BRPI0414872B1 - Método para estender a vida útil de um material de isolamento de papel no dispositivo de distribuição elétrica - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA ESTENDER A VIDA ÚTIL DE UM MATERIAL DE ISOLAMENTO DE PAPEL NO DISPOSITIVO DE DISTRIBUIÇÃO ELÉTRICA".

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS O presente pedido reivindica a prioridade do Pedido de Patente U.S. No. 10/677.635, depositado em 2 de outubro de 2003, incorporado à guisa de referência em sua totalidade ao presente documento.

CAMPO DA TÉCNICA A presente invenção refere-se a refrigerantes díelétricos, ou a óleos isolantes, para uso em um equipamento de força e distribuição elétrica, incluindo transformadores.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Muitos tipos de equipamento de distribuição de força elétrica, incluindo os transformadores, os reguladores, e os mecanismos de ligação, utilizam condutores isolados que operam à alta voltagem. De modo geral, um equipamento elétrico de alta voltagem incorpora um material i sol ante sólido, como, por exemplo, um material polimérico ou um material poroso, impregnado com um fluido dielétrico, como, por exemplo, um óleo mineral. O papel é uma forma comum de isolamento sólido que é usado em um equipamento elétrico que contém fluidos dielétrioos de óleo mineral. Com o passar do tempo, o isolamento de papel, que é de modo geral feito de fibras de polpa que contém celulose e, a uma extensão variada, lignina e semicelulo-se, começa a se degradar. A proporção na qual o isolamento de papel se degrada é basicamente determinada pela temperatura e pela quantidade de água presente no papel. Conforme o papel envelhece termicamente, o peso molecular das fibras de celulose diminui juntamente com as suas propriedades mecânicas (por exemplo, sua resistência ã tensão). A degradação térmica dos materiais de isolamento à base de celulose também libera água. Uma conseqüência indesejável da liberação de água é que a mesma acelera ainda mais o processo de degradação. A presença de água em um equipamento de distribuição elétrica é também indesejável pelo fato de fazer com que a resistência dielétrica do óleo mineral caia quando é atingido um ponto de saturação de água presente no óleo. Deste modo, a vida útil de um equipamento de distribuição de força elétrica de alta voltagem é limitada devido à degradação do isolamento do papel dentro do alojamento de equipamento.

Sumário da Invenção São providos aditivos e os métodos para estender a vida útil de um equipamento de força e distribuição elétrica de alta voltagem. Os aditivos contendo éster da presente invenção pode imprimir propriedades de inibição de falhas ao papel de isolamento que é tipicamente usado em um equipamento elétrico. Tais propriedades de inibição de falhas incluem, por exemplo, a remoção da umidade do isolamento de papel de modo a assim desacelerar a falha térmica das fibras de celulose. Com vantagem, de acordo com certas modalidades, a adição de uma quantidade de aditivo contendo éster em um fluido dielétrico pode aumentar significativamente a durabilidade do isolamento de papel. Em uma modalidade, o uso de uma quantidade moderada, por exemplo, de 5 por cento em peso, é suficiente para resultar em uma vida maior.

Em certos aspectos, a adição de compostos contendo éster em um fluido dielétrico de uma forma direta poderá obviar a necessidade de um isolamento de papel conter certos aditivos modificadores de papel, os quais são freqüentemente usados para tornar o papel mais resistente a falha térmica.

Os detalhes de uma ou mais modalidades da presente invenção são apresentados nos desenhos em anexo e na descrição abaixo. Outros aspectos, objetivos e vantagens da presente invenção ficarão aparentes a partir da descrição e desenhos, a partir das reivindicações.

Breve Descrição dos Desenhos A Figura 1 é um gráfico representando os dados de resistência a tensão a um envelhecimento de 160°C do Exemplo 1. A Figura 2 é um gráfico representando os dados de resistência a tensão a um envelhecimento de 170°C do Exemplo 1. A Figura 3 é um gráfico representando o grau dos dados de po-limerização do Exemplo 1. A Figura 4 é um outro gráfico representando o grau dos dados de polimerização do Exemplo 1. A Figura 5 é um gráfico representando o teor de água no papel envelhecido a 160°C do Exemplo 1. A Figura 6 é um gráfico representando o teor de água no papel envelhecido a 160°C do Exemplo 1. A Figura 7 é um gráfico representando os dados de produção de gás do Exemplo 1. A Figura 8 é um outro gráfico representando os dados de produção de gás do Exemplo 1.

