Quando e por que usar o monitoramento de descarga parcial para transformadores

O monitoramento de descarga parcial (PDM) em transformadores não é um conceito novo. Como o ativo mais caro em uma subestação, eles são objeto de monitoramento e análise constantes. Tanto é assim que alguns monitoramentos podem parecer redundantes. Um desses casos, sobre o qual os clientes nos perguntam, é a necessidade de monitoramento de descarga parcial na presença de análise de gás dissolvido (DGA). Ambos podem fornecer um alerta antecipado de problemas em um transformador e podem até mesmo fornecer informações sobre o tipo de defeito que está causando a descarga parcial ou a gaseificação, mas a forma como fazem isso, a oportunidade e as informações que podem ser obtidas de cada um variam muito.

Respostas rápidas

O que é uma descarga parcial em um transformador?

A descarga parcial em um transformador refere-se a uma ruptura localizada da barreira dielétrica dentro do sistema de isolamento do transformador. Trata-se de uma pequena faísca ou pane elétrica que pode ocorrer em espaços vazios, lacunas ou imperfeições no material de isolamento. As descargas parciais podem ocorrer devido a vários fatores, como estresse de alta tensão, envelhecimento do isolamento ou defeitos de fabricação.

O que é monitoramento de descarga parcial?

O monitoramento de descarga parcial é uma técnica usada para detectar e analisar descargas parciais em equipamentos elétricos, inclusive transformadores. Ela envolve o uso de sensores especializados e sistemas de monitoramento para capturar e analisar os sinais gerados por descargas parciais. Por meio do monitoramento contínuo da atividade de descarga parcial, é possível avaliar a condição do sistema de isolamento e identificar possíveis problemas antes que eles se transformem em falhas graves.

Por que a detecção de descarga parcial é importante?

A detecção de descarga parcial é crucial para garantir a confiabilidade e a segurança dos transformadores. Aqui estão alguns dos principais motivos pelos quais ela é importante:

• Detecção precoce de problemas de isolamento: O monitoramento de descargas parciais permite a detecção precoce de problemas de isolamento em transformadores. Ao identificar e analisar as descargas parciais, é possível identificar possíveis falhas ou pontos fracos no sistema de isolamento antes que eles levem a falhas catastróficas.
• Prevenção de falhas graves: Ao monitorar as descargas parciais, é possível tomar medidas proativas para evitar falhas ou avarias graves nos transformadores. A intervenção oportuna com base nas informações fornecidas pelo monitoramento de descargas parciais pode ajudar a evitar reparos dispendiosos, tempo de inatividade e possíveis riscos à segurança.
• Otimização das atividades de manutenção: O monitoramento de descarga parcial fornece informações valiosas sobre a condição do sistema de isolamento. Essas informações podem ser usadas para otimizar as atividades de manutenção, identificando as áreas que exigem atenção e priorizando os esforços de manutenção de acordo.
• Aumento da vida útil do transformador: Ao detectar e resolver problemas de isolamento em um estágio inicial, o monitoramento de descarga parcial ajuda a prolongar a vida útil dos transformadores. Isso pode resultar em uma economia significativa de custos para as concessionárias e indústrias, reduzindo a necessidade de substituições prematuras.
• Melhoria da eficiência operacional: O monitoramento de descargas parciais pode contribuir para melhorar a eficiência operacional, minimizando o tempo de inatividade não planejado e otimizando o desempenho dos transformadores. Ao resolver prontamente os problemas de isolamento, os transformadores podem operar em seus níveis ideais, garantindo um fornecimento de energia confiável.

De modo geral, a detecção de descargas parciais desempenha um papel fundamental na manutenção da saúde e do desempenho dos transformadores, possibilitando sistemas de transmissão e distribuição de energia eficientes e confiáveis.

O que é DP e por que precisamos monitorá-la?

A DP em um sistema de isolamento elétrico indica falhas que podem ou não evoluir para uma ruptura total do isolamento, dependendo do tipo de sistema de isolamento e da natureza da DP. As normas internacionais para transformadores exigem testes elétricos e medições elétricas para detectar a DP como testes de rotina, em que o nível de DP é um importante indicador da qualidade do transformador.

A DP geralmente começa em vazios, rachaduras, bolhas, inclusões ou contaminação dentro ou ao longo da superfície do sistema de isolamento. Como as DPs são limitadas a apenas uma parte do isolamento, as descargas cobrem apenas parcialmente a distância entre os eletrodos. A DP também pode ocorrer ao longo da fronteira entre diferentes materiais isolantes devido à diferença em sua constante dielétrica.

