Dentro de cada transformador a óleo, uma batalha silenciosa contra falhas elétricas é constantemente travada. Os enrolamentos do transformador carregam altas tensões e o óleo circula para resfriá-los e isolá-los. Mas o petróleo por si só não é suficiente. Entre as espiras dos enrolamentos, entre os enrolamentos e o núcleo, e entre os enrolamentos e o tanque, existem camadas de um humilde material que desempenha uma das funções mais críticas de todo o sistema: o papel kraft de isolamento elétrico. Sem este documento, o transformador falharia em minutos. O papel fornece a barreira dielétrica que evita falhas elétricas, e faz isso ao mesmo tempo em que resiste a temperaturas que degradariam o papel comum em horas. É o herói desconhecido dos materiais de isolamento elétrico em transformadores do tipo óleo.
Então, como o papel kraft para isolamento elétrico atende às necessidades gerais de isolamento dos transformadores do tipo óleo? A resposta está em uma combinação de propriedades exclusivas deste material. Possui alta rigidez dielétrica, o que significa que pode suportar altas tensões sem quebrar. Possui excelente estabilidade térmica, mantendo suas propriedades em temperaturas de até 105°C ou superiores. Possui baixo teor de umidade e resiste à absorção de umidade, o que é crítico porque a umidade degrada o desempenho do isolamento. É compatível com óleo de transformador, formando um sistema de isolamento sinérgico. E é mecanicamente forte o suficiente para suportar as tensões de enrolamento e montagem. Este artigo examinará cada uma dessas propriedades em detalhes técnicos, explicando como o papel kraft com isolamento elétrico atende aos exigentes requisitos dos transformadores do tipo óleo. Também forneceremos especificações e dados de desempenho de nossa fábrica, Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd., que forneceMateriais de isolamento elétrico em transformadores tipo óleoaos fabricantes há mais de uma década.
O papel kraft com isolamento elétrico é um tipo especializado de papel fabricado a partir de celulose de fibra longa não branqueada usando o processo de polpação kraft. O termo "kraft" vem da palavra alemã para resistência e descreve com precisão a característica mais importante do papel. Ao contrário do papel comum, que é feito de fibras curtas e aditivos químicos, o papel kraft com isolamento elétrico é feito de fibras de celulose longas e intactas que formam uma rede densa e interligada. Esta rede fornece a resistência mecânica e a integridade dielétrica necessárias para o isolamento do transformador. O papel é produzido em diversas espessuras, de 50 micrômetros a 250 micrômetros, e em diversas gramaturas básicas, de 60 g/m² a 200 g/m².
A razão pela qual o papel kraft com isolamento elétrico se tornou o padrão para transformadores do tipo óleo não é uma propriedade única, mas uma combinação de propriedades que nenhum outro material pode igualar a um custo comparável. O papel é um excelente dielétrico, com resistência à ruptura de 8-12 kV/mm quando seco. É termicamente estável, com uma temperatura de operação contínua de 105°C e capacidade de curto prazo até 120°C. É mecanicamente forte, com resistência à tração de 80-120 MPa na direção da máquina. É quimicamente compatível com óleo de transformador, formando um sistema de isolamento sinérgico maior que a soma de suas partes. E está prontamente disponível, é econômico e fácil de processar na fabricação de transformadores. Nossa fábrica emSuzhou Hanyao Novos Materiais Co., Ltd.produz materiais de isolamento elétrico em transformadores do tipo óleo há mais de uma década e vimos essas propriedades validadas em milhares de instalações em todo o mundo.
A tabela abaixo resume as principais propriedades do papel kraft para isolamento elétrico e as compara com outros materiais comuns de isolamento de transformadores.
| Propriedade | Papel kraft | Nomex (aramida) | Filme de poliéster |
| Resistência Dielétrica (kV/mm) | 8 - 12 | 20 - 30 | 100 - 200 |
| Temperatura de operação contínua (°C) | 105 | 220 | 130 |
| Resistência à tração (MPa) | 80 - 120 | 50 - 80 | 150 - 250 |
| Compatibilidade com Óleo | Excelente | Bom | Justo |
| Custo | Baixo | Alto | Médio |
| Aplicação Típica | Transformadores de distribuição e potência | Transformadores de alta temperatura | Capacitores, aplicações especiais |
O domínio do papel kraft com isolamento elétrico não é acidental. É o resultado de décadas de pesquisa e desenvolvimento por parte de fabricantes de papel e projetistas de transformadores. O papel foi otimizado para as demandas específicas dos transformadores do tipo óleo e continua a ser o material preferido para a grande maioria dos transformadores de distribuição e de potência fabricados atualmente. Em nossa fábrica, temos orgulho de contribuir para esse legado, produzindo materiais de isolamento elétrico de alta qualidade em transformadores do tipo óleo que atendem às especificações mais exigentes.