Os símbolos de referência similares nos vários desenhos indicam elementos similares.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas São providos aditivos para os fluidos usados em um equipamento de força e distribuição elétrica. Os aditivos exemplares da presente invenção são os à base de em éster. A mistura de um aditivo oom fluidos dielétricos correntemente disponíveis pode prover uma vida útil maior assim como uma durabilidade maior do isolamento de papel usado no equipamento cheio de óleo. O equipamento de força e distribuição elétrica, como, por exemplo, transformadores, reguladores e mecanismos de ligação, de modo geral utilizam fluidos dielétricos em combinação com o isolamento de papel. Os fluidos são óleos e com freqüência referidos como "refrigerantes dielétricos". Basicamente, os fluidos dielétricos são feitos de óleos minerais derivados de petróleo bruto. Estes óleos são tipicamente usados em equipamentos de força e distribuição elétrica em função de suas baixas viscosidades, altas estabilidades químicas e oxidantes, longa vida operacional e baixos custos. Os polímeros sintéticos (por exemplo, as α-poliolefinas) são igualmente úteis para os fluidos dielétricos, uma vez que os mesmos provêm muitas propriedades desejáveis iguais às dos fluidos dielétricos à base de óleo mineral.

Os hidrocarbonetos, como, por exemplo, os óleos minerais, assim como os polímeros sintéticos, são, de modo geral, hidrófobos e, portanto, conhecidos por ter uma pequena afinidade com a água e, de modo geral, são insolúveis na água. Os equipamentos ou dispositivos de força e distribu- ição elétrica que tipicamente utilizam isolamento de papel em combinação com fluidos dielétricos convencionais podem, portanto, ser suscetíveis à degradação do isolamento de papel. Correntemente acredita-se que a degradação seja devido ao fato da água residual tender a ficar no isolamento de papel, onde a mesma poderá hidrolisar as fibras de celulose e degradar o isolamento. Podem haver também outras causas consideradas como fatores que afetam a degradação do papel.

Foi observado, em uma modalidade, que a adição de quantidades moderadas de um ou mais compostos a base de éster nos fluidos dielétricos de hidrocarboneto (por exemplo, os fluidos à base de óleo mineral, basicamente) pode aumentar a capacidade de o fluido reter água e, portanto, inibir a hidrólise do isolamento. O caráter hidrófilo da porção de éster provê propriedades de absorção de umidade. Além disso, a transesterificação (por exemplo, a troca de um grupo acila de um éster pelo de um outro éster) de um material de isolamento, como, por exemplo, celulose, por parte de certos aditivos à base de éster poderá beneficamente derivar celulose ou formar grupos de bloqueio que inibem ainda mais o processo de degradação.

Os compostos à base de éster úteis nas modalidades da presente invenção de modo geral exibem propriedades que os tomam adequados para mistura com os fluidos dielétricos convencionais. Por exemplo, os compostos à base de éster úteis podem ter um ponto de combustão em copo aberto significativamente maior que o dos fluidos dielétricos convencionais, assim como "líquidos menos inflamáveis" (por exemplo, um ponto de combustão mínimo de 300°C, com base no método ASTM D92). Certos compostos à base de éster para mistura com fluidos dielétricos podem ter viscosidades entre cerca de 1 e cerca de 16 cS a 100°C e menor que cerca de 215 cSt a 40°C. Outras características de compostos à base de éster adequados incluem as de ter capacidades térmicas (por exemplo, calores específicos) maiores que cerca de 0,3 cal/g-°C, e resistências dielétricas maiores que cerca de 30 kV/100 mil de intervalo (conforme definido no método ASTM D877). Certos compostos à base de éster podem exibir um intervalo maior que 35 kv/2,5 mm {35 kV/100 mil). O fator de dissipação de um composto à base de éster pode ser menor que cerca de 0,5% a 25°C em certas modalidades, o composto poderá ter um fator de dissipação menor que cerca de 0,03% a 25°C. Os compostos à base de éster para mistura com fluidos dielé-tricos podem ter também pontos de saturação de água mais altos que os do óleo mineral ou os dos polímeros sintéticos, como, por exemplo, acima de 500 ppm à temperatura ambiente.

