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ÍNDICE

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:


"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


≤ 72,5 kV
> 72,5 kV ≤ 145 kV
> 145 kV
Valor limite para H₂0 (ppm)
40
30
20

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


≤ 69 kV
> 69 kV ≤ 230 kV
> 230 kV
Valor limite para H₂O corrigido a 20ºC (ppm)
10
8
6


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


Valor de H₂O (ppm)
Comutador de neutro
40
Comutador de linha
30


2.1.2 IEC 60422

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

Valores para H2O (ppm)
≤ 72,5 kV
>72,5 kV ≤ 170 kV
> 170 kV
Nível insatisfatório
30
20
15
Nível prejudicial
40
30
20

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


≤ 69 kV
> 69 kV < 230 kV
≥ 230 kV
Valor limite para H2O (ppm)
35
25
20

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

Valores de H2O (ppm)
≤ 69 kV
> 69 kV
Comutador de neutro
40
Comutador de linha
30
25


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

Saturação de água no óleo (%)
Condição da isolação celulósica
< 5
Isolação seca
> 5 e < 20
Isolação moderadamente úmida
> 20 e < 30
Isolação úmida
> 30
Isolação extremamente úmida


    

  • 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.


≤ 36,2 kV
> 36,2 kV 
≤ 72,5 kV
> 72,5 kV 
≤ 145 kV
> 145 kV
Valor limite para H2O (ppm)
400
350
240
150

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.

Valor limite para H₂O (ppm)
200


  • 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


H₂ (ppm)
Valor típico
100

2.2.2. IEC 60599

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


Transformador
Transformador de instrumentos
Buchas
Valor típico de H₂ (ppm)
Potência
Forno
Distribuição
Submersível
TC
TP
50-150
200
100
86
6-300
70-1000
140


  • Para óleo vegetal 

2.2.3. IEEE C57.155

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

Tipo de óleo
H₂ (ppm)
Soja
105-118
Girassol
24-45
Sintético
52-82


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

Tabela 13 - Valores padrão limite para aplicação em equipamentos de monitoração de gás e umidade, baseados na ABNT NBR 10576 de 2017 e 2012


≤ 69 kV
> 69 kV ≤  72,5 kV
> 72,5 kV ≤ 145 kV
> 145 kV ≤ 230 kV
> 230 kV
Valor para alarme de H2O alto (ppm)¹
30
30
20
15
15
Valor para alarme de H2O muito alto (ppm)²
40
40
30
20
20
Valor para alarme de H2O corrigido à 20 ºC alto (ppm)³
8
6
6
6
4
Valor para alarme de H2O corrigido à 20 ºC muito alto (ppm)⁴
10
8
8
8
6
Valor para alarme por saturação relativa alta (%)⁵
30
Valor para alarme por saturação relativa muito alta (%)⁶
50
Valor para alarme de H₂ alto (ppm)⁷
100
Valor para alarme de H₂ muito alto (ppm)⁸
150

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 subtraídos de 2 ppm
⁴Valores definidos pelos limites da ABNT NBR 10576:2012
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


≤ 36,2 kV
> 36,2 kV ≤ 72,5 kV
> 72,5 kV ≤ 145 kV
> 145 kV
Valor para alarme de H₂O alto (ppm)¹
360
315
216
135
Valor para alarme de H₂O muito alto (ppm)²
400
350
240
150


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


Soja
Girassol
Sintético
Valor para alarme de H₂ alto (ppm)³
101
32
58
Valor para alarme de H₂ muito alto (ppm)⁴
112
35
64


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.