A principal função do papel kraft para isolamento elétrico em um transformador do tipo óleo é fornecer uma barreira dielétrica entre os componentes condutores. O papel é enrolado nos condutores de cobre ou alumínio que formam os enrolamentos do transformador. Também é usado para separar os enrolamentos do núcleo e entre si. A rigidez dielétrica do papel determina quanta tensão ele pode suportar antes de quebrar. Quando uma voltagem é aplicada ao papel, o material polariza e o campo elétrico é distribuído por toda a espessura do papel. Se a tensão exceder a rigidez dielétrica do papel, o material se rompe e um caminho condutor é formado. Isso resultaria em um curto-circuito e falha catastrófica do transformador.
A rigidez dielétrica do papel kraft com isolamento elétrico é determinada por sua densidade, espessura e teor de umidade. O papel de maior densidade possui uma estrutura de fibra mais compacta, o que aumenta sua rigidez dielétrica. O papel mais espesso tem uma tensão de ruptura mais alta, mas também é mais rígido e mais difícil de enrolar. O teor de umidade é crítico: mesmo 1% de umidade pode reduzir a rigidez dielétrica em 50% ou mais. É por isso que o papel é seco e impregnado com óleo sob vácuo antes de o transformador ser colocado em serviço. O óleo preenche os vazios entre as fibras do papel e desloca a umidade, restaurando a rigidez dielétrica. A tabela abaixo mostra a rigidez dielétrica do papel kraft com isolamento elétrico em diferentes níveis de umidade.
| Teor de umidade (%) | Resistência Dielétrica (kV/mm) | Notas |
| 0,1 (seco) | 10 - 12 | Típico após secagem a vácuo |
| 0.5 | 8 - 10 | Aceitável para a maioria das aplicações |
| 1.0 | 5 - 7 | Requer secagem adicional |
| 2.0 | 3 - 4 | Não aceitável para transformadores de alta tensão |
| 4.0 | 1 - 2 | Degradação severa |
Em nossa fábrica, fabricamos materiais de isolamento elétrico em transformadores do tipo óleo com rigidez dielétrica de 10-12 kV/mm com teor de umidade de 0,1%. Também prestamos suporte técnico aos nossos clientes para garantir que o papel esteja devidamente seco e impregnado antes do uso. O desempenho dielétrico do papel é verificado através de testes de rotina de acordo com IEC 60243 e ASTM D149. Este rigoroso controle de qualidade garante que nosso papel kraft com isolamento elétrico atenda aos exigentes requisitos dos transformadores do tipo óleo.
A estabilidade térmica do papel kraft com isolamento elétrico é um fator crítico na determinação da vida útil de um transformador do tipo óleo. O papel é exposto a temperaturas operacionais contínuas de 80-105°C, com variações de curto prazo até 120°C ou mais durante condições de sobrecarga. Ao longo de uma vida útil de 30 anos, o papel sofre lenta degradação térmica, o que reduz sua resistência mecânica e, eventualmente, sua rigidez dielétrica. A taxa de degradação é determinada pela temperatura e pela presença de oxigênio e umidade. O papel é classificado pela sua classe térmica, que indica a temperatura máxima de operação contínua. As classes térmicas mais comuns para isolamento de transformadores são A (105°C), E (120°C), B (130°C) e F (155°C).
