Dissertacao Ricardo Bechara
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RICARDO BECHARA
ANLISE DE FALHAS DE TRANSFORMADORES DE POTNCIA
SO PAULO 2010
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RICARDO BECHARA
ANLISE DE FALHAS DE TRANSFORMADORES DE POTNCIA
Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Eltrica
SO PAULO 2010
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RICARDO BECHARA
ANLISE DE FALHAS DE TRANSFORMADORES DE POTNCIA
Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Eltrica rea de Concentrao: Sistemas de Potncia Orientador: Prof. Dr. Augusto F. Brando Jr.
SO PAULO 2010
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Este exemplar foi revisado e alterado em relao verso original, sob responsabilidade nica do autor e com a anuncia de seu orientador. So Paulo, 20 de maio de 2010.
Assinatura do autor ____________________________
Assinatura do orientador _______________________
FICHA CATALOGRFICA
Bechara, Ricardo Anlise de falhas em transformadores de potncia / R.
Bechara. -- ed.rev. -- So Paulo, 2010. 102 p.
Dissertao (Mestrado) - Escola Politcnica da Universidade
de So Paulo. Departamento de Engenharia de Energia e Auto-mao Eltricas.
1. Transformadores e reatores I. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia de Energia e Automao Eltricas II. t. Bechara, Ricardo
Anlise de falhas de transformadores de potncia / R. Bechara. -- So Paulo, 2010.
102 p.
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Aos meus pais, que sempre me deram
apoio e contriburam para a minha
formao.
minha esposa, pela pacincia e apoio
durante a realizao deste estudo.
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AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Augusto Ferreira Brando Jr., pelo auxlio e contribuio durante a
realizao do curso de Mestrado.
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RESUMO
Transformadores de potncia so equipamentos essenciais no sistema eltrico
de potncia, alterando os nveis de tenso para interligar os sistemas de gerao,
transmisso e distribuio de energia eltrica.
Neste trabalho so relacionados e descritos os principais modos de falha
normalmente verificados em transformadores, associados ao levantamento
estatstico que compe um banco de dados elaborado a partir de percias
realizadas entre os anos de 2.000 e 2.008 para companhias seguradoras.
apresentada e desenvolvida uma anlise de falhas verificadas em cerca de
uma centena de transformadores com diferentes tipos de aplicao, classes de
tenso e nveis de potncia. O objetivo do estudo contribuir com um melhor
entendimento de causas de falhas e os tipos de transformadores mais
suscetveis a cada uma delas.
Palavras-chave: Transformadores de Potncia, Sistemas de Potncia, Falhas de
transformadores.
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ABSTRACT
Power transformers are essential equipment in the electric system by changing
the voltage levels in order to connect generation, transmission and distribution
systems of electric energy.
In this study are related and described the most common failure modes in
transformers, associated with the statistical statement that makes up a database
developed from expertise held between the years 2000 and 2008 for insurance
companies.
It is presented and developed an analysis of failures found in around a hundred
transformers with different types of application, classes of voltage and power
levels. The objective of the study is to contribute to a better understanding of the
causes of failures and the transformers types most susceptible to each one.
Keywords: Power transformers, Power systems, Transformer failures.
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LISTA DE ILUSTRAES
Figura 2.1.: Transformador monofsico ( esquerda) e trifsico ( direita) ................................ 4
Figura 2.2: Esquema bsico do sistema eltrico ............................................................................. 4
Figura 2.3: Caractersticas construtivas de um transformador de potncia ............................... 5
Figura 2.4: Transformadores monofsicos com duas colunas principais, uma ou duas colunas principais e duas de retorno ................................................................................................. 6
Figura 2.5: Transformador trifsico com trs colunas principais .................................................. 6
Figura 2.6: Transformador trifsico com trs colunas principais e duas de retorno .................. 6
Figura 2.7: Esquema de enrolamentos de transformador elevador ............................................. 9
Figura 2.8: Esquema de enrolamentos de transformador de transmisso ............................... 10
Figura 3.1: Ilustrao dos principais componentes de uma bucha e o contexto em que a mesma se insere em um transformador ......................................................................................... 13
Figura 3.2: Comutador sob carga tipo M, marca MR ................................................................... 14
Figura 3.3: Exemplo do funcionamento de um comutador sob carga........................................ 15
Figura 5.1: Transformador monofsico de 550MVA, classe de tenso 800kV em chamas ... 32
Figura 5.2: Esforos eletrodinmicos que atuam sobre enrolamentos durante um curto-circuito. ................................................................................................................................................. 38
Figura 5.3: Vista geral da parte ativa de transformador de 25MVA, classe de tenso 138kV 40
Figura 5.4: Detalhe dos danos por esforos eletrodinmicos nos enrolamentos .................... 40
Figura 5.5: Parte ativa de transformador monofsico de 155MVA, classe de tenso 550kV, com danos na regio do terminal de alta tenso........................................................................... 45
Figura 5.6: Parte ativa de transformador trifsico de 418MVA, classe de tenso 550kV ....... 46
Figura 5.7: Danos na regio superior da bobina de alta tenso da fase central ...................... 46
Figura 5.8: Parte ativa de transformador de 15MVA, classe de tenso 69kV, com danos por deformao e curto-circuito entre espiras na bobina de alta tenso da fase central .............. 47
Figura 5.9: Parte ativa de transformador de 9MVA, classe de tenso 88kV ............................ 50
Figura 5.10: Marcas e carbonizao na regio de conexo entre contatos fixos e mveis do comutador ............................................................................................................................................ 50
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Figura 5.11: Transformador de 60MVA, classe de tenso 138kV com danos por incndio... 51
Figura 5.12: Chave de carga do comutador, encontrada a cerca de 50 metros do transformador, com diagnstico de danos generalizados. .......................................................... 52
Figura 5.13: Tampa do comutador encontrada prximo chave de carga, com danos por quebra e ruptura do fusvel mecnico ............................................................................................. 52
Figura 5.14: Transformador de 60MVA, classe de tenso 230kV .............................................. 54
Figura 5.15: Vista parcial da parte ativa com diagnstico de contaminao por partculas carbonizadas e cacos da porcelana da bucha .............................................................................. 54
Figura 5.16: Detalhe dos danos por curto-circuito na regio do tap capacitivo na parte inferior da bucha de alta tenso (230kV) que deu origem ao evento. ..................................................... 55
Figura 5.17: Vista area do transformador em chamas, obtida em vdeo produzido pela Rede Globo .................................................................................................................................................... 55
Figura 5.18: Transformador de 138kV, 33MVA com danos generalizados por incndio ........ 56
Figura 5.19: Remanescentes das buchas de alta tenso (138kV) em separado. ................... 56
Figura 5.20: Detalhe de um pedao da porcelana da parte superior da bucha, que foi coletada no local da ocorrncia, com marcas de arvorejamento caractersticas de descargas parciais ................................................................................................................................................. 56
Figura 5.21: Detalhe da falha de conexo de uma das buchas de baixa tenso de um transformador ...................................................................................................................................... 58
Figura 5.22: Transformador de 12,5MVA, classe de tenso 69kV, com danos generalizados por incndio ......................................................................................................................................... 59
Figura 5.23: Detalhe dos danos por arco eltrico no comutador a vazio .................................. 60
Figura 5.24: Parte ativa de transformador de 550MVA, classe de tenso 800kV ................... 61
Figura 5.25: Capas isolantes dos tirantes de prensagem da parte ativa com marcas de carbonizao e presena de bolhas em seu interior .................................................................... 62
Figura 5.26: Ilustrao do mecanismo de ataque do enxofre corrosivo sobre o cobre e o papel isolante que envolve o condutor............................................................................................ 63
Figura 5.27: Vista geral da bobina de um transformador avariado em funo do ataque por enxofre corrosivo e detalhe de uma amostra de condutor coletada do enrolamento. ............ 64
Figura 5.28: Teste de resistncia hmica realizada com um multmetro. A amostra esquerda, ntegra, tem elevada resistncia. A amostra direita, contaminada por compostos de enxofre, apresenta caractersticas condutoras indesejveis. ................................................ 64
Figura 5.29: Padro de cores para identificao da presena de enxofre, conforme a ASTM D130 IP54 ............................................................................................................................................ 66
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LISTA DE TABELAS
Tabela 4.1: Referncias para avaliao de riscos em transformadores a partir das quantidades de gases combustveis, expressas em ppm ........................................................... 20
Tabela 4.2: Fatores para estabelecimento dos parmetros de correlao de gases .............. 22
Tabela 4.3: Diagnstico de transformadores a partir da correlao de gases prescrita na norma ABNT 7274 .............................................................................................................................. 22
Tabela 4.4: Caractersticas de leos isolantes novos .................................................................. 23
Tabela 4.5: Parmetros de propriedades fsico qumicas ............................................................ 24
Tabela 4.6: Tabela com referncias de diagnstico para interpretao dos dados do grfico dos nveis de contaminao do leo isolante ................................................................................ 28
Tabela 4.7: Referncias de diagnstico para interpretao dos dados do grfico dos nveis de contaminao do leo isolante ................................................................................................... 28
Tabela 6.1: Universo de transformadores de potncia inspecionados ...................................... 68
Tabela 6.2: Levantamento estatstico de falhas em transformadores de potncia .................. 69
Tabela 6.3: Levantamento de danos em transformadores de subtransmisso ........................ 70
Tabela 6.4: Levantamento de danos em transformadores elevadores...................................... 74