Os compostos à base de éster adequados para adição em fluidos dielétricos têm uma ou mais porções de éster hidrófilos e podem incluir compostos naturais contendo éster ou compostos sintéticos contendo éster. Os compostos naturais contendo éster incluem óleos derivados de animais, frutas, plantas, sementes, ou nozes, e podem ser comestíveis ou não comestíveis. Fontes alternativas para o óleo podem incluir ainda fontes de semente geneticamente modificadas, como, por exemplo, o óleo de semente modificado em oleato. Os óleos contendo éster, derivados de frutas ou sementes de plantas são tipicamente referidos como "óleos vegetais". Os óleos vegetais incluem os glicerídeos misturados feitos da combinação de um poli-ol (por exemplo, glicerina) tendo um número de grupos hidroxila que foram esterificados com um número igual ou quase igual de grupos hidroxila que foram esterificados com um número igual ou quase igual de moléculas de ácido graxo. Muitos óleos vegetais são triglicerídeos (isto é, glicerídeos que têm três grupos de ácido graxo quimicamente ligados à cadeia principal de glicerina). A formulação generalizada para um triglicerídeo é: Substituintes Ri, R2 e R3 podem incluir um grupo alquila ou alquenila que pode ser de cadeia linear ou ramificada, saturado ou não-saturado, e podem ser não-substituídos ou podem ser substituídos por uma ou mais porções funcionais ou não-funcionais. R1, R2 e R3 podem ser iguais ou diferentes com cadeias de carbono de C4 a C22 e níveis de não-saturação de 0 a 4. Diferenças nas propriedades funcionais dos óleos vegetais de modo geral são atribuíveis à variação nas moléculas de ácido graxo constituintes. Exemplos de ácidos graxos incluem, por exemplo, os ácidos mirístico, palmítico, esteá-rico, oíéico, linoléico, araquídico, eicosenóico, beênico, erúcico, palmitiólico, docosadienóico, tignossérico, tetracosenóico, margárico, margaroléico, ga-doléico, caprílico, cáprico, láurico, pentadecanóico, araquidônico, e heptade-canóico. As moléculas de ácido graxo podem ser dispostas em uma cadeia principal de poliol de diversas maneiras, e cada poliol pode ter uma, duas, ou várias moléculas de ácido graxo constituintes diferentes. As três moléculas de ácido graxo de uma molécula de triglicerídio, por exemplo, podem ser iguais ou podem incluir duas ou três moléculas de ácido graxo diferentes. Estas moléculas de ácido graxo e seus óleos vegetais correspondentes podem também variar em seu grau de não-saturação.

Um composto à base de éster pode ser um óleo vegetal tendo ácidos graxos que incluem pelo menos um grau de não-saturação (isto é, pelo menos um ligação C=C). Isto pode mitigar os efeitos da oxidação e ajuda a absorver um gás de hidrogênio desenvolvido que pode ocorrer sob alta tensão elétrica. Os óleos vegetais adequados para uso nos fluidos dielétricos exemplares da presente invenção incluem os óleos de soja, de girassol, de semente de colza, de canola, de milho, de amendoim, de semente de algodão, de azeitona, de açafrão, de jojoba, de lesquerela, de crambe, de "mea-dowfoam", e de verônica, assim como as versões altas de ácido oléico destes óleos podem ser igualmente úteis. Um óleo vegetal pode ser usado sozinho ou ser misturado com um ou mais outros óleos vegetais.

Os compostos contendo éster podem incluir ésteres de ácidos graxos de cadeias curtas, como, por exemplo, os ésteres de metila, os diés-teres ou os ésteres de poliol. Os ésteres de metila podem ser produzidos, por exemplo, por meio da esterificação de ácidos graxos. Tipicamente, um ácido graxo é convertido em um éster de metila usando metanol em uma reação catalisada de ácido ou de base. De maneira alternativa, os ésteres de metila encontram-se comercialmente disponíveis, por exemplo, na Ar- cher-Daniels Midland Corp., Decatur, IL, ou na Procter and Gamble, New Milford, CT. Os diésteres e os ésteres de poliol podem também ser usados para mistura em composições de fluido dielétrico. Os diésteres exemplares (por exemplo, os ésteres produzidos por meio da reação de álcoois monohí-dricos), incluem os produzidos por meio da reação da n-octila, da isooctila, da 2-etilhexila, da isononila, da isodecila, e da tridecila com ácidos dibásicos, como, por exemplo, o adíptco, o azaléico, o sebácico, o dodecanedióico, o ftálico, e o dimérico. Deste modo, exemplos não limitantes adequados de diésteres incluem os adipatos, os azelatos, os sebacatos, os dodecanedioa-tos, os ftalatos, os dimeratos e suas misturas. Conforme usado no presente documento, "ésteres de poliol" referem-se a ésteres feitos de polióis e contêm de cerca de 1 a cerca de 10 átomos de carbono e de cerca de 2 a cerca de 6 grupos hidroxila. Os ésteres de poliol podem ser feitos a partir da tran-sesterificação de um poliol com ésteres de metila de ácidos graxos de cadeia curta. Conforme usado no presente documento, "ácido graxo de cadeia curta" refere-se a isômeros de ácidos graxos saturados ou não-saturados tendo cadeias de 4 a 12 carbonos, incluindo os ácidos graxos contendo números pares ou ímpares de átomos de carbono. Alguns polióis úteis contêm dois a quatro porções de hidroxila. Exemplos não limitantes de polióis adequados incluem o 1,2-propanodiol, o 1,3-propanodiol, o 1,2-butanodiol, o 1,3-butanodiol, o 2,3-butanodiol, o 2-etiM ,3-propanodiol, o 2-etil-2-butil-1,3-propanodiol, o neopentil glicol, o 2,2,4-trimetil-1,3-pentanodiol, o trimetilol-propano (TMP), o pentaeritritol e o dipentaeritritol. O neopentil glicol, o trime-tilolpropano, e o pentaeritritol podem ser particularmente úteis.

