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Atualmente, os transformadores de potência mais utilizados são os transformadores imersos em óleo e os transformadores a seco com resina. O isolamento dos transformadores de potência é o sistema de isolamento formado pelos materiais isolantes do transformador; ele constitui uma condição fundamental para o funcionamento e operação adequados do transformador. A vida útil do transformador é determinada pela vida útil dos materiais isolantes (ou seja, papel oleoso ou resina, etc.). A prática mostrou que a maioria dos danos e falhas nos transformadores é causada por problemas no sistema de isolamento. De acordo com estatísticas, os acidentes causados por vários tipos de falhas de isolamento representam mais de 85% de todos os acidentes com transformadores. Em transformadores que operam normalmente e cuja manutenção é devidamente realizada, o material isolante possui um longo período de vida útil. Portanto, proteger o funcionamento normal do transformador e reforçar a manutenção adequada do sistema de isolamento podem, em grande medida, garantir que o transformador tenha uma vida útil relativamente longa. A manutenção preventiva e preditiva é a chave para aumentar a vida útil do transformador e a confiabilidade do fornecimento de energia. Nos transformadores imersos em óleo, os principais materiais isolantes são o óleo isolante e materiais isolantes sólidos como papel isolante, papelão e pedaços de madeira. O envelhecimento do isolamento dos transformadores ocorre quando esses materiais são afetados por fatores ambientais, o que leva à sua decomposição e à redução ou perda da sua capacidade de isolação. I. Falhas de isolamento em papel sólido O isolamento em papel sólido é uma das principais componentes do isolamento dos transformadores imersos em óleo. Ele inclui papel isolante, placas isolantes, almofadas isolantes, rolos isolantes e fitas de fixação isolante. Seu principal componente é a celulose, cuja expressão química é (C6H10O6)n, onde n representa o grau de polimerização. Geralmente, o grau de polimerização do papel novo é de cerca de 1300; quando esse valor cai para aproximadamente 250, sua resistência mecânica já diminuiu mais da metade. O grau de polimerização em que o envelhecimento extremo leva ao fim da vida útil do papel é de 150 a 200. Após o envelhecimento do papel isolante, seu grau de polimerização e sua resistência à tração diminuem gradualmente. Além disso, são produzidos água, CO e CO2; também é gerada furaldeído (formaldeído de furano). A maioria desses produtos de envelhecimento é prejudicial aos equipamentos elétricos, pois faz com que a tensão de ruptura do papel isolante e a resistividade volumétrica diminuam, aumentando o atrito dielétrico e reduzindo a resistência à tração. Além disso, eles podem até corroer os materiais metálicos presentes nos equipamentos. O isolamento sólido possui características de envelhecimento irreversíveis; a redução do seu desempenho mecânico e elétrico devido ao envelhecimento é irrecuperável. A vida útil do transformador depende, principalmente, da vida útil do material isolante; portanto, o material isolante sólido dos transformadores imersos em óleo deve possuir boas propriedades de isolamento elétrico e características mecânicas, além de apresentar uma degradação lenta de suas propriedades após anos de operação, ou seja, deve ter boas características de envelhecimento. Propriedades dos materiais feitos de fibras de papel. Os materiais isolantes feitos de fibras de papel são os componentes isolantes mais importantes em transformadores imersos em óleo. As fibras de papel são componentes básicos da estrutura sólida das plantas. As moléculas que as compõem possuem núcleos atômicos carregados positivamente e elétrons carregados negativamente que orbitam ao redor desses núcleos. Diferentemente dos condutores metálicos, nos materiais isolantes quase não existem elétrons livres. A pequena corrente elétrica que flui nos isolantes provém principalmente da condução iônica. A celulose é composta por carbono, hidrogênio e oxigênio. Como existem grupos hidroxila