NBR7274-2012 - Interpretação da análise dos gases de serviço.pdf

NORMABRASILEIRA

ABNT NBR7274

Segunda edio05.01.2012

Vlida a partir de05.02.2012

Interpretao da anlise dos gases detransformadores em servio/nterpretation of gas ana/ysis of in service transformers

ICS 29.040.20 ISBN 978-85-07-03219-9

ASSOCIAOBRASILEIRADE NORMASTCNICAS

Nmero de refernciaABNT NBR 7274:2012

18 pginas

ABNT 2012

Acesso realizado pelo sistema Target GEDWEB de uso exclusivo de CHESF - CIA HIDRO ELTRICA DO SO FRANCISCO em 03/07/2012.

ABNT NBR 7274:2012

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Sumrio

ABNT NBR 7274:2012

Pgina

Prefcio iv1 Escopo 12 Referncias normativas 13 Termos, definies e abreviaturas 13.1 Termos e definies 13.2 Abreviaes 34 Mecanismo de formao de gases 34.1 Decomposio do leo 34.2 Decomposio da isolao celulsica 44.3 Outras fontes de gs 45 Identificao de defeitos 45.1 Composio dos gases dissolvidos 55.2 Diagnstico com base na anlise de gases dissolvidos no leo 55.2.1 Evoluo de gases em equipamentos em incio de operao 55.2.2 Importncia de uma nova coleta para confirmao de resultados 55.2.3 Limitao da metodologia do diagnstico 65.3 Tipos de defeitos 65.4 Relaes bsicas dos gases 75.5 Relao C02/CO 85.6 Relao 02/N2 85.7 Relao C2H21H2 85.8 Hidrocarbonetos Ca 95.9 Evoluo de defeitos 95.10 Representao grfica 96 Condies para clculo das relaes 96.1 Examinando os valores da anlise de gases dissolvidos 96.2 Incerteza nas relaes de gases 107 Aplicao para gases livres em reis de gases 108 Nvel de concentrao de gs em servio 128.1 Probabilidade de falha em servio 128.1.1 Geral 128.1.2 Mtodos de clculo 128.2 Valores tpicos de concentrao 128.2.1 Geral 128.2.2 Mtodos de clculos 138.2.3 Escolha das porcentagens de normalidade 138.3 Valores de alarme 138.4 Taxa de evoluo de gases 139 Mtodo recomendado para a interpretao da anlise de gases dissolvidos 141O Relatrio 15Anexo A (informativo) Figuras 16

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A.1 Avaliao de gs-chave 16A.2 Representao grfica das relaes de gases 17Bibliografia 18

FigurasFigura A.1 - Representao grfica da relao de gases (Tabela 2) 16Figura A.2 - Representao grfica (3D) da relao de gases (Tabela 2) 17

TabelasTabela 1 - Abreviaes 6Tabela 2 - Tabela de interpretao de anlise de gases dissolvidos 7Tabela 3 - Coeficientes de Ostwald para vrios gases em leo mineral isolante 11

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Prefcio

A Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) o Foro Nacional de Normalizao. As NormasBrasileiras, cujo contedo de responsabilidade dos Comits Brasileiros (ABNT/CB), dos Organismosde Normalizao Setorial (ABNT/ONS) e das Comisses de Estudo Especiais (ABNT/CEE), soelaboradas por Comisses de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos,delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratrios e outros).

Os Documentos Tcnicos ABNT so elaborados conforme as regras da Diretiva ABNT, Parte 2.

A Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) chama ateno para a possibilidade de quealguns dos elementos deste documento podem ser objeto de direito de patente. A ABNT no deve serconsiderada responsvel pela identificao de quaisquer direitos de patentes.

A ABNT NBR 7274 foi elaborada no Comit Brasileiro de Eletricidade (ABNT/CB-3), pela Comissode Estudo de leos Minerais isolantes (CE-03:01 0.1 O). O Projeto circulou em Consulta Nacionalconforme Edital n 09, de 09.09.2011 a 07.11.2011, com o nmero de Projeto ABNT NBR 7274.

Esta segunda edio cancela e substitui a edio anterior (ABNT NBR 7274:1982), a qual foi tecnica-mente revisada.

O Escopo desta Norma Brasileira em ingls o seguinte:

Scope

This Standard describes how the concentrations of dissolved gases or free gases may be interpretedto diagnose the condition of oil-filled electrical equipment in service and suggest future action.

The dissolved gases in the oil samples can be extracted and analyzed in accordance with theNBR 7070 or other adequate technology.

ABNT

This Standard is applicable to electrical equipment filled with mineral insulating oil and insulated withcellulosic paper or pressboard-based solid insulation.

In any case, the indications obtained should be viewed only as guidance and any resulting actionshould be undertaken only with proper engineering judgment.

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NORMA BRASILEIRA ABNT NBR 7274:2012

Interpretao da anlise dos gases de transformadores em servio

1 EscopoEsta Norma descreve como a concentrao de gases livres ou dissolvidos pode ser interpretada paradiagnosticar as condies de equipamentos eltricos em servio e sugerir aes futuras.

Os gases dissolvidos em amostras de leo mineral isolante podem ser extrados e analisados deacordo com a ABNT NBR 7070, ou outra metodologia apropriada.

Esta Norma aplicvel aos equipamentos eltricos preenchidos com leo mineral isolante e isoladoscom papel ou papelo, ambos celulsicos.

Em todos os casos, as indicaes obtidas so orientativas e as aes resultantes devem ser estudadas.

2 Referncias normativasOs documentos relacionados a seguir so indispensveis aplicao deste documento. Para refern-cias datadas, aplicam-se somente as edies citadas. Para referncias no datadas, aplicam-se asedies mais recentes do referido documento (incluindo emendas).ABNT NBR 7070, Amostragem de gases e leo mineral isolante de equipamentos eltricos e anlisedos gases livres e dissolvidos

ABNT NBR 15349, leo mineral isolante - Determinao de 2-furfural e seus derivados

3 Termos, definies e abreviaturasPara os efeitos deste documento, aplicam-se os seguintes termos, definies e abreviaturas.