Exemplos de compostos contendo éster sintético incluem os ésteres de neopentil glicol, os ésteres de trimetilolpropano, os ésteres de pen-taeritritol, os ésteres e diésteres de dipentaeritritol. Os ésteres de trimetilolpropano (TMP) podem incluir variações, como, por exemplo, o tri(2-etil he-xanoato) de TMP, o triheptanoato de TMP, o di e/ou trioctanoato de TMP, o trioleato de TMP, o tricaprilato de TMP, o tricaprato de TMP, o tripelargonato de TMP, e o triisononanoato de TMP. Os ésteres de pentaeritritol (PE) incluem o tetraisooctanoato de PE, o tetraoleato de PE, o tetrapelargonato de PE, o tetraoctanoato de PE, o tetra(2-etil hexanoato) de PE, o dioctanato de PE, e o dilaurato de PE. Alguns diésteres, tais como os adipatos e os sebacatos incluem, por exemplo, o adipato de diisodecila, o adipato de diisotridecila, e o sebacato de dioctila. Os exemplos dos compostos contendo éster sintético acima mencionada ou combinações dos mesmos são úteis para mistura nas composições de fluido dielétrico. Ésteres sintéticos podem ser usados ou pode ser misturados com um ou mais outros óleos vegetais e/ou ésteres sintéticos.

Outros compostos ou aditivos podem ser também incluídos em uma mistura de fluido dielétrico e aditivo à base de éster. Estes incluem, e não se limitam a, agentes redutores de oxidação, agentes antimicrobianos, modificadores de fluxo frio, e agentes quelantes de metal. Os agentes redutores de oxidação podem incluir pelo menos um composto que absorve ou remove o oxigênio que poderia de outra forma se dissolver na composição de óleo vegetal e resultar em uma falha oxidante do óleo. Em algumas modalidades, pode ser benéfico que o composto absorvente de oxigênio fique contido em um alojamento, como, por exemplo, em um alojamento poliméri-co, em que o alojamento é substancialmente permeável ao oxigênio e substancialmente impermeável à água. O agente pode ser formulado de modo a ficar funcional por toda uma faixa operacional de temperatura do equipamento elétrico.

Os agentes redutores de oxidação são compostos que conseguem reduzir a concentração de oxigênio livre na atmosfera em volta do fluido dielétrico que pode ser alojado dentro de um dispositivo de distribuição elétrica. Isto, consequentemente, reduz a presença de oxigênio dissolvido no próprio fluido dielétrico. Certos compostos seqüestrantes de oxigênio adequados incluem os normalmente empregados na indústria de embalagem de alimentos. Agentes exemplares incluem, por exemplo, o sulfeto de sódio; o pentahidrato de sulfato de cobre; uma combinação de carbono e pó de ferro ativado; misturas de hidrossulfeto, o hidróxido de cálcio, o bicarbonato de sódio, e o carvão ativado; um pó de haleto de metal revestido sobre a superfície de um pó de metal; e combinações de compostos de álcali, como, por exemplo, o hidróxido de cálcio, com carbonato de sódio ou bicarbonato de sódio. As misturas e combinações de um ou mais dentre estes são igualmente úteis.

Outros compostos seqüestrantes de oxigênio que podem ser um aditivo aos fluidos dielétricos são as composições conforme descritas na Patente U.S. Νδ 2.825.651. Este documento descreve uma composição se-qüestrante de oxigênio que inclui uma intermistura de um sal de sulfeto e um acelerador, como, por exemplo, um sulfato de cobre hidratado, um cloreto estanhoso, ou um óxido cobaltoso. Uma outra classe útil de compostos seqüestrantes de oxigênio são as composições que compreendem um sal de manganês, ferro, cobalto ou níquel, um composto de álcali, e um composto de sulfeto ou deliqüescente, tal como se encontra descrito na Patente U.S. Ns 4.384.972.