na estrutura molecular da celulose, há a possibilidade de formação de água, o que confere às fibras de papel a propriedade de serem hidratadas. Além disso, esses íons hidroxila podem ser considerados como um núcleo cercado por várias moléculas polares (como ácidos e água). Eles se ligam por meio de ligações de hidrogênio, o que torna as fibras suscetíveis a danos. Além disso, as fibras contêm, geralmente, uma certa proporção de impurezas (cerca de 7%), incluindo uma certa quantidade de umidade. Devido às propriedades coloidais das fibras, essa umidade não consegue ser completamente removida. Isso também afeta as propriedades das fibras de papel. As fibras polares não só absorvem facilmente umidade (a água torna o meio altamente polar), mas, quando as fibras de papel absorvem água, a força de interação entre os íons hidroxila diminui. Isso faz com que a estrutura das fibras se torne instável, resultando em uma redução drástica na resistência mecânica. Por isso, os componentes isolantes feitos de papel precisam passar por processos de secagem ou desumidificação a vácuo, além de serem revestidos com óleo ou verniz isolante. O objetivo do revestimento é manter as fibras úmidas, garantindo assim maior estabilidade isolante e química, bem como maior resistência mecânica. Ao mesmo tempo, ao selar o papel com tinta, é possível reduzir a absorção de umidade pelo papel, impedindo a oxidação do material. Além disso, é possível preencher os espaços vazios, diminuindo assim as bolhas que podem afetar o desempenho isolante, causando descargas locais e ruptura elétrica. Mas há quem ache que, ao mergulhar o material em tinta e depois em óleo, parte da tinta pode se dissolver gradualmente no óleo, afetando suas propriedades. Portanto, é necessário ter muito cuidado ao utilizar esse tipo de tinta. É claro que as propriedades dos materiais fibrosos com composições diferentes, bem como as diferentes qualidades dos mesmos materiais fibrosos com a mesma composição, influenciam seu desempenho de maneiras distintas. Por exemplo, o algodão possui a maior concentração de fibras; as fibras intermediárias são as mais resistentes. Além disso, alguns tipos de papel isolante importado, devido ao seu bom processo de fabricação, apresentam desempenho significativamente superior em comparação com alguns tipos de papel produzidos localmente. Na maioria dos transformadores, os materiais isolantes são feitos de vários tipos de papel (como fitas de papel, cartão e peças moldadas sob pressão a partir de papel) para fins de isolamento. Portanto, é muito importante escolher bem o material de papel isolante como matéria-prima na fabricação e manutenção de transformadores. As vantagens especiais do papel de fibra são sua grande utilidade, baixo custo e facilidade de uso e processamento. Em temperaturas não muito altas, ele pode ser moldado e processado de maneira simples e flexível. Além disso, é leve, possui resistência moderada e absorve facilmente materiais de impregnação (como verniz isolante, óleo para transformadores, etc.). 2. Resistência mecânica dos materiais isolantes de papel. Além da composição das fibras do papel, da sua densidade, permeabilidade e uniformidade, um dos fatores mais importantes na escolha de materiais isolantes de papel para transformadores imersos em óleo é a resistência mecânica desses materiais. Isso inclui a resistência à tração, a resistência ao impacto, a resistência ao rasgo e a tenacidade: ① Resistência à tração: É necessário que as fibras de papel possam suportar uma certa carga de tração, sem se romperem ； ② Resistência à compressão: medida da capacidade das fibras de papel de suportar pressão sem se quebrarem ； ③ Força de rasgamento: A força necessária para que as fibras do papel se rasguem deve atender aos padrões correspondentes ； ④ Resistência: é a capacidade da força do papel ao ser dobrado ou do cartão ao ser curvado de atender aos requisitos correspondentes. Para avaliar o desempenho isolante dos materiais sólidos, pode-se tentar coletar amostras para medir o grau de polimerização do papel ou do cartão; ou utilizar a técnica de cromatografia líquida de