A degradação térmica da celulose é uma reação química de primeira ordem. A taxa de degradação segue a equação de Arrhenius, que afirma que a taxa de reação dobra para cada aumento de 8-10°C na temperatura. Isto significa que a vida útil do papel é reduzida pela metade para cada aumento de 8-10°C na temperatura operacional. Esta relação é a base para as curvas de “vida de isolamento” utilizadas no projeto do transformador. A estabilidade térmica do papel é melhorada pela remoção de oxigênio e umidade durante o processo de fabricação. A impregnação do papel com óleo de transformador também ajuda a retardar a degradação ao excluir o oxigênio. A tabela abaixo mostra a vida útil esperada do papel kraft com isolamento elétrico em diferentes temperaturas de operação.
| Temperatura operacional (°C) | Vida Esperada (anos) | Notas |
| 80 | Mais de 50 | Condição normal de operação |
| 95 | 25 - 30 | Temperatura típica de ponto quente |
| 105 | 15 - 20 | Classificação contínua máxima |
| 120 | 5 - 8 | Condição de sobrecarga |
| 140 | 1 - 2 | Sobrecarga de emergência |
Nossa fábrica em Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd. produz materiais de isolamento elétrico em transformadores do tipo óleo com uma classe térmica de 105°C, e também podemos fornecer papel com estabilidade térmica aprimorada para aplicações em temperaturas mais altas. Realizamos testes de envelhecimento acelerado em nosso papel para verificar seu desempenho térmico. Nestes testes, o papel envelhece em temperaturas elevadas e sua resistência à tração e rigidez dielétrica são medidas em intervalos. Os resultados são usados para prever a vida útil do papel em temperaturas normais de operação. Esses dados são fornecidos aos nossos clientes para auxiliar nos cálculos do projeto do transformador.
A interação entre o papel kraft de isolamento elétrico, a umidade e o óleo do transformador é um dos aspectos mais críticos do projeto de isolamento do transformador. O papel é higroscópico, o que significa que absorve prontamente a umidade do ar. Isto é um problema porque a umidade reduz a rigidez dielétrica tanto do papel quanto do óleo. Num transformador, o teor de umidade do papel deve ser mantido abaixo de 0,5% em peso para garantir um desempenho de isolamento confiável. Conseguir isso requer uma combinação de secagem a vácuo e impregnação de óleo. Durante o processo de fabricação, o transformador é aquecido e evacuado para remover a umidade do papel e do óleo. O óleo é então introduzido sob vácuo, preenchendo os vazios do papel e deslocando qualquer umidade remanescente.
A relação entre papel, óleo e umidade é dinâmica. O papel e o óleo trocam umidade até atingirem o equilíbrio. O teor de umidade de equilíbrio do papel depende da temperatura e do teor de umidade do óleo. Em temperaturas normais de operação (80-95°C), o papel absorverá a umidade do óleo se o teor de umidade do óleo for alto. É por isso que o óleo deve ser mantido seco. A tabela abaixo mostra o teor de umidade de equilíbrio do papel kraft com isolamento elétrico em diferentes níveis de umidade e temperaturas do óleo.
| Umidade do óleo (ppm) | Umidade do Papel a 60°C (%) | Umidade do Papel a 80°C (%) | Umidade do Papel a 100°C (%) |
| 5 | 0.2 | 0.1 | 0.05 |
| 10 | 0.4 | 0.2 | 0.1 |
| 20 | 0.8 | 0.4 | 0.2 |
| 30 | 1.2 | 0.6 | 0.3 |
| 50 | 2.0 | 1.0 | 0.5 |
Em nossa fábrica, fornecemos papel kraft com isolamento elétrico com teor de umidade inferior a 0,5% conforme fornecido. Também prestamos suporte técnico aos nossos clientes para garantir que o papel seja devidamente seco e impregnado durante a fabricação do transformador. Nosso laboratório de controle de qualidade está equipado para medir o teor de umidade usando o método Karl Fischer e testamos cada lote de papel antes do envio. Isso garante que nossos clientes recebam materiais de isolamento elétrico em transformadores do tipo óleo que atendam às suas especificações de umidade e tenham desempenho confiável em seus transformadores.
