a 60 Hz no óleo a analisar. Aamostra é colocada entre os 2 eletrodos de um capacitor e, em seguida é aplicadauma tensão constante a uma temperatura fixa. A leitura obtida para os parâmetros5acima é tomada como o fator de Perdas Dielétricas. Como no caso anterior, o valorde perdas intrínseco aos hidrocarbonetos é extremamente baixo e é alterado pelapresença de impurezas. Neste caso, por ser um ensaio executado em condições deequilíbrio é sensível também às impurezas solúveis, que não interferem na RigidezDielétrica.Estabilidade à Oxidação:Neste ensaio, a amostra de óleo é submetida a aquecimento a 100 Celsius, comborbulhamento de oxigênio e em presença de catalisador de cobre. Ao final de 164horas a amostra é retirada do sistema e determina-se o seu teor de borra e índicede acidez.A borra, sobre o que falaremos mais adiante, é um produto da oxidação doshidrocarbonetos. Também os produtos ácidos determinados pelo índice de acidezsão resultantes da sua oxidação.Este ensaio visa, portanto, avaliar a estabilidade química da amostra em estudo.É muito importante observar que este ensaio não guarda nenhuma relação com oprocesso real de oxidação do isolante no transformador. Trata-se apenas de umamedida da qualidade de fabricação do produto e indica uma tendência à oxidaçãomais rápida ou mais lenta.Enxofre Corrosivo:É um ensaio simples que consiste em imergir uma pequena tira de cobre polido naamostra de óleo e, após submeter o conjunto a aquecimento sob atmosfera deNitrogênio por 16 horas a 140 Celsius, observar o aparecimento de manchasnegras de sulfeto de cobre na superfície da tira.Seu objetivo é verificar a eficiência da remoção dos compostos de enxofre duranteo processo de refino.Teor de Aditivo Antioxidante:O objetivo deste ensaio é apenas o de verificar a presença e teor de aditivoantioxidante na amostra de óleo, por meios químicos. Sua importância reside nofato de que um óleo isolante contendo este tipo de aditivo irá apresentar excelentesresultados no ensaio de Estabilidade à Oxidação, impedindo a verificação da realestabilidade química do produto original.No caso dos óleos adquiridos com este aditivo, é necessário verificar se o teor éaquele especificado por ocasião da compra.Teor de Água:

Este ensaio consiste na determinação, através de reações químicas, da quantidadede água presente na amostra de óleo sob análise.A água apresenta solubilidade muito baixa nos hidrocarbonetos, contudo em óleosminerais novos, é solúvel até a faixa de 60 a 70 ppm/ Acima destes teores iremosencontrar água em suspensão no óleo isolante.No caso dos óleos novos, este ensaio visa verificar a qualidade dos processos defabricação e transporte e manuseio do produto.Índice de Acidez Total:É uma determinação por via química da quantidade total de todos os compostoscapazes de reagir com solução alcoólica de Hidróxido de Potássio. Todos oscompostos ácidos, ou que possam dar reação ácida nestas condições, irão serdeterminados por este método.6Assim, iremos determinar a presença de compostos oxigenados, sulfurados eoutros. Para óleos novos, irá também verificar a qualidade dos processos de refinoe fabricação.Os óleos de origem mineral foram os primeiros produtos desenvolvidos parautilização como fluido refrigerante em transformadores. Portanto, os projetosbásicos da maioria dos transformadores isolados a óleo são baseados nas suaspropriedades e os fluidos desenvolvidos para aplicações especiais, queestudaremos a seguir, procuram aproximar-se de suas características. Assim, acompreensão das propriedades dos óleos minerais é essencial para o perfeitoentendimento dos demais.MANUTENÇÃO PREVENTIVA DOSTRANSFORMADORES:a) Conceitos Básicos:A manutenção preventiva é uma técnica baseada na intervenção em equipamentos,corrigindo preventivamente situações ou componentes cuja deterioração oudesgaste é previamente conhecido. Tem como objetivo principal reduzir aocorrência de falhas, evitando as interrupções de funcionamento e diminuindo oscustos da manutenção tradicional corretiva.De