alta eficiência para medir o teor de furfural no óleo. Isso facilita a análise de se, em caso de falhas internas no transformador, há envolvimento do isolamento sólido, ou se existe um superaquecimento a baixas temperaturas que cause o envelhecimento localizado do isolamento das bobinas; além disso, permite determinar o grau de envelhecimento do isolamento sólido. No que diz respeito aos materiais isolantes feitos de fibras de papel, durante sua operação e manutenção, é necessário controlar a carga nominal do transformador. Além disso, é importante garantir uma boa circulação de ar no ambiente em que o transformador funciona, bem como condições adequadas para a dissipação de calor. Isso evita que a temperatura do transformador aumente demais e que haja falta de óleo no seu interior. Também é necessário evitar a poluição por óleo e a degradação, que podem causar um envelhecimento acelerado das fibras, prejudicando assim o desempenho isolante do transformador, sua vida útil e seu funcionamento seguro. A degradação dos materiais feitos de fibras de papel envolve principalmente três aspectos: (1) quebra das fibras. Quando o calor excessivo faz com que a umidade se separe dos materiais fibrosos, isso acelera ainda mais a fragilização desses materiais. Devido à fragilidade e ao descascamento do papel, sob a influência de vibrações mecânicas, tensões elétricas e outros impactos, podem ocorrer falhas de isolamento, levando a acidentes elétricos. (2) A resistência mecânica dos materiais fibrosos diminui. A resistência mecânica dos materiais fibrosos diminui com o aumento do tempo de exposição ao calor. Quando o aquecimento do transformador faz com que a umidade presente no material isolante seja novamente expelida, o valor da resistência de isolamento pode aumentar; contudo, sua resistência mecânica **diminuirá**, e o papel isolante não conseguirá resistir à ação de forças mecânicas, como correntes de curto-circuito ou cargas de impacto. (3) A contração do próprio material fibroso. Os materiais fibrosos, após se tornarem frágeis, contraiem-se, o que reduz a força de aperto. Isso pode causar movimentos de contração, fazendo com que as bobinas do transformador se desloquem e sofram atrito, o que danifica o isolamento. II. Falhas de isolamento por óleo líquido. Os transformadores com isolamento a óleo líquido foram inventados em 1887 pelo cientista americano Thomson. Em 1892, a empresa General Electric dos Estados Unidos passou a utilizá-los em transformadores elétricos. O isolamento por óleo líquido mencionado aqui refere-se ao isolamento feito com óleo de transformador. Características dos transformadores imersos em óleo: (1) **Aumenta a resistência à isolamento elétrico, reduz a distância de isolamento e diminui o volume do equipamento.** (2) **Melhora a eficiência na transferência de calor e no resfriamento do transformador, aumentando a densidade de corrente permitida nos fios. Isso reduz o peso do equipamento. O calor gerado pelo transformador é transferido para a carcaça do transformador e para os radiadores por meio do ciclo térmico do óleo, o que melhora o nível de resfriamento eficaz.** (3) Devido ao selamento com óleo, o grau de oxidação de algumas peças e componentes internos do transformador é reduzido, o que prolonga sua vida útil. 2 Propriedades do óleo do transformador. O óleo do transformador, em condições de funcionamento, deve possuir propriedades isolantes e de condução térmica estáveis e excelentes. Dentre eles, a resistência isolante tg8, a viscosidade, o ponto de solidificação e o valor de acidez são os principais indicadores das propriedades do óleo isolante. O óleo isolante obtido da destilação do petróleo é uma mistura de vários hidrocarbonetos, resinas, ácidos e outras impurezas. Suas propriedades não são todas estáveis; sob a influência de temperatura, campo elétrico e fotossíntese, ele sofre oxidação contínua. Em condições normais, o processo de oxidação do óleo isolante ocorre de maneira lenta. Se for bem mantido, pode permanecer com as qualidades desejadas por até 20 anos, sem envelhecer. No entanto, a presença de metais, impurezas e gases no óleo acelera o processo de oxidação, fazendo com que a qualidade do óleo piore, sua cor escureça, sua transparência se torne turva, e haja um aumento na quantidade de umidade, ácido e cinzas presentes nele. Tudo isso faz com que as propriedades do óleo se deteriorem. 