Tabela 6.5: Levantamento de danos em transformadores de transmisso .............................. 77
Tabela 6.6: Relao de falhas de equipamentos ente o 1 e 40 ano de operao ................ 83
Tabela 6.7: Relao de falhas de equipamentos ente o 1 e 16 ano de operao ................ 85
Tabela 6.8: Relao de falhas de equipamentos ente 11 e 40 ano de operao ................ 86
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LISTA DE GRFICOS
Grfico 4.1: Concentrao tpica de gases resultantes de leo isolante superaquecido ....... 18
Grfico 4.2: Concentrao tpica de gases resultantes de celulose superaquecida ............... 19
Grfico 4.3: Concentrao tpica de gases resultantes de descargas parciais ........................ 19
Grfico 4.4: Concentrao tpica de gases resultantes de arco eltrico ................................... 20
Grfico 4.5: Grfico que apresenta referncias dos nveis de contaminao do leo isolante de transformadores, conforme Working Group 12.17 do Cigr Effect of Particles on Transformer Dielectric Strength ....................................................................................................... 27
Grfico 4.6: Referncia para correlao entre o teor de furfuraldedo e o grau de polimerizao ...................................................................................................................................... 29
Grfico 6.1: Relao de quantidade de falhas de transformadores de subtranmisso em funo da idade .................................................................................................................................. 71
Grfico 6.2: Componente afetado nas falhas de transformadores de subtransmisso .......... 72
Grfico 6.3: Natureza de danos em transformadores de subtransmisso ................................ 73
Grfico 6.4: Relao de quantidade de falhas de transformadores de gerao em funo da idade ..................................................................................................................................................... 75
Grfico 6.5: Componente afetado nas falhas de transformadores de gerao ........................ 75
Grfico 6.6: Natureza de danos em transformadores de gerao ............................................. 76
Grfico 6.7: Relao de quantidade de falhas de transformadores de transmisso em funo da idade ............................................................................................................................................... 78
Grfico 6.8: Componente afetado nas falhas de transformadores de transmisso ................. 78
Grfico 6.9: Natureza de danos em transformadores de transmisso ...................................... 79
Grfico 6.10: Tipos e quantidades de falhas identificadas nos transformadores ..................... 80
Grfico 6.11: Porcentagem de falhas em transformadores ......................................................... 81
Grfico 6.12: Componente afetado nas falhas de transformadores ........................................... 81
Grfico 6.13: Relao de quantidade de falhas de transformadores em funo da idade ..... 82
Grfico 6.14: Relao entre a quantidade de falhas e o tempo de operao dos transformadores .................................................................................................................................. 84
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Grfico 6.15: Anlise estatstica de falhas ente o 1 e 16 ano de operao dos transformadores .................................................................................................................................. 86
Grfico 6.16: Anlise estatstica de falhas ente o 10 e 39 ano de operao dos transformadores .................................................................................................................................. 87
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ONAN - leo natural, ar natural
ONAF - leo natural, ar forado
OFAF - leo forado, ar forado
ODAF - leo dirigido, ar forado
OFWF - leo forado, gua forada
ppm partculas por milho
V- volt
kV - kilo volt
MVA - mega volt ampere
T - tesla
GP - grau de polimerizao
p.u. - por unidade
VFT - very fast transient
GIS - gas insulated substation
ANEEL - Agncia Nacional de Energia Eltrica
ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas
ASTM American Society for Testing and Materials
IEEE Institute of Electrical ans Electronic Engineers
CIGR - Conseil International ds Grands Rseaux Electriques
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SUMRIO
1. INTRODUO .............................................................................................................................. 1
1.1 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................................ 2
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO ............................................................................................... 3
2. TRANSFORMADORES DE POTNCIA ................................................................................... 4
2.1 Transformadores Elevadores ............................................................................................. 9
2.2 Transformadores de Transmisso ................................................................................... 10
2.3 Transformadores de Subtransmisso ............................................................................. 11
2.4 Transformadores de Distribuio ..................................................................................... 11
3. EQUIPAMENTOS ASSOCIADOS A TRANSFORMADORES ............................................ 12
3.1 Buchas ................................................................................................................................. 12
3.2 Comutadores ....................................................................................................................... 13
4. DIAGNSTICO E MANUTENO PREVENTIVA ............................................................... 16
4.1 Anlise do leo isolante ..................................................................................................... 16
4.1.1 Anlise de gases dissolvidos .................................................................................... 17
4.1.2 Anlise fsico qumica ................................................................................................ 23
4.1.3 Contagem de Partculas ............................................................................................ 25
4.1.4 Teor de Furfuraldedo ................................................................................................ 29
4.2 Termografia ......................................................................................................................... 30
4.3 Temperatura do leo e enrolamentos ............................................................................. 30
4.4 Tcnicas avanadas de monitorao .............................................................................. 31
5. FALHAS EM TRANSFORMADORES DE POTNCIA ......................................................... 32
5.1 Coleta e anlise de dados ................................................................................................. 33
5.2 Testes eltricos ................................................................................................................... 34
5.3 Tipos de falhas e defeitos em transformadores............................................................. 35
5.3.1 Deteriorao dos materiais isolantes ...................................................................... 36
5.3.2 Deformao mecnica dos enrolamentos por esforos de curto-circuito .......... 37
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5.3.3 Sobretenses .............................................................................................................. 41
a) Sobretenses Temporrias ............................................................................................... 41
b) Sobretenses de Manobra ................................................................................................ 43
c) Sobretenses Transitrias Muito Rpidas (Very Fast Transient - VFT) .................... 44
d) Sobretenses de Descargas Atmosfricas .................................................................... 47
5.3.4 Falhas de acessrios e componentes ..................................................................... 48
5.3.5 Falha de comutadores ............................................................................................... 49
5.3.6 Falha de buchas ......................................................................................................... 53
5.3.7 Falha de conexes ..................................................................................................... 57
5.3.8 Manuteno Inadequada ou Inexistente ................................................................. 58
5.3.9 Defeitos de fabricao ............................................................................................... 60
5.3.10 Ataque por enxofre corrosivo .................................................................................... 62
6. LEVANTAMENTO ESTATSTICO E CORRELAES ....................................................... 68
6.1 Transformadores de Subtransmisso ............................................................................. 70
6.2 Transformadores de Gerao .......................................................................................... 74
6.3 Transformadores de Transmisso ................................................................................... 77
6.4 Anlise de Dados ............................................................................................................... 80
6.5 Anlise Estatstica de Dados ............................................................................................ 82
7. CONCLUSO ............................................................................................................................. 89
REFERNCIAS .................................................................................................................................. 90
ANEXO I............................................................................................................................................... 93
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1
1. INTRODUO
A energia eltrica essencial em todas as atividades humanas modernas. Falhas
ou anomalias no fornecimento de energia implicam em graves desdobramentos,
em vrios aspectos, seja de mbito econmico, quanto de segurana, de forma
que h requisitos especficos para qualidade de energia, continuidade de
fornecimento e disponibilidade de equipamentos para atendimento s
necessidades do sistema eltrico, tanto nas condies normais quanto em
contingncias.
Os parmetros de qualidade e de continuidade operacional so estabelecidos
pelos rgos reguladores das atividades do setor eltrico no pas, visando a
integridade do sistema e implicando em penalidades severas em caso de
interrupes ou m qualidade na prestao desse servio.
Tais aspectos, associados a demandas crescentes, limitao de espao,
economia de materiais, classes de tenso mais altas, tm influenciado de forma
decisiva no estudo de metodologias que permitam a obteno de informaes
precisas sobre tipos de falhas em equipamentos, suas causas, seus
desdobramentos, fatores de deflagrao de falhas e medidas preventivas que
possam ser tomadas no sentido de se minimizar ocorrncias futuras de mesma
natureza.
Transformadores de potncia so equipamentos essenciais na transmisso e
distribuio de energia eltrica, estando amplamente integrados em usinas,
subestaes e indstrias. Sua finalidade a converso de diferentes nveis de
tenso, permitindo a interligao entre os centros produtores e os consumidores
de energia eltrica, num sistema interligado, com limites de estabilidade que
dependem da confiabilidade dos equipamentos.
