III SEMINÁRIO DE P&D +i DA COPEL Óleos ecológicos para transformadores de distribuição
<ul><li>Gerente do projeto: Wilson Uhren, MSc. </li></ul><ul><li>Coordenador de pesquisa:  Dr. Ricardo José Ferracin </li>...
<ul><li>1892  - a GE produziu a primeira aplicação reconhecida de óleo mineral para um transformador </li></ul><ul><li>Dis...
<ul><li>1999-2000  são introduzidos no mercado os  óleos vegetais naturais   à base de ésteres. </li></ul>Alternativas
<ul><li>São fluídos ecologicamente corretos devido a sua característica  biodegradável e renovável . </li></ul><ul><li>O c...
<ul><li>Geral: </li></ul><ul><li>Avaliar o potencial de aplicação de óleos vegetais à base de ésteres naturais nacionais, ...
<ul><li>3. Avaliar  a  formação de gases dissolvidos ,  através de cromatografia em fase gasosa , após submissão do óleo a...
<ul><li>1.  Aquisição dos fluidos isolantes  e reagentes. </li></ul><ul><li>2.  Caracterização química, física e físico-qu...
<ul><li>6.  Avaliação da formação de gases dissolvidos  através de cromatografia em fase gasosa, após submissão do óleo a ...
<ul><li>Aquisição dos fluidos isolantes  e reagentes. </li></ul><ul><ul><li>O OMI utilizado AV-60-IN - Petrobrás </li></ul...
<ul><li>2.  Caracterização química, física e físico-química  dos  óleos vegetais   a serem avaliados como potenciais  flui...
Resultados e Discussões
<ul><li>3.  Ensaios de envelhecimento acelerado  dos óleos vegetais em escala laboratorial.  </li></ul><ul><li>Foram ensai...
Resultados e Discussões
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<ul><li>4.  Avaliação de aditivos para melhorar a estabilidade térmica  dos óleos vegetais nacionais. </li></ul>Resultados...
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Resultados e Discussões
<ul><li>Após a aditivação  dos óleos de  soja, girassol e arroz  com 3000 ppm de TBHQ, eles foram envelhecidos a 95ºC e co...
Resultados e Discussões
Resultados e Discussões
Resultados e Discussões
<ul><li>Conclusões sobre os parâmetros avaliados: </li></ul><ul><li>índice de neutralização,  </li></ul><ul><li>viscosidad...
<ul><li>5.  Ensaios de envelhecimento simulado do papel isolante   em óleos vegetais. </li></ul><ul><li>Foi avaliado o  ef...
<ul><li>5.  Ensaios de envelhecimento simulado do papel isolante  em óleos vegetais. </li></ul><ul><li>-  95ºC , não foram...
Resultados e Discussões
<ul><li>6.  Avaliar a formação de gases dissolvidos em diferentes matrizes de óleos vegetais nacionais e regionais , atrav...
Resultados e Discussões
Após as  descargas disrruptivas: Nos resultados obtidos, observa-se para o  OMI  e  OVI  -  óleos vegetais isolantes  que:...
Resultados e Discussões
<ul><li>Após o  tratamento térmico: </li></ul><ul><li>Os resultados obtidos, observa-se para o  OMI  e OVI  que: </li></ul...
<ul><li>7.  Avaliação da influência do óleo vegetal natural  sobre o sistema de refrigeração   do transformador de distrib...
Resultados e Discussões
<ul><li>8.  Avaliação da influência do óleo vegetal  sobre as perdas e corrente de  excitação   do transformador. </li></u...
Os transformadores atenderam aos valores admissíveis de perdas  em vazio (330 W), perdas totais, (1470 W), perdas em carga...
<ul><li>9.  Avaliação da influência do óleo vegetal  sobre a suportabilidade dielétrica   do transformador. </li></ul><ul>...
<ul><li>9.1 – Medição de resistência de isolamento </li></ul><ul><li>Resultado:  Os transformadores de distribuição ensaia...
<ul><li>9.4 – Ensaio de impulso atmosférico </li></ul><ul><li>Resultados:  </li></ul><ul><li>-  Os transformadores com óle...