As descargas parciais dentro ou ao longo da superfície de um material isolante geralmente são iniciadas quando a tensão em uma parte do sistema de isolamento excede a tensão inicial da DP. A atividade de DP será então iniciada nessa parte do sistema de isolamento, que pode ou não ocorrer adjacente ao condutor. A tensão inicial da DP pode diminuir com o tempo devido ao envelhecimento do sistema de isolamento, aos contaminantes e/ou à redução do valor de resistência dielétrica do líquido isolante.

Como mencionado acima, haverá uma DP que pode evoluir para uma ruptura total do isolamento e se tornar uma falha grave ou catastrófica. Em alguns casos, ela evoluirá tão rapidamente que nenhum outro tipo de parâmetro monitorado será capaz de detectá-la a tempo, a não ser o monitoramento da DP. A razão pela qual ela pode ser detectada tão rapidamente é que o monitoramento de DP é feito em tempo real; no momento em que a DP aparece, ela é detectada. Essas falhas de evolução rápida podem ocorrer quando a parte em ponte do sistema de isolamento aumenta a tensão das partes adjacentes a ponto de também exceder a tensão de início da PD, fazendo com que elas também fiquem em ponte, criando um efeito em cadeia, e, em geral, é capaz de localizar a fonte de DP para uma avaliação de risco adicional, além de ser um bom indicador da saúde do sistema de isolamento a curto e médio prazo.

Agora, o que é DGA e como funciona?

A análise de gás dissolvido (DGA) é um método para diagnosticar falhas incipientes em transformadores por meio da correlação entre o conteúdo, a quantidade e a taxa de produção de gases dissolvidos no óleo do transformador e um determinado mau funcionamento. Os extensos dados históricos coletados por análises laboratoriais ao longo dos anos permitem a interpretação precisa dos resultados. Hoje, o método é cada vez mais complementado pelo monitoramento on-line de DGA dos transformadores.

O DGA é o coração do monitoramento on-line, pois é um método bem estabelecido de diagnóstico de transformadores para a detecção oportuna de possíveis falhas térmicas ou elétricas, especialmente no contexto do envelhecimento da frota mundial de transformadores. A DGA oferece uma solução de baixo custo para maximizar a vida útil do transformador e minimizar as falhas inesperadas e provavelmente continuará sendo a ferramenta "mais potente" por muito tempo, pois pode detectar cerca de 70% das falhas incipientes do transformador. Mas os resultados do DGA como uma medição indireta de DP são mais lentos para identificar DP de evolução rápida devido ao tempo necessário para que os gases combustíveis sejam distribuídos pelo líquido isolante do transformador e cheguem à porta de amostragem do tanque do transformador.

A experiência mostra que, com o DGA, é necessária uma quantidade mínima de formação de gás para declarar que uma atividade de DP é significativa. Por outro lado, há vários exemplos práticos em que nenhum aumento de gases combustíveis foi registrado, apesar de uma fonte de DP ter sido detectada por métodos elétricos, acústicos e eletromagnéticos (UHF) e confirmada por meio da desmontagem do transformador. Portanto, as medições elétricas, acústicas e eletromagnéticas baseadas em pulsos de DP são de natureza mais instantânea e direta.

Como dito acima, o monitoramento de descargas parciais é excelente para falhas de escalonamento rápido; nesses casos, antes do acúmulo e da amostragem de gases em um nível que indicaria um problema por meio da DGA. Nessas circunstâncias, não há outras opções para indicar a existência de um problema, permitindo que o usuário tome medidas para salvar o ativo e, o que é mais importante, preservar a segurança das pessoas nas proximidades. Embora esse não seja o modo de falha mais comum dos transformadores, ele é frequente o suficiente para que muitos clientes implementem o monitoramento de descarga parcial para complementar seus monitores DGA. Isso resultou na economia de mais de uma dúzia de transformadores de alta tensão, economizando cerca de cem milhões de dólares em equipamentos e melhorando drasticamente o registro de segurança de cada local.

Embora o monitoramento de descarga parcial não substitua outras formas de monitoramento de transformadores, ele conquistou seu lugar no mundo do monitoramento de transformadores, cobrindo uma lacuna crítica e, às vezes, perigosa entre os recursos de todas as outras formas de monitoramento de transformadores.