O Triângulo de Duval para Diagnóstico de Falha de Transformadores
- Augusto Moser
- há 3 dias
- 5 min de leitura
Introdução
A Análise de Gases Dissolvidos (DGA) é uma técnica de diagnóstico vital para avaliar a condição dos transformadores imersos em óleo mineral. Ao examinar os gases dissolvidos no óleo isolante do transformador, a DGA ajuda a detectar possíveis falhas antes que elas se transformem em falhas catastróficas. As concentrações de gases específicos revelam a natureza dos estresses elétricos ou térmicos dentro do transformador. A interpretação precisa dos resultados da DGA é fundamental e, entre os vários métodos disponíveis, o Triângulo de Duval se destaca como uma abordagem amplamente adotada e confiável. Especificamente, o Triângulo de Duval 1 é uma ferramenta gráfica projetada para classificar falhas de transformadores com base nas concentrações de três gases-chave de hidrocarboneto: metano (CH₄), etileno (C₂H₄) e acetileno (C₂H₂). Este artigo explora o conceito do Triângulo de Duval 1, o procedimento para calcular e plotar pontos DGA e os seis tipos básicos de falhas que ele identifica, conforme descrito no IEEE Std C57.104-2019.
O Conceito do Triângulo de Duval
O Triângulo de Duval 1 é um sistema de coordenadas triangular usado para interpretar os resultados da DGA mapeando as porcentagens relativas de CH₄, C₂H₄ e C₂H₂. Cada canto do triângulo representa 100% de um gás e 0% dos outros dois: CH₄ no vértice superior, C₂H₄ no canto inferior esquerdo e C₂H₂ no canto inferior direito. O interior do triângulo é dividido em zonas distintas, cada uma correspondendo a um tipo específico de falha que pode ocorrer dentro de um transformador. Ao plotar um ponto com base nas concentrações dos gases de uma amostra DGA, os operadores podem identificar visualmente o provável tipo de falha.
Este método, conforme descrito na seção 6.2.3 do IEEE Std C57.104-2019, foi desenvolvido para melhorar a precisão e a confiabilidade do diagnóstico de falhas em comparação com técnicas anteriores. O Triângulo de Duval aproveita as proporções dos três gases para fornecer uma interpretação mais diferenciada, refletindo as condições térmicas e elétricas dentro do transformador. As zonas dentro do triângulo (figura 1) são derivadas empiricamente de extensas pesquisas e validadas contra casos de falhas do mundo real, tornando-o uma ferramenta robusta para a manutenção do transformador.
As zonas de falha do Triângulo de Duval 1 são:
Descarga Parcial (PD): Descargas de baixa energia frequentemente ligadas a altos níveis de hidrogênio e metano.
Descargas de Baixa Energia (D1): Descargas de superfície ou trilhas, mais energéticas do que PD, mas menos do que arqueamento.
Descargas de Alta Energia (D2): Falhas de alta energia, como arco, normalmente marcadas por acetileno elevado.
Falhas Térmicas < 300°C (T1): Falhas de baixa temperatura, produzindo metano e etano.
Falhas Térmicas 300°C à 700°C (T2): Falhas de temperatura moderada com aumento do etileno.
Falhas Térmicas > 700°C (T3): Falhas de alta temperatura gerando etileno e acetileno significativos.
Misturas de Falhas Elétricas e Térmicas (DT).
Tabela 1 - Limites das zonas de falha para a figura 1
Gás % / Falha | %CH₄ | %C₂H₄ | %C₂H₂ |
|---|---|---|---|
PD | ≥ 98 | - | - |
T1 | < 98 | < 20 | < 4 |
T2 | - | ≥ 20 e < 50 | < 4 |
T3 | - | ≥ 50 | < 15 |
DT | - | < 50 | ≥ 4 e < 13 |
- | ≥ 40 e < 50 | ≥ 13 e < 29 | |
- | ≥ 50 | ≥ 15 e < 29 | |
D1 | - | < 23 | ≥ 13 |
D2 | - | ≥ 23 | ≥ 29 |
- | ≥ 23 e < 40 | ≥ 13 e < 29 |
Calculando e Exibindo Pontos DGA
Para utilizar o Triângulo de Duval 1, é preciso calcular as porcentagens relativas de CH₄, C₂H₄ e C₂H₂ a partir de uma amostra DGA e plotá-las no triângulo. O Anexo D.4 do IEEE Std C57.104-2019 descreve o seguinte procedimento:
Obtenha as Concentrações dos Gases: Obtenha as concentrações de CH₄, C₂H₄, e C₂H₂ em partes por milhão (ppm) do relatório DGA.
Calcule a Concentração Total: Some as concentrações dos três gases: Total = CH₄ + C₂H₄ + C₂H₂.
