CONSIDERAÇÕES SOBRE O USO DE CAIXA DE CONTENÇÃO E CAIXA SEPARADORA ÁGUA-ÓLEO EM TRANSFORMADORES DE FORÇA Carlos Alberto de Moura SaraivaEngºMecânico e Eletricista - Consultor 1.0 OBJETIVO O presente trabalho tem por objetivo apresentar algumas considerações gerais e orientações para conter e, se possível evitar, que haja lançamento de óleo mineral isolante em cursos d’água e no solo por efluentes líquidos, devidos a eventuais vazamentos de óleo contido em transformadores de força, utilizados nas instalações elétricas. A abordagem do assunto foi tratada sem maiores aprofundamentos na questão devido à extensão e complexidade da mesma. Embora seja um assunto correlato à questão da proteção contra explosão e incêndio dos transformadores não será tratada neste trabalho. O óleo mineral isolante utilizado em equipamentos elétricos é uma substância química orgânica complexa, insolúvel em água e não volátil. A disposição indevida do mesmo no solo, nos lençóis subterrâneos ou nos cursos d’água é regulamentada por legislação especifica das autoridades federais e estaduais do meio ambiente no Brasil. Para evitar que eventuais vazamentos de óleo isolante contaminem o meio ambiente as instalações de transformadores ou outros equipamentos que usam como isolante o óleo mineral devem ser providas com pisos impermeáveis, caixas de contenção de água e óleo, tubulações de drenagem e caixas separadoras de água-óleo. As caixas separadoras são necessárias para se fazer a separação da água e do óleo de forma a permitir a recuperação do óleo para regeneração, evitando-se assim o lançamento das águas pluviais contaminadas nos cursos d’água. 2.0 Normas aplicáveis No Brasil, por disposição constitucional, nenhuma empresa pode ignorar a legislação vigente relativa ao meio ambiente. 2.1 Legislação Federal Constituição da República Federativa do Brasil – Título VIII: Da ordem social – Cap. VI: Do meio ambiente. Portaria Interministerial nº 19, de 29/01/1981 – Contaminação do meio ambiente por bifenis policlorados – PCBs (Askarel, Aroclor, Clophen, Phenoclor, Kanechlor, etc.) – Aplicável a Capacitores de potência. Lei nº 9605 de 30/03/98 – Lei dos crimes ambientais – O óleo isolante embora sendo de baixa toxidez, o seu derramamento no meio ambiente, além de ser indesejável, em vista da possibilidade de contaminação das águas superficiais ou subterrâneas, é considerado crime ambiental, sujeitando o infrator a uma multa elevada. 2.2 Legislação Estadual de Minas Gerais mais a vazão de água pluvial da área da coleta da bacia. acrescido da vazão d'água do sistema de proteção contra incêndio. de sistemas de transmissão. no caso de mais de uma unidade instalada no mesmo local. com as seguintes características: a) permitir fácil retirada do óleo isolante drenado. se previsto.4. de 29/09/81 – Fixa normas para disposição de resíduos no solo. e) apresentar capacidade mínima correspondente à vazão do óleo vertido do equipamento sinistrado. Deliberação Normativa COPAM nº 10/86.Proteção contra incêndio em subestações elétricas convencionais.Deliberação Normativa COPAM nº 7/81. . com proteção. Esta Norma requer que: transformadores e reatores de potência: devem ser instalados sobre bacias de contenção de óleo isolante e. atendidas e não atendidas. que possibilitem a inspeção interna. separado por paredes corta-fogo. 2.5 da Norma que estabelece que: As instalações dos transformadores e reatores devem ter caixas de contenção de óleo e água.3 Normas ABNT NBR-13231 . As galerias para passagem de cabos devem ter suportes de material incombustível. c) apresentar resistência à corrosão pela água e pelo óleo isolante. e dá outras providências. d) possuir meios. o fluido drenado deve ser encaminhado para um sistema coletor específico. As caixas de contenção e a drenagem do óleo isolante devem ser projetadas de forma a atender o item 5. lançamentos de efluentes nas coleções de águas. podendo este ser comum a mais de um transformador. Além das bacias de contenção é obrigatório o uso de tanques separadores de água-óleo. b) permitir a drenagem da água. separado de outras instalações e equipamentos. Nota: O separador deve ser previsto em área específica. As canaletas de cabos devem ser isoladas para evitar a penetração de óleo isolante nas mesmas no caso de uma eventual ruptura do tanque do transformador devida a uma falha seguida de explosão. que direcione os efluentes para um separador de água e óleo isolante. 