<ul><li>9.5 – Ensaio de tensão aplicada e </li></ul><ul><li>9.6 – Ensaio de tensão induzida </li></ul><ul><li>Resultado:  ...
<ul><li>10. Levantamento do  custo - $  dos óleos vegetais nacionais em relação aos importados e  aos OMI novos.  </li></u...
Resultados e Discussões
<ul><li>Os resultados mostraram que os óleos vegetais naturais a base de ésteres, tais como, girassol, soja, arroz e mamon...
<ul><li>Convém lembrar que o atendimento a norma ABNT NBR 15422  é necessário, mas não suficiente  para garantir a aplicab...
<ul><li>OBRIGADO! </li></ul>Wilson Uhren <ul><li>Telefone: (41) 3331-2288 </li></ul><ul><li>Curitiba - PR </li></ul><ul><l...
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  1. 1. III SEMINÁRIO DE P&D +i DA COPEL Óleos ecológicos para transformadores de distribuição
  2. 2. <ul><li>Gerente do projeto: Wilson Uhren, MSc. </li></ul><ul><li>Coordenador de pesquisa: Dr. Ricardo José Ferracin </li></ul><ul><li>Ciclos: 2005/2006 – 2006/2007 </li></ul><ul><li>Equipe do projeto: Douglas Antonio Batista - LACTEC Guilherme Barrachina Stocco - LACTEC Helena Maria Wilhelm - LACTEC Marcelo Antonio Ravaglio - LACTEC Suely Monteiro de Oliveira - LACTEC Luciane Túlio - LACTEC Silas Batista Gomes Junior – COPEL </li></ul>Dados Gerais
  3. 3. <ul><li>1892 - a GE produziu a primeira aplicação reconhecida de óleo mineral para um transformador </li></ul><ul><li>Disponibilidade do petróleo é finita. </li></ul><ul><li>Dependência excessiva em sua oferta traz sérios problemas sócio-econômicos e ambientais. </li></ul><ul><li>O setor elétrico vem buscando alternativas para substituição do óleo mineral. </li></ul><ul><li>Os óleos sintéticos com custo elevado restringe seu uso. </li></ul>Problemas
  4. 4. <ul><li>1999-2000 são introduzidos no mercado os óleos vegetais naturais à base de ésteres. </li></ul>Alternativas
  5. 5. <ul><li>São fluídos ecologicamente corretos devido a sua característica biodegradável e renovável . </li></ul><ul><li>O custo elevado tem limitando sua aplicação no setor elétrico. </li></ul><ul><li>Estes óleos são considerados renováveis porque, o gás carbônico (CO 2 ) liberado na sua combustão e/ou degradação por agentes biológicos, é reciclado por absorção durante o próprio crescimento das oleaginosas ( fotossíntese ). </li></ul>Problemas e Alternativas
  6. 6. <ul><li>Geral: </li></ul><ul><li>Avaliar o potencial de aplicação de óleos vegetais à base de ésteres naturais nacionais, como os de girassol, soja, arroz e da mamona, como fluído isolante de transformadores. </li></ul><ul><li>2. Específicos: </li></ul><ul><li>2.1 Estudar a sua estabilidade oxidativa </li></ul><ul><li>2.2 Avaliar a sua influência no processo de envelhecimento do papel isolante </li></ul>Objetivos
  7. 7. <ul><li>3. Avaliar a formação de gases dissolvidos , através de cromatografia em fase gasosa , após submissão do óleo a diferentes níveis de esforço elétrico e térmico. </li></ul><ul><li>4. Avaliar a suportabilidade elétrica de novos transformadores de distribuição , isolados a óleos vegetais nacionais </li></ul><ul><li>5. Avaliar o custo dos óleos vegetais nacionais </li></ul>Objetivos
  8. 8. <ul><li>1. Aquisição dos fluidos isolantes e reagentes. </li></ul><ul><li>2. Caracterização química, física e físico-química dos óleos vegetais a serem avaliados como potenciais fluidos isolantes. </li></ul><ul><li>3. Ensaios de envelhecimento acelerado dos óleos vegetais em escala laboratorial. </li></ul><ul><li>4. Avaliação de aditivos para melhorar a estabilidade térmica dos óleos vegetais nacionais. </li></ul><ul><li>5. Ensaios de envelhecimento simulado do papel isolante em óleos vegetais. </li></ul>Metodologia