3.1 Termos e definies

3.1.1defeitoocorrncia no planejada em um equipamento, cujo resultado pode ser uma ou mais falhas em umequipamento isolado ou em outro equipamento associado

NOTA Em um equipamento eltrico, um defeito pode ou no resultar em danos na isolao e em falha doequipamento.

3.1.2defeito sem danosdefeito que no envolve reparos ou aes de troca no local do defeito

NOTApapel.

Exemplos tpicos so arcos autoextinguveis em disjuntores ou aquecimento sem carbonizao do

3.1.3defeito com danodefeito que envolve reparos ou aes de troca no local do defeito

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3.1.4ocorrnciaevento relacionado como falha interna temporria ou permanente, com o equipamento operandonormalmente. Podem ser citados como exemplo atuao do alarme de gs ou vazamento

3.1.5falhaevento resultante de um defeito com danos ou incidente externo, exigindo retirada, reparo ou troca doequipamento como, por exemplo, a ocorrncia de um arco interno, ruptura do tanque, fogo ou exploso

3.1.6defeito eltricodescarga ou disrupo atravs da isolao

3.1.7descarga parcialdescarga que somente atravessa parcialmente a isolao entre condutores. Ela pode ocorrer dentroda isolao ou adjacentemente a um condutor3.1.8coronaforma de descarga parcial que ocorre em um meio gasoso ao redor de um condutor. Esse termo nopode ser usado, de forma geral, para todos os tipos de descarga parcial

3.1.9cera Xmaterial slido formado a partir do leo mineral isolante, como resultado de descargas eltricas.Consiste em fragmentos polimerizados de molculas do lquido original. Produtos semelhantes podemser formados em outros lquidos sob condies similares

3.1.10centelhamento de baixa energiadevido a metais ou potenciais flutuantes (por exemplo), pode ser descrito como descargas parciais,mas deve ser considerado como descargas de baixa energia

3.1.11descarga disruptivadescarga que se verifica quando um meio isolante submetido a um gradiente de potencial maior doque sua rigidez dieltrica. tambm descrita como arco, disrupo ou curto-circuitoNOTA Dependendo da quantidade de energia envolvida na descarga, ela descrita como de alta ou debaixa energia, com base na extenso do dano causado ao equipamento.

3.1.12falha trmicaelevao excessiva da temperatura na isolao, que pode ser causada por refrigerao deficiente,corrente excessiva de circulao nas adjacncias de partes metlicas (como resultado de mau contato,correntes parasitas ou de circulao), correntes excessivas circulando atravs da isolao (comoresultado de altas perdas dieltricas), levando falha trmica, sobreaquecimento de enrolamentointerno ou no "Iead' de conexo da bucha

3.1.13valores tpicos de concentrao de gsconcentrao de gases normalmente encontrados em equipamentos em servio, sem sintomas de falhas

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NOTA Os valores tpicos podem diferir em diferentes tipos de equipamentos e em diferentes sistemas,dependendo das prticas de operao (nveis de carregamento, clima etc.)

3.2 Abreviaes

AGO - Anlise de gases dissolvidos

COC - Comutador de derivao em carga

CIGRE - Conferncia internacional dos grandes sistemas eltricos

NO - No detectado

S - Limite de deteco analtico

Tap - ponto de conexo ao longo de um enrolamento do transformador, que permite que umdeterminado nmero de espiras seja selecionado.

4 Mecanismo de formao de gases

4.1 Decomposio do leo

leos minerais isolantes so feitos de uma mistura de diferentes hidrocarbonetos contendo CH3, CH2e grupos CH mantidos unidos pelas ligaes moleculares carbono-carbono. A ciso de algumas dasligaes C-H e C-C pode ocorrer como um resultado de falhas trmicas ou eltricas, com a formaode pequenos fragmentos instveis, na forma inica ou de radicais, como H, CH3, CH2, CH ou C (entremuitas outras formas mais complexas), que se recombinam rapidamente, em molculas gasosas comohidrognio (H-H), metano (CH3-H), etano (CH3-CH3), etileno (CH2=CH2) ou acetileno (CH=CH).Hidrocarbonetos gasosos C3 e C4, bem como partculas slidas de carbono e hidrocarbonetospolimricos (cera X) so outras possveis recombinaes. Os gases formados dissolvidos em leoou acumulados como gases livres (se produzidos rapidamente em grandes quantidades) podem seranalisados de acordo com a ABNT NBR 7070 ou outra metodologia apropriada.

Falhas de baixa energia, como as descargas parciais de tipo plasma frio (efeito corona), favorecemuma ciso da ligao C-H (338 kJ/mol) atravs das reaes de ionizao e o acmulo de hidrogniocomo a principal recombinao gasosa. Uma maior quantidade de energia e/ou alta temperatura necessria para a ciso das ligaes C-C e sua combinao em gases com ligao simples C-C(607 kJ/mol), ligaes duplas C=C (720 kJ/mol) ou ligaes triplas C=C (960 kJ/mol), segundoprocessos similares queles encontrados na indstria de craqueamento de petrleo.

A formao de etileno mais favorecida do que etano e metano em temperaturas acima de 500C(embora ainda presentes em pequenas quantidades). Acetileno requer temperaturas de 800 c a1 200C e um rpido decrscimo a temperaturas mais baixas, de forma a permanecer como umproduto de recombinao estvel. Acetileno formado em quantidades significativas, principalmentena ocorrncia de arco eltrico, quando um canal condutivo ionizado est a milhares de graus Celsiuse a interface com o leo ao redor necessariamente abaixo de 400C (na qual o leo vaporizacompletamente), com uma camada de vapor de leo/gases de decomposio entre elas. Acetilenopode ainda ser formado em temperaturas mais baixas 800C), mas em muito menor quantidade.Partculas de carbono formam-se de 500 C a 800C e so observadas aps um arco no leo ou aoredor de pontos quentes.

O leo pode se oxidar com a formao de pequenas quantidades de CO e C02, que s atingemvalores significativos se acumulados por grandes perodos de tempo.