Assim, sendo o transformador equipamento essencial nos sistemas eltricos,
muito importante entender o seu funcionamento, os tipos de falhas que podem
ocorrer, suas causas e formas de aumentar a sua confiabilidade.
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2
1.1 JUSTIFICATIVA
Usinas e subestaes so formadas por diversos equipamentos, tais como
disjuntores, transformadores de medio, rels, cubculos, cabos, isoladores,
torres, geradores, reatores, transformadores, dentre outros.
Falhas de grande monta em geradores, reatores e transformadores, que so os
itens de maior porte e valor em uma instalao desse tipo, certamente resultam
em ndices de indisponibilidade maiores do que os demais, uma vez que:
- nem sempre se dispe de unidade reserva;
- o custo de aquisio elevado;
- os equipamentos so produzidos especificamente para uma determinada
instalao, no sendo fabricados em srie;
- os prazos envolvidos no reparo, fabricao e transporte so ordem de meses.
A partir dos aspectos acima descritos, este estudo tem por objetivo:
- possibilitar um melhor entendimento das causas e motivos pelos quais
transformadores falham;
- desenvolver um critrio de anlise de falhas em transformadores;
- avaliar a suscetibilidade de tipos distintos de transformadores a determinadas
falhas;
- a criao de um banco de dados sobre falhas de transformadores no sistema
eltrico brasileiro.
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3
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO
No captulo 2 so apresentadas as principais caractersticas construtivas dos
transformadores de potncia utilizados no sistema eltrico.
No captulo 3 so descritos os principais equipamentos associados ao
funcionamento de transformadores.
No captulo 4 apresentado um panorama geral dos principais mtodos de
diagnstico e manuteno preventiva de transformadores.
No captulo 5 so descritos os principais modos de falhas em transformadores,
suas caractersticas e exemplos fotogrficos de cada um.
No captulo 6 feita uma anlise estatstica de falhas em 92 transformadores
inspecionados pelo autor durante oito anos de trabalho para companhias
seguradoras no sistema eltrico brasileiro.
No captulo 7 so apresentadas as concluses deste estudo.
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4
2. TRANSFORMADORES DE POTNCIA
Transformadores de potncia so equipamentos cujo princpio bsico de
funcionamento se d a partir da converso de diferentes nveis de tenso entre a
fonte, ligada ao primrio, e a carga alimentada, ligada ao secundrio.
Podem ser trifsicos ou monofsicos, dependendo das necessidades especficas
de cada instalao, conforme ilustrado na figura 2.1.
Figura 2.1.: Transformador monofsico ( esquerda) e trifsico ( direita)
No sistema eltrico h diferentes tipos de transformadores, conforme ilustrado na
figura 2.2 a seguir, que possuem caractersticas especficas quanto classe de
tenso e potncia.
Figura 2.2: Esquema bsico do sistema eltrico
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5
Vistos externamente, conforme figura 2.3, os transformadores so formados por
buchas de alta e baixa tenso, radiadores ou trocadores de calor, tanque
principal, tanque de expanso, painis de controle e outros dispositivos.
Essencialmente so equipamentos mais complexos, conforme ilustrado na figura
2.3 e descrito a seguir, dependendo da interao de diversos componentes para
o seu perfeito funcionamento.
Figura 2.3: Caractersticas construtivas de um transformador de potncia [30]
1) Ncleo: constitudo em lminas para minimizar o efeito denominado por
Foucault, no qual a induo de campo magntico alternado sobre o ncleo
magntico tende a dar origem a correntes eltricas parasitas que ficam
circulando e assim gerando perdas e aquecimento localizado. Corrente de
Foucault, ou corrente parasita, o nome dado corrente induzida em um
condutor quando h variao do fluxo magntico que o percorre. Em alguns
casos a corrente de Foucault pode produzir resultados indesejveis, como perdas
em decorrncia de dissipao de energia por efeito Joule, fazendo com que a
temperatura do material aumente. Para evitar a dissipao por efeito Joule, os
materiais sujeitos a campos magnticos variveis so frequentemente laminados
ou construdos com placas muito finas isoladas umas das outras. Esse arranjo
aumenta a resistncia no trajeto da corrente que atravessa o material, resultado
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6
em menor gerao de calor e consequentemente menores perdas. O ncleo
ferromagntico configurado em colunas verticais, sendo que as principais
abrigam blocos de bobinas e as colunas perifricas, denominadas de retorno, so
para fechamento do circuito magntico. As figuras 2.4 a 2.6 a seguir mostram os
tipos de ncleo utilizados em transformadores de potncia:
Figura 2.4: Transformadores monofsicos com duas colunas principais, uma ou duas colunas
principais e duas de retorno
Figura 2.5: Transformador trifsico com trs colunas principais
Figura 2.6: Transformador trifsico com trs colunas principais e duas de retorno
2) Enrolamentos: so bobinas cilndricas formadas por condutores de cobre
retangular convencionais ou transpostos, podendo ser isolados com papel ou
envernizados. As bobinas apresentam um arranjo fsico que pode ser do tipo
helicoidal, em camadas, discos contnuos ou discos entrelaados. A relao entre
o nmero de espiras dos diversos enrolamentos do transformador define seus
nveis de tenso de operao, havendo a possibilidade de se fazer bobinas com
terminais intermedirios, denominados por taps, que podem ser comutados, com
a limitao de que o transformador esteja sem tenso ou at mesmo com o
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7
transformador operando sob carga mediante a utilizao de chaves comutadoras
de caractersticas especiais (comutador sob carga).
3) Tanque principal: trata-se do tanque de ao preenchido com leo isolante,
onde a parte ativa, conjunto formado pelas bobinas e o ncleo, imerso. O
tanque pode ser dotado de blindagens nas paredes internas, no sentido de
minimizar o aumento da temperatura do ao por conta da circulao de correntes
parasitas, resultantes do fluxo de disperso gerado na parte ativa.
J o leo isolante tem dupla funo:
- ser absorvido (impregnado) pelo papel isolante de forma a conferir
caractersticas dieltricas especiais ao sistema isolante do transformador;
- circular atravs dos enrolamentos e ncleo, superficialmente e atravs de
reentrncias, canais feitos especialmente com essa finalidade, de forma a
permitir a remoo do calor gerado no funcionamento normal, dissipando assim
as perdas nos enrolamentos e no ncleo.
4) Tanque de expanso de leo: permite a expanso do volume de leo do
transformador por conta das variaes de temperatura a que o equipamento
submetido. Normalmente tanque provido de uma bolsa de borracha que
auxilia no sistema de selagem do transformador.
5) Buchas: so dispositivos de porcelana que tm a finalidade de isolar os
terminais das bobinas do tanque do transformador. Normalmente as buchas com
classe de tenso superior a 13,8kV so do tipo condensivas, onde, no interior do
corpo de porcelana, h uma envoltria de papel e filme metlico imersos em leo
isolante, formando um capacitor.
6) Comutador sob carga: dispositivo eletromecnico que propicia a variao dos
nveis de tenso atravs da mudana dos terminais dos enrolamentos de
regulao, sem que o transformador seja desligado.
7) Acionamento do comutador sob carga: conjunto de mecanismos
eletromecnicos que fazem a mudana da posio do comutador de acordo com
os nveis de tenso desejados;
8) Radiadores/Trocadores de calor: instalados na parte externa do tanque,
fazem a circulao do leo isolante atravs de aletas que, em contato com o ar
ambiente, diminuem a temperatura do leo. A circulao pode ser do tipo natural
(ONAN leo natural, ar natural), com ar forado atravs de motoventiladores
nos radiadores (ONAF leo natural, ar forado), com motobombas para
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8
aumentar o fluxo de leo (OFAF leo forado, ar forado), com sistema de leo
dirigido nas bobinas (ODAF leo dirigido, ar forado) ou mesmo com trocadores
de calor que utilizam gua como meio refrigerante ao invs do ar ambiente
(OFWF leo forado, gua forada).
9) Painel de controle: o local onde esto instalados os dispositivos de interface
que permitem o controle e a monitorao do funcionamento do transformador ao
centro de operao da subestao, como temperatura, corrente, monitorao de
gases, descargas parciais, etc.
10) Secador de ar: faz a retirada de umidade do interior do transformador
utilizando slica-gel.
11) Termmetros: medem a temperatura dos enrolamentos e do leo do
transformador.
Apesar do fato de que os componentes aqui descritos se aplicam a qualquer tipo
de transformador, cada equipamento, dependendo da aplicao a que se destina
e de padres definidos pelo comprador, possui caractersticas construtivas
especficas, no havendo, a menos daqueles fabricados na mesma srie,
transformadores idnticos.