uma forma prática, isto se traduz na substituição de partes dos equipamentosmais sujeitas ao desgaste, antes que venham a falhar, com o objetivo de prolongara vida útil de todo o sistema e evitar a ocorrência de falhas. É também freqüentes aalteração de condições de operação com o objetivo de aumentar a expectativa devida.Nos transformadores, o componente mais sujeito ao desgaste e deterioração é osistema papel/óleo isolante. Assim, sua vida útil está diretamente relacionada à vidado isolamento sólido aplicado sobre as espiras. Uma vez perdido este isolamento, atarefa básica do transformador não mais será executada e o reparo necessárioconsistirá no reisolamento total das bobinas.Portanto, observamos que a manutenção preventiva destes equipamentos nãopode consistir na substituição periódica do papel isolante, devido ao alto custodesta operação.Nos transformadores elétricos, a manutenção preventiva consiste emminimizar os fatores que aceleram o envelhecimento do papel isolante.A manutenção preventiva visa também otimizar as condições de operação dostransformadores de forma a reduzir a probabilidade de ocorrência de falhas. Nocaso dos transformadores isto consiste em manter o meio isolante livre deimpurezas que possam prejudicar seu desempenho.b) Prolongamento da Vida Útil:O papel isolante utilizado em transformadores é produzido a partir da celulosevegetal de fibra longa. Devido à sua utilização, esta celulose deve ser o mais purapossível que eventuais impurezas não prejudiquem suas propriedades isolantes.Assim, o processo de envelhecimento do papel isolante será estudado a partir do

comportamento da celulose.A celulose é, do ponto de vista químico, um açúcar polimérico (polissacarídeo) quesofre degradação pela ação do calor e agentes químicos. Entre as reaçõesquímicas dos polissacarídeos, a mais importante para o papel isolante é a dehidrólise, isto é, sua decomposição por ação da água.7A seguir, ilustramos estes processos.(1)CELULOSE+CALOR->H20+C02+CELULOSE(2)Sob a ação do calor, a molécula da celulose (1) parte-se em 2 ou mais pedaços,(celulose 2) menores que a molécula original.ÁCIDOS(1)CELULOSE+H20 ---------- >CELULOSE(2)+CELULOSE(3)CALOREm contato com a água em presença de ácidos e calor, a molécula da celulosehidrolisa-se, resultando em 2 ou mais moléculas de celulose de peso molecularmenor que o original.Como em todo polímero, suas propriedades mecânicas e elétricas dependem dopeso molecular e, portanto, do tamanho da molécula. A continuidade dos processosdescritos acima faz com que o papel isolante perca, ao longo do tempo, suaspropriedades de resistências mecânica e elétrica, levando o transformador a falhar.Podemos concluir agora, que a principal ação de manutenção preventiva paraaumento da vida útil de transformadores consiste em proteger o papelisolante da ação do calor, da água e dos compostos ácidos.c) Prevenção de Falhas:Durante a operação dos transformadores, seu sistema isolante é constantementesolicitado eletricamente. Para que não ocorram descargas e é necessário que oisolamento esteja sempre em perfeitas condições. Um dos fatores que prejudicamas propriedades isolantes dos materiais é a presença de impurezas misturadas deforma heterogênea.A existência de descontinuidades nos materiais isolantes deforma o campo elétricona vizinhança, ocasionando a ocorrência de pequenas descargas parciais. Esteprocesso altera as propriedades isolantes do material, prejudicando o seudesempenho.No que se refere aos óleos isolantes, estas impurezas consistem principalmente napresença de água e partículas sólidas em suspensão.Comportamento da Água:A água pode estar presente nos óleos isolantes em solução ou em suspensão, ea sua interferência nas propriedades do isolante será função da forma em que seencontra.A água será dissolvida, até o limite de sua solubilidade no fluido em questão enesta forma, por compor uma mistura homogênea com o isolante, não irá interferirsignificativamente nas suas propriedades elétricas. A quantidade total de água queum fluido será capaz de dissolver é função da quantidade de compostos polares eoxigenados presentes no líquido.Quando em solução, a água irá participar da reação de hidrólise do papel isolante,diminuindo a sua vida útil.A água em suspensão no líquido isolante irá atuar de maneira idêntica a umapartícula sólida não condutora, alterando o campo elétrico nas proximidades einterferindo negativamente nas propriedades de Rigidez Dielétrica e PerdasDielétricas.