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4.2 Decomposio da isolao celulsica

As cadeias polimricas da isolao slida celulsica (papel, papelo prensado, blocos de madeira)contm um grande nmero de anis de glucose anidra e frgeis ligaes C-O e ligaes glicosdicasque so termicamente menos estveis que as ligaes hidrocarbnicas do leo e, portanto, se decom-pem a temperaturas mais baixas. Uma taxa significativa de ciso das cadeias polimricas ocorre atemperaturas superiores a 105 c, com a completa decomposio e carbonizao acima de 300 oCoUma quantidade maior de CO e C02, bem como gua, formada mesma temperatura que os com-postos provenientes da oxidao do leo, junto com quantidades menores de gases hidrocarbnicose compostos furnicos. Estes ltimos podem ser analisados conforme a ABNT NBR 15349, usadoscomo complemento na interpretao da AGD e podem confirmar se a isolao celulsica est ou noenvolvida na falha. A formao de CO e C02 aumenta no somente com a temperatura mas tambmcom o teor de oxignio no leo e o teor de umidade no papel.

4.3 Outras fontes de gs

Gases podem ser gerados, em alguns casos, no como um resultado de um defeito no equipamento,mas atravs de oxidao ou outra reao qumica envolvendo ao, superfcies no pintadas ou reves-timentos de proteo.

Hidrognio pode ser produzido pela reao do ao com gua enquanto o oxignio est disponvel noleo. Grandes quantidades de hidrognio tm sido reportadas em alguns transformadores que nohaviam ainda sido energizados. Hidrognio pode tambm ser formado pela reao da gua livre comrevestimentos especiais de superfcies metlicas, como galvanizadas, ou por reao cataltica dealguns tipos de ao inox com leo, em particular leo contendo oxignio dissolvido em elevadas tem-peraturas. Hidrognio tambm pode ser formado em aos inox novos, absorvido durante o processode manufatura, ou produzido por solda e liberado lentamente no leo.

Hidrognio tambm pode ser formado pela decomposio de um fino filme de leo entre duas lminasdo ncleo superaquecidas a 140 C ou mais.

Gases podem ser produzidos por exposio do leo luz solar ou formado durante o reparo do equi-pamento.

Pintura interna de transformadores, como as de resinas alqudicas, epxi monocomponente e poliure-tanos modificados contendo cidos graxos em sua formulao, pode tambm gerar gases.

Mesmo considerando a utilizao de esquemas de pintura adequados, a cura ou secagem incompletapode gerar quantidades significativas de hidrognio, monxido e dixido de carbono no incio de ope-rao do equipamento.

Estas ocorrncias, entretanto, no so muito usuais e podem ser detectadas em equipamentos novosainda no energizados e em ensaios de compatibilidade de materiais. A presena de hidrognio natotal ausncia de hidrocarbonetos gasosos, por exemplo, pode ser uma indicao de problema seme-lhante.

5 Identificao de defeitosQualquer formao de gases em servio, mesmo mnima, resulta em estresse de alguma forma,mesmo que suave, como o envelhecimento devido temperatura de operao. De qualquer forma,enquanto a formao de gases estiver abaixo dos valores tpicos, isto no pode ser considerado



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como uma indicao de defeito, mas preferencialmente uma "formao de gs tpica" (ver Figura A.1).A observao por comparao dos nveis de gerao de gases de equipamentos com mesmo projeto,fabricante e construdos com materiais de mesma poca de fabricao tambm fornece indicaesde defeitos.

5.1 Composio dos gases dissolvidos

Ainda que a formao de alguns gases seja favorecida, dependendo da temperatura e da energiacontida no defeito (ver 4.1), na prtica misturas de gases so quase sempre obtidas. Uma razo termodinmica, embora minimizada. H a formao de gases secundrios, apesar de em menoresquantidades. Modelos termodinmicos existentes, derivados da indstria de petrleo, entretanto, nopodem predizer precisamente a composio dos gases formados, porque eles no correspondem aoequilbrio gs/temperatura ideal, o qual no existe na regio do defeito. Grandes gradientes de tempe-ratura, na prtica, podem ocorrer como resultado do fluxo de leo ou vaporizao em contato com umasuperfcie aquecida, particularmente no caso de arco de potncia, que transfere grande quantidade decalor para o vapor de leo e o gs de decomposio na camada entre o arco e o leo, provavelmenteexplicando o aumento da formao de etileno observado em adio ao acetileno formado. Alm disso,modelos termodinmicos no se aplicam ao papel que inevitavelmente gera carbono acima dos 300 oCoGases podem ser formados em regies distintas dentro do equipamento, originados por defeitos dis-tintos, e podem influenciar o diagnstico final.

5.2 Diagnstico com base na anlise de gases dissolvidos no leo

5.2.1 Evoluo de gases em equipamentos em incio de operao

Um equipamento novo que se encontra operando dentro dos seus primeiros dois anos de operao,normalmente apresenta taxas de crescimento mensais dos gases combustveis (TGC) maiores,se comparado a outro equipamento similar exposto ao mesmo regime operacional e com mais de doisanos de operao. Aps este perodo observa-se que, em mdia, estas taxas voltam a ser mais com-patveis. Este aspecto deve ser considerado quando comparado com as anlises cromatogrficas deequipamentos de uma mesma famlia, sendo gerados valores-limites e grficos com as evolues nasconcentraes de cada gs combustvel (curvas tpicas por famlia de equipamento e por perodo deoperao). Equipamentos desgaseificados ou com carga de leo substituda por outra desgaseificadaapresentam perfil de gases dissolvidos similar aos dos equipamentos novos energizados durante osseus dois primeiros anos de operao, devendo ser reamostrados para anlises cromatogrficas comperiodicidade inferior ao normalmente adotado para os demais equipamentos, pelo menos durante osprimeiros 12 meses. Alm disso, periodicidades menores para coletas de amostras cromatogrficas deequipamentos devem ser adotadas quando, por exemplo, tiver sobrecarga, ocorrncias de sobreten-ses, curtos-circuitos ou outras condies impostas pelo sistema, equipamentos durante o perodo degarantia (novos ou reparados), suspeitas de problemas internos no equipamento e outras condiesde menor incidncia.

