A inovação tecnológica é uma ferramenta muito poderosa utilizada para avançar estrategicamente no mundo competitivo. Esta tendência também é uma realidade nos sistemas de isolamento dos transformadores. Os isolamentos passam então a ser avaliados tanto do ponto de vista econômico, quanto do ambiental e da segurança. Em todo o mundo, são consumidos bilhões de litros de óleo isolante mineral e vegetal que, juntamente com o papel, formam a isolação interna dos equipamentos. Essa isolação ao ser degradada por uma ação térmica, química ou elétrica, não só diminui a vida útil dos equipamentos, mas também aumenta a taxa de falha e acarreta prejuízos e multas severas às concessionárias de energia. Aumenta-se a urgência em explorar o uso de óleos não fósseis, renováveis e biodegradáveis. Os fluídos isolantes vegetais, com capacidade de reduzir incêndios e riscos ambientais, já são uma realidade e alternativa possível em substituição aos óleos isolantes minerais. Como são de uso recente, os estudos sobre os gases dissolvidos nesses óleos ainda são poucos e seu uso como elementos indicadores de faltas causam desconfiança. Assim, o objetivo do trabalho foi o de criar metodologias para produzir em laboratório arcos elétricos e superaquecimento em óleos, capazes de gerar gases dissolvidos. Depois por ensaios térmicos e elétricos, realizaram-se estudos comparativos entre óleo mineral e vegetal com as técnicas disponíveis para monitoramento de faltas em transformadores. / Technological innovation is a very powerful tool used to advance strategically in the competitive world. This trend is also a reality in the insulation systems of transformers. Thus, insulation systems both from an economic, environmental and security viewpoint. Around the world are consumed billions of liters of insulating oil which jointly to paper forms the internal equipments insulation. When this insulation is damaged by thermal, chemical or electrical reaction it reduces the equipment durability, increases its failure rates, and cause great losses and severe fines to Electricity dealers. Consequently, this increases the urgency to explore the use of non-fossil oil, renewable and biodegradable. The vegetable insulating fluids is less-flammable and presents less environmental hazards, so it is a viable alternative to replace the use of mineral insulating oils. However, considering its recent use, studies involving dissolved gases in these oils are still scarce, and its use as shortages indicator, today, cause a deep distrust. Thus, the aim of this study was to create methodologies to produce, in laboratory, electric arcs and overheating in oils capable of generating dissolved gases. After a trial, was carried out a comparative analysis between mineral and vegetable oils, using the techniques available for monitoring transformers failures.

Os transformadores de potência são alguns dos elementos mais importantes dos sistemas elétricos. A confiabilidade e o bom funcionamento destes equipamentos são vitais para que as companhias de energia forneçam eletricidade com qualidade e segurança. Um dos principais parâmetros que envolvem a normalidade da operação dos transformadores é o estado da isolação interna formada pelo óleo mineral e o papel que cobre as bobinas. Danos nessa isolação resultam na degradação destes dielétricos e, por conseqüência, na diminuição da vida útil dos transformadores. Essa degradação, que advém de processos elétricos, térmicos, ou mesmo mecânicos, geram gases combustíveis cujas quantidades individuais podem indicar o tipo de falha e a gravidade do problema. Desta forma, é importante detectar os principais gases envolvidos. O objetivo deste trabalho é realizar análises e estudos quantitativos da presença de gases inflamáveis dissolvidos no óleo, surgidos através da degradação deste líquido isolante. O cerne deste trabalho está em elaborar ensaios de formação de arco no óleo e, posteriormente, aquecer o fluido para medir a quantidade dos gases combustíveis antes dissolvidos nele. Este estudo visa à melhoria na confiabilidade dos equipamentos projetados para detectar e monitorar o surgimento de gases inflamáveis no interior de transformadores de potência existentes em subestações de companhias de eletricidade. / Power transformers are some of the most important elements of electrical systems. The trustworthiness and the good functioning of this equipment permit power utilities to supply electricity with quality and security. One of the main parameters for transformer\'s operation normality is the state of the internal insulation formed by the mineral oil and the paper that covers the bobbins. Damages in this insulation cause its dielectric degradation and, consequently, the reduction of the equipment useful life. This degradation which originates from electrical, thermal, or even mechanical processes generates chemical products such as gases whose individual amounts may indicate the type of imperfection and gravity of the problem. That\'s why the detection of the main involved gases is important. This work intends to elaborate analyses and studies of the presence of inflammable gases dissolved in oil through the degradation of the insulating liquid. The principal topic of this work is the arc formation elaboration in the oil and later the heating of the oil to measure the amount of gases previously dissolved in it. This study also aims to improve the trustworthiness of the projected equipments in order to detect and monitor the sprouting of existing inflammable gases in the interior of power transformers in substations of power utilities.