1. Introdução

O presente documento tem por objetivo apresentar os estudos realizados com base nas normas vigentes e suas edições relacionados aos valores de alarme de H₂ e H₂O no óleo isolante, mineral e vegetal, definindo e esclarecendo os valores recomendados pela Treetech e as devidas referências de tais valores.

2. Revisão bibliográfica

As referências técnicas consideradas nessa nota de aplicação são:

• ABNT NBR 10576:2017 [1]
• ABNT NBR 10576:2012 [2]
• ABNT NBR 15422:2015 [3]
• ABNT NBR 16518:2017 [4]
• IEC 60422:2013 [5]
• IEC 60599:2015 [6]
• IEEE C57.104:2008 [7]
• IEEE C57.106:2015 [8]
• IEEE C57.155:2014 [9]
• Artigo “Effective methods of assessment of insulation system conditions in power transformers: a view based on practical experience”, de Victor Sokolov [10].

É importante observar que as normas consideradas apresentam valores relacionados ao óleo mineral e ao óleo vegetal isolante. Esses valores são típicos e deverão ser utilizados apenas na falta de dados mais representativos. A própria norma deixa claro que cada usuário deve possuir o conhecimento de seu ativo e, assim, parametrizar o valor que melhor expressa os limites reais de criticidade do equipamento. Como a própria ABNT NBR 10576:2017 ressalta:

 Informação !

"As orientações fornecidas nesta Norma, ao mesmo tempo que tecnicamente recomendáveis, são principalmente direcionadas a servir de base comum para a preparação de procedimentos mais específicos e completos pelos usuários em função das circunstâncias locais. Deve ser empregado um critério bem fundamentado de engenharia na busca do melhor compromisso entre os requisitos técnicos e os fatores econômicos." (ABNT NBR 10576, 2017, página VII). 

2.1. Valores limite de H₂O

Para óleo mineral:

Os valores de limite para H₂O apresentados nas normas são mostrados nas tabelas a seguir.

2.1.1. ABNT NBR 10576

Tabela 1 - Valores limite para H₂0 de acordo com a norma ABNT NBR 10576:2017, para transformadores e reatores

Tabela 2 - Valores limite para H₂O corrigido a 20ºC de acordo com a norma ABNT NBR 10576:2012, para transformadores e reatores

A norma ABNT NBR 10576 de 2017 e de 2012 também apresentam limites de H₂O para comutadores. A tabela que mostra esses valores é a “Tabela 10” das normas.

Tabela 3 - Valores limites para H₂O de acordo com as normas ABNT NBR 10576 de 2017 e 2012, para comutador

2.1.2 IEC 60422

Tabela 4 - Valores limite para H₂O de acordo com a norma IEC 60422:2013, para transformadores e reatores

2.1.3 IEEE 57.106

Tabela 5 - Valores limite para H₂O de acordo com a norma IEEE 57.106:2015, para transformadores e reatores

Tabela 6 - Valores limite para H₂O de acordo com a norma IEEE 57.106:2015, para comutadores

2.1.4 Saturação Relativa

Com relação à saturação relativa, é apresentada uma tabela nas normas ABNT NBR 10576:2017 e IEC 60422:2013 que relaciona a saturação de água no óleo com a condição da isolação celulósica do equipamento. A presença de água na isolação celulósica acelera o envelhecimento dessa, reduzindo a vida útil do ativo.

Para os alarmes de saturação relativa, foram consideradas as recomendações da norma ABNT NBR 10576:2017, presentes na “Tabela B.1” do anexo B da norma. Esta tabela também está presente na norma IEC 60422:2013 no anexo A (“Tabela A.1”). Outros artigos relacionam a saturação relativa com a rigidez dielétrica [7], e desses podemos retirar outros valores consideráveis.

Tabela 7 - Tabela de saturação relativa de água no óleo vs. condição da isolação celulósica

Para óleo vegetal 

Os valores de limite para H₂O em óleo vegetal apresentados nas normas são mostrados nas tabelas a seguir.

