Monitoramento Online de Transformadores no Brasil: Tendências, Desafios e o Futuro da Manutenção

Neste blog destacaremos as aplicações voltadas ao monitoramento contínuo por meio da análise de gases dissolvidos em óleo (DGA), recurso que tem se tornado fundamental para aumentar a confiabilidade, evitar falhas inesperadas e prolongar a vida útil dos transformadores.

Este artigo analisa as oportunidades e os desafios do cenário brasileiro, incluindo a modernização da infraestrutura elétrica e as demandas de um mercado em constante crescimento, além de apresentar as tecnologias mais avançadas e as melhores práticas para sua implementação.

1.  ENTENDENDO O MONITORAMENTO DE GASES EM TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA (método tradicional x método online e contínuo)

●    O que é o monitoramento DGA? 
A Análise de Gases Dissolvidos (DGA – Dissolved Gas Analysis) é uma técnica amplamente utilizada para avaliar a condição do óleo isolante e identificar potenciais falhas internas em transformadores de potência. O processo consiste na medição e análise dos gases dissolvidos no óleo, que podem indicar a ocorrência de falhas no interior do equipamento. 

●    Como a Análise de Gases Dissolvidos pode ser realizada? 
A análise DGA pode ser realizada por meio de dois métodos: o método offline, e mais tradicional e método online ou contínuo.

       » Monitoramento Offline (método tradicional): Nesse modelo, uma amostra de óleo é coletada manualmente no transformador e enviada a um laboratório para análise cromatográfica. A principal vantagem desse método é o custo inicial reduzido. No entanto, apresenta limitações importantes, como a baixa frequência de monitoramento e a dificuldade em identificar tendências em tempo real, o que pode comprometer a eficácia da manutenção preditiva.
Além disso, o método requer logística especializada para transporte e coleta das amostras, bem como um técnico qualificado para realizar o procedimento dentro do prazo adequado e com o máximo de cuidado para evitar contaminações. 

      » Monitoramento Online: O método online ou contínuo consiste na instalação de um monitor de gases diretamente em uma válvula do transformador, conectado ao tanque de óleo. Esse dispositivo realiza a coleta automática de amostras e medição dos gases, possibilitando avaliações em tempo real.
 

Os dados coletados são interpretados por um especialista, que elabora um relatório com o diagnóstico do equipamento e indicações de possíveis falhas. A principal vantagem desse método é a capacidade de acompanhamento contínuo, permitindo a identificação precoce de tendências anormais no crescimento dos gases. Isso viabiliza ações preventivas que evitam falhas maiores e reduzem riscos operacionais.
Apesar do investimento inicial mais elevado, o monitoramento online tende a oferecer um retorno mais rápido a longo prazo, especialmente em ativos críticos.

2.    O PAPEL DO MONITORAMENTO ONLINE DE GASES DISSOLVIDOS EM ÓLEO (DGA) NA MANUTENÇÃO

A busca por maior eficiência operacional tem levado um número crescente de empresas a investir em equipamentos e sistemas de monitoramento de ativos capazes de otimizar os custos com manutenção. O monitoramento realizado de forma online permite a detecção de falhas e alterações nos níveis de gases de forma contínua e em tempo real, contribuindo para a prevenção de gastos imprevistos, redução de intervenções e eliminação de paradas não planejadas em transformadores. Entre os principais benefícios da Análise de Gases Dissolvidos (DGA) destacam-se:

•    Dados contínuos em tempo real
•    Possibilidade de identificação de falhas incipientes
•    Suporte à manutenção preditiva
•    Suporte à tomada de decisões e alocação de recursos

3.    TENDÊNCIAS E DESAFIOS ATUAIS NO MONITORAMENTO DGA NO BRASIL

O cenário atual revela uma crescente adoção de soluções de monitoramento DGA em transformadores, impulsionada por tendências e desafios específicos do setor elétrico brasileiro. Dentre às tendências atuais e fatores que tem levado especialistas em gestão de ativos a adotar o monitoramento online DGA destacam-se:

•    Busca por maior confiabilidade e eficiência operacional: O monitoramento contínuo de gases dissolvidos em óleo permite acompanhar o desempenho dos transformadores com base na avaliação de tendências. Essa abordagem viabiliza decisões técnicas mais assertivas, antecipando falhas e evitando paradas não planejadas que comprometeriam a operação do equipamento.
•    Aumento da criticidade do setor elétrico: O sistema elétrico brasileiro é altamente complexo e demanda confiabilidade elevada. Ao mesmo tempo, esse sistema segue em expansão e modernização, exigindo soluções que garantam a operação segura e eficiente dos ativos.
•    Adoção de tecnologias para monitoramento em tempo real: O monitoramento em tempo real tem sido ampliado para além da análise de gases, contemplando também outros parâmetros elétricos e operacionais dos transformadores. Muitas empresas têm estruturado centros de monitoramento de ativos integrados, visando uma gestão centralizada e contínua de suas frotas de transformadores.
•    Extensão territorial do Brasil: A dimensão continental do Brasil e a presença de regiões remotas com acesso limitado à mão de obra especializada tornam o monitoramento online uma solução estratégica. A consolidação dos dados em centros operacionais permite o acompanhamento contínuo dos ativos mesmo em áreas de difícil acesso.
•    Redução de custos no longo prazo: A manutenção preditiva, viabilizada pelo monitoramento online, contribui para a redução de custos imprevistos, evita paradas operacionais e diminui a necessidade de substituição de componentes, resultando em maior vida útil dos transformadores.
•    Redução nos valores de seguros: A utilização de sistemas de monitoramento online pode impactar positivamente no custo de seguros dos transformadores, uma vez que a previsibilidade operacional e a redução de riscos contribuem para prêmios mais baixos em comparação aos equipamentos sem monitoramento contínuo.
•    Envelhecimento dos ativos no Brasil: De acordo com o Plano Decenal de Expansão de Energia da EPE, até o final de 2024, estima-se que um quantitativo de ativos que somam um valor aproximado de R$ 27,3 bilhões alcançarão o fim de sua vida útil regulatória no sistema elétrico. Em grande parte dos casos, esses equipamentos não precisarão ser substituídos imediatamente. Entretanto, torna-se necessário adotar medidas que assegurem sua operação contínua de forma segura e eficiente desses ativos. Nesse cenário, o monitoramento online desempenha um papel estratégico, ao fornecer dados essenciais para avaliação da condição dos ativos e apoiar decisões técnicas que garantam a confiabilidade do sistema elétrico.
 

Apesar das tendências positivas observadas no setor, a adoção do monitoramento online DGA ainda enfrenta desafios relevantes no contexto brasileiro. Abaixo, destacam-se alguns desafios que impactam a implementação dessa tecnologia nas empresas do setor elétrico:

•    Gestão de Dados: A eficácia dos sistemas de monitoramento depende da integração segura e eficiente dos dados às plataformas de controle e automação. Isso exige uma infraestrutura tecnológica capaz de garantir a coleta, análise e disponibilização contínua das informações.
•    Investimento Limitado e Falta de Avaliação do Custo total de Propriedade: A instalação de sistemas monitoramento online demanda um investimento inicial mais elevado. Entretanto, muitas empresas deixam de realizar uma análise de custo-benefício de longo prazo, priorizando soluções emergenciais e postergando iniciativas que poderiam melhorar a confiabilidade e reduzir custos futuros.
•    Baixa Conscientização Tecnológica: A falta de familiaridade com o monitoramento online e seus benefícios ainda gera resistência à adoção. Em muitos casos, a tecnologia é vista como uma despesa, quando na verdade representa uma ferramenta estratégica para manutenção preditiva e aumento da vida útil dos ativos.
•    Integração com Sistemas Existentes: O monitoramento online de gases precisa muitas vezes ser integrado a sistemas já em uso. Essa compatibilidade é essencial para garantir a integração de dados e a eficiência do sistema como um todo.
•    Falta de Especificações Técnicas Atualizadas: A ausência de uma especificação técnica clara pode comprometer o sucesso de projetos e inviabilizar a adoção de soluções realmente eficazes.