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A análise de gases dissolvidos tem sido aplicada há décadas como a principal técnica de manutenção preditiva para diagnosticar defeitos incipientes em transformadores de potência, tendo em vista que a decomposição do óleo mineral isolante produz gases que permanecem dissolvidos na fase líquida. Entretanto, apesar da importância desta técnica, os métodos de diagnóstico mais conhecidos são baseados em constatações de modelos termodinâmicos e composicionais simplificados para a decomposição térmica do óleo mineral isolante, em conjunto com dados empíricos. Os resultados de simulação obtidos a partir desses modelos não reproduzem satisfatoriamente os dados empíricos. Este trabalho propõe um modelo termodinâmico flexível aprimorado para mimetizar o efeito da cinética de formação de sólidos como restrição ao equilíbrio e seleciona, entre quatro modelos composicionais, aquele que apresenta o melhor desempenho na simulação da decomposição térmica do óleo mineral isolante. Os resultados de simulação obtidos a partir do modelo proposto apresentaram uma melhor adequação a dados empíricos do que aqueles obtidos a partir dos modelos clássicos. O modelo propostofoi, ainda, aplicado ao desenvolvimento de um método de diagnóstico com base fenomenológica.Os desempenhos desta nova proposta fenomenológica e de métodos clássicos de diagnóstico por análise de gases dissolvidos foram comparados e discutidos; o método proposto alcançou desempenho superior a vários métodos usualmente empregados nessa área do conhecimento. E, ainda, um procedimento geral para a aplicação do novo método de diagnóstico é descrito / The dissolved gas analysis has been applied for decades as the main predictive maintenance technique for diagnosing incipient faults in power transformers since the decomposition of the mineral insulating oil produces gases that remain dissolved in the liquid phase. Nevertheless, the most known diagnostic methods are based on findings of simplified thermodynamic and compositional models for the thermal decomposition of mineral insulating oil, in addition to empirical data. The simulations results obtained from these models do not satisfactorily reproduce the empirical data. This work proposes a flexible thermodynamic model enhanced to mimic the kinetic effect of solid formation as a restriction to equilibrium and selects, among four compositional models, the one offering the best performance on the simulation of the thermal decomposition of mineral insulating oil. The simulation results obtained from the proposed model showed better adequacy to reported data than the results obtained from the classical models. The proposed model was also applied in the development of a diagnostic method with a phenomenological basis. The performances of this new phenomenological proposition and of classical dissolved gas analysis diagnostic methods are compared and discussed; the proposed method achieved a performance superior to several methods usually employed in this area of knowledge.Also, a general procedure for the application of the new diagnostic method is described

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation introduces the study of the use of tin dioxide gas sensor array applied to fault detection in power transformers, through dissolved gas-in-oil. The aim of this research is to analyze the data obtained from gas sensors array, using pattern recognition techniques, and thus to determine if the use of gas sensor array allows the identification of faults. In order to facilitate the understanding of this research, the document was organized covering the following topics: power transformers, mineral insulating oil, analysis and interpretation of dissolved gás-in-oil, tin dioxide sensors and data acquisition instrument, techniques of pattern recognition and methodology for generating faults. In the end of this dissertation, the data from the sensor array are analyzed, in order to achieve the objective of verifying its application in the identification of faults. / Esta dissertação introduz o estudo do uso de uma matriz de sensores de gases de dióxido de estanho na detecção de falhas em transformadores de potência, através dos gases dissolvidos no óleo. O objetivo desta pesquisa é analisar os dados obtidos pelos sensores de gás, utilizando algumas técnicas de reconhecimento de padrão, e desta forma, verificar se o uso da matriz de sensores possibilita a identificação das falhas. Com o intuito de facilitar o entendimento da pesquisa, o presente documento foi organizado abordando os seguintes tópicos: transformadores de potência; óleo mineral isolante; análise e interpretação dos gases dissolvidos em óleo; sensores de dióxido de estanho e instrumento de aquisição de dados; técnicas de reconhecimento de padrões; e metodologia de geração de falhas. Ao final desta dissertação, os dados da matriz de sensores são analisados, a fim de atingir o objetivo de verificar sua aplicação na identificação das falhas.