16/12/86 – Estabelece normas e padrões para a qualidade das águas. podendo ser individual ou coletivo. operações de manobra gerando tensões transitórias elevadas. etc. tampas. os indicadores de qualidade ambiental adotados no setor elétrico nacional no que se refere a óleo isolante: Derramamento de óleo isolante na água e solo. que no Chapter 5 – Oil Water Separators trata do assunto e outra do USDA – ERA (United States Department of Agriculture – Rural Electrification Administration) Bulletin 1724E302 – Design Guide for Spill Prevention and control at Substations. relé de gás e outros acessórios. tubulações flangeadas.5 Indicador de Qualidade Ambiental Para ilustrar a importância atualmente dada aos problemas ambientais citamos abaixo. etc. falhas durante ensaios após uma manutenção. sobrecargas. 2. a título de exemplo. Existem duas publicações. Quanto maior o volume de óleo do transformador maior o risco de vazamentos prejudiciais ao meio ambiente. elevações de pressão excessivas que podem ocasionar deformação ou mesmo a ruptura do tanque e derramamento de óleo. 3. Podem ocorrer em válvulas de drenagem. vandalismo. O risco de um derramamento de óleo causado por uma falha elétrica depende de muitos fatores. descargas atmosféricas.2. que trata do assunto com bastante detalhe. Re-utilização de óleo isolante de transformadores. que variam entre amplos limites (5 a 100 kA) dependendo da corrente de curto-circuito no local. Tratamento do solo contaminado com óleo. que sejam do nosso conhecimento. normas específicas aplicáveis a derramamentos de óleo isolante de transformadores.0 3. uma do USEPA (United States Environmental Protection Agency) nº 40 CFR 112 – Oil Pollution Prevention Regulation. geração gases combustíveis (H2. .4 Outras Normas Não existem. incluindo: falha de proteção. O arco provoca elevação de temperatura. As faltas internas em transformadores geram arcos elétricos com duração e correntes elevadas.1 Considerações gerais sobre derramamento de óleo em transformadores Causas dos vazamentos Os vazamentos podem ocorrer por diversos motivos: gaxetas defeituosas em flange de buchas. C2H2). exceto algumas normas aplicáveis a meio ambiente dos Estados Unidos da América. Um comitê do IEEE/PES Transformer Committee está trabalhando em uma Norma sobre ruptura de tanque de transformadores. Material derramado recolhido. 000 4. Neste caso temos uma baixa impedância e. Falha entre fases.baixa energia. exceto quando há vazamentos. Dependendo do valor da corrente de arco as faltas podem apresentar taxas de crescimento da pressão interna variando de 10 a 250 kPa/ms. A elevação de pressão pode exceder a capacidade da válvula de alivio de pressão.1) fornece alguns valores do volume de óleo para pequenos transformadores da classe de 34. O arco elétrico produz os seguintes fenômenos: Geração de grandes volumes de gases combustíveis.200 6.000 7. Relação 34. Taxa de elevação de pressão muito elevada em função da corrente e comprimento do arco.A Tabela abaixo (Ref. Falha entre ligação das buchas e tanque – Alta energia O pior caso é quando a falha ocorre entre uma ligação da bucha de AT para terra.5/13.8 kV Transformadores trifásicos LN sem OLTC Potência MVA Volume óleo em litros 7500 1500 5000 10000 5. arco de alta corrente e maior comprimento.500 3. Causa de arcos Falha entre espiras .2 Probabilidade de um derramamento de óleo A probabilidade de qualquer tipo de derramamento de óleo é muito influenciada pela freqüência e quantidade de óleo que é rotineiramente manuseada. que são o objeto de nossa atenção neste trabalho. O óleo dentro dos transformadores não sofre perdas porque ele é usado apenas como isolação e meio de resfriamento. a qual por sua vez é altamente influenciada pela energia dissipada