Os transformadores são essenciais para a transmissão e distribuição eficiente de energia elétrica nas redes elétricas. O óleo de transformador, um componente essencial destes dispositivos, desempenha diversas funções críticas, como o isolamento, o arrefecimento e a extinção do arco. Quando transfoQuando o óleo é aquecido, ocorrem uma série de alterações físicas e químicas que podem ter um impacto significativo no desempenho e na vida útil do transformador.

Mudanças Físicas

1.Redução da viscosidade

À medida que o óleo do transformador é aquecido, a sua viscosidade diminui. A viscosidade é uma medida da resistência de um fluido ao escoamento. A temperaturas normais de funcionamento, o óleo do transformador tem uma viscosidade relativamente baixa, permitindo que circule livremente dentro do transformador para transferir calor de forma eficaz. Quando aquecidas, as moléculas do óleo ganham mais energia cinética, o que reduz as forças intermoleculares que as mantêm unidas. Esta redução da viscosidade permite que o óleo flua mais facilmente, melhorando a sua capacidade de refrigeração. Por exemplo, num transformador de potência de grandes dimensões a funcionar sob carga pesada, a temperatura do óleo pode aumentar. A diminuição da viscosidade garante que o óleo pode chegar rapidamente a todas as partes do transformador, retirando o calor dos pontos quentes como os enrolamentos.

2.Expansão de volume

O aquecimento faz com que o óleo do transformador expanda em volume. Isto porque a distância entre as moléculas aumenta à medida que estas ganham mais energia. O coeficiente de dilatação térmica do óleo do transformador é relativamente pequeno, mas ainda assim suficientemente significativo para ser considerado no projeto do transformador. Em transformadores selados, esta expansão pode levar a um aumento da pressão interna. Se a pressão se tornar demasiado elevada, pode causar problemas como fugas de óleo ou danos no invólucro do transformador. Para compensar isto, os transformadores são geralmente equipados com dispositivos como conservadores, que podem acomodar as mudanças de volume do óleo à medida que este aquece e arrefece.

Mudanças Químicas

1.Oxidação

Quando o óleo do transformador é aquecido, especialmente na presença de oxigénio, pode ocorrer oxidação. O oxigénio do ar reage com os hidrocarbonetos do óleo, levando à formação de vários produtos de oxidação. Estes produtos podem incluir ácidos orgânicos, peróxidos e lamas. A oxidação não só degrada a qualidade do óleo como também reduz a sua rigidez dielétrica. Com o tempo, a acumulação de produtos de oxidação pode obstruir os canais de arrefecimento do transformador, impedindo o fluxo de óleo e reduzindo a sua eficiência de arrefecimento. Para mitigar a oxidação, são frequentemente adicionados antioxidantes ao óleo do transformador durante o processo de fabrico. Estes antioxidantes podem retardar a reação de oxidação reagindo com os radicais livres gerados durante o processo de oxidação.

2.Decomposição

A altas temperaturas, o óleo do transformador pode decompor-se. Os hidrocarbonetos de cadeia longa no óleo decompõem-se em moléculas mais pequenas, como os gases (como o metano, o etano e o hidrogénio) e os compostos voláteis. Esta decomposição é uma reação química complexa que pode ser acelerada por fatores como a presença de catalisadores metálicos (dos componentes do transformador), o stress elétrico de alta tensão e a duração do aquecimento. A formação de gases pode criar bolhas de gás no interior do petróleo. Estas bolhas podem prejudicar as propriedades de isolamento elétrico do óleo, aumentando o risco de avaria elétrica. Em casos extremos, a decomposição do óleo do transformador pode levar a uma perda significativa das suas capacidades de isolamento e arrefecimento, podendo provocar uma avaria no transformador.

Impacto no desempenho do transformador

1.Degradação do isolamento

As alterações físicas e químicas no óleo do transformador devido ao aquecimento podem levar à degradação do isolamento. A redução da rigidez dielétrica, provocada pela oxidação e pela presença de bolhas de gás provenientes da decomposição, faz com que o petróleo tenha uma menor capacidade de suportar elevadas diferenças de tensão. Isto aumenta o risco de arco elétrico e curto-circuito dentro do transformador. Se o isolamento falhar completamente, isto pode resultar numa falha elétrica grave, levando a cortes de energia e reparações dispendiosas.

2.Ineficiência de arrefecimento

A formação de lamas por oxidação e o entupimento dos canais de refrigeração podem reduzir a eficácia do óleo como refrigerante. À medida que a eficiência do arrefecimento diminui, a temperatura no interior do transformador aumenta ainda mais. Isto cria um ciclo vicioso, uma vez que temperaturas mais elevadas aceleram as alterações físicas e químicas no óleo. Com o tempo, o transformador pode sobreaquecer, causando danos nos seus enrolamentos e noutros componentes.

Concluindo, o aquecimento do óleo do transformador desencadeia uma série de alterações físicas e químicas que podem ter consequências de longo alcance para o desempenho e fiabilidade dos transformadores. Compreender estas mudanças é crucial para a operação, manutenção e design adequados dos transformadores para garantir o fornecimento seguro e eficiente de energia elétrica.