Isolamento elétrico

Nos transformadores elétricos, o isolamento é principalmente assegurado pela soma de materiais sólidos, como papel kraft e fluidos isolantes, principalmente óleos minerais. Esta importante inovação foi inventada e reivindicada pelo conhecido cientista Nikola Tesla da patente n. 655.838 “Método de isolamento de condutores elétricos” de 14 de agosto de 1900 “minha invenção, qualquer tipo de fluido capaz de atender aos requisitos (75 …) como óleo, pode ser usado (130 …)” e por muitas outras patentes.

O isolador sólido, também chamado de papel isolante ou cartográfico, é derivado principalmente dos processos de produção de papel kraft (ver definições para mais informações). O resultado é um produto que oferece propriedades surpreendentes, tanto mecânica quanto eletricamente. Nesta área, o papel kraft encontrou uma das suas aplicações mais importantes, especialmente no isolamento de equipamentos elétricos até altas tensões. Ao longo do tempo, graças ao uso de aditivos específicos, o papel kraft foi melhorado principalmente em seu comportamento relacionado à temperatura, dando origem ao papel de atualização térmica (TUP). Os polímeros sintéticos, como o material Nomex de Dupont, um composto de meta-aramida, também estão disponíveis no mercado.

Quanto ao isolador líquido, além dos óleos minerais, existem também ésteres naturais, ésteres sintéticos, fluidos de silicone e, no passado, também Askarel com base em PCBs.

O papel kraft

L’isolamento elettrico può essere considerato il cuore del trasformatore, se viene meno la conseguenza diretta è il guasto elettrico (metaforicamente come un infarto). In presenza di forti archi elettrici di potenza, il guasto può innescare l’olio isolante, che è combustibile, determinando scoppi e incendi del trasformatore e possibili incidenti rilevanti.

Os papéis isolantes são impregnados com óleo ou outros líquidos isolantes. No final do ciclo de impregnação (tipicamente sob vácuo, 60-80 ° C e pelo menos 72 horas), o papel kraft vem embeber o óleo até 150-180% de sua massa inicial.

O papel kraft cobre os condutores de cobre ou alumínio para isolá-los eletricamente e, portanto, está exposto ao estresse térmico, elétrico e mecânico.
A principal propriedade do trabalho é DP (IEC 450: 1974), grau de polimerização. Este parâmetro caracteriza as propriedades do material que são principalmente: tração, alongamento, resistência à flexão, módulo de elasticidade, fator de perda, resistividade específica. Um papel Kraft típico tem um DP entre 1000 e 1500.
Durante o ciclo de vida real do transformador, o DP diminui progressivamente para um valor de cerca de 200 (cerca de 80% de redução sobre o novo) ao qual o termo convencional corresponde ao termo “térmico”. Nessa condição, o papel perde suas propriedades mecânicas, mas não as elétricas, que, no entanto, permanecem aptas para garantir o isolamento requerido.

O isolamento elétrico pode ser considerado o coração do transformador, se a conseqüência direta é a falha elétrica (metaforicamente como um ataque cardíaco). Na presença de fortes cordas de energia elétrica, a falha pode desencadear o óleo isolante, que é combustível, causando rajadas de transformadores e incêndios e possíveis acidentes graves.

A vida termal dos cartões

Simplesmente simplificando, podemos dizer que a vida termica dos isoladores sólidos (com base em papel Kraft sem aditivos antienvelhecimento específicos) é estimada em cerca de 160,000 horas com a carga nominal do transformador.

Especificamente, para um transformador de gerador de tipo gerador (GSU) de uma usina termelétrica com uma disponibilidade operacional de 7500 horas / ano e um perfil de carga médio de 80%, na ausência de criticidades específicas, uma vida termica convencional de cerca de 25 anos. Para o mesmo transformador, no entanto, instalado em uma usina hidrelétrica e, portanto, com um perfil de carga médio de 40% (sazonalidade da água), na ausência de criticidade específica, estima-se uma vida termica convencional de cerca de 50 anos. Os reatores Shunt, por outro lado, são dimensionados para operar intensamente em valores próximos da carga nominal e, portanto, com menor expectativa de vida esperada.

A vida útil do transformador depende não só da vida termica dos cartões, mas também de outros cofactores, como defeitos elétricos, que, ao evoluir para falhas elétricas, interrompem a disponibilidade operacional da máquina. Na presença desta criticidade, também é necessário avaliar a opção de substituição do transformador; Neste caso, é apropriado escolher uma máquina que atenda aos requisitos de concepção ecológica em particular em termos de redução de perdas de vazamento e redução de emissões de CO2. (Ligação à directiva)

A degradação do papel

Os processos de degradação do papel térmico são o resultado da interação de 3 mecanismos: hidrólise, oxidação, pirólise.