  9. 9. <ul><li>6. Avaliação da formação de gases dissolvidos através de cromatografia em fase gasosa, após submissão do óleo a diferentes níveis de esforços elétrico e térmico. </li></ul><ul><li>7. Avaliação da influência do óleo vegetal natural sobre o sistema de refrigeração do transformador de distribuição. </li></ul><ul><li>8. Avaliação da influência do óleo vegetal sobre a suportabilidade dielétrica do transformador. </li></ul>Metodologia
  10. 10. <ul><li>Aquisição dos fluidos isolantes e reagentes. </li></ul><ul><ul><li>O OMI utilizado AV-60-IN - Petrobrás </li></ul></ul><ul><ul><li>Óleo vegetais nacionais: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Girassol </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Soja </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Arroz </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Mamona </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Óleo vegetal isolante (OVI) comercial: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Envirotemp ® FR3 – soja - Cooper Power System </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Biovolt ® A – milho - Mineraltec </li></ul></ul></ul>Resultados e Discussões
  11. 11. <ul><li>2. Caracterização química, física e físico-química dos óleos vegetais a serem avaliados como potenciais fluidos isolantes e do óleo mineral . </li></ul>Resultados e Discussões
  12. 12. Resultados e Discussões
  13. 13. <ul><li>3. Ensaios de envelhecimento acelerado dos óleos vegetais em escala laboratorial. </li></ul><ul><li>Foram ensaiados: </li></ul><ul><li>ENVIROTEMP®FR3, BIOVOLT ®A, soja, girassol e arroz sem aditivação </li></ul><ul><li>Foram usados 800 mL, à 95ºC, sob fluxo constante de oxigênio (1 L/h), na presença de cobre metálico (3 m de fio de 1 mm de diâmetro). </li></ul>Resultados e Discussões
  14. 14. Resultados e Discussões
  15. 15. Resultados e Discussões
  16. 16. Resultados e Discussões
  17. 17. <ul><li>4. Avaliação de aditivos para melhorar a estabilidade térmica dos óleos vegetais nacionais. </li></ul>Resultados e Discussões
  18. 18. Resultados e Discussões
  19. 19. Resultados e Discussões
  20. 20. Resultados e Discussões
  21. 21. <ul><li>Após a aditivação dos óleos de soja, girassol e arroz com 3000 ppm de TBHQ, eles foram envelhecidos a 95ºC e comparados com os resultados dos óleos vegetais ENVIROTEMP®FR3 e BIOVOLT®A. </li></ul>Resultados e Discussões
  22. 22. Resultados e Discussões
  23. 23. Resultados e Discussões
  24. 24. Resultados e Discussões
  25. 25. <ul><li>Conclusões sobre os parâmetros avaliados: </li></ul><ul><li>índice de neutralização, </li></ul><ul><li>viscosidade a 40ºC, </li></ul><ul><li>e perdas dielétricas a 90ºC </li></ul><ul><li>Os resultados mostraram que a aditivação com 3000 ppm de TBHQ não trouxe benefícios para os óleos durante o tempo de envelhecimento estudado (103 h). </li></ul>Resultados e Discussões
  26. 26. <ul><li>5. Ensaios de envelhecimento simulado do papel isolante em óleos vegetais. </li></ul><ul><li>Foi avaliado o efeito da temperatura no processo de envelhecimento do papel , pelo monitoramento 2-furfuraldeído ( 2-FAL ) e do grau de polimerização da celulose ( GP ). </li></ul><ul><li>Amostras de 800 mL dos óleos vegetais: </li></ul><ul><li>ENVIROTEMP®FR3, BIOVOLT®A, soja, girassol e arroz foram colocadas para envelhecer, </li></ul><ul><li>à 95ºC - 130ºC - 140ºC </li></ul><ul><li>sob fluxo constante de oxigênio (1 L/h) </li></ul><ul><li>na presença de cobre metálico (3 m de fio de um 1 mm de diâmetro) </li></ul><ul><li>papel Kraft isolante (21,6g). </li></ul>Resultados e Discussões