5.2.2 Importncia de uma nova coleta para confirmao de resultados

No recomendado emitir um parecer conclusivo do estado operacional de um equipamento combase apenas em uma nica amostra, pois a prtica revela vrios casos de erros do tipo e deficinciano processo de coleta da amostra de leo, por exemplo, falta de limpeza do ponto de amostragem, comgerao elevada de hidrognio (com diagnstico representativo apenas para o leo retido no pontode amostragem), retirada da amostra do prprio comutador e no do tanque principal do equipamentoassociado, contaminaes no processo de anlise no laboratrio etc.



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5.2.3 Limitao da metodologia do diagnstico

De forma geral, observa-se maior eficincia da cromatografia quando ocorrem problemas internos noequipamento com evolues relativamente lentas, por exemplo, ponto quente ou sobreaquecimento deconexo ou outros cuja evoluo no cause um risco iminente de falha do equipamento, por exemplo,corrente de circulao do ncleo para a carcaa ou descargas de pontos da ferragem para a carcaa.Defeitos com evolues rpidas e com graves repercusses para o equipamento (por exemplo, curto-circuito entre espiras ou outras falhas associadas a solicitaes feitas pelo sistema acima do nvel desuportabilidade do equipamento, danificando a isolao entre enrolamentos) ou deles para a carcaano so normalmente diagnosticados preditivamente pela cromatografia, por que normalmente estoassociados a fatores externos.

5.3 Tipos de defeitos

Inspees internas de equipamentos avariados frequentemente levam s seguintes classes de falhasdetectveis visualmente, (ver Tabela 1):

descargas parciais (DP) do tipo plasma frio (corona), resultando em possvel cera X depositadano isolamento celulsico ou do tipo centelhamento, induzindo perfuraes carbonizadas no papel,que podem no ser facilmente visualizadas;

centelhamento (C1) ocorre entre partes metlicas na forma de ruptura dieltrica de alta densidadede ionizao;

descargas de baixa energia (D1), em leo e/ou papel, evidenciada pela larga carbonizaoperfurante atravs do papel, carbonizao da superfcie do papel (trilha) ou partculas de carvono leo (como na operao de mudana de tap do comutador);

descargas de alta energia (D2), em leo e/ou papel, com potncia evidenciada pela extensivadestruio e carbonizao do papel, fuso do metal, extensiva carbonizao do leo e, em algunscasos, atuao da proteo do equipamento, confirmando a alta corrente;

sobreaquecimento, no leo e/ou papel, abaixo de 300 DC, o papel torna-se escurecido (T1); acimade 300 DC, o papel apresenta-se carbonizado (T2);

sobreaquecimento de temperatura acima de 700 DC (T3), h evidncia de carbonizao do leo,colorao do metal (800 De) ou fuso do metal (> 1 000 DC).

Tabela 1 - Abreviaes

DP

C1

D1

D2

T1

T2

T3



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5.4 Relaes bsicas dos gases

Cada uma das sete classes de defeitos conduz para uma caracterstica-padro da composio dehidrocarbonetos gasosos, a qual pode ser traduzida para uma tabela de interpretao de anlise degases dissolvidos, como a recomendada na Tabela 2 e baseada no uso de trs relaes bsicas degases:

Tabela 2 - Tabela de interpretao de anlise de gases dissolvidos

Caso Falha caracterstica

DP Descargas parciaisC1 CentelhamentoD1 Descargas de baixa energiaD2 Descargas de alta energiaT1 Sobreaquecimento t < 300CT2 Sobreaquecimento 300C < t < 700CT3 Sobreaquecimento t > 700C

C2 H2 CH4 C2 H4-- -- --

C2 H4 H2 C2 H6

NS < 0,1 < 0,20-0,6 0,1 - 1 < 1

> 1 0,1 - 0,5 > 10,6 - 2,5 0,1 - 1 >2

< 0,01 > 1 < 1

< 0,1 > 1 1 - 4

< 0,2* > 1 >4

NOTA 1 As relaes acima so significativas e convm que sejam calculadas se pelo menosum dos gases estiver presente em concentrao e taxa de evoluo acima de valores tpicos deum mesmo projeto ou se apresentarem acima das concentraes de nvel mdio.NOTA 2 O padro de decomposio de gases similar s descargas parciais tem sido reportadocomo um resultado da decomposio de um fino filme de leo entre lminas sobreaquecidas doncleo na temperatura de 140C e acima (ver 4.3).NOTA 3 Alm da caracterizao da falha, convm que seja considerada a concentrao totaldos gases combustveis, bem como as taxas de evoluo de cada gs. Os valores e critriosdestas concentraes, recomendados para uma melhor avaliao da situao do equipamentosso os seguintes:

0- 400 ppm Concentrao de gases combustveis baixa.

400 - 900 ppm Concentrao de gases combustveis mdios.

900 - 1 500 ppm

1500 - 2 500 ppm

Acima 2 500 ppm

Concentrao de gases combustveis significativa.

Concentrao de gases combustveis alta.

Concentrao de gases combustveis muito alta.NOTA 4 No caso de obteno de diagnsticos idnticos, considerar o de maior gravidade.

NS = O valor esperado de acetileno deve ser abaixo do limite de deteco do mtodo utilizado.*Um incremento do valor da quantidade de C2H2 pode indicar que a temperatura do ponto quente maior que 1 000 oCo

A Tabela 2 aplica-se a todos os tipos de equipamentos, com poucas diferenas nos limites das taxasde gs, dependendo do tipo especfico de equipamento.



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Alguma superposio entre defeitos 01 e 02 visvel na Tabela 2, significando que uma duplainterpretao de 01 ou 02 deve ser dada em alguns casos dos resultados de anlise de gasesdissolvidos. No caso de superposio de 01 e 02, considerar o diagnstico de maior gravidade.