3 Causas da degradação do óleo do transformador A deterioração da qualidade do óleo do transformador pode ser dividida, conforme seu grau de severidade, em duas fases: poluição e degradação. A poluição ocorre quando água e impurezas se misturam ao óleo. Esses elementos não são produtos da oxidação do óleo. A poluição prejudica as propriedades isolantes do óleo, fazendo com que a intensidade do campo elétrico diminua e o ângulo de perda dielétrica aumente. A degradação é consequência da oxidação do óleo. Claro, essa oxidação não se refere apenas à oxidação dos hidrocarbonetos presentes no óleo puro; as impurezas presentes no óleo aceleram esse processo de oxidação, especialmente partículas metálicas como cobre, ferro e alumínio. O oxigênio provém do ar presente dentro do transformador. Mesmo em transformadores completamente selados, existe uma quantidade de oxigênio equivalente a cerca de 0,25% do volume total. A solubilidade do oxigênio é alta, por isso ele representa uma proporção significativa dos gases dissolvidos no óleo. Quando o óleo do transformador sofre oxidação, a umidade, que atua como catalisador, e o calor, que funciona como acelerador, fazem com que o óleo forme lamas. Os efeitos disso são: sob a ação do campo elétrico, as partículas de precipitado ficam maiores; as impurezas se concentram nas áreas onde o campo elétrico é mais intenso, criando “pontes” condutoras que afetam a isolação do transformador. Além disso, os precipitados não se distribuem uniformemente, formando estruturas alongadas, que podem se alinhar na direção das linhas de energia. Isso, sem dúvida, dificulta a dissipação de calor, acelera o envelhecimento dos materiais isolantes e leva à redução da resistência isolante e ao declínio do nível de isolamento. 4 Processo de deterioração do óleo do transformador. Nos principais estágios da deterioração do óleo, são formados peróxidos, ácidos, álcoois, compostos semelhantes e lodo. Fase inicial de degradação. Os peróxidos formados no óleo reagem com os materiais de fibras isolantes, gerando celulose oxidada. Isso faz com que a resistência mecânica das fibras isolantes diminua, causando fragilidade e contração do isolante. Os ácidos gerados são ácidos graxos de natureza mucosa. Embora sua capacidade de corrosão não seja tão grande quanto a dos ácidos minerais, sua taxa de crescimento e seu impacto nos materiais isolantes orgânicos são consideráveis. Fase de degradação posterior. É a formação de lodo: quando os ácidos corroem materiais como cobre, ferro e vernizes isolantes, ocorre uma reação que gera esse lodo. Trata-se de uma substância condutora, pegajosa e semelhante à asfalto. Ela se dissolve parcialmente em óleo. Sob a ação de um campo elétrico, sua formação acontece rapidamente. Esse lodo se acumula nos materiais isolantes ou nas bordas da caixa do transformador, bem como nos tubos de óleo e nos radiadores de resfriamento. Isso faz com que a temperatura de funcionamento do transformador aumente, reduzindo sua resistência elétrica. O processo de oxidação do óleo é constituído por duas condições reacionais principais; uma delas é o valor de acidez excessivamente alto no transformador, tornando o óleo ácido. Em segundo lugar, os óxidos dissolvidos no óleo se transformam em compostos insolúveis em óleo, o que acaba por deteriorar gradualmente a qualidade do óleo do transformador. 