A compatibilidade mecânica e química do papel kraft de isolamento elétrico com óleo de transformador e processos de enrolamento é essencial para a confiabilidade do transformador a longo prazo. O papel deve ser mecanicamente forte o suficiente para suportar as tensões de enrolamento e montagem, e deve ser quimicamente estável na presença do óleo e dos materiais utilizados no transformador. A resistência mecânica é normalmente medida pela resistência à tração, resistência ao rasgo e alongamento. O papel deve ter resistência à tração suficiente para resistir à ruptura durante o enrolamento e deve ser flexível o suficiente para se adaptar ao formato dos enrolamentos sem rachar. A tabela abaixo mostra as propriedades mecânicas típicas do papel kraft com isolamento elétrico.
| Propriedade | Valor típico | Método de teste |
| Resistência à tração (MD) (MPa) | 80 - 120 | ISO 1924-2 |
| Resistência à tração (CD) (MPa) | 40 - 60 | ISO 1924-2 |
| Alongamento na Ruptura (MD) (%) | 2 - 4 | ISO 1924-2 |
| Resistência ao rasgo (mN) | 500 - 800 | ISO 1974 |
| Peso base (gsm) | 60 - 200 | ISO 536 |
| Espessura (µm) | 50 - 250 | ISO 534 |
A compatibilidade química do papel com o óleo do transformador também é crítica. O papel não deve liberar compostos nocivos no óleo e não deve degradar-se na presença dos aditivos do óleo. O papel é normalmente feito de polpa kraft de madeira macia não branqueada, que é quimicamente estável e compatível com óleo mineral. O papel também pode ser tratado com aditivos, tais como compostos contendo nitrogênio, para aumentar a sua estabilidade térmica. Em nossa fábrica testamos a compatibilidade química de nosso papel com óleo de transformador de acordo com ASTM D3455. Este teste envolve envelhecer o papel em óleo a temperatura elevada e medir a mudança nas propriedades do óleo. Os resultados confirmam que nossos materiais de isolamento elétrico em transformadores do tipo óleo são quimicamente compatíveis com o óleo do transformador e não afetarão negativamente o desempenho do óleo.
Todos os materiais se degradam com o tempo, e o papel kraft com isolamento elétrico não é exceção. O envelhecimento do papel é uma combinação de degradação térmica, oxidação e hidrólise. A taxa de envelhecimento depende da temperatura operacional, do teor de umidade e do teor de oxigênio. O fim da vida útil do papel é normalmente definido como o ponto em que a sua resistência à tração diminuiu para 50% do seu valor original. Neste ponto, o papel é considerado mecanicamente fraco e pode não ser capaz de suportar as tensões de um curto-circuito ou sobrecarga. A rigidez dielétrica do papel também diminui com o tempo, mas a resistência mecânica costuma ser o fator limitante.
O envelhecimento do papel pode ser monitorado analisando o óleo em busca de gases dissolvidos e compostos furânicos. Compostos furânicos, como o 2-furfuraldeído (2-FAL), são produzidos pela degradação da celulose. A concentração de 2-FAL no óleo está correlacionada com o grau de degradação do papel. Uma alta concentração de 2-FAL indica que o papel está chegando ao fim de sua vida útil. A tabela abaixo mostra a relação entre a concentração de 2-FAL e o grau de degradação do papel.
| Concentração 2-FAL (ppb) | Grau de degradação do papel | Ação recomendada |
| <100 | Envelhecimento normal | Continuar operação normal |
| 100 - 500 | Envelhecimento moderado | Aumente a frequência de monitoramento |
| 500 - 1000 | Envelhecimento significativo | Plano de reforma |
| 1000 - 2000 | Envelhecimento avançado | Agendar reforma |
| > 2000 | Crítico | Ação imediata necessária |
Em nossa fábrica, oferecemos suporte técnico aos nossos clientes para ajudá-los a avaliar o estado do isolamento de seus transformadores. Podemos fornecer dados de referência sobre as características de envelhecimento do nosso papel kraft para isolamento elétrico e ajudar na interpretação dos resultados da análise de óleo. Nosso objetivo é ajudar nossos clientes a prolongar a vida útil de seus transformadores e evitar falhas inesperadas. Ao compreender o processo de envelhecimento e monitorar a condição do isolamento, os operadores do transformador podem tomar decisões informadas sobre manutenção e substituição.
Pergunta 1: Qual é a rigidez dielétrica típica do papel kraft com isolamento elétrico?
Resposta: A rigidez dielétrica típica do papel kraft com isolamento elétrico é de 8 a 12 kV/mm, dependendo da densidade, espessura e teor de umidade. Com teor de umidade de 0,1%, um papel kraft de alta qualidade pode atingir 10-12 kV/mm. Com teor de umidade de 1%, a rigidez dielétrica cai para 5-7 kV/mm. É por isso que o papel deve ser seco e impregnado com óleo antes do uso. Na Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd., nossos materiais de isolamento elétrico em transformadores do tipo óleo atendem aos requisitos da IEC 60243 e ASTM D149.