Alm disso, h diferentes tipos de construo no que diz respeito quantidade
de enrolamentos, sistema de comutao, refrigerao, dimenses, etc.
A seguir so apresentados os tipos de transformadores comumente encontrados
nos sistemas de gerao, transmisso, subtransmisso e distribuio de energia
eltrica.
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2.1 Transformadores Elevadores
So transformadores utilizados no sistema de gerao para elevar o nvel de
tenso produzida pelos geradores, normalmente dotados de dois enrolamentos,
conforme mostra a figura 2.7:
Figura 2.7: Esquema de enrolamentos de transformador elevador
A bobina que recebe tenso do gerador, referenciada como baixa tenso,
montada na parte mais interna do bloco, sendo que bobina que ligada carga
alimentada pelo transformador, referenciada como alta tenso, fica na parte mais
externa.
Esse tipo de transformador opera com sistema de mudana de tap sem tenso,
podendo ser dotado de enrolamento especfico para o sistema de regulao ou
atravs de derivaes no enrolamento de alta tenso.
Geralmente so encontrados no sistema eltrico com nveis de tenso primria
de at 20kV e nvel secundrio at 550kV.
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10
2.2 Transformadores de Transmisso
So transformadores utilizados em subestaes para interligar linhas e sistemas
em diferentes nveis de tenso. Diferentemente de transformadores elevadores,
tm caractersticas construtivas mais complexas no que diz respeito ao sistema
de regulao de tenso e quantidade de enrolamentos, sendo dotados de
comutadores sob carga, geralmente na alta tenso, onde a mudana de tap
feita durante o funcionamento normal do equipamento sem a necessidade de que
se faa o seu desligamento.
Tambm podem ser utilizados em conjunto com os enrolamentos principais,
enrolamentos menores, montados em outra parte ativa, imersa no mesmo
tanque, que so denominados por transformadores srie.
Nesse tipo de transformador, alm do sistema de regulao sob carga, h a
possibilidade de utilizao de um sistema de regulao a vazio, alm de
enrolamento tercirio acessvel ou no, conforme mostra a figura 2.8:
Figura 2.8: Esquema de enrolamentos de transformador de transmisso
Para esse tipo de aplicao tambm podem ser utilizados autotransformadores,
cujas caractersticas construtivas se diferenciam de transformadores a partir do
arranjo das bobinas.
Esses transformadores geralmente so encontrados no sistema eltrico com
nveis de tenso primria de at 765kV, nvel secundrio at 550kV e tercirio de
13,8 ou 69kV.
-
11
2.3 Transformadores de Subtransmisso
So transformadores utilizados para rebaixar os nveis de tenso recebidos das
linhas transmisso para alimentao do sistema de distribuio.
Podem ser dotados de apenas dois enrolamentos (um de alta e um de baixa
tenso) com sistema de comutao a vazio ou, de forma muito similar quela dos
transformadores de transmisso, com a utilizao de comutadores sob carga e
at mesmo enrolamento tercirio.
Esses transformadores geralmente so encontrados no sistema eltrico com
nveis de tenso primria de at 138kV, nvel secundrio at 34,5kV e tercirio de
13,8 ou 6,9kV.
2.4 Transformadores de Distribuio
So transformadores de pequeno porte utilizados para rebaixar os nveis de
tenso recebidos das linhas de distribuio para alimentao dos consumidores
finais.
So dotados de apenas dois enrolamentos (um de alta e um de baixa tenso)
com sistema de comutao a vazio no lado de alta tenso.
Esses transformadores geralmente so encontrados no sistema eltrico com
nveis de tenso primria de at 34,5kV e nvel secundrio at 440V.
-
12
3. EQUIPAMENTOS ASSOCIADOS A TRANSFORMADORES
Dentre os componentes associados ao funcionamento de transformadores de
potncia, aqueles que merecem maior destaque em relao ocorrncia de
falhas so as buchas e os comutadores.
Neste captulo so descritas as principais caractersticas de cada um.
3.1 Buchas
Buchas so dispositivos estanques, dotados de pequenos tanques de expanso
para permitir dilataes do volume interno de leo, sem que haja entrada de
umidade ou gases presentes no ambiente. So componentes com distncias
dieltricas crticas e volume de leo relativamente pequeno. Diferentemente de
transformadores, a execuo de anlises do leo isolante para verificao de
suas condies de conservao uma tarefa praticamente impossvel.
Existem tipos distintos de buchas, como as de corpo no condensivo, que so
mais simples construtivamente, formadas por um condutor envolto por uma capa
de porcelana. So buchas geralmente utilizadas em terminais com classe de
tenso no superior a 15kV. As buchas que merecem maior ateno quanto
ocorrncia de falhas, dado que so as mais utilizadas em transformadores de
potncia de grande porte, so as do tipo a leo com corpo condensivo.
O corpo condensivo um capacitor formado por diversas camadas de filme
metlico, envolto por papel isolante impregnado e imerso em leo isolante,
localizado entre o elemento condutor que fica na parte central da bucha e a
parede interna do corpo de porcelana. Tem por objetivo a equalizao do campo
eltrico distribudo ao longo da bucha.
A figura 3.1 a seguir representa uma bucha condensiva a leo e seus principais
componentes.
-
13
Figura 3.1: Ilustrao dos principais componentes de uma bucha e o contexto em que a mesma se insere em um transformador
3.2 Comutadores
Comutadores so dispositivos eletromecnicos utilizados para alterar os nveis
de tenso e fluxo de potncia em transformadores, atravs da adio ou
subtrao de espiras que compem o enrolamento de regulao.
H dois tipos de comutadores, conforme descrito a seguir.
a) Comutadores de derivao sem carga.
So os comutadores de caractersticas construtivas simples quando comparados
aos comutadores sob carga, amplamente utilizados em aplicaes onde h
pouca necessidade de mudana dos nveis de tenso, como no caso de
transformadores elevadores. So comutadores cuja operao somente pode ser
feita com o transformador desenergizado.
-
14
b) Comutadores de derivao sob carga.
Comutadores de derivao sob carga, conforme mostrado na figura 3.2 a seguir,
so comutadores de caractersticas construtivas complexas, cujas manobras so
realizadas automaticamente, com o transformador energizado e a plena carga.
O funcionamento desses comutadores depende da interao de componentes
eltricos e mecnicos, que basicamente abrange os seguintes componentes:
sistema de acionamento motorizado: montado externamente ao
transformador, responsvel pelas operaes de troca de posio do
comutador;
chave de carga: dotada de resistores e conjuntos de contatos fixos e
mveis, opera imersa em um cilindro estanque, com volume de leo
prprio, separado do transformador. Trata-se da parte do comutador mais
solicitada durante seu funcionamento, sendo responsvel pela mudana
de posio de contatos, com formao de arco-eltrico limitado no
chaveamento;
chave seletora: composta de contatos fixos e mveis, normalmente
compartilhando o mesmo leo isolante onde imersa a parte ativa. A
mudana de posio dos contatos, dado o funcionamento da chave de
carga, no gera arco-eltrico que resulte na formao de gases
combustveis no leo do transformador.
Figura 3.2: Comutador sob carga tipo M, marca MR [31]
-
15
Na figura 3.3 ilustrado o funcionamento de um comutador sob carga, em cinco
etapas, para troca de tap do enrolamento de um transformador.
Figura 3.3: Exemplo do funcionamento de um comutador sob carga
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16
4. DIAGNSTICO E MANUTENO PREVENTIVA
Servios de manuteno preventiva de transformadores abrangem basicamente
a realizao de anlises do leo isolante e testes de componentes, que vo
definir a necessidade de realizao de intervenes como o tratamento do leo,
troca de componentes, tais como juntas de vedao e contatos de comutadores,
pintura das partes externas, dentre outros.
Essencialmente so servios cujo objetivo o de manter o ncleo e
enrolamentos em condies satisfatrias de operao, dado que a ocorrncia de
uma falha na parte ativa geralmente envolve longos prazos de reparo e custos
elevados.
Assim, a implementao de sistemas de monitorao e a realizao de
diagnstico peridico em transformadores proporcionam o acompanhamento de
suas condies de utilizao, identificando anormalidades e consequentemente
uma rpida tomada de deciso quanto a medidas para evitar ou minimizar a
ocorrncia de falhas.
Existem diversos mtodos de diagnstico e uma quantidade razovel de
equipamentos para essa finalidade, abrangendo desde funes mais simples e
tradicionais como a medio da temperatura do leo isolante, at as tecnologias
que permitem a monitorao dos nveis de descargas parciais com o
transformador em funcionamento.
Os principais mtodos de diagnstico e monitorao so apresentados a seguir.