NOTA Combinaes de relaes de gases que no se enquadrem nos valores indicados na Tabela 2podem ser consideradas uma combinao de defeitos, ou um novo defeito combinado com um histricode nvel de gases elevado (ver 6.1). Em tais casos, a Tabela 2 pode no fornecer um diagnstico, mas arepresentao grfica dada na Figura A.2 pode ser usada para visualizar qual defeito caracterstico da Tabela2 mais prximo do caso.

5.5 Relao C02/CO

A formao de C02 e CO originada da isolao de papel impregnada com leo aumenta rapidamentecom a temperatura. Incrementos da relao C02/CO menores que trs so geralmente consideradosuma indicao de provvel defeito envolvendo papel, com algum grau de carbonizao.

Relaes de C02/CO no equipamento podem ser influenciadas pela concentrao de oxignio dissolvidono leo mineral isolante ou pela prpria oxidao do leo.

Para transformadores fabricados com papel kraft comum, quando se suspeita de excessiva degradaodo papel (C02/CO < 3), recomendvel uma anlise de compostos furnicos ou uma medida de graude polimerizao de amostra de papel, quando possvel.

Quando a relao C02/CO > 11, isto indica a probabilidade de evoluo de defeito trmico envolvendoo isolamento slido.

02 e N2 dissolvidos no leo so decorrentes do contato com ar atmosfrico. Em situaes normais deoperao, a solubilidade relativa de 02 e N2 e a relao 02/N2 em leo refletem a composio do ar.

Em servio, essa relao pode decrescer como um resultado da oxidao do leo e/ou envelhecimentodo papel, se 02 for consumido mais rapidamente ao que reposto por difuso. Fatores como cargae sistema de preservao podem ser usados tambm para afetar a taxa, mas taxas menores que 0,3so geralmente consideradas para indicar excessivo consumo de oxignio.

Em transformadores de potncia, a operao de mudana de tap nos comutadores produz gasescorrespondentes a descargas de baixa energia 01 . Se alguma comunicao de leo ou gs for possvelentre o tanque do COC e o tanque principal, ou entre os respectivos conservadores, esses gasespodem contaminar o leo no tanque principal e levar a diagnstico errado. O padro da decomposiode gases no COC, no entanto, muito especfico e diferente do diagnstico 01 no tanque principal.

Relaes C2H2/H2 maiores que 2 no tanque principal so indcios de contaminao do comutador.Isto pode ser confirmado pela comparao dos resultados de cromatografia no tanque principal, nocomutador e no conservador. O valor da taxa de gs e da concentrao de acetileno depende donmero de operaes do comutador e do modo da ocorrncia da contaminao (atravs do leo ou gs).NOTA Se houver suspeita de que a contaminao por gases tem origem no comutador, convm que ainterpretao dos resultados da cromatografia no tanque principal seja considerada no confivel, registradae acompanhada.



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5.8 Hidrocarbonetos C3

A interpretao do mtodo de anlise de gases dissolvidos indicados acima leva em conta somentehidrocarbonetos C1 e C2. Alguns mtodos prticos de interpretao tambm usam a concentraodo hidrocarboneto C3' e seus autores acreditam que eles so responsveis por trazer informaescomplementares que sejam teis para fazer um diagnstico mais preciso, porque os hidrocarbonetosC3 so muito solveis no leo e suas concentraes praticamente no so afetadas pela possveldifuso do ar ambiente. Por outro lado, justamente pelo fato de serem muitos solveis, so difceis deextrair do leo e o resultado da anlise pode grandemente depender do mtodo de extrao usado.Alm disso, a experincia tem mostrado que, na maioria dos casos, um diagnstico satisfatrio podeser feito sem levar em conta esses hidrocarbonetos e, para efeito de simplificao, eles tm sidoomitidos da interpretao dos mtodos indicados acima.

5.9 Evoluo de defeitos

Defeitos frequentemente comeam de modo incipiente, com baixa energia, podendo evoluir para situ-aes mais srias de alta energia, conduzindo para possvel alarme de gs, ruptura dieltrica e falha.

Quando um defeito detectado em um estgio inicial, isto pode indicar no somente o aumento daconcentrao do gs, como tambm a possvel evoluo com o tempo para um defeito de alta ener-gia, mais perigoso no final do processo.

Por exemplo, alguns transformadores de corrente tm operado satisfatoriamente por um longo perodode tempo com nveis muito altos de hidrognio produzido por descargas parciais. No entanto, descargasparciais podem tambm causar a formao da cera X. Quando a cera X produzida em quantidadesuficiente para aumentar as perdas por dissipao na isolao papel-leo, pode ocorrer uma falhatrmica, eventualmente levando a uma falha grave.

Em outras ocorrncias, no entanto, o instante final da ruptura do dieltrico pode ocorrer sem aviso.

5.10 Representao grfica

Representaes grficas dos gases so convenientes para acompanhar os defeitos. Podem ser usadasplanilhas eletrnicas para melhor representar graficamente estes defeitos.

6 Condies para clculo das relaes

6.1 Examinando os valores da anlise de gases dissolvidos

A amostragem e a anlise dos gases dissolvidos devem ser feitas de acordo com a ABNT NBR 7070.

a) Valores de O (zero) llUL no relatrio de cromatografia devem ser reportados pela expresso "nodetectado ou NO". Valores abaixo do limite de deteco S do mtodo utilizado devem ser reporta-dos pelo valor absoluto do limite de deteco do mtodo utilizado precedido do sinal "

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d) Tratamentos efetuados no leo mineral isolante interferem na concentrao dos gases dissolvidos,portanto este fato deve ser considerado na relao dos gases e no respectivo diagnstico.

NOTA Para transformadores de potncia no selados, ocorrem perdas com o tempo por difuso atravsdo conservador ou como resultado dos ciclos de temperatura do leo. Neste caso, a concentrao dos gasesmedidos menor que o nvel de gases geralmente formados no transformador.

6.2 Incerteza nas relaes de gases

Por causa da preciso dos valores na anlise de gases dissolvidos, h tambm uma incerteza nasrelaes dos gases que pode ser calculada usando a preciso dos valores da anlise dos gasesdissolvidos descritos na ABNT NBR 7070.