Os compostos seqüestrantes de oxigênio adequados podem incluir (ou incluem como seu componente de base) pelo menos um óxido de ferro básico, como, por exemplo, um óxido de ferro terroso, ou são feitos de misturas de materiais de óxido de ferro. As composições contendo óxido de ferro úteis encontram-se comercialmente disponíveis, por exemplo, com o nome comercial de AGELESS, disponível na Mitsubishi Gas Chemical Co. (Duncan, SC) e as com o nome comercial de FRESHMAX da Multisorb Technologies, Inc. (Buffalo, NY). São igualmente úteis os agentes absorventes de oxigênio que compreendem uma mistura de sais terrosos e um modifica-dor de oxidação e/ou um composto de sulfeto metálico ou de sulfato metálico.

Um composto antioxidante ou um composto antimicrobiano pode também ser adicionado a um fluido dielétrico juntamente com o composto à base de éster. Os compostos antioxidantes úteis para este fim podem ser dissolvidos díretamente em um fluido dielétrico e incluem, por exemplo, o BHA (hidroanisol butilado), o BHT (hidrotolueno butilado), o TBHQ (a butilhi-droquinona terciária), a THBP (tetrahidrobutrofenona), o palmitato de ascor-bila (óleo de alecrim), o gaiato de propila, e o alfa-, beta-, ou delta-tocoferol (vitamina E).

Os aditivos antimicrobianos podem ser usados para inibir o crescimento de microorganismos. Os agentes antimicrobianos úteis são os compatíveis com um fluido dielétrico. Em alguns casos, os compostos úteis como antioxidantes podem também ser usados como antimicrobianos. Por exemplo, os antioxidantes fenólicos, como, por exemplo, o BHA, podem também exibir uma certa atividade contra bactérias, mofos, vírus, e protozoários, particularmente quando usados com outras substâncias antimicrobianas, como, por exemplo, o sorbato de potássio, o ácido sórbico, ou os monoglicerídios. A vitamina E, o palmitato de ascorbila são exemplos de aditivos antimicrobianos adequados. A presença de água, um contaminante polar, pode ter efeitos maléficos sobre o desempenho dielétrico. A água em um fluido dielétrico pode aumentar a taxa de falha de ésteres de ácido graxo em uma base de óleo vegetal em proporção à quantidade de água disponível para a reação. O indicador mais óbvio de tais reações é um aumento significante do número de neutralização devido à maior acidez do fluido (método ASTM-D974). Esta reação levará à formação de contaminantes polares. O problema é constituído por uma ampla faixa de temperatura sobre a qual o equipamento de distribuição elétrica deve operar. As características de falha dielétrica e outras propriedades dielétricas dos óleos minerais de modo geral se relacionam diretamente ao percentual de saturação de água presente. Quando o ponto de saturação é atingido, a resistência dielétrica cai rapidamente. O ponto de saturação à temperatura ambiente para os óleos minerais típicos usados nos fluidos dielétricos é de aproximadamente 65 ppm à temperatura ambiente, e mais de 500 ppm a uma temperatura operacional nominal, a aproximadamente 100°C. No entanto, o equipamento de distribuição elétrica deverá tipicamente ser capaz de operar em uma ampla faixa de temperatura, resultando em aumentos e diminuições constantes na temperatura de teor de água necessária para obter uma saturação. A água que é dissolvida ou colocada em um equilíbrio de vapor/líquido a uma alta temperatura operacional pode se precipitar ou se condensar quando o óleo é baixado a uma temperatura menor.

Os padrões tipicamente requerem a remoção de umidade dos líquidos de hidrocarboneto convencionais para abaixo de 35 ppm para uso em um equipamento de distribuição novo. O processo de remoção de umidade faz a evaporação em uma câmara de pressão reduzida, ou a filtração, ou ambas as coisas a um nível típico de 15 a 25% de saturação à temperatura ambiente (de 10 a 15 ppm) antes do enchimento do equipamento de distribuição elétrica. Durante a operação, os aditivos da presente invenção aumentam os limites de saturação de água dos óleos minerais convencionais, deste modo impedindo que a água se condense fora da solução após um ciclo térmico. O desempenho dos fluidos dielétricos a baixas temperaturas é importante em algumas aplicações. Alguns aditivos à base de éster não possuem, em si, valores de pontos de fluidez suficientemente baixos para serem adequados para aplicações padrão de distribuição de força elétrica. Os óleos vegetais podem também se solidificar ou gelatinar quando resfriados a uma temperatura ligeiramente acima de sua temperatura de ponto de fluidez, par-ticularmente quando resfriados por um período de tempo estendido. Uma aplicação de distribuição de força elétrica típica pode precisar de um refrigerante para ter um ponto de fluidez abaixo de cerca de -20°C. Sendo assim, a adição de um depressor de ponto de fluidez pode ser incluída nas misturas de aditivo à base de éster e fluido dielétrico. Isto pode ajudar a modificar o fluido dielétrico no sentido de chegar a uma fluidez a temperaturas moderadamente baixas, tais como as tipicamente encontradas durante os períodos fora de ciclo (menores que cerca de -20°C). Os depressores de ponto de fluidez adequados incluem oligômeros de poliacetato de vinila ou polímeros de poliacetato de vinila; e oligômeros e polímeros acrílicos.