5 Análise da qualidade do óleo de transformadores, avaliação e manutenção (1) Degradação do óleo isolante. Isso inclui mudanças em suas propriedades físicas e químicas, o que faz com que suas propriedades elétricas se deteriorem. Através da análise de parâmetros como o valor de acidez do óleo isolante, a tensão interfacial, a precipitação de resíduos e o valor de acidez solúvel em água, é possível determinar se se trata desse tipo de defeito. O tratamento de regeneração do óleo isolante pode eliminar os produtos resultantes da deterioração do óleo, mas esse processo também pode remover os antioxidantes naturais presentes nele. (2) O óleo isolante fica umedecido devido à entrada de água, já que a água é uma substância fortemente polar. Sob a ação de um campo elétrico, eles se ionizam e se decompondem, o que aumenta a corrente de condução do óleo isolante. Portanto, uma pequena quantidade de umidade pode causar um aumento significativo na perda por meios do óleo isolante. Através do teste de umidade microscópica no óleo isolante, pode-se determinar se o defeito pertence a essa categoria. A filtragem a vácuo sob pressão do óleo isolante geralmente elimina a umidade. (3) Óleo isolante infectado por bactérias microbianas. Por exemplo, durante a instalação do transformador principal ou ao levantar o núcleo, insetos aderidos à superfície dos componentes isolantes e resíduos deixados pelos instaladores, como manchas, podem conter bactérias, contaminando assim o óleo isolante; ou o próprio óleo isolante já pode estar contaminado por microrganismos. Os transformadores principais geralmente operam em ambientes com temperaturas entre 40 e 80°C, o que é muito favorável ao crescimento e à reprodução desses microrganismos. Como a capacidade isolante dos minerais e das proteínas presentes nos microrganismos e em seus excrementos é muito inferior à do óleo isolante, isso faz com que a perda dielétrica do óleo isolante aumente. Esse tipo de defeito é difícil de ser corrigido por meio de métodos de tratamento no local, pois, independentemente do método utilizado, sempre fica uma parte de micróbios remanescente no material isolante sólido. Após o tratamento, o isolamento do transformador principal se recupera um pouco no curto prazo. No entanto, como o ambiente de operação do transformador é muito propício ao crescimento e à reprodução de microrganismos, esses microrganismos remanescentes continuarão a crescer e se multiplicar ano após ano, fazendo com que o isolamento de alguns transformadores principais se degrade progressivamente. (4) A tinta isolante à base de resina alquídica contendo substâncias polares dissolve-se no óleo. Sob a ação do campo elétrico, as substâncias polares sofrem uma polarização por relaxamento dipolar. No processo de polarização alternada, é necessária a dissipação de energia, o que faz com que a perda dielétrica do óleo aumente. Embora a tinta isolante seja curada antes da saída da fábrica, ainda pode haver casos em que o tratamento não seja completo. Após o transformador principal operar por um certo período de tempo, a tinta isolante que não foi tratada adequadamente começa a se dissolver no óleo, fazendo com que suas propriedades isolantes diminuam gradualmente. O momento em que esses defeitos ocorrem está relacionado ao grau de eficácia do tratamento com tinta isolante; é possível obter algum resultado com uma ou duas sessões de adsorção. (5) O óleo contém apenas umidade e impurezas. Esse tipo de poluição não altera as propriedades básicas do óleo. A umidade pode ser removida por meio de secagem; as impurezas podem ser eliminadas por meio de filtração; o ar presente no óleo pode ser removido por meio da criação de vácuo. (6) Uso combinado de dois ou mais tipos diferentes de óleos isolantes. As propriedades do óleo devem estar em conformidade com as normas aplicáveis; o óleo deve ter a mesma densidade, a mesma temperatura de solidificação, a mesma viscosidade e um ponto de inflamação semelhante. Além disso, a estabilidade do óleo após a mistura também deve atender aos requisitos. No caso de óleos degradados após mistura, como a qualidade do óleo se alterou, formam-se substâncias ácidas e lodo. Portanto, é necessário utilizar métodos químicos de regeneração do óleo para separar esses produtos de degradação, a fim de restaurar suas propriedades. III. Isolação e características dos transformadores de resina seca. Os transformadores de resina seca (que aqui se referem aos transformadores com isolação em resina epóxica) são utilizados principalmente em locais que exigem altos padrões de proteção contra incêndios. Como edifícios