4.1 Anlise do leo isolante
A anlise do leo isolante o principal e mais utilizado mtodo para avaliar a
condio de um transformador, dado a simplicidade no procedimento de coleta, o
baixo custo dos testes e a possibilidades de se diagnosticar vrios tipos de
-
17
problemas. Basicamente abrange a anlise gases dissolvidos e propriedades
fsico qumicas do leo isolante.
4.1.1 Anlise de gases dissolvidos
O leo isolante gera pequenas quantidades de gases quando submetido a
determinados tipos de fenmenos de natureza eltrica ou trmica. A composio
dos gases produzidos depende do tipo de anormalidade apresentada, sendo que
o diagnstico feito a partir da avaliao individual dos nveis de determinados
gases, chamados de gases chave, da interpretao da correlao entre gases e
sua evoluo ao longo da utilizao do transformador.
Os principais gases identificados por esse tipo de anlise so hidrognio (H2),
metano (CH4), etano (C2H6), acetileno (C2H2), etileno (C2H4), monxido de
carbono (CO) e dixido de carbono (CO2).
A anlise de gases deve ser realizada dentro de uma periodicidade razovel que
resulte em um correto e eficaz acompanhamento do surgimento, evoluo e
severidade de determinados problemas.
A realizao de uma anlise de gases isoladamente no permite um correto
diagnstico das condies do transformador, portanto necessrio que se leve
em conta o histrico de anlises, eventuais sobrecargas e falhas anteriores, no
sentido de se avaliar:
o desenvolvimento de uma falha/defeito;
a monitorao da taxa de crescimento da falha/defeito;
a confirmao de presena de uma falha/defeito:
a programao de quando dever ser feita retirada do equipamento de
operao para reparo;
monitorao do funcionamento aps a ocorrncia de alguma anormalidade
no sistema.
Assim, pode-se estabelecer um plano de investigao a partir das seguintes
etapas:
-
18
avaliar se algum parmetro de referncia excedido, seja atravs de um gs
chave ou mesmo das correlaes entre eles, observando-se o fato de que
determinadas famlias de transformadores e equipamentos em servio
normalmente apresentam concentraes de gases combustveis;
realizar acompanhamento peridico, inclusive com a possibilidade de
diminuio expressiva dos intervalos de coleta de meses para semanas ou
at mesmo dias, no sentido de se determinar a taxa de crescimento e o tipo
de falha/defeito que est sendo diagnosticado e, finalmente;
estabelecer quais aes devem ser tomadas para extino do problema, seja
atravs de interveno restrita em campo ou mesmo a remoo para abertura
do equipamento e diagnstico mais detalhado em oficina especializada.
De acordo com a norma internacional IEEE Guide for the Interpretation of Gases
Generated in Oil-Immersed Transformers [24], os gases chave permitem a
identificao de quatro tipos de problemas em transformadores, conforme
descrito a seguir:
- leo superaquecido: os produtos da decomposio do leo abrangem etileno
(C2H4), etano (C2H6) e metano (CH4), com pequenas quantidades de hidrognio
(H2). Se a falha for severa e envolver contatos eltricos, h possibilidade de que
haja traos de acetileno. Gs chave: Etileno, conforme mostrado no grfico 4.1:
Grfico 4.1: Concentrao tpica de gases resultantes de leo isolante superaquecido [24]
-
19
- Celulose superaquecida: dixido (CO2) e monxido de carbono (CO) so
liberados em grande quantidade quando a celulose superaquecida. Metano
(CH4) e etileno (C2H4) sero formados, caso a falha envolva uma estrutura
impregnada com leo. Gs chave: Monxido de Carbono, conforme mostrado no
grfico 4.2:
Grfico 4.2: Concentrao tpica de gases resultantes de celulose superaquecida [24]
- Descargas parciais: A ocorrncia de descargas eltricas de baixa energia
produzem hidrognio (H2) e metano (CH4), com pequenas quantidades de etileno
(C2H4) e etano (C2H6). Descargas envolvendo celulose podem produzir
quantidades comparveis de dixido (CO2) e monxido de carbono (CO). Gs
chave: Hidrognio, conforme mostrado no grfico 4.3:
Grfico 4.3: Concentrao tpica de gases resultantes de descargas parciais [24]
-
20
- Arco eltrico: grandes quantidades de acetileno (C2H2) e hidrognio (H2) so
produzidos, com menores quantidades de metano (CH4) e etileno (C2H4). Caso a
falha envolva celulose, haver presena de dixido (CO2) e monxido de carbono
(CO). Gs chave: Acetileno, conforme mostrado no grfico 4.4:
Grfico 4.4: Concentrao tpica de gases resultantes de arco eltrico [24]
Ainda de acordo com a norma IEEE Guide for the Interpretation of Gases
Generated in Oil-Immersed Transformers, quando no se dispe do histrico de
gases dissolvidos no leo isolante, possvel estabelecer um critrio para
avaliao de riscos a partir dos parmetros de referncia indicados na tabela 4.1.
Tabela 4.1: Referncias para avaliao de riscos em transformadores a partir das quantidades de gases combustveis, expressas em ppm [24]
H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6 CO CO2 Total de Gases
Condio 1 100 120 35 50 65 350 2500 720
Condio 2 101-700 121-400 36-50 51-100 66-100 351-570 2500-4000 721-1920
Condio 3 701-1800 401-1000 51-80 101-200 101-150 571-1400 5001-10000 1921-4630
Condio 4 >1800 >1000 >80 >200 >150 >1400 >10000 >4630
A interpretao dos dados feita conforme descrito nas condies descritas a
seguir.
condio 1: indica que o transformador est operando satisfatoriamente.
-
21
condio 2: o total de gases combustveis est acima dos valores de
referncia, indicando a possibilidade de que haja algum tipo defeito/falha no
transformador.
condio 3: o total de gases combustveis indica elevado nvel de
decomposio.
condio 4: o total de gases combustveis deste intervalo indica excessiva
decomposio do leo isolante, sendo que a continuidade de operao
poder resultar em falha do transformador.
No caso das condies 1, 2 e 3, caso haja indcios de que algum dos gases
apresente valor razoavelmente superior queles indicados na tabela, deve-se
proceder uma investigao adicional para identificao de sua origem, bem como
estabelecer um plano peridico de anlises no sentido de se estabelecer qual a
tendncia de evoluo dos gases
Cumpre observar que as referncias da tabela 4.1 assumem que no h histrico
de anlises de gases anteriores de um determinado transformador. Caso haja
algum registro, o critrio deve ser reavaliado para determinar se a condio
operacional do equipamento estvel ou instvel.
Alm dos parmetros de referncia apresentados, existem diversos critrios de
anlise que se baseiam na correlao entre gases combustveis para diagnstico
de falhas e defeitos em transformadores, tais como o mtodo de Rogers,
Doernemburg, Laborelec e o da norma brasileira ABNT NBR 7274.
Especificamente para este estudo, descrito o procedimento prescrito na norma
NBR 7274 que, a partir de trs correlaes entre gases dissolvidos no leo
isolante, permite nove tipos de diagnstico.
Cada diagnstico associado a um exemplo de falha tpica, de forma a orientar
na pesquisa da origem de eventuais problemas com o transformador.
Para obteno dos resultados feita a correlao das taxas de acetileno (C2H2)
com etileno (C2H4), metano (CH4) com hidrognio (H2) e etileno (C2H4) com etano
(C2H6), conforme indicado na tabela 4.2.
-
22
Tabela 4.2: Fatores para estabelecimento dos parmetros de correlao de gases [29]
Fator R
Relao de gases
C2H2 C2H4
CH4 H2
C2H4 C2H6
0,1 > R 0 1 0
0,1 < R < 1 1 0 0
1 < R < 3 1 2 1 3 < R 2 2 2
A partir do resultado das razes entre gases deve ser feita a correo de valores
com base no fator R, conforme exemplificado abaixo:
a) Se C2H2/C2H4 for menor do que 0,1, o valor a ser considerado 0;
b) Se C2H2/C2H4 estiver entre 0,1 e 3, o valor a ser considerado 1;
c) Se C2H2/C2H4 for maior que 3, o valor a ser considerado 2.
Esse mesmo procedimento deve ser observado para correo das razes de
CH4/H2 e C2H4/C2H6, conforme parmetros indicados na tabela 4.2.
A partir dos resultados corrigidos feita a anlise de valores com base na tabela
4.3.