2.1.5 ABNT NBR 16518

Tabela 8 - Valores limite para H₂O de acordo com a norma ABNT NBR 16518:2017, para transformadores e reatores em serviço

2.1.6 ABNT NBR 15422

Tabela 9 - Valores limite para H₂O de acordo com a norma ABNT NBR 15422:2015, para transformadores e equipamentos auxiliares.

Cálculo para teor de água a 20 ºC

2.1.7. Considerações para o cálculo de H₂O @20 °C

Algumas normas não definem limites para o H₂O corrigido à 20 °C, mas podem ser calculados a partir de fatores de correção. Os pré-requisitos teóricos para a realização dos cálculos de correção, segundo as normas ABNT NBR e IEC são:

1. Deve existir equilíbrio nos processos termoquímicos entre o óleo e o papel;
2. Não deve existir entrada anormal de água;
3. O equipamento deve ter isolação celulósica;
4. Não pode haver presença de água livre no óleo.

Os critérios para o cálculo são os seguintes:

1. O cálculo não pode ser realizado caso a temperatura do fluxo de óleo no ponto de amostragem esteja abaixo de 20 °C;
2. De 20 °C até 40 °C o cálculo é pouco confiável;
3. De 40 °C até 70 °C o cálculo é razoavelmente confiável;
4. Acima de 70 °C o cálculo apresenta bons resultados.

As conversões de H₂O para 20 °C realizadas por qualquer equipamento podem apresentar imprecisões, tanto pela dificuldade de medir a temperatura no ponto de fluxo do óleo quanto pela temperatura do óleo quando abaixo de 70 °C. Sendo assim, para obter valores corrigidos à 20 °C a partir dos valores absolutos apresentados nas normas, é possível considerar uma temperatura típica de operação e realizar a correção seguindo os fatores propostos nas normas (“Anexo A” das normas ABNT NBR 10576:2017, ABNT NBR 16518:2017 e IEC 60422:2013).

2.2. Valores limite para H₂

Devido ao fato de o H₂ ser um gás formado em processos de decomposição natural do óleo, a definição de um valor de alarme pode ser mais complexa. As normas IEC e IEEE apresentam vários métodos de análise de gases no óleo mineral e vegetal isolante, e, dentre esses métodos, menciona valores de concentração típica de H₂ no óleo. Essas concentrações, entretanto, são valores típicos que podem variar para cada fabricante, modelo e tipo de transformador. As normas, então, deixam claro que cada usuário deve conhecer bem cada um de seus ativos, podendo assim ajustar qual o melhor limite de alarme para cada equipamento e obter um monitoramento otimizado de seus equipamentos.

As tabelas a seguir mostram os valores típicos de H₂ apresentado por cada norma e para cada equipamento, dependendo do tipo de aplicação.

Para óleo mineral 

2.2.1. IEEE C57.104

Tabela 10 - Valores recomendados para H₂ de acordo com a norma IEEE C57.104:2008

2.2.2. IEC 60599

Tabela 11 - Valores recomendados para H₂ de acordo com a norma IEC 60599:2015

Para óleo vegetal 

2.2.3. IEEE C57.155

Tabela 12 - Valores limite para H₂ de acordo com a norma IEEE C57.155:2014

3. Definições dos valores de alarme

Uma vez apresentada a revisão bibliográfica do item 2, o usuário fica livre para definir os limites de alarme recomendados pela norma de sua escolha, podendo até mesmo escolher limites de normas distintas, para a melhor adequação à situação do seu ativo, especialmente nos pontos em que a norma não estipula um valor limite, mas sim um típico comumente observado em outros equipamentos em operação.