As propriedades e características de desempenho à baixa temperatura podem também ser aperfeiçoadas por meio de uma mistura de ó-leos criteriosa. Certas misturas de óleo, por exemplo, possuem pontos de fluidez menores que seus óleos constituintes individuais. Por exemplo, uma mistura de 25 por cento em peso de óleo de soja (I) com 75 por cento em peso de óleo de colza (II) tem um ponto de fluidez de -24°C, em comparação a -15°C e -16°C para os óleos constituintes individuais (i) e (II), respectivamente. Outras misturas de óleo vegetal que exibem reduções vantajosas similares em pontos de fluídez incluem, por exemplo, 25% de óleo de soja + 75% de óleo modificado de oleato; 50% de óleo de soja + 50% de óleo modificado em oleato; e 25% de óleo de soja + 75% de óleo de girassol.

De acordo com as modalidades da presente invenção, quantidades menores a moderadas de um componente à base de éster podem ser misturadas com uma quantidade maior de um ou mais óleos (por exemplo, vegetal, mineral) e/ou de polímeros sintéticos (por exemplo, a-poliolefinas). Quando as composições refrigerantes dielétricas incluem óleos minerais tendo um grau elétrico padrão, os óleos minerais de preferência satisfazem os critérios do método ASTM D3487. Um aditivo de preferência não interfere nas propriedades benéficas do fluido dielétrico. O fluido dielétrico pode incluir cerca de 1 % em peso, e de preferência mais de 5% em peso de um composto à base de éster. Em certas modalidades, o fluido pode compreender menos que 75% em peso, ou ainda menos que cerca de 50% em peso de um composto à base de éster (por exemplo, um éster natural ou sintético ou sua mistura). Certas misturas podem incluir entre cerca de 5% e cerca de 25% em peso de um composto à base de éster, com o equilíbrio sendo um óleo mineral derivado de petróleo ou um óleo sintético, ou co-aditivos apropriados, como, por exemplo, antioxidantes e depressores de ponto de flui-dez. Tipicamente, os co-aditivos encontram-se presentes nas composições de fluido dielétrico em quantidades que totalizam de cerca de 0,1% a cerca de 2,5% com base no peso.

As composições de fluido dielétrico que são misturadas com aditivos à base de éster podem ter um ponto de combustão em copo aberto muito acima do padrão mínimo aceito (300°C), viscosidades entre 2 e 15 cSt a 100°C e menor que 110 cSt a 40°C, e capacidades térmicas (calores específicos) maiores que 0,3 cal./gm/°C.

Uma estabilidade de longo prazo de um fluido e de um isolamento de papel pode ser aumentada por meio da seleção de misturas e processamentos mais favoráveis, além da adição de agentes antioxidantes e antimi- crobianos. A estabilidade fica ainda maior ao se controlar o ambiente ao qual a composição fica exposta, particularmente ao se minimizar o ingresso de oxigênio, umidade e contaminantes no tanque, e ao se prover um meio para a remoção ou captura do oxigênio que podería vazar para dentro do tanque.

Um aditivo e as misturas de fluido dielétrico que contêm o aditivo são de preferência introduzidos no equipamento elétrico de uma maneira a minimizar a exposição do fluido ao oxigênio, à umidade e a outros contaminantes atmosféricos que podem afetar adversamente os seus desempenhos. Em muitos casos, é preferível se minimizar ou eliminar a presença do oxigênio no espaço da cabeça do equipamento elétrico que contém o fluido dielétrico incluindo um aditivo à base de éster. A obtenção de níveis de umidade apropriados pode ser realizada usando-se uma ou mais etapas dentre: secar os conteúdos do tanque, evacuar o ar e substituir o mesmo por um gás de nitrogênio seco, encher o tanque sob vácuo parcial, e vedar imediatamente o tanque. Se o dispositivo elétrico requer um espaço de cabeça entre o fluido dielétrico e a cobertura de tanque, após o enchimento e vedação do tanque, o gás dentro do espaço de cabeça poderá ser evacuado e substituído por um gás inerte, como, por exemplo, um nitrogênio seco, sob uma pressão estável dentre cerca de 13,79 e cerca de 20,685 Kpa manométricos (2 e cerca de 3 psig) a 25°C.