- Efeito das Partículas Sólidas:Os sólidos suspensos nos fluidos isolantes podem ser não condutores e nãomagnéticos,8O seu efeito é idêntico ao já descrito para a água, devendo ser observado que no

caso de partículas condutoras e magnéticas, sua intensidade é extremamente maiselevada. Devemos observar que as partículas em questão são de dimensõesmicroscópicas, na faixa de 0,5 a 200 μm.A principal ação de manutenção preventiva para prevenção de falhas emtransformadores é a remoção de água e partículas sólidas em suspensão.MANUTENÇÃO PREDITIVA EM TRANSFORMADORES:a) Conceitos Básicos:Esta é a mais moderna técnica de manutenção atualmente em uso e consiste emacompanhar, periodicamente, as características e propriedades dos diversoscomponentes de um sistema e proceder a uma intervenção quando verificado quese encontra na iminência de falhar.É a metodologia mais rentável do ponto de vista econômico-financeiro, já que alémdos benefícios da manutenção preventiva, evita também intervenções precoces esubstituição de partes dos equipamentos que ainda apresentem boas condições defuncionamento.Nos transformadores elétricos isolados a óleo a inspeção direta de seuscomponentes não é possível sem a retirada de operação dos equipamentos. Já queisto é exatamente o que se procura evitar através da manutenção, será necessárioum procedimento indireto.Durante a operação dos transformadores, o líquido isolante estará circulando emseu interior, em contato com todos os demais componentes do equipamento.Assim, quando da ocorrência de falha em qualquer de suas partes, algumas daspropriedades do liquido isolante serão alteradas.A manutenção preditiva nos transformadores, portanto, baseia-se noacompanhamento periódico e sistemático das propriedades do seu líquido isolante.Qualquer variação destas propriedades que não seja conseqüência doenvelhecimento normal do produto será uma indicação da existência de falhaincipiente no transformador.b) Falhas em Transformadores:Nos transformadores, iremos observar dois tipos principais de falha: Falhas deMaterial e Falhas Elétricas.As falhas de material consistem na degradação precoce dos materiais existentesnos transformadores, sendo as mais comuns à oxidação do aço do tanque ounúcleo, a deterioração dos materiais de soldas, o desfibramento do papel e adeterioração dos demais isolantes sólidos.Nestes casos, ocorrerá a contaminação do líquido isolante pelos materiaisdegradados na forma de partículas sólidas ou de seus constituintes solúveis,alterando as propriedades do óleo.As falhas elétricas são aquelas conseqüentes das anteriores, isto é, a ocorrência depontos quentes por mau contato ou degradação do papel, sobreaquecimentogeneralizado devido ao excessivo envelhecimento do óleo ou papel, e descargaselétricas de alta ou baixa energia devidas à falhas do isolamento.Em todos estes casos ocorrerá a elevação da temperatura do ponto onde ocorre afalha e, conseqüentemente, a pirólise de diminutas quantidades do material9isolante. Os produtos desta pirólise podem, em muitos casos, ser detectados pormeio de ensaios simples.COMPORTAMENTO EM SERVIÇO DOS ÓLEOS ISOLANTES:ÓLEOS MINERAIS DE USO GERAL:Estes óleos, que chamaremos apenas de Óleos Minerais Isolantes, apresentamreação de oxidação durante sua operação normal em transformadores e osprocedimentos de manutenção devem levar em conta esta característica. A seguir,estudaremos este comportamento.a) Processo Oxidativo dos Óleos Minerais Isolantes:Como visto anteriormente, os óleos minerais isolantes são constituídos

