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Na gestão operacional da rede de distribuição, as falhas dos transformadores de distribuição são a principal causa de interrupções no fornecimento de energia. Por meio da análise estatística de uma grande quantidade de dados operacionais, danos à isolação e entrada de umidade, curto-circuito e deformação dos enrolamentos, bem como sobretensões induzidas por raios figuram consistentemente entre as três principais causas de falhas. Uma compreensão aprofundada das causas e dos mecanismos dessas três falhas principais constitui a base para a formulação de estratégias eficazes de operação e manutenção, bem como para o aprimoramento da confiabilidade do sistema elétrico.
- Danos à isolação e entrada de umidade: o mais insidioso "assassino número um"
A redução do desempenho da isolação é a fonte de falha mais comum e grave em transformadores de distribuição. É altamente oculta e normalmente só se torna aparente durante acidentes súbitos.
- Envelhecimento térmico prolongado: Durante a operação do transformador, é gerado calor. Se ele for submetido a sobrecarga por um longo período, o papel isolante dos enrolamentos sofrerá decomposição acelerada em altas temperaturas, resultando na perda gradual de resistência mecânica e resistência elétrica.
- Infiltração de umidade: Transformadores imersos em óleo são propensos a absorver umidade devido ao "efeito respiratório". Quando o teor de umidade no óleo excede o padrão ou o nível de óleo está muito baixo, o nível de tensão suportável pelos materiais isolantes diminui acentuadamente.
- Falha latente: Um isolamento degradado tem grande probabilidade de sofrer falha interna entre espiras ou entre fases ao ser submetido a sobretensões operacionais ou ressonância do sistema, levando, por fim, a curto-circuito e queima.
- Curto-circuito e deformação dos enrolamentos: A "emergência aguda" mais destrutiva
Falhas de enrolamento são causadas, principalmente, por curtos-circuitos externos. A tensão elétrica gerada é extremamente elevada e constitui a causa direta de danos graves ao transformador em si.
Impacto da corrente de curto-circuito: Quando ocorre um curto-circuito metálico na saída do lado de baixa tensão ou em uma linha derivada, a corrente de curto-circuito pode atingir dezenas de vezes a corrente nominal, gerando forças eletrodinâmicas radial e axial extremamente intensas.
- Deformação mecânica e efeito cumulativo: A enorme força eletrodinâmica fará com que o condutor seja comprimido, torcido ou deslocado. Mesmo que um curto-circuito não queime diretamente o componente, a deformação plástica cumulativa reduzirá gradualmente a resistência ao curto-circuito do enrolamento.
- Queima final: A deformação leva ao desgaste local do isolamento ou à alteração da distância entre os espaços do enrolamento. No próximo impacto de corrente, esse ponto fraco aquecerá rapidamente e evoluirá para um curto-circuito no enrolamento, até que o equipamento seja descartado.
- Raios e sobretensão: "Ameaças externas" sazonalmente frequentes
A sobretensão induzida por raios é a principal causa externa de danos em transformadores de distribuição durante a estação chuvosa, sendo particularmente proeminente em áreas rurais e espaços abertos.
- Intrusão de onda de raio: Após um raio atingir a linha aérea, ele penetra no transformador ao longo do condutor. A frente de onda abrupta e a sobretensão de alta amplitude impactam diretamente o isolamento principal e o isolamento longitudinal dos enrolamentos.
- Sobreposição de falha de proteção: Se o para-raios no lado de alta tensão estiver envelhecido e inoperante, a resistência de aterramento exceder o padrão ou não houver para-raios instalado no lado de baixa tensão, a onda intrusa não poderá ser descarregada eficazmente, o que causará diretamente flashover no bujão ou ruptura do isolamento.
- Contra-ataque no lado de baixa tensão: Quando a linha de baixa tensão é atingida por raios induzidos, a sobretensão será transmitida para o lado de alta tensão através do enrolamento de baixa tensão, formando uma sobretensão alternada positiva e negativa, o que agrava o risco de danos ao isolamento.
Resumo e pontos principais para operações e manutenção
Proteção do isolamento, tolerância a curtos-circuitos e proteção contra raios são os três pilares principais para garantir a operação confiável de transformadores de distribuição. Para os três tipos de falhas mencionados acima, recomenda-se concentrar esforços nas seguintes medidas durante as operações e a manutenção:
- Monitoramento do isolamento: Realizar regularmente análises de gases dissolvidos no óleo (DGA) para monitorar o teor de umidade e o fator de perda dielétrica do meio, identificando prontamente defeitos latentes no isolamento.
- Verificação da tolerância a curtos-circuitos: Configurar de forma razoável as configurações de proteção para garantir desligamento rápido em caso de falhas; realizar prontamente testes de deformação de enrolamentos em transformadores que tenham sofrido curtos-circuitos em zonas próximas.
- Gestão da proteção contra raios: Testar regularmente o desempenho dos para-raios e das resistências de aterramento, melhorar a proteção contra raios no lado de baixa tensão e garantir que a energia dos raios tenha um caminho de descarga contínuo.
Ao direcionar o controle dessas três fontes centrais de falha, a taxa de falhas dos transformadores de distribuição pode ser significativamente reduzida, a vida útil do equipamento prolongada e uma garantia sólida fornecida para a operação segura e estável da rede de distribuição.
