o estado da arte das aplicações para diagnóstico de umidade em transformadores de potência...
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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 – [email protected] 2
Marcelo Paulino – [email protected] 3
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
Marcelo Paulino – [email protected] 4
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
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nd
agin
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cel
lulo
se
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latio
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om
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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
Marcelo Paulino – [email protected] 11
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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