Os fluidos dielétricos das modalidades da presente invenção podem ser usados para reabastecer o equipamento elétrico existente que incorpora outros fluidos dielétricos menos desejáveis. Estes outros fluidos podem ser substituídos por composições de fluido dielétrico incluindo aditivos à base de éster por meio de qualquer método adequado conhecido na técnica. Os métodos de reabastecimento conhecidos por aqueles versados na técnica poderão ser implementados. A adição de um aditivo à base de éster a um fluido dielétrico pode significativamente aumentar a vida útil do isolamento de papel usado dentro de um equipamento de força e distribuição elétrica. Tipicamente, o isolamento de papel saturado com um fluido dielétrico tem uma vida útil limitada de cerca de 20 anos. Dependendo das condições internas do equipamento elétrico, no entanto, a vida útil pode ser prejudicialmente afetada. Observou-se que a adição de quantidades mais moderadas de um aditivo à base de éster de acordo com a presente invenção traz benefícios significantes à vida útil de um isolamento de papel elétrico. Vários testes podem ser usados para monitorar a vida de um isolamento de papel envelhecido, cujos resultados provêm bons indicadores quanto a quão bem o isolamento está garantindo a parte interna de um dispositivo elétrico, por exemplo, os gases CO e CO2 são subprodutos de uma degradação térmica do papel. Portanto, a determinação da quantidade de gases de óxido de carbono que são dissolvidos no óleo dielétrico pode indicar a extensão da degradação do papel. Outros testes que podem ser usados incluem a medição da resistência a tensão do papel envelhecido, a medição do grau de polimerização, e do teor de umidade do isolamento de papel. Estes testes são apresentados abaixo e foram usados para demonstrar, com fins ilustrativos e não-limitantes, como um aditivo à base de éster misturado em um fluido dielétrico pode aumentar a vida útil de um isolamento de papel e, desta maneira, beneficiar também o desempenho de um dispositivo elétrico que utiliza tal isolamento e sistema de fluido. Procedimentos de Teste O Método ASTM 828, intitulado "Propriedades de Tensão do Papel e do Papelão Usando um Aparelho de uma Taxa Constante de Alongamento", foi usado para medir a resistência a tensão do papel de isolamento. O Método ASTM D4243, intitulado "Medição do Grau Viscomé-trico Médio da Polimerização de Papéis e Chapas Elétricas Novas e Velhas", foi usado para determinar a extensão de polimerização de um papel. O Método ASTM D3277, intitulado "Umidade de um Isolamento Celulósico Impregnado", foi usado para medir a quantidade de água em um isolamento elétrico impregnado com óleo. O Método ASTM D3612 (Método C), intitulado "Análise de Gases Dissolvidos em um Óleo de Isolamento Elétrico por meio de Cromatogra-fia Gasosa", foi usado para determinar a quantidade de gás CO e/ou CO2 dissolvido em um óleo de isolamento elétrico. A descrição e as variáveis de processamento usadas para 0 va- so envelhecido (tubo vedado) são descritas no documento de McShane et al., "Aging of Paper Insulation in Natural Ester Dielectric Fluid", IEEE/PES T&D Conf., outubro de 2001, Ne 0-7803-7287-5/01 © IEEE 2001.

Estes testes fornecem uma perspectiva de quão bem um isolamento de papel envelhece em um fluido dielétrico dentro de um dispositivo de geração de força e distribuição elétrica. O teste ajudou a avaliar as várias características e propriedades do isolamento de papel.

Exemplo 1 Quatro composições diferentes foram produzidas e usadas nos testes de envelhecimento de um tubo vedado: O óleo mineral e o fluido ENVIROTEMP FR3 foram misturados de modo a prover as composições A a D. O envelhecimento acelerado foi feito em duas temperaturas diferentes, 160°C e 170°C, e por vários períodos de tempo (0 h, 900 horas, 1500 horas e 2000 horas), para um total de 28 amostras de teste.

As composições A a D acima mencionadas, cada qual combinada separadamente com papel Kraft atualizado, uma tira de alumínio, e uma tira de cobre, foram termicamente envelhecidas em tubos vedados. (O papel Kraft e os tubos vedados encontram-se descritos na referência acima). Resistência a Tensão As Figuras 1 e 2 são representações gráficas dos resultados de teste de resistência a tensão para um papel envelhecido a 160°C e 170°C, respectivamente, usando o procedimento de teste descrito acima. Quando o papel atinge 25% de sua resistência a tensão inicial, o mesmo é tipicamente considerado inadequado para uso e, portanto, considerado como estando em seu "fim de vida".