A tabela abaixo propõe um ajuste padrão mínimo para que o ativo não fique completamente sem proteção na ausência de dados que balizem a definição dos alarmes. Vale salientar que, os valores de H₂O, foram definidos pensando no cenário brasileiro e considerando as normas ABNT NBR 10576 e 16518 como base. Já os limites para H₂ foram pensados sob a consulta das normas internacionais IEEE C57.106 e C57.155, e IEC 60599. Portanto, o usuário deve interpretar se tais valores são aplicáveis dadas as políticas da própria empresa e do gerenciamento do seu ativo, realizando as correções que julgar necessárias.

Para óleo mineral 

3.1 Valores para alarme no monitoramento de H₂O e H₂ em óleo mineral

 Informação !

   ¹Valores definidos pela condição "Fair" da norma IEC 60422:2013

²Valores definidos pelos limites da ABNT NBR 10576:2017

³Valores definidos pelos limites da ABNT NBR 10576:2012 somado 50 %

⁴Valores definidos pelos limites da ABNT NBR 10576:2012 somado 100 %

⁵Valor definido pela condição de isolação extremamente úmida da ABNT NBR 10576:2017

⁶Valor definido a partir dos estudos do artigo [7], que definem este valor como sendo o ponto crítico para a rigidez dielétrica do óleo

⁷Valor definido pelo valor típico da IEEE C57.106:2008

⁸Valor definido pelo valor superior da faixa típica da IEC 60599:201

Para óleo vegetal 

3.2 Valores para alarme no monitoramento de H₂O em óleo vegetal

Tabela 13 - Valores padrão limite para aplicação em equipamentos de monitoração de umidade, baseados na ABNT NBR 16518:2017

 Informação !

¹Valores limite definidos de acordo com a norma ABNT NBR 16518:2017 subtraídos de 10%

²Valores limite definidos de acordo com a norma ABNT NBR 16518:2017

3.3 Valores para alarme no monitoramento de H₂ em óleo vegetal

Tabela 14 - Valores padrão limite para aplicação em equipamentos de monitoração de gases, baseados na IEEE C57.155:2014

 Informação !

³Valores limite médios de acordo com a norma IEEE C57.155:2014 subtraídos de 10%

⁴Valores limite médios definidos de acordo com a norme IEEE C57.155:2014

4. Referências Bibliográficas

[1] Associação Brasileira de Normas Técnicas, “NBR 10576: Óleo mineral isolante de equipamentos elétricos – Diretrizes para supervisão e manutenção”, quarta edição, Rio de Janeiro, 2017.

[2] Associação Brasileira de Normas Técnicas, “NBR 10576: Óleo mineral isolante de equipamentos elétricos – Diretrizes para supervisão e manutenção”, terceira edição, Rio de Janeiro, 2012.

[3] Associação Brasileira de Normas Técnicas, “NBR 15422: Óleo vegetal isolante para equipamentos elétricos“, segunda edição, Rio de Janeiro, 2015.

[4] Associação Brasileira de Normas Técnicas, “NBR 16518: Óleo vegetal isolante para equipamentos elétricos – Diretrizes para supervisão e manutenção”, Rio de Janeiro, 2017.

[5] International Standard, “IEC 60422 – Mineral insulating oils in electrical equipment – Supervision and maintenance guidance”, ed. 4.0, 2013.

[6] International Standard, “IEC 60599 – Mineral oil-filled electrical equipment in service – Guidance on the interpretation of dissolved and free gases analysis”, ed. 3.0, 2015.

[7] International Standard, “C57.104 - IEEE Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed Transformers”, 2008.

[8] International Standard, “C57.106 - IEEE Guide for Acceptance and Maintenance of Insulating Mineral Oil in Electrical Equipment”, 2015.

[9] International Standard, “C57.155 - IEEE Guide for Interpretation of Gases Generated in Natural Ester and Synthetic Ester-Immersed Transformers”, Nova Iorque, 2014.

[10] V. Sokolov, Z. Berler, V. Rashkes, “Effective methods of assessment of insulation system conditions in power transformers: a view based on practical experience”, Proceedings in Electrical Insulation Conference and Electrical Manufacturing and Coil Winding Conference, 28-28 Oct. 1999, Cincinnati, OH.