Tabela 4.3: Diagnstico de transformadores a partir da correlao de gases prescrita na norma ABNT 7274 [29]
Caso falha caracterstica
Relao de gases
Exemplos tpicos C2H2 C2H4
CH4 H2
C2H4 C2H6
A Sem falha 0 0 0 Envelhecimento normal
B
Descargas parciais de pequena densidade de energia 0 1 0
Descargas nas bolhas de gs resultantes de impregnao incompleta, de supersaturao ou de alta umidade
C
Descargas parciais de alta densidade de energia 1 1 0
Como acima, porm provocando arvorejamento ou perfurao da isolao slida
D Descargas de energia reduzida 1-2 0 1-2
Centelhamento contnuo no leo devido a ms conexes de diferentes potenciais ou potencias flutuantes. Ruptura dieltrica do leo entre materiais slidos.
E Descargas de alta energia 1 0 2
Descargas de potncia. Arco. Ruptura dieltrica do leo entre enrolamentos, entre espiras ou entre espira e massa, corrente de interrupo no seletor.
F Falha Trmica de baixa temperatura >150C 0 0 1 Aquecimento generalizado de condutor isolado.
G
Falha Trmica de baixa temperatura 150C - 300C 0 2 0 Sobreaquecimento local do ncleo devido
concentraes de fluxo. Pontos quentes de temperatura crescente, desde pequenos pontos no ncleo, sobreaquecimento do cobre devido a correntes de Foucault, maus contatos (formao de carbono por pirlise) at pontos quentes devido a correntes de circulao entre ncleo de carcaa
H
Falha Trmica de temperatura mdia 300C - 700C 0 2 1
I Falha Trmica de alta temperatura >700C 0 2 2
-
23
Trata-se de um mtodo de anlise razoavelmente simples, porm de grande
auxlio na avaliao das condies operacionais de transformadores de potncia.
4.1.2 Anlise fsico qumica
leos isolantes novos para utilizao no mercado brasileiro devem atender s
caractersticas especificadas pela Agncia Nacional do Petrleo, Gs Natural e
Biocombustveis, conforme tabela 4.4.
Tabela 4.4: Caractersticas de leos isolantes novos [36]
CARACTERSTICAS UNIDADES
leo Naftnico
LIMITES
leo Parafnico
LIMITES MTODOS
Min. Mx Min.
Aspecto -
Claro, limpo, isento de material em
suspenso ou sedimentado Visual
Cor - - 1 - 1 NBR 14483
Densidade a 20/4 C - 0,861 0,9 - 0,86 NBR 7148
Viscosidade a 20 C cSt - 25 - 25
NBR 10441
Viscosidade a 40 C cSt - 11 - 12
Viscosidade a 100 C cSt - 3 - 3
Ponto de fulgor C 140 C - 140 C - NBR 11341
Ponto de fluidez C - -39 - -12 NBR 11349
ndice de neutralizao mg KOH/g - 0,03 - 0,03 NBR 14248
gua mg/kg (ppm) - NBR 10710-B
Cloretos - ausente - NBR 5779
Sulfatos - ausente - NBR 5779
PCB (bifenila policlorada) mg/kg (ppm) no detectvel NBR 13882 B
Carbono aromtico % anotar ASTM D 2140
Enxofre corrosivo - no corrosivo NBR 10505
Enxofre total % massa - - - 0,3 ASTM D 1552
Fator de perdas dieltricas a 25 C - 0,05 - 0,05
NBR 12133
Fator de perdas dieltricas a 90 C - 0,4 - 0,4
Fator de perdas dieltricas a 100 C - 0,5 - 0,5
Rigidez dieltrica - Eletrodo de
disco kV 30 - 30 - NBR 6869
Rigidez dieltrica - Eletrodo VDE kV 42 - 42 - NBR 10859
-
24
CARACTERSTICAS UNIDADES
leo Naftnico
LIMITES
leo Parafnico
LIMITES MTODOS
Min. Mx Min.
Rigidez dieltrica a impulso l/min 145 - - - ASTM D 3300
Tendncia a evoluo de gases mN/m no especificado - - ASTM D 2300 B
Tenso interfacial a 25 C % massa 40 - 40 - NBR 6234
Aditivo inibidor de oxidao DBPC
leo no inibido
% massa
no detectvel
NBR 12134A
Aditivo inibidor de oxidao DBPC
leo inibido 0,27 0,33 0,27 0,33
Estabilidade a oxidao leo no inibido
NBR 10504
ndice de neutralizao mg KOH/g - 0,4 0,4
Borra % massa - 0,1 0,1
Fator de perdas dieltricas a 90 C % - 20 20
leo inibido minutos 195 - 195 - ASTM D 2112
Trata-se da condio inicial de operao do leo novo, sendo que ao longo da
utilizao de transformadores o leo isolante sofre alteraes de determinadas
caractersticas, que devem ser objeto de controle de anlises peridicas para
manuteno de propriedades aceitveis de desempenho e confiabilidade s
quais o equipamento se destina.
Para tanto, uma srie de anlises fsico qumicas so realizadas para mensurar
mudanas das propriedades do leo. Os resultados devem ser utilizados para
estabelecer procedimentos de manuteno preventiva que evita falhas
prematuras e estendem a vida til do equipamento.
Os parmetros de resultado de ensaios fsico qumicos so prescritos pela norma
ABNT NBR 10576 leo mineral isolante de equipamentos eltricos Diretrizes
para superviso e manuteno [37], conforme mostrado na tabela 4.5.
Tabela 4.5: Parmetros de propriedades fsico qumicas [37]
CARACTERSTICAS Mtodo de Ensaio
Classe de tenso
72,5kV > 72,5 242kV > 242kV
Aparncia Visual Claro, isento de materiais em suspenso
Rigidez dieltrica, kV Eletrodo
calota, mnimo
ABNT NBR IEC
60156 40 50 60
Teor de gua, ppm, mximo
(corrigido para 20 C)
ABNT NBR IEC
10710 25 15 10
-
25
CARACTERSTICAS Mtodo de Ensaio
Classe de tenso
72,5kV > 72,5 242kV > 242kV
Fator de dissipao, %,
mximo
ABNT NBR 12133
a 25 C 0,5 0,5 -
a 90 C 15 15 12
Fator de potncia, %, mximo
ABNT NBR 12133
a 25 C 0,5 0,5 -
a 100 C 20 20 15
ndice de neutralizao mg,
KOH/g, mximo ABNT NBR 14248 0,15 0,15 0,15
Tenso interfacial, a 25 C,
mN/m, mnima ABNT NBR 6234 22 22 25
Ponto de fulgor C ABNT 11341 decrscimo mximo de 10 C
Sedimentos
nenhum sedimento ou borra precipitvel
deve ser detectado. Resultados
inferiores a 0,02% em massa devem ser
desprezados
Inibidor (DBPC) ABNT NBR 12134 reinibir quando o valor atingir 0,09%
Para transformadores com maiores nveis de tenso, mais rgidos so os
requisitos de suportabilidade do meio isolante, conforme se verifica pelos limites
de rigidez dieltrica e teor de gua.
4.3.4 Contagem de Partculas
Para transformadores com classe de tenso igual ou superior a 230kV, o controle
da quantidade de partculas presentes no leo isolante um parmetro
importante para avaliao das condies do meio isolante.
O surgimento de partculas de ferro, alumnio, cobre e fibras de celulose midas
so inerentes ao processo de fabricao de transformadores, porm, em funo
de suas propriedades condutoras, necessrio que as mesmas sejam removidas
de forma a tornar o equipamento apto ao funcionamento.
-
26
De acordo com o estudo desenvolvido pelo Working Group 12.17 do Cigr
Effect of Particles on Transformer Dielectric Strength de junho de 2.000, h o
relato de falhas em dezenas de transformadores de extra alta tenso em todo o
mundo atribudas presena de partculas.
No que concerne origem dessas partculas, destacam-se:
fibras de celulose de materiais isolantes;
desgaste mecnico de componentes do sistema de refrigerao;
xidos de ferro e silcio;
fibras de filtros utilizados para tratamento do leo isolante;
material carbonizado.
De acordo com o estudo, a avaliao do grau de risco para o funcionamento de
um transformador feito a partir da coleta de leo isolante para anlise da
quantidade de partculas, sendo que o resultado analisado com base no grfico
4.5 e tabelas 4.6 e 4.7 reproduzidos a seguir.
-
27
Grfico 4.5: Grfico que apresenta referncias dos nveis de contaminao do leo isolante de transformadores, conforme Working Group 12.17 do Cigr Effect of Particles on Transformer
Dielectric Strength. Adaptado de [26]
A partir dos resultados da anlise do leo, que indica a quantidade de partculas
de diferentes tamanhos, inserem-se os dados no grfico 4.5 de forma a verificar
se os nveis obtidos esto nos intervalos de contaminao nula, baixa, normal,
marginal ou alta.
Na tabela 4.6 apresentado o resultado tpico do estado de conservao do leo
do transformador com base nos valores encontrados.