Pergunta 2: Como a umidade afeta o desempenho do papel kraft com isolamento elétrico?
Resposta: A umidade tem um efeito prejudicial na rigidez dielétrica do papel kraft com isolamento elétrico. Mesmo uma pequena quantidade de umidade, como 1%, pode reduzir a rigidez dielétrica em 50% ou mais. A umidade também acelera o envelhecimento térmico do papel. Por estas razões, o teor de umidade do papel deve ser mantido abaixo de 0,5% em peso. Isto é conseguido através da secagem a vácuo e da impregnação de óleo durante a fabricação do transformador. Nossa fábrica fornece papéis com teor de umidade inferior a 0,5% e oferece suporte técnico para secagem e impregnação.
Pergunta 3: Qual é a temperatura máxima de operação do papel kraft com isolamento elétrico?
Resposta: A temperatura máxima de operação contínua para papel kraft com isolamento elétrico padrão é 105°C, o que corresponde à classe térmica A. Nessa temperatura, o papel tem uma vida útil esperada de 15 a 20 anos. Para aplicações em temperaturas mais altas, pode-se usar papel com maior estabilidade térmica. Esses papéis são classificados na classe térmica E (120°C), B (130°C) ou F (155°C). A escolha do papel depende do projeto do transformador e do perfil de carga esperado. Nossa fábrica pode fornecer papel para todas essas classes térmicas.
Pergunta 4: Como a qualidade do papel kraft com isolamento elétrico é testada?
Resposta: O papel kraft com isolamento elétrico é testado quanto a uma variedade de propriedades, incluindo rigidez dielétrica, resistência à tração, resistência ao rasgo, teor de umidade e compatibilidade química com óleo de transformador. Os testes são conduzidos de acordo com normas internacionais como IEC 60243, ISO 1924-2 e ASTM D3455. Em nossa fábrica, testamos cada lote de papel antes do envio e fornecemos um certificado de análise aos nossos clientes. Também realizamos testes de envelhecimento acelerado para verificar o desempenho de longo prazo do nosso papel.
Pergunta 5: O papel kraft com isolamento elétrico pode ser reciclado?
Resposta: Sim, o papel kraft com isolamento elétrico pode ser reciclado. É feito de celulose de madeira, que é um recurso renovável, e pode ser repolpado e utilizado na fabricação de novos produtos de papel. Porém, o papel pode estar contaminado com óleo de transformador, que deve ser removido antes da reciclagem. O óleo pode ser recuperado e reutilizado e o papel pode ser reciclado. Na Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd., estamos comprometidos com a sustentabilidade e incentivamos nossos clientes a reciclar o papel isolante usado.
O papel kraft com isolamento elétrico é um componente crítico dos transformadores do tipo óleo, fornecendo a barreira dielétrica que evita falhas elétricas. Sua alta rigidez dielétrica, estabilidade térmica, resistência à umidade e compatibilidade química com óleo de transformador fazem dele o material preferido para esta aplicação exigente. O desempenho do papel é determinado pelas suas propriedades e pelo cuidado com que é seco e impregnado durante a fabricação do transformador. Ao compreender esses fatores, os projetistas e operadores de transformadores podem garantir o desempenho confiável e de longo prazo de seus equipamentos.
Na Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd., fornecemos materiais de isolamento elétrico de alta qualidade em transformadores do tipo óleo para fabricantes há mais de uma década. Nossa fábrica está equipada com equipamentos de produção e teste de última geração, e nosso sistema de controle de qualidade é certificado pela ISO 9001. Estamos comprometidos em fornecer aos nossos clientes produtos da mais alta qualidade e o suporte técnico de que precisam para ter sucesso. Esteja você projetando um novo transformador ou fazendo manutenção em um já existente, convidamos você a entrar em contato conosco para discutir suas necessidades de material de isolamento elétrico.
Entre em contato com Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd. hojepara saber mais sobre nosso papel kraft para isolamento elétrico e como ele pode atender às suas necessidades de isolamento de transformadores.