altos, aeroportos, depósitos de petróleo, etc. 1 Tipos de isolamento à base de resina Os transformadores com isolamento à base de resina epóxi podem ser classificados, de acordo com as características do processo de fabricação, em três tipos: tipo de vazamento a vácuo com mistura de areia de quartzo e epóxi, tipo de vazamento sob diferença de pressão a vácuo reforçado com fibra de vidro sem álcali e epóxi, e tipo de enrolamento com fibra de vidro sem álcali impregnada. (1) Isolação por vazamento a vácuo de mistura de areia de quartzo epóxica. Esse tipo de transformador utiliza areia de quartzo como material de preenchimento para a resina epóxica. As espiras, que foram revestidas com tinta isolante, são colocadas dentro de um molde especial. Em seguida, sob condições de vácuo, é feita a infusão do misturo de resina epóxica e areia de quartzo nas espiras. Como o processo de vazamento dificilmente atende aos requisitos de qualidade – como a presença de bolhas de ar remanescentes, irregularidades locais na mistura e possibilidade de fissuração por tensões térmicas locais –, esses transformadores isolados não são adequados para uso em ambientes úmidos e quentes ou em áreas com grandes variações de carga. (2) Isolamento por vazamento a vácuo reforçado com fibra de vidro epóxi sem álcalis. O reforço com fibra de vidro epóxica sem álcalis consiste no uso de lã de fibra de vidro sem álcalis como isolamento para as camadas intermédias das bobinas. A espessura do revestimento isolante mais externo é geralmente de 1 a 3 mm; esse isolante fino é misturado com uma resina epóxi, e a mistura é então vazada sob alto vácuo para remover as bolhas de ar. Como a espessura do isolamento é pequena, pode haver formação de pontos de descarga elétrica localizada caso o processo de impregnação não seja bem feito. Por isso, é necessário que a mistura da resina seja completa, que a remoção das bolhas de ar seja eficiente, e que se controle adequadamente a baixa viscosidade da resina e a velocidade de vazamento, a fim de garantir uma boa qualidade na impregnação do enrolamento durante o processo. (3) Isolamento por imersão e enrolamento com fibra de vidro sem álcali. No transformador com revestimento e impregnação de fibra de vidro sem álcali, o tratamento de isolamento entre as camadas do enrolamento e a impregnação são realizados simultaneamente à bobinagem. Este processo não requer os moldes de formação de bobinas utilizados nos dois métodos de impregnação mencionados anteriormente; contudo, exige que a viscosidade da resina seja baixa, de modo que não haja a formação de pequenas bolhas de ar durante a bobinagem e a impregnação. Características de isolamento e manutenção dos transformadores de resina. O nível de isolamento dos transformadores de resina não difere significativamente do dos transformadores imersos em óleo. O que é importante são os indicadores relacionados à elevação da temperatura do transformador de resina e às descargas locais. (1) O nível de aumento médio de temperatura nos transformadores de resina é maior do que nos transformadores imersos em óleo. Portanto, é necessário que os materiais isolantes tenham um grau de resistência ao calor ainda maior. No entanto, como o aumento médio de temperatura não reflete a temperatura nos pontos mais quentes dos enrolamentos, se o grau de resistência ao calor dos materiais isolantes for determinado apenas com base nesse aumento médio, ou se houver uma escolha inadequada desses materiais, ou ainda se o transformador de resina operar sob carga excessiva por um longo período, isso afetará a vida útil do transformador. Como a elevação de temperatura medida no transformador geralmente não reflete a temperatura nos pontos mais quentes do mesmo, é recomendável, sempre que possível, verificar esses pontos mais quentes com um termômetro infravermelho, enquanto o transformador está operando sob sua carga máxima. Dessa forma, é possível ajustar a direção e o ângulo dos dispositivos de resfriamento, controlando assim a elevação local da temperatura e garantindo assim o funcionamento seguro do transformador. (2) O grau de descarga local