Bakgrunnen  for  studien

No artigo de Oommen [29], ´e apresentada uma f´ormula experimental para o c´alculo da temperatura, que propicia a formac¸˜ao de bolhas de g´as, nos transformadores com sobrecarga. A equac¸˜ao calcula a temperatura em func¸˜ao do teor de umidade(Wp), da press˜ao total (pv) e do teor de g´as (g). O 1o

termo da equac¸˜ao ´e derivado da equac¸˜ao apresentada por Feesler [170].

Tb = · 6996.7 22, 454 + 1, 4495 · ln We− ln pv ¸ − · exp (0, 473 · Wp) · ³ g 30 ´1,585¸ (5.17)

Na equac¸˜ao de Fessler [170] h´a um erro alg´ebrico, como j´a citado anteriormente no cap´ıtulo 3 [64]. Portanto, o 1o _{termo da equac¸˜ao apresentada por Oommen deve ser corrigido para:}

Tb = · 7069 22, 9499 + 1, 4959 · ln We− ln pv ¸ (5.18)

5.7

Conclus˜oes do cap´ıtulo

Foram apresentadas as limitac¸˜oes e fontes de erros mais comuns, que afetam o c´alculo da tempera- tura do ponto quente do enrolamento e do topo do ´oleo de transformadores. Como a temperatura do ponto quente tem uma enorme influˆencia no envelhecimento do isolamento e, consequentemente, na vida ´util do equipamento, ´e fundamental que o seu c´alculo seja preciso [158, 172, 160, 161, 173, 157, 162, 168, 174, 175, 176, 177, 178].

Pode-se, a princ´ıpio, considerar que a principal fonte de erros do modelo t´ermico do Anexo G da IEEE Standard C57.91-1995/2000 [2]´e a estimativa da temperatura do topo do ´oleo, principalmente devido aos erros na aquisic¸˜ao de dados.

De acordo com a bibliografia pesquisada o modelamento da formac¸˜ao de bolhas de g´as ainda n˜ao est´a totalmente definido [31, 70, 71, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185], pois est´a diretamente ligado ao teor de umidade da isolac¸˜ao dos transformadores.

Para as temperaturas elevadas do enrolamento, a umidade residual na isolac¸˜ao do enrolamento pode ocasionar a formac¸˜ao de bolhas de g´as, e segundo Jaakkola [186] isto tamb´em pode ocorrer quando o teor de umidade excede a 3,5% durante a sobrecarga de um transformador, e portanto,

criando imediatamente uma ameac¸a `a integridade da isolac¸˜ao s´olida. A avaliac¸˜ao do teor de umidade na isolac¸˜ao s´olida ´e essencial em qualquer programa de avaliac¸˜ao das condic¸˜oes de operac¸˜ao do transformador, pois ´e fator decisivo na formac¸˜ao de bolhas de g´as nos transformadores em operac¸˜ao. O monitoramento do ponto quente tamb´em ´e fundamental para estabelecer o limite m´aximo de carregamento para evitar a formac¸˜ao das bolhas de g´as.

Cap´ıtulo 6

Resultados Experimentais e Discuss˜oes

Neste cap´ıtulo ´e proposta uma metodologia para o monitoramento e avaliac¸˜ao da vida ´util do trans- formador de potˆencia. ´E tamb´em proposta uma rotina para a estimativa da umidade do papel isolante e a determinac¸˜ao da temperatura de formac¸˜ao de bolhas de g´as.

Estas t´ecnicas constituem as ferramentas m´ınimas necess´arias para a implementac¸˜ao do carre- gamento dinˆamico do transformador de potˆencia.

Como j´a documentado, a maior precis˜ao, do c´alculo da temperatura do ponto quente do enrola- mento, ´e fundamental para aumentar a confiabilidade de operac¸˜ao do transformador com carrega- mento dinˆamico.

Portanto, neste cap´ıtulo s˜ao tamb´em apresentados os resultados e a avaliac¸˜ao do c´alculo da tem- peratura de topo do ´oleo do transformador, usando redes neurais artificiais e a m´aquina de vetores suporte baseada em m´ınimos quadrados (LS-SVM).

Todas as metodologias propostas s˜ao fundamentais na avaliac¸˜ao dos resultados experimentais dos modelos estudados, e documentados pela vasta pesquisa bibliogr´afica realizada neste trabalho.

Finalmente, as metodologias propostas s˜ao validadas atrav´es de simulac¸˜oes computacionais com dados experimentais ou dispon´ıveis na literatura cient´ıfica.

