Comitê Nacional Argentino – Puerto Iguazú – Argentina, 24 a 28 de Maio de 2009
Por: A.P. NUNES – Antonio Nunes (ELETRONORTE), V. C. V. M. BELTRÃO – Vanessa Beltrão (ELETRONORTE), M. E. C. PAULINO – Marcelo Paulino (Adimarco)
Os transformadores são submetidos as mais diversas solicitações durante sua vida útil. O tempo de interrupção do fornecimento de energia é resultado direto da gravidade da ocorrência quando ocorrem falhas nos transformadores. Deste modo, o conhecimento adequado de alguns sintomas, suas causas e efeitos são de suma importância, pois permite evitar a evolução de problemas indesejáveis com prejuízos financeiros elevados. As principais avarias dizem respeito a deformações dos enrolamentos sejam por má compactação das bobinas, ou deformações causada por estresses de origem elétrica, térmica, mecânica e química, que podem levar a falhas graves com a indisponibilidade do equipamento, ou mesmo falhas conseqüentes de curtos circuitos no sistema elétrico de potência. A medida da impedância de curto circuito é feita como parte do testes de tipo e rotina na fábrica. Este trabalho propõe a utilização desta medida como método a ser utilizado para diagnosticar o estado dos enrolamentos, agregado ao programa de manutenção do equipamento. Dessa forma, devemos incorporar além do ensaio de Impedância de Curto Circuito, a medida de Reatância de Dispersão nos programas de manutenções periódicas de transformadores.
Introdução
Os transformadores de potência são equipamentos muito importantes nos sistemas elétricos de potência, por isso, a retirada não planejada de operação destes equipamentos, decorrente de falhas, além de causar uma longa interrupção no fornecimento de energia elétrica, com a conseqüente perda de confiabilidade, ocasiona grandes prejuízos para as empresas do setor elétrico. Estes prejuízos referem-se aos danos ao equipamento em si e às conseqüências operacionais que independente da intensidade da falha ocorrida, da demora na reposição do equipamento e da interrupção do fornecimento de energia, trarão conseqüências sociais incalculáveis com custos para os consumidores, além de trazer grandes prejuízos a empresa de energia elétrica, com o pagamento de Parcela Variável em vigor.
Durante o regime normal de operação do transformador, é de vital importância a detecção precoce de todo processo que pode levar a uma falta iminente na sua isolação elétrica, pois esta fica sujeita a vários tipos de estresses.
Os mais importantes que podem ser destacados são os de origem elétrica, térmica, mecânica e química. Estes estresses podem surgir separadamente, ou simultaneamente, levando à deterioração irreversível das várias características da isolação.
Por estes motivos, diversas técnicas de monitoramento e detecção de faltas incipientes em transformadores de potência têm sido estudadas e implementadas nos últimos anos, com a finalidade de evitar a ocorrência de falhas ou mitigar seus efeitos.
Os transformadores de potência são equipamentos muito confiáveis, com vida útil média entre 25 e 35 anos.
Na prática, com programas de manutenção adequados, a vida útil pode chegar até 50 anos ou mais. Com o aumento da idade dos transformadores, suas condições internas se alteram, degradando-se paulatinamente, aumentando bastante o risco de ocorrência de falhas. As falhas em transformadores de potência geralmente são provocadas por condições severas, como transitórios de chaveamentos, curtos circuitos, condições atmosféricas adversas (raios) ou outros acidentes.
Quando o transformador é novo, ele possui rigidez dielétrica e mecânica suficiente para suportar condições não usuais de operação do sistema, mas com o passar dos anos ou ocorrência de eventos no sistema, a isolação do equipamento sofre gradativa degradação, até o ponto em que o transformador é incapaz de suportar eventos, como curtos-circuitos e sobretensões transitórias.
Impedância de Curto Circuito e Reatância de Dispersão
É uma técnica de diagnóstico sensível a alterações das características elétricas dos enrolamentos oriundas de vários tipos de eventos que podem ser elétricos, térmicos, mecânicos ou químicos. O teste em campo é não destrutivo e pode ser usado por si só para detectar danos (deformação ou deslocamento) dos enrolamentos após a ocorrência de eventos tais como curto circuitos, operação próxima a ambientes sujeitos às descargas elétricas (raios), outros surtos, transporte do transformador ou como complemento a outros testes tais como: capacitância e fator de dissipação do isolamento dos enrolamentos, análise de resposta em freqüência e análise cromatográfica de gases dissolvidos no óleo isolante.
A técnica consiste na aplicação de um sinal de tensão ou de corrente numa das extremidades de um enrolamento e a medição do efeito dessa excitação na outra extremidade deste mesmo enrolamento, curto circuitando o enrolamento correspondente a fase, conforme o diagrama fasorial determinado pelas conexões do fechamento do transformador. A figura 1 mostra o exemplo da conexão para teste por fase em um transformador trifásico delta-estrela.
A medição da impedância de curto circuito é feita como parte dos testes realizados na fábrica, antes do equipamento ser enviado para o cliente. A reatância de dispersão pode ser calculada a partir da impedância de curto circuito. A diferença entre a relação de dispersão medida nas três fases deve estar dentro dos 3% do valor calculado, a partir do teste em fábrica da impedância de curto circuito. Entretanto, a porcentagem da impedância de curto circuito não deve variar mais que 1% a partir dos resultados medidos do equipamento em boa condição.
Com a medida das impedâncias no teste apresentado pode-se obter informações sobre deslocamentos dos enrolamentos, alterações das distâncias entre os enrolamentos e entre os enrolamentos e núcleo magnético.
O teste da reatância de dispersão é realizado com um curto circuito no enrolamento de baixa tensão, e aplicando uma tensão teste nos enrolamentos de alta tensão. Esse procedimento é adotado para minimizar os
efeitos da reatância de magnetização [5]. Alterações observadas na reatância de dispersão servem para indicação de movimento das bobinas e problemas estruturais (cunha deslocada, empeno, etc.). Este teste não substitui testes de corrente de excitação ou testes de capacitância, porém os complementam nas informações de diagnóstico e são freqüentemente utilizados em conjunto.
O teste de corrente de excitação conta com a relutância magnética do núcleo enquanto o teste de reatância de dispersão implica a relutância magnética do canal de dispersão entre os enrolamentos.
Consequência de Falha no Sistema de Potência
Quando um sistema de potência sofre uma condição de curto-circuito, a corrente gerada no evento é normalmente elevada. Nesta condição esta corrente flui através dos enrolamentos dos transformadores de força gerando forças mecânicas extremamente altas.
A corrente de curto-circuito é a maior fonte de deslocamentos mecânicos e conseqüentemente de falhas de transformadores. Esta corrente ao fluir pelos enrolamentos do transformador cria um campo eletromagnético dentro e ao redor dos enrolamentos, que geram forças de acordo como a Figura 3.
Continua (sob edição)
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