nos transformadores de resina está relacionado a fatores como a distribuição do campo elétrico no transformador, o grau de homogeneidade da mistura de resinas, bem como a presença de bolhas ou rachaduras na resina. O nível de descarga local afeta o desempenho, a qualidade e a vida útil dos transformadores de resina. Portanto, a medição e a verificação da quantidade de descargas locais em transformadores de resina representam uma avaliação abrangente de seu processo de fabricação e de sua qualidade. É necessário realizar testes de medição de descargas locais durante a entrega dos transformadores de resina e após suas manutenções. Com base nas mudanças nas quantidades de descargas locais, é possível avaliar a estabilidade de sua qualidade e desempenho. Com o uso cada vez mais generalizado dos transformadores a seco, ao escolher um transformador, é necessário conhecer bem sua estrutura de fabricação, seu design de isolamento e sua configuração de isolamento. Deve-se optar por produtos cujo processo de produção e sistema de garantia de qualidade sejam adequados, além de terem uma gestão de produção rigorosa e desempenho técnico confiável. Dessa forma, é possível assegurar a qualidade do produto e sua vida útil sob condições de calor intenso, o que, por sua vez, contribui para uma operação segura do transformador e para uma maior confiabilidade no fornecimento de energia. IV. Principais fatores que afetam os defeitos de isolamento dos transformadores Os principais fatores que influenciam o desempenho do isolamento dos transformadores são: temperatura, umidade, método de proteção com óleo e efeitos da sobretensão. 1. Influência da temperatura: Os transformadores elétricos possuem isolamento feito de óleo e papel. Em diferentes temperaturas, existe uma curva de equilíbrio diferente para a quantidade de umidade presente no óleo e no papel. Em geral, à medida que a temperatura aumenta, a umidade presente no papel tende a se separar e ir para o óleo; inversamente, o papel absorve a umidade presente no óleo. Portanto, quando a temperatura é alta, o teor de água em pequenas quantidades no óleo isolante do transformador é maior; inversamente, quando a temperatura é baixa, esse teor é menor. Em diferentes temperaturas, o grau de desanelamento e quebra das cadeias celulósicas, juntamente com a geração de gases, varia. A uma determinada temperatura, a taxa de produção de CO e CO₂ permanece constante; ou seja, a concentração desses gases no óleo segue uma relação linear com o tempo. À medida que a temperatura aumenta, a taxa de produção de CO e CO₂ tende a crescer de maneira exponencial. Portanto, a concentração de CO e CO₂ no óleo está diretamente relacionada ao envelhecimento térmico do papel isolante. As variações nessas concentrações podem ser utilizadas como um dos critérios para determinar se há anormalidades nas camadas de papel presentes nos transformadores selados. A vida útil do transformador depende do grau de envelhecimento do isolamento, e o envelhecimento do isolamento, por sua vez, depende da temperatura de operação. Em um transformador imerso em óleo, sob carga nominal, a elevação média da temperatura dos enrolamentos é de 65°C, enquanto a elevação da temperatura no ponto mais quente é de 78°C. Se a temperatura ambiente média for de 20°C, então a temperatura no ponto mais quente será de 98°C. Nessa temperatura, o transformador pode funcionar por 20 a 30 anos. No entanto, se o transformador operar sob carga excessiva, a temperatura aumenta, o que acelera a redução de sua vida útil. A Comissão Eletricista Internacional (IEC) considera que, nos transformadores com isolamento de classe A, em uma faixa de temperatura de 80 a 140°C, a cada aumento de 6°C na temperatura, a velocidade de redução da vida útil efetiva do isolamento do transformador dobra. Isso é o que se chama de “regra dos 6°C”. Isso significa que as restrições relacionadas ao calor são mais rigorosas do que as previstas pela regra anterior, que era de 8°C. 2. Influência da umidade: A presença de umidade acelera a degradação da celulose do papel. Portanto, a geração de CO e CO₂ também está