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4.    MONITORAMENTO ONLINE DE TRANSFORMADORES: PRIORIZAÇÃO INTELIGENTE

O ideal é que todos os transformadores isolados à óleo sejam equipados com monitoramento online DGA. Para isso, é essencial avaliar a frota como um todo e definir prioridades de implantação de forma estratégica. Uma abordagem eficaz para orientar essa priorização pode incluir os seguintes passos:

1. Avaliação técnica e financeira da frota
Realizar um estudo abrangente para identificar os transformadores e pontos da rede onde o investimento inicial trará maior retorno ou mitigará riscos mais críticos.
 

2. Definição de critérios de priorização
Priorizar os ativos com base em sua criticidade. Alguns dos principais critérios podem incluir:
•    Custo de penalização (PV) em caso de falha do transformador.
•    Tempo necessário para substituição, considerando a existência de reservas, logística de transporte, tempo de reparo e disponibilidade de equipe técnica.
•    Histórico de falhas e manutenções recorrentes, que indicam ativos já fragilizados e com altos custos operacionais.
•    Idade e condição atual do transformador: equipamentos mais antigos nem sempre são os mais críticos. Muitas vezes, transformadores mais novos exigem maior atenção devido ao perfil de operação ou do papel que desempenham na rede.
•    Complexidade de manutenção e reparo, levando em consideração fatores como acessibilidade, localização e disponibilidade de profissionais qualificados.
 

3. Critérios adicionais em aplicações industriais
Em ambientes industriais, outros aspectos também podem ser considerados:
•    Impacto direto na produção em caso de falha, como perda de receita por parada de planta.
•    Custos operacionais durante o reparo, incluindo uso de fontes emergenciais de energia, como geradores.
•    Ligação com processos críticos, como operações térmicas, químicas ou metalúrgicas, em que a falha pode comprometer a segurança ou a continuidade da produção.
•    Dificuldade de acesso aos transformadores, especialmente em setores como mineração e indústria pesada.
 

4. Estudos prévios à implementação do monitoramento online
Antes de investir em monitores DGA, é importante estar atento a alguns pontos, dentre eles:
•    Avaliar cuidadosamente as tecnologias disponíveis, optando por aquela que melhor se adapta às necessidades operacionais e ao orçamento, levando em conta também os custos ocultos que podem impactar o investimento ao longo do tempo — como consumíveis, calibrações, peças de reposição (spare parts) e outros.
•    Realizar reuniões técnicas com especialistas, tanto do fabricante quanto da equipe interna, para discutir os impactos práticos da solução.
•    Conduzir testes em campo, sempre que possível, para validar a aplicação antes de grandes aquisições.
•    Analisar o custo-benefício a longo prazo, levando em consideração os custos totais de propriedade, e não apenas o investimento inicial.
 

5. Custos e investimentos associados
O custo de um sistema de monitoramento online DGA pode ir além da aquisição e instalação. É necessário considerar:
•    Custos operacionais ao longo de toda a vida útil, como consumíveis, calibrações periódicas, reposição de sensores, filtros e detectores (de acordo com cada tecnologia adotada).
•    Taxas de licença e uso de softwares de gestão de dados, bem como serviços de manutenção técnica.
•    Outros custos ocultos, como mobilização de equipes em casos de falso alarme, necessidade de inspeções manuais frequentes e possíveis falhas que comprometam decisões de manutenção.