-
28
Tabela 4.6: Tabela com referncias de diagnstico para interpretao dos dados do grfico dos nveis de contaminao do leo isolante. Adaptado de [26]
classe ISO
quantidade por 100ml nvel de
contaminao ocorrncia tpica
5m 15m
at 5/8
250
32 Nula
requisito de limpeza IEC para recipientes de
coleta de amostras
6/9 a 7/10
1.000
130
Baixa
excelente nvel de limpeza encontrado em leo
durante processo de aceitao e
comissiontamento de um transformador
8/11 a 12/15
32.000
4.000 Nomal
nvel tpico de contaminao para
transformadores em servio
13/16 a 14/17
130.000
16.000 Marginal
nvel de contaminao encontrado em nmero
significativo de transformadores em servio
15/18 e acima - - Alta
nvel de contaminao que indica condies
anormais de funcionamento do transformador
As recomendaes de procedimentos a serem tomados para continuidade de
operao do transformador, a partir da contagem de partculas e do resultado da
rigidez dieltrica do leo isolante obtida na anlise fsico qumica, so
apresentadas na tabela 4.7.
Tabela 4.7: Referncias de diagnstico para interpretao dos dados do grfico dos nveis de contaminao do leo isolante. Adaptado de [26]
nvel de
contaminao
rigidez
dieltrica recomendao
normal
boa nenhuma ao a ser tomada
ruim identificar o tipo de partculas
marginal
boa
possivelmente celulose suja ou seca. Repetir o teste de rigidez dieltrica
com procedimento adequado para partculas
marginal
identificar o tipo de partculas e teor de umidade. Considerar a possibilidade
de filtrar o leo
alta
boa
rechecar a contagem de partculas e a rigidez dieltrica com procedimento
adequado para partculas. Investigar a fonte de partculas
marginal filtrar ou substituir o leo
-
29
4.1.4 Teor de Furfuraldedo
Alm das anlises de gases dissolvidos, fsico qumicas e de partculas,
possvel se fazer a medio do teor de furfuraldedo presente no leo isolante, o
que permite avaliar a deteriorao do papel e consequentemente monitorar o
estado de conservao dos enrolamentos de um transformador.
Trata-se de ferramenta bastante til, dado que no possvel realizar a coleta de
amostras de papel isolante com o transformador em servio. A partir do teor de
furfuraldedo se faz a correlao com um valor mdio do grau de polimerizao
das bobinas.
Uma das referncias utilizadas para este procedimento o grfico 4.6,
desenvolvido pela Powertech Labs em conjunto com a BC Hydro.
Grfico 4.6: Referncia para correlao entre o teor de furfuraldedo e o grau de polimerizao [25]
-
30
Observa-se que deve ser levado em conta o intervalo entre a realizao de
tratamento do leo isolante do transformador e a anlise do teor de furfuraldedo,
uma vez que o tratamento elimina os compostos resultantes da decomposio do
material celulsico, resultando na perda de referncia do efetivo estado de
deteriorao da isolao slida.
Alm disso, dado que transformadores tendem a apresentar deteriorao do
papel isolante de forma diferenciada entre as bobinas, bem como ao longo de
uma mesma bobina, deve-se utilizar este mtodo a ttulo de referncia, uma vez
que o resultado efetivo do estado de conservao do equipamento somente pode
ser obtido a partir da coleta de amostras de papel isolante do ponto quente hot-
spot, fator determinante da vida til de transformadores.
4.2 Termografia
O teste de termografia utilizado para verificar a temperatura da superfcie de
determinadas partes do transformador, principalmente o sistema de refrigerao
e pontos de conexo de terminais das buchas.
Trata-se de teste realizado com o transformador em operao, restringindo-se
anlise de partes externas do equipamento.
De acordo com os ajustes do aparelho empregado no teste, pode-se verificar
quais alteraes de temperatura so mais significativas em relao temperatura
de referncia e se determinar um plano de ao para corrigir o problema.
4.3 Temperatura do leo e enrolamentos
Todos os transformadores so dotados de termmetros analgicos ou digitais
para medio da temperatura do leo e enrolamentos, de forma a permitir que se
faa o acompanhamento da temperatura de operao do equipamento.
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Para o leo o sistema dotado de sensores imersos no lquido isolante, no
apresentando limitaes para a correta leitura da temperatura.
No caso dos enrolamentos a medio feita atravs de transformadores de
corrente de imagem trmica que, atravs de dados de projeto, estimam a
temperatura das bobinas. Atualmente existem sistemas mais modernos que
utilizam fibras pticas para essa mesma finalidade, com a vantagem de
apresentar dados reais da temperatura do enrolamento.
4.4 Tcnicas avanadas de monitorao
As facilidades promovidas pelo avano das tecnologias de comunicao de
dados e desenvolvimento de sensores, permitiram a implementao de sistemas
de monitorao das condies operacionais de transformadores de potncia e
seus acessrios, como buchas, comutadores sob carga, motoventiladores, dentre
outros.
A utilizao desses sistemas tem o objetivo de minimizar a ocorrncia de falhas,
dado que a coleta de dados e apresentao de resultados feita em tempo real,
possibilitando a deteco e avaliao imediata de eventuais problemas, sem que
os mesmos evoluam a uma condio de falha para que sejam identificados.
Trata-se de sistemas de custo razoavelmente elevados, que utilizam sensores
especiais para monitorar continuamente diversos parmetros de operao de
transformadores, como por exemplo a presena de gases e umidade no leo
isolante, o estgio de desgaste de contatos do comutador, fator de potncia e
descargas parciais em buchas.
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5. FALHAS EM TRANSFORMADORES DE POTNCIA
A definio de falha utilizada neste estudo se refere ao momento em que ocorre
um evento sbito, cujo resultado o desligamento do transformador atravs da
atuao das protees automticas da subestao ou mesmo em eventos
catastrficos onde nem mesmo as protees tm condies de extinguir a falha.
Na figura 5.1 apresentado um exemplo de falha, cujo resultado final foi a
exploso do tanque e incndio do transformador.
Figura 5.1: Transformador monofsico de 550MVA, classe de tenso 800kV em chamas
Alm da ocorrncia de falhas h situaes em que o transformador, mesmo em
operao, apresenta condies anormais de funcionamento, tais como a
evoluo significativa dos nveis de gases combustveis, o que motiva a
interveno para desligamento anteriormente deflagrao de uma falha. Trata-
se da condio aqui referenciada como defeito.
A investigao de falhas e defeitos em transformadores de potncia uma tarefa
que exige uma avaliao criteriosa de informaes acerca de suas condies
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operacionais, ensaios especficos, inspeo interna e desmontagem da parte
ativa.
A avaliao desses dados visa definir a causa raz do problema ou, em casos
onde no se dispe de dados suficientes para tal, identificar as causas mais
provveis e excluir aquelas que no tm qualquer relao com o evento.
Este captulo apresenta dados considerados essenciais no sentido de se
estabelecer um roteiro de identificao dos principais tipos de problemas em
transformadores, baseado na anlise de dados e dos danos efetivamente
constatados por inspeo visual.
5.1 Coleta e anlise de dados
A avaliao de dados do contexto de funcionamento do transformador, histrico
operacional e os motivos que levaram ao seu desligamento so informaes
importantes para o trabalho de investigao pretendido.
Assim, so relacionados a seguir documentos essenciais etapa de coleta de
dados e o que possvel identificar em cada um deles:
- diagrama unifilar da instalao em que o transformador se encontra:
entendimento do contexto operacional do equipamento;
- histrico das anlises fsico-qumicas e de gases dissolvidos no leo isolante:
identificao de suas condies de conservao, bem como do perfil de gerao
de gases;
- histrico da anlise de furfuraldedo: identificar o estgio de deteriorao dos
materiais isolantes dos enrolamentos;
- histrico de carga do transformador: identificao de eventual operao em
sobrecarga;
- registro recente de operaes de energizao / desenergizao: avaliar as
solicitaes por eventuais sobretenses de manobra;
- histrico de manuteno de componentes (buchas, comutador sob carga, etc.),
bem como dados relativos a intervenes feitas em campo ou em fbrica
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(eventuais rebobinamentos, desmontagens ou retrabalho de partes): identificao
das condies de conservao do transformador.