relacionada ao teor de umidade dos materiais celulósicos. Quando a umidade é constante, quanto maior o teor de água, mais CO₂ é produzido durante a decomposição. Por outro lado, quanto menor for o teor de umidade, mais CO será produzido durante a decomposição. A pequena quantidade de umidade presente no óleo isolante é um dos fatores importantes que afetam as propriedades de isolamento. A presença de pequenas quantidades de umidade no óleo isolante causa grandes danos às propriedades elétricas e físico-químicas do meio isolante. A umidade pode fazer com que a tensão de descarga por faísca do óleo isolante diminua, além de aumentar o fator de perda do meio isolante, tgδ. Isso acelera o envelhecimento do óleo isolante, levando à deterioração de suas propriedades isolantes. Além disso, quando os equipamentos se umedecem, isso não só reduz a confiabilidade e a vida útil dos equipamentos elétricos, mas também pode causar danos aos mesmos e até colocar em risco a segurança das pessoas. 3. Influência do método de proteção com óleo: A presença de oxigênio no óleo do transformador acelera as reações de decomposição do isolante, e a concentração de oxigênio está relacionada ao método de proteção utilizado. Além disso, diferentes métodos de proteção do tanque fazem com que o CO e o CO₂ se dissolvam e se difundam no óleo de maneiras distintas. Como a solubilidade do CO é baixa, o CO presente nos transformadores abertos tende a se difundir para a área acima do nível do óleo. Por isso, em geral, a fração volumétrica de CO nos transformadores abertos não excede 300x10-6. Nos transformadores selados, como a superfície do óleo fica isolada do ar, o CO e o CO₂ não evaporam facilmente; por isso, suas concentrações são elevadas. 4 Efeitos da sobretensão ① Efeitos da sobretensão transitória. A tensão entre as fases e o terra, gerada durante o funcionamento normal de um transformador trifásico, corresponde a 58% da tensão entre as fases. Porém, em caso de falha monofásica, a tensão no isolamento principal aumenta 30% nos sistemas com neutro aterrado e 73% nos sistemas sem neutro aterrado, podendo assim danificar o isolamento. ② Efeitos da sobretensão devido a raios. A sobretensão causada por relâmpagos, devido à forma acentuada da onda, provoca uma distribuição muito desigual da tensão nos isolamentos longitudinais (entre espiras, entre fios e no próprio isolante). Isso pode deixar marcas de descarga no isolante, levando assim à sua destruição. ③ Efeitos da sobretensão operacional. Como a forma de onda da tensão de operação é bastante suave, a distribuição da tensão é aproximadamente linear. Quando a onda de tensão de operação se transfere de um enrolamento para outro, ela varia proporcionalmente ao número de espiras entre esses dois enrolamentos. Isso pode causar o deterioramento e a destruição do isolamento principal ou do isolamento entre fases. 5. Efeito da força eletromotriz em curto-circuito: A força eletromotriz que ocorre durante um curto-circuito nas saídas pode causar deformação nos enrolamentos do transformador e deslocamento dos fios, alterando assim a distância de isolamento original. Isso faz com que o isolante se aqueça, acelerando seu envelhecimento ou causando danos que levam a descargas elétricas, arcos elétricos e falhas por curto-circuito. Em resumo, o conhecimento das propriedades de isolamento dos transformadores elétricos, bem como a manutenção adequada deles, afeta diretamente o funcionamento seguro desses equipamentos, sua vida útil e a confiabilidade do fornecimento de energia. Os transformadores elétricos são equipamentos importantes e essenciais nos sistemas elétricos. Portanto, os profissionais responsáveis pela sua operação e manutenção devem conhecer e dominar a estrutura de isolamento dos transformadores, as propriedades dos materiais utilizados, a qualidade da fabricação, os métodos de manutenção e as técnicas de diagnóstico científico. Somente assim é possível garantir a eficiência no uso dos transformadores, sua vida útil e a confiabilidade do fornecimento de energia. http://bbs.bjx.com.cn/data/attachment/forum/201611/03/13240151ecchb158w2ehe1.jpg