5. TENDÊNCIAS TECNOLÓGICAS:

Atualmente, existem diferentes tecnologias para monitoramento online DGA disponíveis. Por isso, é essencial avaliar alguns pontos-chave antes de definir a solução mais adequada, como por exemplo:
•    Tecnologias para Extração de Amostra. 
•    Tecnologias para Medição dos Gases
•    Tecnologias para Eliminação de Desvios
•    Aspectos construtivos do equipamento e Instalação
 

6. ESTUDO DE CASO - CTM SALTO GRANDE (URUGUAI/ARGENTINA)

Contexto: 

O monitor OPT100 da Vaisala foi instalado em CTM Salto Grande, na fronteira entre Argentina e Uruguai, para avaliar problemas de gaseificação em um transformador de 50/50/100 MVA, permitindo seu estudo em diferentes condições operacionais ao longo de um ano para determinar se havia uma correlação entre os níveis de gases e as condições de operação, como carga e temperatura do óleo superior.

Visão Geral do Projeto:

O projeto foi implementado em junho de 2017 com a instalação do monitor  OPT100 Vaisala , utilizado para a medição contínua de todos os gases indicativos de falhas em transformadores. A instalação foi realizada com o transformador em operação, sem necessidade de desligamento.
 

Durante um período de um ano, a equipe da CTM Salto Grande realizou coletas periódicas de amostras de óleo, a cada 2 a 3 semanas, para análises cromatográficas em laboratório. O objetivo foi comparar os resultados obtidos com os dados registrados pelo OPT100.
Em outubro de 2017, durante um processo de desgaseificação do transformador, o monitor OPT100 permaneceu em funcionamento contínuo. Nesse período, intensificou-se as coletas de óleo, realizando análises laboratoriais a cada 2 horas, permitindo uma avaliação mais detalhada da performance do equipamento.

Carregamento x Gases:

Durante os testes, foi observada uma relação entre a carga do transformador e a concentração de CO₂ no óleo isolante, medida tanto pelo monitor online OPT100 quanto por análises laboratoriais. Em períodos de alta carga, os níveis de CO₂ aumentaram, sugerindo a formação do gás devido a áreas mais quentes no interior do transformador, possivelmente oriunda da degradação do papel isolante ou do próprio óleo. Já durante períodos de menor carga e temperatura, os níveis de CO₂ diminuíram, o que pode indicar um equilíbrio dinâmico entre o papel isolante e o óleo, dependendo da variação térmica.
Para investigar melhor essa dinâmica, foram testados modelos matemáticos com base na estimativa de temperatura do ponto quente do transformador. Apesar de alguns avanços, a correlação entre temperatura e concentração de CO₂ mostrou-se complexa, exigindo mais estudos. Outras hipóteses, como a difusão do CO₂ para fora do tanque devido a diferenças de pressão parcial, também foram consideradas. Além disso, o comportamento dos demais gases de falha, exceto possivelmente o etano (C₂H₆), não apresentou relação direta com a carga, e seu aumento após a desgaseificação pode estar relacionado à liberação gradual de gases retidos em materiais internos do transformador
 

Comparação do OPT100 x Testes de Laboratório: 

Ao avaliar um monitor online comparando-o com referências laboratoriais, é essencial considerar a qualidade das amostras e a incerteza dos procedimentos laboratoriais. Além disso, é importante lembrar que todo método de análise, seja em laboratório ou por monitoramento online, possui suas próprias incertezas. Esses fatores devem ser levados em conta ao comparar os resultados e avaliar o desempenho do monitor.
No geral, CTM Salto Grande ficou muito satisfeita com a correlação das leituras e está adicionando mais monitores de DGA online à sua frota para monitorar as operações dos transformadores. 

Conclusão: 

Os resultados do estudo mostraram uma correlação clara entre a carga do transformador e a concentração de CO₂. Ainda não está totalmente claro para os autores se a redução do CO₂ durante os períodos de menor carga se deve à troca de CO₂ entre o óleo e o papel isolante ou à sua possível fuga do transformador. Uma análise mais aprofundada é necessária para identificar com maior precisão a localização dos pontos quentes.
Graças ao OPT100, a CTM Salto Grande conseguiu entender melhor a causa do problema no transformador e determinar quais ações corretivas precisam ser realizadas para resolvê-lo. 

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