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FIEE Elétrica 2007
.Power Transmission and Distribution
Ferramentas para o Monitoramento da Vida Útilde Transformadores
FIEE Elétrica 2007
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O transformador é o componente mais crítico de uma subestação
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1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
Year
Núm
ero
de E
xplo
sões
Crescimento exponencial de explosões
Sergi – “Transformer Explosions in the United States”
Média da idade dos transformadores dos EUA: 39 anos
Média da idade dos transformadores brasileiros: ~29 anos
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19 73 19 78 19 8 3 19 8 8 19 9 3 19 9 8 2 0 0 3 2 0 0 8 2 0 13
…acompanhando o envelhecimento e o fim da vida útil
William H. Bartley P.E., Hartford Steam Boiler Inspection & Insurance Co., "Life Cycle Management of Utility Transformer Assets,"
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- Isolação Sólida (papel, papelão, madeiras, etc.)
- Fluido Isolante
Principais grupos de materiais de um transformador:
- Cobre
- Aço Silício (núcleo)
- Aço Carbono (tanque e ferragens internas estruturais)
Envelhecimento lento
Envelhecimento mais acelerado
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Fatores que influenciam o envelhecimento do material isolante:
- Qualidade dos materiais / Fornecedores qualificados
- Estocagem e manuseio da matéria prima
- Processo de secagem durante a produção
- Preservação da parte ativa durante armazenagem e transporte
Envelhecimento precoce
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Fatores que influenciam o envelhecimento do material isolante:
Envelhecimento no decorrer da operação
-Ar / oxigênio
-Umidade
-Temperatura
-Contaminação
-Estresses elétricos e mecânicos
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Principais objetivos do gerenciamento da vida do transformador:
-avaliar continuamente o seu estado operacional;
-aumentar a confiabilidade;
-auxiliar no planejamento da manutenção;
-reduzir custos operacionais;
-reduzir riscos;
-evitar falhas catastróficas.
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Recursos utilizados:
-Criação de “fingerprints”
Testes de fábrica adicionais aos rotineiros
Gases dissolvidos no óleo DGA (antes/após dielétricos e elev. de temp.)
Propriedades Físico-químicas do óleo (antes e após ensaios)
Resposta dos ensaios dielétricos
Capacitância e fator de potência
Resistência do isolamento (núcleo e enrolamentos)
Análise da resposta em freqüência
GP após o processo de secagem da parte ativa
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Recursos utilizados:
-Criação de “fingerprints”
Testes de comissionamento
Avaliação dos registros de impactos
Histórico dos dados
-1,0
-0,75
-0,5
-0,25
0,0
+0,25
+0,5
+0,75
+1,0
0,0 0,013 0,025 0,038 0,05 0,063 0,075 0,088 0,1 0,113 0,125
g
Seconds
Event 8 from ShockLog recorder 14004 logged at 03.10.2006 09:44:08X Y Z
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Recursos utilizados:
-Transformador em serviço
Monitoramento on-line detecta os primeiros sinais de uma provável falha
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Recursos utilizados:
-Transformador em serviço
Análise do óleo isolanteGases dissolvidos - DGA
Físico-químicos
2-Fal
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Recursos utilizados:
-Transformador em serviço
Emissão acústica
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Recursos utilizados:
-Transformador em serviço
Termografia infravermelho
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Recursos utilizados:
-Transformador em serviço
Principais vantagens
Redução do custo de manutenção
Evita perda de receita pela indisponibilidade
Evita riscos de danos nos equipamentos
Evita riscos de acidentes pessoais
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Recursos utilizados:
-Transformador fora de serviço
Vários testes realizados em fábrica, hoje em dia, também podem ser executados no campo, destacando:Descargas parciais
Medição de perdas a vazio e em carga com medição da impedância
Medição da vibração e nível de ruído
Análise em freqüência
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Recursos utilizados:
-Transformador fora de serviço - Unidade móvel para testes em campo
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador:
- Gases dissolvidos no óleo - DGA
►amplamente utilizado (métodos e diagnósticos consagrados)
►detecta -pontos quentes
-descargas parciais
-degradação da celulose
-aquecimento localizado em partes metálicas
-vazamento do compartimento do comutador
-efeito de tintas e vernizes sobre o óleo
►não permite localização
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador:
- Gases dissolvidos no óleo - DGA
►avaliar tendência
vantagem para o monitoramento on-line
►limitações – principais efeitos que perturbam a correta avaliação
-procedimento de amostragem incorreto
-recipientes contaminados / inadequados
-tempo (vida útil) da amostra / transporte
-processamento da amostra incorreto
vantagem para o monitoramento on-line
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador:
-2-FALAnalisado em conjunto com DGA e Físico-química é atualmente a principal fonte não invasiva de informação do envelhecimento do material isolante.
