O óleo do transformador é um componente crítico nos transformadores de energia, desempenhando papéis fundamentais no isolamento e dissipação de calor. Quando esse óleo é aquecido, ocorre uma série de mudanças físicas e químicas, que atingem as implicações muito longe para o desempenho e a confiabilidade do transformador.

Mudanças físicas

Alteração da viscosidade

Uma das mudanças físicas imediatas no óleo do transformador após o aquecimento é uma redução na viscosidade. A viscosidade é uma medida da resistência de um fluido ao fluxo. Em temperaturas operacionais normais, o óleo do transformador tem uma certa viscosidade que permite circular suavemente dentro do transformador, facilitando a transferência de calor eficiente. À medida que a temperatura aumenta, a energia cinética das moléculas de óleo aumenta. Esse aumento da energia faz com que as moléculas se movam mais livremente, reduzindo as forças intermoleculares que as mantêm unidas. Consequentemente, o óleo se torna menos viscoso e flui com mais facilidade. Por exemplo, em um grande transformador de energia que opera sob carga pesada, onde a temperatura interna pode subir, a viscosidade reduzida do óleo do transformador permite atingir todos os pontos de acesso dentro do transformador rapidamente, aumentando o processo de refrigeração. No entanto, se a temperatura cair significativamente após o aquecimento, a viscosidade do óleo aumentará novamente, o que poderá impedir seu fluxo se a viscosidade se tornar muito alta.

Expansão de volume

O aquecimento também leva à expansão do óleo do transformador. Semelhante à maioria das substâncias, o óleo do transformador se expande à medida que sua temperatura aumenta. Isso ocorre porque o aumento da energia cinética das moléculas faz com que elas se afastem mais, resultando em um aumento no volume. O coeficiente de expansão térmica do óleo do transformador é relativamente pequeno, mas ainda significativo o suficiente para ser considerado no projeto do transformador. Nos transformadores selados, essa expansão de volume pode causar um aumento na pressão interna. Se a pressão exceder os limites de projeto do gabinete do transformador, pode levar a problemas como vazamentos de óleo ou danos aos selos. Para mitigar esse problema, os transformadores são frequentemente equipados com dispositivos como conservadores. Um conservador é um pequeno tanque conectado ao tanque de transformador principal. Ele fornece um espaço para o óleo se expandir e contrair à medida que a temperatura muda, mantendo uma pressão relativamente estável dentro do transformador.

Mudanças químicas

Aceleração de oxidação

Quando o óleo do transformador é aquecido, especialmente na presença de oxigênio, a taxa de oxidação acelera. A oxidação é uma reação química em que os hidrocarbonetos no óleo reagem com oxigênio. Essa reação pode levar à formação de vários produtos de oxidação, incluindo ácidos orgânicos, peróxidos e lodo. Os ácidos orgânicos podem diminuir o pH do óleo, tornando -o mais ácido. Essa acidez pode corroer os componentes metálicos dentro do transformador, como os enrolamentos e o tanque. Os peróxidos são compostos instáveis ​​que podem reagir ainda mais com o óleo, causando mais degradação. A formação de lodo é particularmente problemática, pois pode entupir os canais e filtros de resfriamento dentro do transformador. Os canais entupidos reduzem a capacidade de circular do óleo, o que, por sua vez, prejudica a eficiência de resfriamento. Para desacelerar a oxidação, os antioxidantes são frequentemente adicionados ao óleo de transformador durante o processo de fabricação. Esses antioxidantes trabalham reagindo com os radicais livres gerados durante a oxidação, impedindo assim a reação em cadeia que leva à extensa degradação do petróleo.

Decomposição

Em altas temperaturas, o óleo do transformador pode se decompor. As moléculas complexas de hidrocarboneto no óleo se dividem em compostos mais simples, como gases (por exemplo, metano, etano e hidrogênio) e compostos orgânicos voláteis. Essa decomposição é uma reação endotérmica, o que significa que absorve o calor. O processo de decomposição pode ser acelerado por fatores como a presença de catalisadores metálicos (dos componentes do transformador), tensão elétrica de alta tensão e exposição prolongada a altas temperaturas. A formação de gases dentro do óleo pode ser um problema sério. As bolhas de gás podem interromper as propriedades de isolamento elétrico do óleo. Em aplicações de alta tensão, essas bolhas podem atuar como locais para a quebra elétrica, levando a arco e potencial dano ao transformador. Além disso, a liberação de compostos voláteis pode contribuir para a formação de misturas inflamáveis ​​nas proximidades do transformador, aumentando o risco de incêndio.

Impacto no desempenho do transformador

Degradação do isolamento

As mudanças físicas e químicas no óleo do transformador devido ao aquecimento têm um impacto direto em suas propriedades de isolamento. A redução da força dielétrica, causada por produtos de oxidação e bolhas de gás da decomposição, significa que o óleo é menos eficaz para isolar os componentes elétricos dentro do transformador. Como resultado, o risco de arco elétrico e circuitos curtos - aumenta. Em casos extremos, pode ocorrer uma quebra completa do isolamento, levando a uma grande falha elétrica. Isso não apenas faz com que o transformador falhe, mas também pode interromper a fonte de alimentação para uma grande área, resultando em perdas econômicas significativas.

Resfriamento de ineficiência

Aquecimento - Alterações induzidas no óleo também podem levar à ineficiência de resfriamento. A formação de lodo e o entupimento dos canais de resfriamento, como resultado da oxidação e decomposição, impedem o fluxo do óleo. Com o fluxo reduzido, o óleo não pode efetivamente transferir o calor para longe dos pontos de acesso no transformador. Isso faz com que a temperatura dentro do transformador aumente ainda mais, criando um ciclo vicioso. Temperaturas mais altas aceleram a degradação do petróleo, reduzindo ainda mais suas capacidades de resfriamento. Se a ineficiência de resfriamento não for abordada, o transformador poderá superaquecer, o que pode causar danos permanentes aos enrolamentos e outros componentes críticos.

Em conclusão, o óleo do transformador de aquecimento desencadeia uma série de alterações físicas e químicas que podem comprometer gravemente o desempenho e a confiabilidade dos transformadores. Compreender essas mudanças é crucial para a operação, manutenção e design adequados dos transformadores para garantir a entrega segura e eficiente da energia elétrica.