Acima de 10 x S, a preciso aproximadamente 5 % nos valores da anlise de gases dissolvidose acima de 10 % na relao de gases. Abaixo de 10 x S, a preciso da anlise de gases dissolvidosdecresce rapidamente, para tipicamente 20 % a 5 x S e at 40 % na relao do gs.

Precaues devem ser tomadas quando os clculos das relaes de gases esto abaixo de 10 x S,levando-se em conta a possvel variao dos resultados devido preciso reduzida. Isto vlido paratransformadores de instrumento e buchas, onde valores das concentraes dos gases podem serabaixo de 10 x S.

7 Aplicao para gases livres em rels de gasesDurante o defeito, a velocidade de gerao dos gases est ligada velocidade de liberao de energia.Ento, uma baixa velocidade de liberao de energia como em descargas parciais, ou em pontosquentes de baixa temperatura, causar lenta evoluo de gases, e existe a probabilidade de que todoo gs produzido se dissolva no leo.

Um aumento na velocidade de liberao de energia em um defeito com ncleo superaquecido, porexemplo, pode causar uma evoluo de gases em velocidade alta o suficiente para formar bolhas.Estas normalmente se dissolvem parcialmente no leo, podendo alcanar o rel de gs e se aproximardo equilbrio com os gases que esto dissolvidos no leo.

As altssimas velocidades de liberao de energia, associadas aos defeitos com arco, causam umarpida e substancial evoluo de gs, onde bolhas grandes chegam ao rel alterando a composiodo leo do rel em relao ao leo do tanque.

A princpio, a anlise de gases livres do rel pode ser avaliada da mesma forma que os gasesdissolvidos no leo. Quando da ocorrncia de defeito onde sejam geradas quantidades substanciaisde gases livres, deve ser feita anlise destes para identificar o defeito. O alarme do rel de Buchholztambm pode atuar pelo acmulo de ar, devido a uma sequncia de dias quentes seguidos por quedasbruscas de temperatura noite.

Alm da coleta do gs do rel, importante a coleta do leo, incluindo o leo do tanque principal.

Onde o gs tem sido acumulado lentamente, a anlise dos gases dissolvidos no leo mais informativodo que dos gases livres; esta anlise de gs fundamental para determinar a taxa de gerao degases e ento checar onde este defeito est evoluindo, que o mais importante a se investigar.Quando a anlise dos gases livres feita, necessrio converter a concentrao dos vrios gases dosseus estados livres nas concentraes equivalentes quando dissolvidos, usando a Tabela 3, antes deaplicar o mtodo da relao de gases da Tabela 2 e compar-Ias com as concentraes encontradasno leo do rel e no leo do tanque principal.



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Aplicando os princpios dados acima, a comparao da concentrao no leo com a equivalenteconcentrao de gases livres pode dar valiosa informao sobre quo distante as bolhas podem terdifundido atravs do leo e sobre a taxa de evoluo (crescimento) dos gases.

No clculo da concentrao equivalente de gs dissolvido, a concentrao de gs livre feita aplicando-se o coeficiente de Ostwald, separadamente para cada gs. Para um dado gs, o coeficiente deOstwald definido como a seguir:

k = [concentrao de gs na fase lquida][concentrao de gs na fase gasosa1

onde

As concentraes dos gases so expressas em microlitros/litro.

K representa os coeficientes de Ostwald para vrios gases em leo mineral isolante a 20 DC e 50 DC.

o coeficiente de Ostwald independe da presso parcial real do gs em questo.

Para efeitos prticos, assume-se que as fases lquida e gasosa estejam a mesma temperatura. O errointroduzido por qualquer diferena de temperatura no invalidaria os resultados obtidos.

Tabela 3 - Coeficientes de Ostwald para vrios gases em leo mineral isolante

Gs k a 20 DC k a 50 DC

N2 0.09 0.0902 0.17 0.17H2 0.05 0.05CO 0.12 0.12CH4 1.08 1.00C02 0.43 0.40C2H4 2.40 1.80C2H6 1.70 1.40C2H2 1.20 0.90

NOTA Os valores apresentados nesta tabela representam os valoresmdios obtidos de leos de transformadores. Os valores reais normalmentepodem diferir dos dados acima. Entretanto, os dados acima podem ser usadossem influenciar concluses tiradas de ensaios recalculados.

O coeficiente de Ostwald independe da presso parcial real do gs em questo.

Para efeitos prticos, assume-se que as fases lquida e gasosa estejam a mesma temperatura. O errointroduzido por qualquer diferena de temperatura no invalidaria os resultados obtidos.



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8 Nvel de concentrao de gs em servio

8.1 Probabilidade de falha em servio

8.1.1 Geral

A probabilidade ou risco de ocorrer um incidente ou falha em servio est relacionada aos nveis deconcentrao de gs.

Abaixo de certos nveis (classificados como tpicos ou normais), a probabilidade de ocorrer uma falha baixa. O equipamento ento considerado em boas condies, embora como regra geral uma falhano pode ser totalmente descartada mesmo com baixos nveis. Uma primeira avaliao entre umaanlise que indique uma condio normal e uma suspeita pode ser constatada pelos clculos dosvalores para o equipamento, quando comparado aos valores dos equipamentos de mesmo projetoconstrutivo (famlia). A probabilidade de existir uma falha pode aumentar significativamente tanto paravalores muito acima dos nveis normais de concentrao para o projeto construtivo como para osvalores definidos como aceitveis durante a operao do equipamento. A situao ento consideradacrtica, mesmo que a falha possa nunca ocorrer com esses altos nveis de concentrao: o risco alto.

Tais falhas podem ser divididas em duas categorias:

falhas que se desenvolvem rapidamente, que so impossveis de serem detectadas pelaamostragem e anlise laboratorial, mas apenas por detectores de monitoramento contnuo;

falhas que se desenvolvem lentamente. Apenas esta segunda categoria pode ser detectada pelaanlise de gases dissolvidos.