Calcule as Porcentagens Relativas: Determine a porcentagem de cada gás em relação ao total:
%CH₄ = (CH₄ / Total) × 100
%C₂H₄ = (C₂H₄ / Total) × 100
%C₂H₂ = (C₂H₂ / Total) × 100
Estas porcentagens sempre somam 100%, alinhando-se com o sistema de coordenadas triangulares.
Plote o Ponto: Usando as porcentagens calculadas, localize o ponto correspondente no Triângulo de Duval. A posição dentro de uma zona específica indica o tipo de falha.
Exemplo de Cálculo
Considere uma amostra DGA com as seguintes concentrações:
CH₄ = 25 ppm
C₂H₄ = 15 ppm
C₂H₂ = 10 ppm
Concentração Total: 25 + 15 + 10 = 50 ppm
Porcentagens Relativas:
%CH₄ = (25 / 50) × 100 = 50%
%C₂H₄ = (15 / 50) × 100 = 30%
%C₂H₂ = (10 / 50) × 100 = 20%
Usando esses valores (50%, 30%, 20%), o ponto é plotado no Triângulo de Duval (figura 2). Isso pode ser feito manualmente em um triângulo impresso ou por meio de ferramentas de software que automatizam o processo de plotagem e interpretação. A posição resultante dentro de uma zona de falha fornece informações de diagnóstico.
Observação: Não é recomendado tentar a identificação de falhas usando o método descrito se todos os níveis dos gases estiverem abaixo dos valores da Tabela 1 do IEEE Std C57.104-2019.
Tipos de Falhas Identificadas pelo Triângulo de Duval
O Anexo C.1 do IEEE Std C57.104-2019 define os seis tipos básicos de falhas que o Triângulo de Duval 1 pode identificar. Essas falhas refletem diferentes estresses térmicos e elétricos dentro do transformador:
Descargas Parciais (PD): Descargas parciais do tipo de plasma frio (corona), resultando em possível depósito de cera X no isolamento de papel.
Descargas de Baixa Energia (D1): Descargas no óleo mineral e/ou papel, evidenciadas por perfurações carbonizadas maiores através do papel (furos), carbonização da superfície do papel (trilhas), partículas de carbono no óleo mineral (como na operação do comutador de derivações) ou descargas parciais do tipo centelhamento, induzindo furos bem pequenos ou perfurações carbonizadas no papel.
Descargas de Alta Energia (D2): Descargas elétricas de alta energia no óleo mineral e/ou papel, com corrente elétrica sustentada posterior através do local da falha, evidenciadas por extensa destruição e carbonização de papel, fusão de metal nas extremidades da descarga, extensa carbonização no óleo mineral e, em alguns casos, trip do equipamento, confirmando a grande corrente sustentada.
Falhas Térmicas< 300°C (T1): Falhas térmicas de baixa temperatura, normalmente devido a pequenas sobrecargas ou resfriamento inadequado. Essas falhas afetam principalmente o óleo e/ou o papel, com possíveis evidências de papel amarronzado.
Falhas Térmicas entre 300°C e 700°C (T2): Falhas térmicas de temperatura moderada, afetando tanto o óleo quanto o isolamento sólido, muitas vezes causadas por pontos quentes localizados no enrolamento ou no núcleo.
Falhas Térmicas > 700°C (T3): Falhas severas de alta temperatura que degradam rapidamente o óleo e o isolamento sólido, com fortes evidências de carbonização do óleo mineral (>700 ºC), descoloração de metal (800 ºC) ou fusão de metal (>1000 ºC).
Entender esses tipos de falhas permite que os operadores priorizem ações de manutenção, como inspeções, ajustes de carga ou reparos, com base na gravidade e na natureza do problema detectado.
Conclusão
O Triângulo de Duval 1 é essencial na interpretação DGA para transformadores imersos em óleo mineral, oferecendo um método claro e visual para classificar falhas com base nas concentrações de CH₄, C₂H₄ e C₂H₂. Sua abordagem estruturada - enraizada em dados empíricos e padronizada no IEEE Std C57.104-2019 - aprimora a detecção e o diagnóstico precoce de problemas de transformadores, ajudando a prevenir falhas e prolongar a vida útil do equipamento. Seguindo o procedimento de cálculo e plotagem, os operadores podem identificar tipos de falhas e avaliar suas implicações usando as seis categorias básicas de falhas. Quando integrado com outras ferramentas de diagnóstico e análises de especialistas, o Triângulo de Duval 1 reforça significativamente a confiabilidade e a eficácia dos programas de manutenção de transformadores.
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Referências
"IEEE Guide for the Interpretation of Gases Generated in Mineral Oil-Immersed Transformers," in IEEE Std C57.104-2019 (Revision of IEEE Std C57.104-2008) , vol., no., pp.1-98, 1 Nov. 2019, doi: 10.1109/IEEESTD.2019.8890040.