Envelhecimento da isolação sólida ≡ decomposição da celulose
Diminuição do grau de polimerização (GP)
Origem a subprodutos, entre eles compostos furânicos
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador:
-2-FALExiste uma correlação entre 2-Fal e GP (grau de polimerização). Esta correlação é influenciada por:
- Temperatura
- Umidade
- Oxigênio
- Ácidos
- Tipo do óleo (inibido / não-inibido)
- Tipo do papel (kraft / termo-estabilizado)
- Relação óleo/papel da parte ativa.
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador:
-2-FAL
Os procedimentos de manutenção também influenciam nos valores de 2-FAL
Tratamentos e/ou trocas de óleo reduzem os valores de 2-FAL
Novo equilíbrio dos valores 2-FAL após aprox. 6 meses
As taxas de crescimento são tão importantes quanto os valores absolutos
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador:
-2-FAL
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador:
- Análise estatística
Aplica de ferramentas que utilizam inteligência artificial (redes neurais e lógica fuzzy)
Correlaciona dados entre unidades idênticas ou similares.Classifica os transformadores analisados
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador:
- Análise estatística
Exemplode
classificação
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Principais análises utilizadas na avaliação da vida do transformador:
- Análise estatística
Grande quantidade de dados
Monitoramento on-line com política de armazenamento de informações.
Modelos de engenharia para utilizar os dados adequadamente.
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Principal ferramenta para o gerenciamento da vida do transformador é:
Monitoramento on-line
- avalia continuamente o seu estado operacional,- aumenta a confiabilidade,- auxilia no planejamento da manutenção,- reduz custos operacionais,- reduz riscos,- evita falhas catastróficas,- armazena adequadamente uma grande quantidade da dados.
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Temp óleosup/inf
TempEnrolamento
Temperaturaambiente
Monit. do OLTC
Gases no óleo
Fluxo óleo
Condiçãodas buchas
Tensão, corrente
Umidade óleo
Nível de óleo
Fluxo ar
Intranet
Monitoramento de transformadores
Sistema especialista
localizado na sala de controle- Subestação -
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Arquitetura
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Manipulação eficiente do banco de dados:captura de 3 valores ao invés de 24.
Tem
per
atu
ra
Apenas dados significantes são capturados
Tempo
V1
V3
V2
Estratégia de Armazenamento de Dados
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Análise Estatística
+F1, +F2-F1, -F2
A análise estatística écriada durante um período definido de aprendizado - Média, Desvio Padrão da população com 95% de intervalo de confiança.
Alterações bruscas nos valores da média e do desvio padrão são monitoradas com o objetivo de detectar mudanças de comportamento.
Esse sistema é capaz de aprender, baseado nos dados históricos, evitando falsos alarmes e podendo detectar mudanças estatísticas significativas, a tempo de que limites severos sejam alcançados
+F1, +F2-F1, -F2
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A
T
Esses parâmetros podem ser estabelecidos usando:1. Normas reconhecidas pela indústria, tais como os padrões
IEEE / ANSI.2. Cálculos baseados na avaliação off-line das condições ou
na história da unidade, como DGAs anteriores ou resultados de testes.
3. Níveis definidos pelo usuário
Critério de avaliação por tendências
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siemens@siemens.com
Sistema de Monitoramento e Diagnóstico de Transformadores
O SISTEMA DE MONITORAMENTO E DIAGNÓSTICO DE TRANSFORMADORES DA SIEMENS DETECTOU OCORRÊNCIA QUE DEMANDA ATENÇÃO IMEDIATA
DETALHES NO ENDEREÇO: www.siemens-stms.com.br
Envio de e-mails
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Diagnósticos
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Fluxograma de dados
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Exemplo: Modelo de capacitância de buchas
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Exemplo: Modelo de capacitância de buchas
Histórico de problemas no OLTC?
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Histórico de sobretensões?
Exemplo: Modelo de capacitância de buchas
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Histórico de gases ok?
Exemplo: Modelo de capacitância de buchas
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Sobrecarga ok?
Exemplo: Modelo de capacitância de buchas
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Visualização de gráficos múltiplos
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Análise de gases on-line:
Evolução da falha
Visualização de gráficos específicos
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Modelos de engenharia implementados
• Umidade na isolação
• Desvio relativo da capacitância das buchas
• Sobretensão
• Modelo técnico-econômico
• Modelo térmico
• Modelo LOAD-GUIDE
• Modelo de perda de vida e envelhecimento relativos
• Monitoramento do OLTC
• Modelo para taxa de hidrogênio dissolvido no óleo (Hydran)
• Modelo para cromatografia on-line (8 gases ou 3 gases –Triângulo de Duval)
• Volume de óleo
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Sensores - Gases
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Page 44 Abril - 2007 Power Transmission and Distribution / TLMAlaor Scardazzi
Sensores - Umidade
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Page 45 Abril - 2007 Power Transmission and Distribution / TLMAlaor Scardazzi
Sensores – Temperatura (óleo, ambiente e enrolamento)
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Page 46 Abril - 2007 Power Transmission and Distribution / TLMAlaor Scardazzi
Sensores - Buchas
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Muito obrigado pela atenção
alaor.scardazzi@siemens.com
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