Tipos e funções do óleo isolante de transformadores
Um transformador de potência é um dispositivo elétrico usado para conversão de energia, capaz de transformar corrente alternada (CA) de uma determinada tensão e corrente em outra tensão e corrente da mesma frequência. O óleo isolante para transformadores é um fluido especializado projetado para isolar e resfriar transformadores. Possui excelentes propriedades isolantes, estabilidade térmica, capacidade de extinção de arco elétrico e resistência à oxidação. Ele pode suportar os efeitos de campos elétricos de alta tensão por longos períodos, prevenindo eficazmente falhas internas no transformador, como arcos elétricos, descargas e explosões, garantindo assim o funcionamento normal do equipamento. Com base na origem do óleo base, o óleo isolante para transformadores pode ser classificado em quatro tipos principais: óleo isolante à base de óleo mineral, óleo isolante à base de óleo vegetal, óleo isolante à base de óleo de silicone e óleo isolante à base de éster sintético.
O óleo mineral para transformadores tem sido usado em...Transformador ImersoHá quase um século, o óleo mineral para transformadores é utilizado devido às suas excelentes propriedades elétricas e térmicas. Até hoje, permanece o óleo ideal para transformadores de potência de ultra-alta e extra-alta tensão. O óleo mineral para transformadores é derivado principalmente de óleos básicos naftênicos e parafínicos. Do ponto de vista da estrutura molecular, ele consiste em alcanos de cadeia linear, isoalcanos, naftenos e hidrocarbonetos aromáticos, cada um desempenhando funções distintas no óleo para transformadores. Os alcanos de cadeia linear possuem altos pontos de congelamento e tendem a gerar hidrogênio sob campos de alta tensão. Considerando fatores econômicos e de desempenho, os alcanos de cadeia linear geralmente não são utilizados diretamente na produção de óleo para transformadores. Os isoalcanos possuem pontos de fulgor acima de 170 °C, baixos pontos de congelamento, baixos índices de acidez, boa estabilidade à oxidação e propriedades de gaseificação moderadas, o que os torna adequados para óleo de transformador. Os naftenos exibem baixos pontos de congelamento e pontos de fulgor relativamente baixos, com propriedades de gaseificação moderadas, atendendo aos requisitos de desempenho elétrico dos transformadores. Dentre os hidrocarbonetos aromáticos, os monoaromáticos oferecem boas propriedades de gaseificação e podem ser utilizados em óleo para transformadores de ultra-alta tensão. Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e condensados apresentam baixa estabilidade à oxidação e representam riscos à saúde, devendo, portanto, ser removidos do óleo para transformadores. Assim, os componentes ideais do óleo mineral para transformadores são isoalcanos, naftenos e pequenas quantidades de monoaromáticos.
O óleo transformador à base de óleo vegetal é produzido a partir de oleaginosas naturais por meio de prensagem, refino e modificação. Oferece vantagens como alto ponto de fulgor, bom desempenho elétrico, abundância de matéria-prima, renovabilidade e biodegradabilidade. Os principais componentes do óleo vegetal são os triglicerídeos, e os tipos e proporções de ácidos graxos variam significativamente entre os diferentes óleos vegetais. Para equilibrar a resistência à oxidação e a fluidez em baixas temperaturas, os óleos vegetais com maior teor de ácidos graxos monoinsaturados são a escolha ideal para a produção de óleo transformador à base de óleo vegetal. Embora o óleo transformador à base de óleo vegetal apresente certas vantagens em relação ao óleo transformador à base de óleo mineral, ainda enfrenta desafios. Estes incluem custos mais elevados — aproximadamente três a quatro vezes maiores que os do óleo mineral —, maior viscosidade, suscetibilidade à hidrólise produzindo substâncias ácidas, baixo desempenho em baixas temperaturas, problemas de oxidação e gelificação, padrões de desempenho inconsistentes, experiência limitada em manutenção e processos incompletos. Esses fatores restringem a promoção e a aplicação do óleo transformador à base de óleo vegetal.
O óleo isolante de silicone para transformadores oferece não apenas excelentes propriedades de isolamento elétrico, mas também vantagens como altos pontos de fulgor, baixos pontos de fluidez e mínima variação de viscosidade com a temperatura. É frequentemente utilizado como substituto do óleo isolante tradicional em transformadores de pequena capacidade, abaixo de 35 kV. No entanto, o óleo isolante de silicone é sensível a produtos de decomposição provenientes de descargas parciais ou rupturas dielétricas, apresenta estabilidade relativamente baixa contra faíscas elétricas e sofre redução da estabilidade de isolamento sob estresse elétrico repetido. Portanto, o óleo isolante de silicone é normalmente utilizado em transformadores abaixo de 35 kV, e as temperaturas de operação não devem ser excessivamente altas. Vale ressaltar que o óleo de silicone ganhou popularidade no século passado devido ao seu desempenho superior em segurança contra incêndio. Contudo, devido às suas desvantagens ambientais e de custo, sua adoção não se disseminou amplamente. Atualmente, o uso de óleo de silicone está em declínio globalmente e persiste apenas em alguns países ou regiões (como os Estados Unidos) e em setores específicos (como transformadores para máquinas de tunelamento).
O óleo isolante sintético para transformadores utiliza principalmente óleo base de éster de poliol. Sua característica mais marcante é a excelente biodegradabilidade, permitindo que seja decomposto por microrganismos ativos (bactérias) em dióxido de carbono e água em um curto período, sem causar danos ao meio ambiente. Isso o torna particularmente adequado para aplicações com altas exigências ambientais, como parques eólicos offshore. O óleo isolante sintético para transformadores oferece características de desempenho abrangentes, incluindo boa segurança contra incêndio, propriedades de isolamento elétrico, resistência à oxidação e resistência ao envelhecimento, além de sua biodegradabilidade. Ademais, o óleo isolante sintético para transformadores apresenta forte polaridade e alta afinidade por moléculas de água, mantendo alta tensão de ruptura mesmo sob alto teor de umidade. Sua resistência à umidade supera a do óleo isolante mineral e a do óleo isolante de silicone.