Os processos de degradação do papel são extremamente complexos em si mesmos e, além dos efeitos da degradação do óleo (dada a interação óleo-papel), os mecanismos influenciados por muitos fatores críticos da difícil formalização quantitativa resultam. Os fatores críticos que determinam o envelhecimento dos papéis isolantes são a temperatura, água, oxigênio, se o sistema estiver fechado ou aberto, ciclos térmicos e a relação com o perfil de carga do transformador.

Mar Marconi realizou uma série de experimentos para determinar a relação entre degradação do papel e degradação do óleo. Um desses testes, de acordo com a norma IEC 62535 (em um frasco de 20 ml com 10 ml de óleo, insere um teste de cobre com cerca de 3 g de peso, envolto com aproximadamente 23 g de papel, a 150 ° C para 72 horas), mostrou uma perda progressiva de peso de papel (até 25%) e uma redução de DP (até 80% em relação ao novo valor e 60% menor em comparação com um óleo inicialmente não ácido) aumentando a acidez do óleo analisado (TAN). (veja o gráfico abaixo).

Perdita peso della carta e diminuzione DP al crescere dell’acidità

Os principais produtos de degradação de papéis isolantes são: água, ácidos, CO2, CO, compostos de furano, metanol, etanol, partículas. Estes compostos amalgamam as lamas resultantes do envelhecimento do óleo que forma a suspensão total.

Clique aqui para acessar as principais publicações do Mar Marconi sobre o assunto

A. De Pablo, R. Andersson, H.J. Knab, B. Pahlavanpour, M. Randoux, E. Serena, V. Tumiatti ? “Furanic compounds analysis a tool for diagnostic and maintenance of oil-paper insulation systems” – Proceedings of the CIGRE Conference – Berlin Germany – April 22-27-1993.


V. Tumiatti, S. Levchik, G. Camino ?Paper ageing esperiments? CIGRE Task Force 15.01.03 ? Lubliana november 1995.


S. Levchik, J. Scheirs, G. Camino, V. Tumiatti ? ?Study of the origin of furanic compounds in the thermal degradation of cellulosic insulating in electrical transformers? ? Polymer degradation and stability 61 (1998) 507-511.


J. Diana, V. Tumiatti, G. Camino ? ?Diagnostic testing of oil samples and interpretation of results? ? Proceeding of the Conference ? Power Transformer Maintenance ? Faculty of Engineering ? University of Pretoria ? R.S. Africa, 26-27 may 1998.


V. Tumiatti ? ?L?analisi dei fluidi tecnici come strumento di diagnosi del degrado per l?efficace prevenzione dei guasti? ? Seminario dall?Istituto di Ricerca Internazionale sulla manutenzione produttiva ai sistemi oleodinamici ed alla lubrificazione degli impianti, Milano 25-26 novembre 1998.


J. Scheirs, G. Camino, V. Tumiatti, M. Avidano: ?study of mechanism of thermic degradation of cellulosic paper insulation in electrical transformers oil?. Die Angewandte Makromulekalare chemie (1998) 19-24 (Mr 4504).


V. Tumiatti, R. Actis, A. Armandi, G. Di Iorio, G. Camino ? ?Diagnostic testing of oil samples on electric transformers? ? (to be presented for SMI?99 ? 3° Convegno internazionale sulla manutenzione di impianti industriali, Bologna 17-20 febbraio 1999).


J. Scheirs, G. Camino, V. Tumiatti, E. Serena, D. Allan, C. Jones, A. Emsley, M. Avidano ? ?Review of some developments in cellulose insulation condition monitoring? (to be submitted).


S. Kapila, P. Nam, V. Tumiatti, A. Armandi ?Evaluation of Analysis Techniques for Finger printing Mineral Transformer Oil? CIGREWG15.01.TF06 ? Leatherhead (UK) 13.01.1999.


J. Scheirs, G. Camino, M. Avidano, V. Tumiatti ? Origin of Furanic Compounds in Thermal Degradation of Cellulosic Insulating Paper ? Journal of Applied Polymer Science, Vol. 69 2541-2547 (1998).


M. Pompili, F. Scatiggio, V. Tumiatti. (2009). Liquidi isolanti: nuove prospettive ed evoluzione normativa. U & C. Unificazione e Certificazione, vol. LIV.; p. 41-44, ISSN: 0394-9605


R. Actis, S. Flet. Water in insulating system of oil-filled electrical equipment De-hydration techniques of power transformers in service on-load treatment – Proceedings of My Transfo 2008, Turin (IT) December 17-18, 2008 pag. 53