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-09-28T17:58:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese PPGEM Doutorado Sérvulo José Ferreira Alves 2016.pdf: 1519348 bytes, checksum: 490570bb98ca33461aa0ff92d42da7d8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-28T17:58:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese PPGEM Doutorado Sérvulo José Ferreira Alves 2016.pdf: 1519348 bytes, checksum: 490570bb98ca33461aa0ff92d42da7d8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Na união de materiais metálicos, sobretudo nos aços, os processos de soldagens são predominantes e com grande destaque para soldas ao arco elétrico. E dentre os processos de soldas ao arco elétrico há no segmento metal mecânico mundial uma enorme utilização do GMAW que necessita de gases de proteção que evitam a contaminação das áreas soldadas pelos gases presentes na atmosfera, em especial o nitrogênio, o oxigênio e o hidrogênio. O GMAW por sua vez é subdividido em dois tipos de processos de soldagens que dependem das características físicas e químicas dos gases de proteção, bem como, do metal de base a ser soldado. O primeiro deles quando se usa como gás de proteção um gás inerte como o argônio e o hélio ou uma mistura de gases inertes sendo denominado então MIG. Já o segundo tipo ocorre quando no gás de proteção há a presença de um gás ativo como o oxigênio ou o dióxido de carbono ou uma mistura de gases ativos e inertes e é conhecido como MAG. Foi realizada a coleta e a análise em Pernambuco dos fumos (particulados) e gases gerados na soldagem GMAW, no soldador, em duas empresas do segmento metal mecânico de Pernambuco de acordo com a NR-15 e a ACGIH. A caracterização dos fumos foi obtida por ICP-OES enquanto, a dos gases ocorreu por cromatografia em fase gasosa. O objetivo deste trabalho foi coletar e analisar qualitativa e quantitativamente os fumos e os gases gerados no soldador no processo de soldagem GMAW. E desenvolver uma metodologia eficiente e de baixo custo na coleta e acondicionamento das amostras dos gases no soldador de duas empresas do segmento metal mecânico de Pernambuco. A conclusão deste trabalho se baseou nas análises dos fumos e dos gases, em cada um dos soldadores. E indicou que nas duas empresas, cada soldador não estava exposto a fumos acima dos limites da NR-15 e da ACGIH. As análises do CO2 e do CO, indicaram que o soldador da empresa “A” não excedia os limites toleráveis da ACGIH e da NR-15. O soldador da empresa “B” ficou exposto apenas ao CO acima do limite da ACGIH e quanto ao CO2 não excedeu os limites da NR-15 e da ACGIH. / In the union of metallic materials, mainly in steel, welding processes are predominant and with great emphasis on the electric arc welds. And among the processes of arc welding to metal segment in the world there is a huge mechanical use of GMAW that requires shielding gas to prevent contamination of the welded areas by gases present in the atmosphere, in particular nitrogen, oxygen and hydrogen. The GMAW is in turn subdivided into two types of welding processes that depend on the physical and chemical characteristics of shielding gases, as well, as the base metal being welded. The first of them when used as a shielding gas as an inert gas argon and helium or a mixture of inert gases then being called MIG. The second type occurs when there is the presence of an active gas such as oxygen or carbon dioxide or a mixture of active and inert gas in the shielding gas and is known as MAG. Was performed the collection and analysis in Pernambuco of the fumes (particulate) and gases generated in GMAW welding, in the welder, in two companies of Pernambuco mechanical metal segment of according to NR -15 and the ACGIH. The aim of this work was to collect and analyze qualitatively and quantitatively the fumes and gases, in the welder, in GMAW welding process. And develop an efficient methodology and low cost in the collection and packaging of the samples of gases, in the welder, in the GMAW welding in two metal mechanic segment companies Pernambuco. The characterization of the smoke was obtained by ICP-OES while the gases occurred by gas chromatography. The conclusion of this work was based on analysis of the fumes and gases in each of the welders. And indicated that the two companies, each welder was not exposed to fumes and gases or CO and CO2 above the limits of the NR-15 and ACGIH. Analyses of CO2 and CO indicated that the welder of the company "A" did not exceed the tolerable limits of the ACGIH and NR-15. Welder the company "B" was exposed only to CO above the ACGIH limit and how much CO2 has exceeded the scope of the NR-15 and ACGIH.