  27. 27. <ul><li>5. Ensaios de envelhecimento simulado do papel isolante em óleos vegetais. </li></ul><ul><li>- 95ºC , não foram encontrados traços de 2-fal </li></ul><ul><li>- 130ºC , também não foram detectados traços de 2-fal </li></ul><ul><li>- 140 ºC , retiradas amostras em intervalos regulares de tempo até o aparecimento dos compostos furânicos. </li></ul><ul><li>Resultados : </li></ul><ul><li>Os óleos de soja, arroz, girassol e Envirotemp ® FR3 em 72h apresentaram 2-fal </li></ul><ul><li>O óleo Biovolt ® A apresentou 2-fal em 144h </li></ul><ul><li>OMI não apresentou 2-fal dentro dos limites do aparelho </li></ul>Resultados e Discussões
  28. 28. Resultados e Discussões
  29. 29. <ul><li>6. Avaliar a formação de gases dissolvidos em diferentes matrizes de óleos vegetais nacionais e regionais , através de cromatografia em fase gasosa, após submissão do óleo a diferentes níveis de esforços elétrico e térmico . </li></ul>Resultados e Discussões
  30. 30. Resultados e Discussões
  31. 31. Após as descargas disrruptivas: Nos resultados obtidos, observa-se para o OMI e OVI - óleos vegetais isolantes que: • Ocorreu a geração dos gases H2, CH4 (metano), C2H4 (etileno) e C2H2 (acetileno); • Ocorreu aumento no teor dos gases H2, CH4, C2H4 e C2H2 ao longo do tempo de ensaio; • O teor do gás C2H2 é maior do que o teor dos gases H2, CH4 e C2H4. Este resultado já era esperado, pois o gás C2H2 é indicativo de descarga elétrica no óleo isolante. Resultados e Discussões
  32. 32. Resultados e Discussões
  33. 33. <ul><li>Após o tratamento térmico: </li></ul><ul><li>Os resultados obtidos, observa-se para o OMI e OVI que: </li></ul><ul><li>Ocorreu a geração dos gases H2, CH4 (metano), CO, CO2, C2H4 (etileno) e C2H6 (etano) ; </li></ul><ul><li>OMI - O teor de gases H2, CH4, C2H4 e C2H6 depois de formados não apresentaram aumento significativo. </li></ul><ul><li>OMI aumentos mais significativos - CO e CO2. </li></ul><ul><li>OVI - O teor de gases H2, CH4, e C2H4 depois de formados, não apresentaram aumento significativo; </li></ul><ul><li>OVI - aumentos mais significativos - CO, CO2 e C2H6. </li></ul>Resultados e Discussões
  34. 34. <ul><li>7. Avaliação da influência do óleo vegetal natural sobre o sistema de refrigeração do transformador de distribuição. </li></ul><ul><li>Limites </li></ul><ul><li>As elevações de temperatura admissíveis pela norma ABNT NBR 5365/1993 são de: </li></ul><ul><li>50ºC para o óleo isolante </li></ul><ul><li>55ºC para a média dos enrolamentos. </li></ul>Resultados e Discussões
  35. 35. Resultados e Discussões
  36. 36. <ul><li>8. Avaliação da influência do óleo vegetal sobre as perdas e corrente de excitação do transformador. </li></ul><ul><li>Limites - valores admissíveis de: </li></ul><ul><li>perdas em vazio = 330 W </li></ul><ul><li>perdas em carga = 1140W </li></ul><ul><li>perdas totais = 1470 W </li></ul><ul><li>corrente de excitação = 3,1 % </li></ul><ul><li>norma ABNT NBR 5440 de 1999. </li></ul>Resultados e Discussões
  37. 37. Os transformadores atenderam aos valores admissíveis de perdas em vazio (330 W), perdas totais, (1470 W), perdas em carga (1140 W) e corrente de excitação (3,1 %). Resultados e Discussões