8.1.2 Mtodos de clculo

O uso de extensa base de dados de anlises de gases dissolvidos e de manutenes em equipamentospermite estimar a probabilidade de falha de um dado tipo de equipamento em servio para dado nvelde concentrao de gs. O conhecimento do comportamento do perfil de gases e o acompanhamentode percentuais gerados no projeto construtivo ajudam na identificao da falha e instante da retiradado equipamento de operao.

necessrio um grande nmero de anlises para se terem valores aplicveis para determinar aprobabilidade de ocorrer falha. Conhecer estes valores, entretanto, til para a escolha da porcentagemde normalidade mais apropriada para o trabalho de um dado tipo de equipamento (ver 8.2.3).

8.2 Valores tpicos de concentrao

8.2.1 Geral

Valores tpicos de concentrao so as quantidades aceitveis abaixo das quais a experincia nocampo no mostrou ocorrncia de defeitos detectveis, ou incipientes, os quais ultrapassam apenasuma pequena porcentagem do nmero total de amostras de gs analisadas (em torno de 10 %).Valores tpicos de concentrao para cada gs so considerados quando 90 % do nmero total deanlises est igualou menor que os limites definidos para cada realidade (equipamento, tipo de redede transmisso, mtodo construtivo, projeto, material empregado etc.).

Entretanto, valores tpicos de concentrao so preferencialmente considerados como um guia paraa tomada de deciso, quando no so disponveis outros dados. Eles no podem ser usados paradeterminar quando um defeito existe ou no no equipamento. Eles devem ser vistos como valoresacima dos quais a taxa de gerao dos gases pode permitir a deteco de um provvel defeito.



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Os valores tpicos de concentrao so afetados por inmeros fatores, comeando pelo tempo deoperao desde o comissionamento, o tipo de equipamento e a natureza do defeito (eltrico ou trmico).Para transformadores de potncia, o tipo de conservao do leo, o carregamento e o modo de ope-rao so outros fatores de influncia.

Os valores tpicos de concentrao podem ser calculados como em 8.2.3 e devem ser obtidos pelosusurios especificamente para seus equipamentos.

8.2.2 Mtodos de clculos

O mtodo mais simples de clculo consiste em tabular todos os resultados das anlises de gasesdissolvidos com respeito a um tipo especfico de equipamento. Para cada gs caracterstico considerado,soma-se o nmero de anlises de gases dissolvidos onde a concentrao de gases est abaixo de umdado valor (escolhido), ento plota-se uma funo da concentrao do gs. Usando a curva plotadaconsidera-se como a concentrao tpica daquele gs a que corresponda a uma porcentagem donmero total acumulado de anlises, por exemplo 90 % dos resultados esto at um valor para o gsconsiderado. Este ento o valor tpico para o gs e tipo de equipamento em questo.

8.2.3 Escolha das porcentagens de normalidade

Se uma porcentagem de normalidade escolhida (por exemplo, 90 %, 95 % ou outra) for muito baixa,muitos equipamentos sero colocados sob suspeita, com perda da credibilidade no diagnsticoe recomendaes com aumento nos custos de manutenes. Se a porcentagem de normalidadeescolhida for muito alta, pode ocorrer uma falha sem aviso, tambm envolvendo considerveis custos.

A escolha de uma porcentagem de normalidade frequentemente considerada uma estimativa declculo, servindo de experincia para o usurio de equipamento similar. A escolha da porcentagem denormalidade tambm pode ser obtida considerando-se a probabilidade de ocorrncia de falha e pelavelocidade de progresso da falha do equipamento em servio. Na ausncia de tais informaes ouexperincia, os usurios devem escolher porcentagens mais conservadoras de normalidade, como90 %, como uma aproximao inicial. Se bases de dados no estiverem disponveis para o clculo devalores tpicos, os usurios podem adotar, a princpio, valores observados em regimes de trabalhossimilares. Tem-se observado valores que, em geral, para transformadores de instrumentos e buchasnormalmente so mais baixos que em transformadores de potncia (fora), especialmente aquelescom comunicao com o comutador sob carga (COC).8.3 Valores de alarme

Valores de alarme so aqueles acima dos quais as probabilidades de ocorrncia de um incidente soaltas, requerendo decises e/ou aes urgentes.

Estes valores devem ser definidos pelos usurios, fabricantes ou especialistas independentes, combase em experincias prvias com equipamentos de caractersticas similares (classe de tenso, tipo,fabricante, carregamento, idade etc.).8.4 Taxa de evoluo de gases

Se no houver aumento na concentrao de gases sobre a ltima anlise, as chances so de quea falha desaparea (ou que seja muito pequena, no caso de equipamento com tanque de expanso,compensada por perdas pela difuso atravs do conservador, ver 6.1).O que deve ser considerado como taxa de evoluo tpica de alarme de gs depende muito do tipo doequipamento, idade, falhas j identificadas, sistema de preservao do leo, carregamento e volumeda isolao. Finalmente a taxa de crescimento deve ser decidida pelo usurio do equipamento, fabri-cante e/ou outros especialistas.



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Um aumento na concentrao de gs maior que 10 % ao ms acima dos valores normalmenteencontrados para o equipamento considerado um pr-requisito para se admitir que uma falha estativa. Altas taxas de evoluo de gs, como 50 % por semana, e/ou envolvendo falha de alta densidadede energia (por exemplo D2 ou T3), so geralmente consideradas muito srias, especialmente seexcederem os valores de alarme. No caso de transformadores de potncia, tambm so reportadastaxas de evoluo de gs em litros por dia (ver equao da taxa de gerao TG). Ateno especialdeve ser dada para casos onde h acelerao na taxa de evoluo de gs.

NOTA No caso de xidos de carbono, as taxas de evoluo so dependentes da relao leo/papel, quepode ser diferentes, de acordo com o projeto do equipamento considerado.