Conforme visto nos gráficos, o papel mergulhado na composição D reteve de 40 a 60 por cento de sua resistência à tensão inicial no fim do tempo de envelhecimento. Em contrapartida, o papel envelhecido na composição comparativa A foi ALÉM de seu fim de vida ANTES de 2000 horas de envelhecimento ter-se completado. Com referência à Figura 2, foi observado que a 170°C, um leve aperfeiçoamento na capacidade do papel manter uma resistência a tensão ocorreu quando o papel foi envelhecido na composição C. Grau de Polímerização Os dados para este teste foram obtidos por meio da realização do procedimento de teste descrito acima.

Os resultados para o Grau de polímerização para as amostras são graficamente representados nas Figuras 3 e 4. Foi observado que o papel envelhecido na composição D aumentou a vida do papel nas duas temperaturas. O papel envelhecido na composição C exibiu um aumento no grau retido percentual de polímerização a 170°C somente.

Umidade A água, um subproduto da degradação térmica do papel, é um bom indicador da durabilidade de um papel de isolamento. Quando a estrutura molecular de um papel se quebra devido ao calor ou a outros fatores, o teor de água do papel aumentará, particularmente no óleo transformador à base de mineral. Quando o teor de água aumenta, a taxa de degradação do papel também aumentará. Estes dados foram obtidos usando-se o procedimento de teste descrito acima. Os resultados deste estudo mostram que mesmo quantidades pequenas de aditivo em um refrigerante dielétrico poderão limitara produção de água e, deste modo, diminuir a taxa de degradação do papel. Conforme observado nas Figuras 5 e 6, níveis menores de água no papel foram encontrados nas amostras que usam as composições C e D, em ambas temperaturas.

Evolução Gasosa O monóxido de carbono (CO) e o dióxido de carbono (C02) são ambos subprodutos de degradação térmica de papel. A soma destes gases pode indicar a degradação relativa da estrutura molecular do papel isolante.

Quanto menos gás produzido, menor a degradação do papel. Conforme observada nos resultados graficamente representados nas Figuras 7 e 8, a adição de quantidades mesmo pequenas de aditivo em um refrigerante dielétrico poderá prover benefícios ao diminuira produção de gases CO e CO2.

Estes dados foram obtidos usando-se o procedimento de teste descrito acima. Com base nos resultados apresentados acima, os resultados obtidos a partir do envelhecimento acelerado do papel Kraft de grau elétrico em misturas de baixa percentagem de fluido Envirotemp FR3 no óleo transformador à base de mineral mostram que a vida útil do papel pode ser aumentada. O aperfeiçoamento na vida do papel foi medido por um meio mecanismo e por um meio químico. Além disso, as medições de água no papel e de CO e CO2 totais indicam uma falha menor no papel com misturas de baixa percentagem de FR3 em TO em comparação a 100% de TO. Embora uma mistura de 5% de FR3 em TO mostrasse apenas um leve aperfeiçoamento, uma mistura de 25% de FR3 em TO exibiu um aperfeiçoamento sig-nificante na vida do papel. Os resultados do estudo de envelhecimento acelerado sustentam a reivindicação de que quantidades de baixas percentagens de fluidos à base de éster em um óleo transformador à base de mineral aumentam as características de envelhecimento térmico do papel de isolamento elétrico e aumentam a vida do papel em um dispositivo elétrico, como, por exemplo, um transformador.

Foi observado que os refrigerantes dielétricos (fluidos isolantes) tendo de cerca de 5 a cerca de 25% em peso de aditivo, como, por exemplo, o ENVIROTEMP FR3, podem aumentar a vida de um papel isolante usado em dispositivos elétricos.

Foram descritas diversas modalidades da presente invenção. No entanto, fica entendido que várias modificações podem ser feitas sem se afastar do espírito e âmbito da presente invenção. Por conseguinte, outras modalidades estão dentro do âmbito das reivindicações a seguir.

Claims (4)

1. Método para estender a vida útil de um material de isolamento de papel em um dispositivo de distribuição elétrica, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um dispositivo de distribuição elétrica, em que o dispositivo de distribuição elétrica compreende um condutor isolado por um material de isolamento de papel, e em que o material de papel é impregnado com óleo mineral, e substituir o óleo mineral por um fluido dielétrico compreendendo: entre 5% e 25% em peso, com base no peso total do fluido dielétrico, de um composto de éster selecionado do grupo consistindo em óleo de soja, óleo de girassol, as versões com elevado teor oléico dos mesmos e misturas dos mesmos; de 0,1 a 2,5 % em peso de pelo menos um co-aditivo selecionado de um antioxidante, depressor de ponto de fluidez, um agente antimicro-biano, e um agente quelante de metal; e uma grande quantidade de um óleo mineral derivado de petróleo.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o éster é um óleo de soja.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o óleo de soja apresenta um elevado teor oléico.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de distribuição elétrica é um transformador.