  38. 38. <ul><li>9. Avaliação da influência do óleo vegetal sobre a suportabilidade dielétrica do transformador. </li></ul><ul><li>9.1 – Medição de resistência de isolamento </li></ul><ul><li>9.2 – Medição de tensão de rádio interferência </li></ul><ul><li>9.3 – Medição de fator de potência do isolamento </li></ul><ul><li>9.4 – Ensaio de impulso atmosférico </li></ul><ul><li>9.5 – Ensaio de tensão aplicada </li></ul><ul><li>9.6 – Ensaio de tensão induzida </li></ul>Resultados e Discussões
  39. 39. <ul><li>9.1 – Medição de resistência de isolamento </li></ul><ul><li>Resultado: Os transformadores de distribuição ensaiados apresentaram índices que poderiam ser classificados como isolamento questionável . No entanto, deve-se observar que os limites foram definidos para transformadores de maior porte. </li></ul><ul><li>9.2 – Medição de tensão de rádio interferência e </li></ul><ul><li>9.3 – Medição de fator de potência do isolamento </li></ul><ul><li>Resultado: Todos os transformadores de distribuição apresentaram níveis abaixo do limite especificado . </li></ul>Resultados e Discussões
  40. 40. <ul><li>9.4 – Ensaio de impulso atmosférico </li></ul><ul><li>Resultados: </li></ul><ul><li>- Os transformadores com óleo BIOVOLT ® A, SOJA, ENVIROTEMP ® FR3 e AV-60-IN não apresentaram descargas disruptivas internas ou evidências de defeito. </li></ul><ul><li>- Os transformadores com óleo de ARROZ e GIRASSOL não apresentaram descargas disruptivas internas mas apresentaram indícios de falha incipiente. </li></ul>Resultados e Discussões
  41. 41. <ul><li>9.5 – Ensaio de tensão aplicada e </li></ul><ul><li>9.6 – Ensaio de tensão induzida </li></ul><ul><li>Resultado: Não se observou nenhuma evidência de defeito ou descarga disruptiva interna nos ensaios aplicados. </li></ul>Resultados e Discussões
  42. 42. <ul><li>10. Levantamento do custo - $ dos óleos vegetais nacionais em relação aos importados e aos OMI novos. </li></ul><ul><li>Os dados apresentados na Tabela 14 foram levantados em abril de 2009. </li></ul>Resultados e Discussões
  43. 43. Resultados e Discussões
  44. 44. <ul><li>Os resultados mostraram que os óleos vegetais naturais a base de ésteres, tais como, girassol, soja, arroz e mamona não são indicados para uso como fluido isolante porque suas características não atenderam as exigências físico químicas e elétricas solicitadas durante os ensaios . </li></ul><ul><li>Para que esses óleos possam ser utilizados como fluido isolante, devem ser processados adequadamente com o objetivo de ajustar suas características às exigências dos equipamentos elétricos . </li></ul><ul><li>Este estudo mostrou que, somente a aditivação não resultou em melhoria de desempenho dos óleos ensaiados. </li></ul>Resultados
  45. 45. <ul><li>Convém lembrar que o atendimento a norma ABNT NBR 15422 é necessário, mas não suficiente para garantir a aplicabilidade de um óleo vegetal como fluido isolante em transformadores, seja de distribuição ou de força. </li></ul><ul><li>Ensaios adicionais elétricos, dielétricos e de compatibilidade com materiais precisam ser conduzidos para comprovar a sua aplicabilidade e o seu desempenho. </li></ul>Resultados
  46. 46. <ul><li>OBRIGADO! </li></ul>Wilson Uhren <ul><li>Telefone: (41) 3331-2288 </li></ul><ul><li>Curitiba - PR </li></ul><ul><li>E-mail: uhren.wilson@copel.com </li></ul>

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