Detectores de monitoramento contnuo, incluindo aqueles j disponveis para hidrognio, podem serparticularmente eficientes para acompanhar a taxa de evoluo de gs no tpica, como expressaem minutos, horas ou semanas, o que no geralmente possvel na rotina de amostragem feitamensalmente ou anualmente. Entretanto, quando verificado aumento pelo detector de gs, anlisescompletas de gases dissolvidos devem ser feitas no laboratrio para confirmar as leituras do detector,avaliar a taxa de evoluo e tambm determinar o tipo de defeito ativo.

Taxas de gerao de gases (TG) que levam em considerao o volume de leo dos equipamentoscalculados a partir de perodos curtos de tempo podem indicar falha ativa no equipamento. Taxas degerao para a soma de todos os gases combustveis maiores que 3 L por dia podem indicar defeitosativos e devem ser calculadas do seguinte modo:

TG = (Rs - Rp) x V x 10-6T

onde

TG a taxa de gerao, expressa em litros por dia (Udia);

Rs o resultado da segunda amostra, expresso em parte por milho (ppm);

Rp o resultado da primeira amostra, expresso em parte por milho (ppm);

V o volume de leo do equipamento, expresso em litros (L);

T o tempo entre a primeira e segunda amostra, expresso em dias.

9 Mtodo recomendado para a interpretao da anlise de gases dissolvidosa) Rejeitar ou corrigir valores incorretos de anlises de gases dissolvidos (ver 6.1). Calcular a taxa

de evoluo de gases desde a ltima anlise, levando-se em conta a preciso do mtodo deanlise de gases dissolvidos e o sistema de preservao do equipamento.

Se todas as concentraes de gases estiverem abaixo dos valores-limite e tambm as taxas deevoluo, reportar como equipamento em condies normais.

Se pelo menos um gs estiver acima do valor normal de concentrao e tambm a taxa de evolu-o de gases, calcular as relaes dos gases e identificar o defeito usando a Tabela 2 (ver 5.3).

Checar a possibilidade de diagnsticos errneos (ver 4.3). Caso necessrio, subtrair os ltimosvalores dos atuais antes de calcular as relaes, particularmente no caso do CO e C02 (ver 6.1).



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Se os valores da anlise de gases dissolvidos estiverem acima dos valores normais, mas abaixode 10 vezes o limite de deteco, ver 6.2.

b) Verificar se a concentrao de gs e a taxa de evoluo esto acima dos valores de alarme.Verificar se o defeito est no estagio final (ver 5.8). Determinar se o papel est envolvido (ver 4.2e 5.4).

c) Escolher a ao apropriada de acordo com a avaliao de especialistas. Recomenda-se seu usopara:

1) Aumentar a frequncia de amostragens (quinzenal, mensal ou outras) quando as concentraesde gases e suas taxas de evoluo excederem os valores tpicos.

2) Considerar ao imediata quando as concentraes de gases e suas taxas de crescimentoexcederem os valores de alarme.

10 Relatrioo relatrio deve ser adaptado para cada equipamento considerado.

A interpretao das anlises de gases dissolvidos deve incluir o seguinte, quando disponvel:

a) relatrio de anlises de gases dissolvidos, incluindo os valores do limite de deteco, mtodo deanlise e data da anlise.

NOTA Valores de O (zero) microlitro/dia no relatrio de anlises de gases dissolvidos ou abaixo dosvalores de sensibilidade devem ser expressos como "no detectado".

b) informaes especficas sobre o equipamento, como:configuraes especiais (por exemplo, transformadores selados ou com tanque de expanso,com comutador sob carga);volume de leo;

data da amostragem do leo ou gs;

ponto de amostragem do leo ou gs;

c) operaes especiais ou incidentes ocorridos imediatamente antes e aps a amostragem de leoou gs, como desligamento, alarme de gs, desgaseificao ou reparos;

d) indicao dos valores tpicos para este equipamento, se forem conhecidos;e) no caso de "com defeito" identificado usando a Tabela 2 (ver 5.3), com valores calculados para as

relaes dos gases indicados;

f) indicao do envolvimento ou no da relao C02/CO;g) aes recomendadas:

nova frequncia de amostragem de leo;

anlise de compostos de furano, se a relao C02/CO for menor que trs;

outros ensaios.



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Anexo A(informativo)

Figuras

A.1 Avaliao de gs-chaveConforme Figura A.1

2,5

1,00,6

0,2

0,1

0,01

2

401

-

01/02- 02-

-

T3-

C1T2

- r--OP T1

I I

2.5

1,00.6

0,2

0,1

0,01

2

401

-

01/02-

02

- r--

-

C1T3

T2

DPfT1/C11 T1/C1I I I I

Legenda

0,1 0,5 1 0,1 0,2 0,5 1

PD Descargas parciais

C1 Centelhamento

01 Descargas de baixa energia02 Descargas de alta energia

T1 Sobreaquecimento, t < 300C

T2 Sobreaquecimento 300C < t < 700C

T3 Sobreaquecimento t > 7000 C

NOTA 1 A seta indica incremento de temperatura.

NOTA 2 Os eixos so limitados a valores de 10 para clareza de apresentao, mas na realidade se estendema valores ilimitados. As coordenadas de cada zona so as mesmas da Tabela 2.

Figura A.1 - Representao grfica da relao de gases (Tabela 2)



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A.2 Representao grfica das relaes de gasesConforme Figura A.2.

0,1

Legenda

10

1,0

0,6

0,1

1,0

0,1

10

1,010

1,0

0,1

PD Descargas parciais

C1 Centelhamento01 Descargas de baixa energia02 Descargas de alta energia

T1 Sobreaquecimento, t < 300C

T2 Sobreaquecimento 300C < t < 700CT3 Sobreaquecimento t > 700CNOTA 1 Cada um dos casos definidos na Tabela 2 representado por um volume ou caixa no grfico 3-D.

NOTA 2 As coordenadas de cada caixa so as mesmas da Figura A.1 e da Tabela 2. mais convenienteutilizar esta representao com o apoio de um programa de computador.

Figura A.2 - Representao grfica (3D) da relao de gases (Tabela 2)



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Bibliografia

[1] ABNT NBR 5456, Eletricidade Geral- Terminologia

[2] ABNT NBR 5458, Transformador de potncia - Terminologia



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