6.1

Determinac¸˜ao do grau de polimerizac¸˜ao (GP) atrav´es do

teor de furfural

Como j´a registrado por Emsley [95] e Lundgaard [133], Stebbins [134] tamb´em verificou atrav´es de dados experimentais [135], que o papel termicamente estabilizado (Insuldur) produz substancial- mente uma menor concentrac¸˜ao de furanos que o papel kraft sem tratamento t´ermico (papel kraft comum). Stebbins foi o primeiro pesquisador que destacou a necessidade de distinguir os modelos matem´aticos de GP = f (FUR) (grau de polimerizac¸˜ao em func¸˜ao dos furanos) para o papel iso- lante kraft termoestabilizado e o papel kraft comum. Ap´os a reavaliac¸˜ao de um grande n´umero de ensaios e de trabalhos anteriores, Stebbins confirma a correlac¸˜ao entre o grau de polimerizac¸˜ao (GP) e o teor de furfural (FUR) para o papel kraft comum (equac¸˜ao 4.4), originalmente desenvolvida por Chendong, e apresenta uma correlac¸˜ao para o papel kraft termoestabilizado (equac¸˜ao 4.5). A seguir, s˜ao apresentados os resultados obtidos da simulac¸˜ao dos modelos desenvolvidos para o c´alculo do GP em func¸˜ao do teor de furfural, e a sua aplicac¸˜ao no c´alculo da perda de vida dos transformadores.

6.1.1

Determinac¸˜ao do GP para o papel kraft comum e o termoestabilizado

Para calcular e avaliar as correlac¸˜oes para GP = f (FUR), encontradas na literatura t´ecnico cien- t´ıfica, foi desenvolvida uma rotina em MATLAB para comparar as diversas propostas com a equac¸˜ao de Lundgaard [133], equac¸˜ao 4.17. Os parˆametros E e R da equac¸˜ao de Lundgaard s˜ao os valores adotados pela IEEE Standard C57.91 [2], que resulta no termo exp (15000 / (T + 273)). O coeficiente pr´e-exponencial(Af p) ´e determinado pela estimativa de vida de um transformador seco e novo que,

conforme o IEEE Standard C57.91, ´e igual a 150000 horas e, admitindo que o GP = 200 corresponde ao fim da vida ´util de um transformador.

Os resultados da correlac¸˜ao entre GP e o furfural, em func¸˜ao do tipo de papel, s˜ao mostrados a seguir, para o furfural variando entre 100 ppb (menor quantidade de furfural capaz de ser medida) at´e o valor correspondente a GP = 200.

Inicialmente, na figura 6.1 ´e mostrada a correlac¸˜ao,GP = f (FUR), para o papel termoestabili- zado, comparando os modelos desenvolvidos por Stebbins (equac¸˜ao 4.4), Pahlavanpour (equac¸˜ao 4.8) e Burton (equac¸˜ao 4.2).

CAP´ITULO 6. RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSS ˜OES 89 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Correlaçao GP x Furfural − Papel Termoestabilizado

Grau de Polimerização

Furfural [ppb]

Stebbins T Pahlavanpour Burton

Figura 6.1: Teor de furfural x Grau de polimerizac¸˜ao - Papel termoestabilizado.

Na figura 6.2 ´e mostrada a correlac¸˜ao GP = f (FUR), para o papel Kraft comum, segundo Stebbins e Chendong (equac¸˜ao 4.5), Burton (equac¸˜ao 4.2) e Pablo (equac¸˜ao 4.7). Destaca-se que a equac¸˜ao 4.7 foi corrigida e simulada com o GP inicial igual a 1000.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Correlaçao GP x Furfural − Papel Kraft

Grau de Polimerização Furfural [ppb] Stebbins Chendong Burton Pablo

Figura 6.2: Teor de furfural x Grau de polimerizac¸˜ao - Papel kraft comum.

A seguir, na figura 6.3, ´e mostrada a correlac¸˜ao entre o GP e o teor de furfural, usando as equac¸˜oes de Stebbins e Chendong para o papel kraft comum (equac¸˜ao 4.5) e a de Stebbins para o papel termoestabilizado (equac¸˜ao 4.4). Nesta figura, ´e demonstrada a necessidade de modelos

distintos para cada tipo de papel isolante, pois a produc¸˜ao de furanos ´e muito mais intensa para o papel kraft comum. Observa-se tamb´em, que o modelo de Stebbins, para o papel kraft comum, ´e uma generalizac¸˜ao do modelo proposto por Chendong.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 100 200 300 400 500 600 700 800 Correlação GP x Furfural Teor de Furfural [ppb] Grau de Polimerização Stebbins − K Chendong − k Stebbins − T

Figura 6.3: Teor de furfural x Grau de polimerizac¸˜ao - Stebbins.