basicamente por compostos químicos da classe dos Hidrocarbonetos. Portanto, oseu comportamento com relação à oxidação será determinado por estescompostos.Os Hidrocarbonetos, sob a ação do calor, reagem com o oxigênio dissolvido no óleoconforme a seguir:1)...C-C-C- + 02 -> ...C-C-C. (RADICAL LIVRE) + H202) ...C-C-C. + 02-’ ...C-C-C-O-O. (RADICAL PERÓXIDO)3)...C-C-C-O-O. + -C-C... -’ .C-C- (RADICAL LIVRE) + ...C-C-C-O-H (HIDROPERÓXIDO)4) ...C-C-C-O-O-H + 02 -> ..C-C-C-O-O. (RADICAL PERÓXIDO) + OHComopodemos observar, as etapas 2, 3 e 4 formam uma reação em cadeia isto é,repete-se indefinidamente com velocidade crescente ao longo do tempo. A etapalenta da reação é a primeira, a reação do hidrocarboneto com o oxigênio.Por isso, os aditivos anti-oxidantes devem ser substancias que atuem nestaprimeira etapa, reagindo com os radicais livres formados sem dar origem a novosradicais livres. Este comportamento é observado nos compostos aromáticos leves,que constituem a maioria dos anti-oxidantes para óleos minerais.O. desenvolvimento da reação ao longo do tempo, pode ser. representadograficamente come a seguir: Comportamento Tempo de Operação xEnvelhecimento

Observamos neste gráfico uma inflexão acentuada no ponto 3, representando omomento em que as concentrações de produtos de oxidação torna-se significativae, portanto quando a manutenção preventiva deve realizar-se.Os mecanismos de terminação da reação de oxidação são os seguintes:I) RAD.PERÓXIDO + RAD. PERÓXIDO -> ÁLCOOIS2) HIDROPERÓXtDOS + 02 -> ÁCIDOS3) ÁCIDOS + ÁLCOOIS -> ÉSTERES POLIMÉRICOS (BORRA)4) RAD. LIVRE + RAD. LIVRE ->HIDROCARB. POLIMÉRICOS (BORRA)10Estes produtos finais de oxidação são compostos oxigenados com polaridadeelétrica na molécula e, portanto maus isolantes elétricos. Além disso, observamos apresença de ácidos que são aceleradores da degradação do papel isolante.Os produtos poliméricos formados na última etapa da reação, são extremamenteprejudiciais, já que pelo seu alto peso molecular são sólidos que se depositamsobre as espiras do transformador impedindo a transmissão do calor. Por seremoxigenados, irão também acumular água, acelerando ainda mais a degradação dopapel.b) Degradação Térmica dos Óleos Minerais:

Os hidrocarbonetos sofrem pirólise gerando outros hidrocarbonetos de menor pesomolecular. lsto é, sob a ação do calor suas moléculas “quebram” em pedaços devários tamanhos, incluindo compostos de muito baixo peso molecular e, portanto,gasosos.Esta reação, obedece a leis termodinâmicas predeterminadas e assim, os produtosgerados pela pirólise serão função da temperatura a que o óleo for submetido. Asreações de pirólise mais importantes para a manutenção são as seguintes:I) ...C-C-C-C-C- + CALOR -> ...C-C-C-C=C- + H2 (HIDROGÊNIO)2) ...C-C-C-C-C-+ CALOR -’ ...C-C-C=C- + CH4 (METANO)3) ...C-C-C-C-C-+ CALOR -- ...C-C=C- + C2H6 (ETANO)4) ...C-C-C-C-C-+ CALOR -> ...C-C=C- + C2H4 (ETILENO)5) ..C-C-C-C-C-+ CALOR-> ...C-C=C- + C2H2 (ACETILENO)As reações 1 e 3 ocorrem a baixas temperaturas, em seguida, temos as reações 2,4 e 5 em ordem crescente de temperatura.c) Manutenção Preventiva:- Extensão da Vida Útil:Como vimos anteriormente, a extensão da vida útil dos transformadores isolados aóleo mineral consiste em proteger o papel isolante do ataque da água e compostosácidos. Os melhores resultados serão obtidos quando a intervenção da manutençãofor realizada antes que a reação de oxidação chegue às últimas etapas.Caso seja formada grande quantidade de Borra e compostos ácidos, a troca,secagem, ou regeneração do óleo será ineficiente, já que os produtos sólidos deoxidação permanecerão depositados sobre o papel isolante. Sua remoção só épossível com a abertura da unidade, lavagem da parte ativa e posterior secagem.Para atingir este objetivo, devemos proceder periódica e sistematicamente aosensaios que são sensíveis à água, ácidos e materiais oxigenados, isto é, Teor deÁgua, Índice de Acidez e Tensão Interfacial.A combinação dos ensaios de acidez e tensão interfacial é que nos permitedeterminar o ponto de