no arco elétrico de potência associado à falta.0/13. A válvula de alivio de pressão é um acessório obrigatório para todos os transformadores com potência nominal igual ou maior que 1 MVA de qualquer classe de tensão. Falha entre bobinas de uma mesma fase. . Curtos trifásicos são raros. As estatísticas indicam que a probabilidade de derramamento de óleo de um transformador está relacionada com a severidade da falta interna.8 kV 69. fase-fase. Falha entre discos. O tanque pode se romper ou ficar deformado. fase-terra. Os tipos de falta interna em um transformador podem ser resumidos da seguinte forma: Tipo de falta: vários tipos de curto-circuito. em conseqüência. Deste modo o manuseio de óleo combustível tem uma maior incidência de derramamento e falhas que o óleo dentro dos transformadores.5 e 69 kV. Quando o transformador possui proteção diferencial e disjuntor no lado de AT. como é o caso dos transformadores pequenos. sem apresentar vazamento. tanto a ruptura do tanque quanto a deformação do mesmo provoca algum tipo de vazamento. 6) mostra a elevação de pressão em função da corrente de arco para diversas durações do tempo de arco. Um ponto a ser levado em consideração é o fato comprovado pela experiência que os conservadores de óleo são um efetivo espaço redutor da pressão interna no caso de uma falta com arco interno. a ruptura de tanque. Foram listados vários casos com correntes de arco variando de 10 a 30 kA.12 kgf/cm2. Ref. dependendo do tempo de eliminação da falta. visto que. Os valores acima valem para transformadores grandes de 138 kV a acima. Com óleo o tanque deve suportar uma pressão aplicada no topo do conservador de 0. O limite de ruptura de um tanque ocorre para esforços nas suas paredes variando entre 2. Na nossa opinião a suportabilidade do tanque de um transformador deve ser especificada pelo comprador quando da aquisição do mesmo. Outro fator importante para prevenir a ruptura de tanque é o tempo de eliminação da falta. o tempo de eliminação da falta pode variar de 80 a 100 ms. Corrente de arco .Estas válvulas são ajustadas na fábrica para iniciar a abertura quando a pressão interna for maior ou igual a 0. Quando existe apenas o relé de gás e relé de sobrecorrente instantâneo e disjuntores que operam em 5 ciclos. dependendo do tempo de abertura do disjuntor. A Tabela indicada a seguir (Ref. pode não ocorrer.kA 10 20 30 Nº de casos 1 10 5 Com ruptura 0 7 5 Com deformação 1 3 0 A Fig. O gráfico abaixo (conf. .05 kgf/cm2 por 24 h. 2) mostra uma estatística interessante. Os resultados indicam que em todos os casos observados houve derramamento de óleo. 2 mostra a relação entre tempo de arco x corrente e ruptura e deformação de tanque. A área verde indica os valores para os quais não ocorre ruptura do tanque. embora provável. o tempo de eliminação de falta pode chegar a 8 ciclos. Para transformadores menores não conhecemos os limites adotados pelos fabricantes. Os tanques de transformadores são dimensionados para suportar sem óleo uma pressão de 1 mm Hg absoluto por um tempo mínimo de 30 minutos sem deformações maiores que 5 mm.5 a 3 kgf/cm2 . Para estes casos. como a corrente de arco é relativamente pequena. 6 .Fig. 1 – Ref. No caso dos transformadores da CVRD em análise. Quanto maior a inércia menos efetiva será a válvula. É preciso distinguir entre o tempo de operação da válvula (tempo quando se inicia a abertura da válvula até a sua plena abertura) e o tempo de despressurização. A preocupação dos grandes usuários de transformadores é melhorar a eficiência das VAP. do volume de óleo do mesmo. Os comitês de normalização e os fabricantes vêm trabalhando neste sentido. o qual traduz praticamente a inércia do sistema. tais como: solo. ou seja. Com relação aos equipamentos estocados os mesmos podem ser: a) transformadores novos armazenados. olhando-se o problema pelo lado da segurança e da Lei Ambiental para se evitar a aplicação de eventuais multas por causa de derramamento de óleo.0 Uso de caixas de contenção de óleo e de caixas separadoras água-óleo O sistema de contenção de óleo isolante devido a um vazamento deve ser escolhido após se fazer um balanço entre o custo e a sofisticação do sistema relativamente ao risco de danos ao meio ambiente no local da instalação dos transformadores.1 Recomendações Podemos considerar diversas situações no tocante a transformadores imersos em óleo mineral isolante. Os riscos devem ser avaliados tendo em vista vários itens. mas nem sempre as mesmas são efetivas para cumprir a sua função.Fig. 4. b) transformadores a serem reparados ou em manutenção. O ONS orienta as empresas do setor a dimensionar as caixas para 100% do volume de óleo do maior transformador da SE. Devem-se considerar tanto os equipamentos estocados quanto os equipamentos em operação. 4. 2 Na grande maioria dos casos os transformadores possuem válvulas de alivio de pressão. . provido de dreno para eventual retirada de óleo vazado e água. relativamente à possibilidade de vazamento de óleo. porém estas coisas são demoradas. Em linhas gerais as caixas de contenção e separadoras de água-óleo devem ter os seus custos apropriados no custo de instalação do transformador. tipo do terreno. que é o tempo requerido para equilibrar a pressão interna do tanque com a pressão atmosférica. cercar o local da base por um meio fio de concreto. 2 – Ref. etc). Na nossa opinião isto faz sentido. proximidade a cursos d’água. as caixas de contenção podem ser as mais simples possíveis porque o volume de óleo dos mesmos é relativamente pequeno. O volume das caixas de contenção e separadoras foi objeto de muita discussão dentro do setor elétrico do país. potencial do tamanho da descarga (vai depender da capacidade do transformador. Os critérios normalmente usados para estes casos são: Os transformadores novos devem ser estocados obrigatoriamente em local coberto sobre piso de concreto impermeável. portanto. acidentado ou não. entretanto. não é necessário que o transformador tenha uma caixa de contenção. c) transformadores sucatados. Como se trata de equipamento novo a possibilidade de vazamento é mínima e. Recomenda-se. menor que 5000 litros é preferível o transporte do óleo no tanque do transformador A estocagem do óleo em tambores deve se limitar ao mínimo possível para reposição. A caixa deve ser cheia com brita e possuir dreno para encaminhamento da água-óleo para a caixa separadora. 3. .Dr. podemos considerar as seguintes recomendações: Uso de caixas de contenção simples de concreto. A profundidade da caixa dependerá do volume do óleo a ser recolhido.Prevenção de ruptura de tanques – Apresentação na Eletronorte – 2005. 5. Outra solução simples é o uso de caixas metálicas especialmente se o transformador for transferido de um lugar para outro durante a operação. Os projetos dos tipos de caixas acima indicadas podem ser facilmente implementas por um engenheiro civil com experiência em construções hidráulicas.US EPA – 40 CFR112 – Oil pollution prevention. com piso impermeável acima da fundação. Referências: 1. José Carlos Mendes – ABB Divisão de Transformadores . com área igual a da projeção do contorno do transformador acrescida de 1m linear a partir de cada vértice do retângulo da projeção do contorno. Para transformadores com volume de óleo relativamente pequeno. 2.USDA – REA – Bulletin 1742E-302 – Design guide for oil spill prevention and control at substations. Quanto ao tipo de caixa separadora o tipo mais simples a ser usado seria uma caixa prémoldada de concreto ou fibrocimento semelhante a uma fossa séptica modificada para cumprir a sua finalidade. provido de meio fio lateral.NBR 13231 – Proteção contra incêndio em subestações elétricas convencionais.Os demais casos deverão ter um tratamento particular dependendo da quantidade de itens estocados. 4. atendidas e não atendidas. Quanto aos transformadores de pequeno porte em operação ao ar livre. 6. Quanto maior o risco de vazamento maior o cuidado a ser tomado. como é o caso da CVRD.CEMIG – 01000-GR/EC-1204 – Critérios básicos de projeto para resíduos de óleo. de sistemas de transmissão.EPRI Report 3212-1 Transformer Rupture Statistics.
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