inflexão da curva de envelhecimento dos óleos minerais. Oensaio de acidez determina os compostos ácidos já formados e o de tensãointerfacial é sensível aos produtos intermediários de oxidação.Prevenção de Falhas:Como para os outros óleos isolantes, o objetivo de prevenção de falhas éalcançado pelo acompanhamento das propriedades sensíveis à presença deimpurezas insolúveis:Rigidez Dielétrica e Perdas Dielétricas.11No caso dos óleos minerais, entretanto, por serem oxidados ao longo do tempo deoperação, os valores para avaliação desses parâmetros serão dependentes do graude oxidação do óleo e, portanto, do seu nível de acidez e tensão interfacial.- As indicações de contaminação por água e partículas detectadas nos ensaios deRigidez e Perdas Dielétricas devem ser verificadas pelo ensaio de Teor de Água e,se necessário, ensaios específicos para determinar a quantidade e natureza daspartículas presentes.d) Manutenção Preditiva:A manutenção preditiva é realizada determinando-se periodicamente, porCromatografia da Fase Gasosa, os teores dos gases (conforme descrito na seçãob) dissolvidos no óleo.É importante assinalar que este método de ensaio é sensível a quantidadesextremamente pequenas de gases e, portanto, permite detectar falhas elétricas emestágio muito incipiente.Na prática, toma- se uma amostra de cerca de 50ml de óleo isolante que é, emlaboratório , submetida a vácuo para extrair os gases dissolvidos. Uma pequenaalíquota destes gases é então analisada e os resultados obtidos são avaliados deacordo com métodos pré estabelecidos, baseados na temperatura de formação de

cada gás. O critério mais simples de diagnóstico é o chamado método dos “GasesChave” que mostramos abaixo:MÉTODO DO GÁS CHAVEGÁS CHAVE FALHA CARACTERÍSTICAHIDROGÊNIO (H2)METANO ( CH4DESCARGAS PARCIAIS NO ÓLEOACETILENO (C2H2) ARCO ELÉTRICO NO ÓLEOETILENO ( C2H4) SOBREAQUECIMENTO NO ÓLEOMONÓXIDO DE CARBONO DESCARGAS PARCIAIS NO PAPELMONÓXIDO E DIÓXIDO DECARBONOSOBREAQUECIMENTO NO PAPELEsta tabela, relaciona o gás que predomina na mistura com a falha que Ihe deuorigem.A próxima tabela, mostra o chamado Método IEC, ou método de Rogers paradiagnóstico. A exemplo do anterior, está baseado na temperatura de formação dosgases, porém, considera as relações entre os seus teores ao invés de cada gás emseparado.Este é o método atualmente normalizado pela ABNT, para Diagnóstico de Análisesde Gases Dissolvidos em Óleos Isolantes.MÉTODO ABNT PARA DIAGNÓSTICO DE FALHAS1) Obter as relações a seguir e classifica-las, de acordo com o valor obtido:acetileno/etileno: até 0,1 -> código 00,1 a 1 -> código Ide 1 a 3 -> código 13 ou acima -> código 2metano/hidrogênio: até 0,1 -> código 1de 0,1 a 1 -> código 0de 1 a 3 -> código 23 ou acima -> código 212etileno/etano: até 0,1 -> código 0de 0,1 a 1 -> código 0de 1 a 3 -> código 13 ou acima -> código 22)Ordenar os códigos obtidos na seqüência apresentada acima e obter o Código deFalha.3) Aplicar o código de falha encontrado na tabela abaixo para obter o diagnóstico:FALHA CARACTERÍSTICA CÓDIGOOPERAÇÃO NORMAL 0 0 0DESCARGAS PARCIAIS DE BAIXAENERGIA0 1 0DESCARGAS PARCIAIS DE ALTAENERGIA1 1 0ARCO DE BAIXA ENERGIA 1-2 / 0 / 1-2ARCO DE ALTA ENERGIA 1 0 2FALHA TÉRMICA LEVE 0 0 1FALHA TÉRMICA DE BAIXATEMPERATURA0 2 0FALHA TÉRMICA DE MEDIATEMPERATURA

0 2 1FALHA TÉRMICA DE ALTATEMPERATURA0 2 2É ainda de fundamental importância para a manutenção preditiva, a periodicidaderegular na execução das análises. Esta periodicidade é definida de acordo com osdiagnósticos obtidos.Para transformadores em operação a seguinte periodicidade, em casos deoperação normal, pode ser considerada satisfatória:- Primeira Análise- Três meses após- Periodicidade Anual.CONCLUSÕES:A tecnologia resumida de forma breve neste trabalho, constitui uma ferramentainigualávelda moderna Engenharia de Manutenção. Possibilita obter o melhor desempenhopossível por maior tempo dos Transformadores Elétricos.ESTE MATERIAL É CÓPIA AUTORIZADA DA APOSTILA DO ENG. PAULOFERNANDES DE MANUTENÇÃO DE TRANSFORMADORES.