Em casos onde o equipamento retirado de operao pela atuao de protees
ou mesmo em eventos catastrficos, alm da documentao j listada, devem
ser analisados:
- registro e oscilografia das protees que atuaram no evento: entendimento do
mecanismo de deflagrao da falha;
- registro de contadores de descargas nos pra-raios de linha ligados ao
transformador: identificao de eventuais sobretenses;
5.2 Testes eltricos
Exceto em caso de eventos catastrficos onde a realizao de qualquer ensaio
invivel, devem ser executados testes com o transformador ainda em campo ou
por ocasio do seu recebimento em oficina, dado que auxiliam no direcionamento
da investigao a determinadas partes ou componentes do transformador. So
eles:
- Resistncia hmica dos enrolamentos: indica as condies dos condutores das
bobinas e contatos de comutadores. Esse tipo de ensaio requer a utilizao de
instrumentos capazes de medir precisamente valores de resistncia, da ordem de
poucos a fraes de Ohms. importante ressaltar que a resistncia varia de
acordo com a temperatura, portanto, quando feita a comparao dos resultados
obtidos com os valores padro deve-se aplicar fator de correo para no haver
equvocos de interpretao;
- Relao de transformao: identifica eventual curto-circuito ou ruptura de
condutores dos enrolamentos, bem como se houve abertura de circuito por conta
da soltura de algum terminal ou conexo da parte ativa. O valor limite de desvio
normalmente utilizado como referncia para esse tipo de teste o de at 0,5%
em relao ao valor medido nos ensaios de aceitao em fbrica.
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- Resistncia de isolamento: identifica as condies do isolamento entre
enrolamentos e partes aterradas, indicando eventual contato entre partes
inicialmente isoladas.
Alm dos ensaios citados, que podem ser executados com aparelhos
relativamente simples e portteis, h casos onde h a necessidade de utilizao
de tcnicas mais especficas, como por exemplo o ensaio de tenso induzida
com medio de descargas parciais.
Trata-se de procedimento que pode ser empregado em grandes transformadores,
cuja remoo para oficina demanda elevados custos de transporte. Antes da
execuo desse tipo de ensaio deve-se avaliar eventuais limitaes quanto aos
nveis de tenso e potncia exigidos para alimentao de determinados
transformadores, os custos envolvidos na montagem do circuito de teste, e os
nveis de interferncia presentes em determinadas instalaes.
Para esse tipo de ensaio a deteco do problema pode ser feita a partir de
sensores acsticos instalados no transformador, medio do nvel de descargas
parciais atravs de instrumentos, anlises dos nveis de gases combustveis
gerados no leo isolante ou por ambos.
Posteriormente coleta desses dados a prxima etapa engloba o trabalho de
inspeo das partes internas do transformador, o que ir efetivamente permitir a
identificao do problema.
5.3 Tipos de falhas e defeitos em transformadores
A seguir apresentada uma descrio de falhas e defeitos tipicamente
verificados em transformadores, sua classificao e aspectos caractersticos de
cada um.
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5.3.1 Deteriorao dos materiais isolantes
O envelhecimento de transformadores diretamente associado deteriorao do
sistema isolante, que composto por materiais slidos (papel e papelo) e
lquidos (leo isolante). A degradao do isolamento slido fator determinante
da vida til do equipamento, uma vez que, diferentemente do leo, que pode ser
tratado, regenerado ou substitudo, a sua troca implica na desmontagem do
transformador e interveno nos enrolamentos que compem a parte ativa.
Os materiais isolantes slidos so produzidos a partir de celulose, cujos
parmetros de avaliao se baseiam no grau de polimerizao (GP).
Na medida em que um transformador permanece em operao h o seu natural
aquecimento, fator que conjugado com umidade e oxignio que permanecem
impregnados no leo isolante provocam a degradao da isolao e consequente
diminuio do GP.
A diminuio do grau de polimerizao est diretamente associada quebra das
cadeias celulsicas que compem estes materiais, devido ao de fenmenos
inerentes ao funcionamento normal de transformadores que so de natureza
trmica (aquecimento), oxidativa (oxignio) e hidroltica (umidade).
Procedimentos de manuteno, com secagem do leo para remoo da umidade
nele dissolvido, instalao de dispositivos de selagem que isolem o contato do
leo com o ar ambiente, ou a correta manuteno dos filtros de slica (para
retirada de umidade do ar que entra em contato com o leo do transformador)
so prticas importantes e necessrias, que associadas a baixas temperaturas
de operao (por condies do ambiente e de regime de carga) estendem a vida
do sistema isolante slido, porm no permitem eterniz-lo.
A condio de conservao do transformador e a sua vida remanescente so
determinadas atravs da anlise do grau de polimerizao de amostras de papel
isolante coletadas no ponto mais quente das bobinas, normalmente localizado
nas partes mais internas e na regio superior dos enrolamentos. Essas amostras
so analisadas e os resultados so comparados com valores de referncia para
papis isolantes novos e em final de vida til.
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Em papis novos, aps processo de secagem, os valores mdios de referncia
so da ordem de 1000 a 1100 e em fim de vida til de 150 a 250 [25].
Estes valores de referncia so utilizados normalmente por fabricantes,
empresas concessionrias de energia eltrica e entidades de pesquisa.
Quanto mais deteriorado estiver o papel isolante, menor ser o GP.
Consequentemente as cadeias celulsicas estaro quebradas e o papel, mais
quebradio, ter menor capacidade de suportar esforos mecnicos,
principalmente quando o transformador for submetido a um curto-circuito.
5.3.2 Deformao mecnica dos enrolamentos por esforos de
curto-circuito
A ao de esforos mecnicos de origem eltrica sobre enrolamentos de
transformadores so condies inerentes sua utilizao, motivo pelo qual as
bobinas so montadas e prensadas na parte ativa de forma que apresentem
considervel resistncia mecnica.
Ocorre que um transformador tambm est sujeito ocorrncia de curtos-
circuitos no sistema por ele alimentado, o que resulta na ao de esforos
mecnicos de grande intensidade, dado que a fora que atua sobre condutores
imersos em um campo magntico proporcional ao quadrado da corrente [28].
A referncia quanto suportabilidade de um transformador a esse tipo de
fenmeno definida por normas que estabelecem limites mximos de amplitude
e durao de curtos-circuitos simtricos e assimtricos aos quais o equipamento
pode ser submetido sem sofrer danos.
Ocorre que na prtica esses valores podem ser excedidos em funo de
particularidades dos tipos de protees utilizadas, caractersticas do sistema
eltrico e at mesmo de determinadas ocorrncias.
Assim, faz-se necessrio o entendimento da forma como se comportam os
enrolamentos de transformadores quando submetidos ao de esforos
resultantes de um curto-circuito.
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Do ponto de vista mecnico, as deformaes de enrolamentos podem ser
divididas em dois tipos:
deformaes elsticas: so reversveis e no implicam em mudana
estrutural das bobinas, portanto sem implicaes ao funcionamento normal
do equipamento;
deformaes plsticas: so mecanicamente irreversveis, provocando a
alterao permanente da estrutura atmica dos condutores, deslocamento
e quebra de suportes isolantes e calos. Neste caso ocorrem danos que
implicam em necessidade de interveno na parte ativa.
Os esforos mecnicos so resultado de:
foras radiais, provocadas pela componente axial do campo magntico,
que atuam na direo do raio do enrolamento;
foras axiais, provocadas pela componente radial do campo magntico,
que atuam na direo do eixo do enrolamento.
A figura 5.2 e explicaes a seguir descrevem os esforos atuantes em
enrolamentos de transformadores:
Figura 5.2: Esforos eletrodinmicos que atuam sobre enrolamentos durante um curto-circuito.
Adaptado de [3]
F1 esforos de compresso axial: atuam em direo ao centro dos enrolamentos
e provocam o deslocamento de condutores. Esse tipo de esforo maior nas
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extremidades das bobinas, onde h ao mais intensa da componente radial do
campo magntico.
F2 esforos de expanso axial: atuam em direo aos elementos de prensagem
do bloco de bobinas, provocando o deslocamento e quebra de partes. H ainda a
possibilidade de danos ao ncleo em funo do contato dos condutores
energizados dos enrolamentos contra o mesmo. A intensidade desses esforos
dependente da simetria das bobinas que compem o bloco, tornando-se maiores
quando h diferenas de tamanho ou de alinhamento entre os enrolamentos.
F3 e F5 esforos de expanso radial: ocorrem nos enrolamentos externos do
bloco de bobinas e atuam em direo oposta coluna do ncleo onde o
enrolamento montado. Provocam o esticamento dos condutores da bobina,
podendo romper a isolao ou o mesmo o condutor por completo.
F4 e F6 esforos de compresso radial: ocorrem nos enrolamentos mais internos
do bloco de bobinas e atuam em direo coluna do ncleo onde o enrolamento
montado. Provocam a compresso e amassamento dos condutores da bobina,
com desdobramento de danos aos cilindros isolantes e at mesmo coluna do
ncleo.
Cumpre observar que o envelhecimento do papel isolante, dada a sua fragilidade
mecnica, aumenta significativamente a possibilidade de falhas pela ao de
esforos eletrodinmicos que atuam sobre os enrolamentos durante um curto-
circuito alimentado pelo transformador, ou seja, so causas interligadas.
Nas figuras 5.3 e 5.4 a seguir apresentado um exemplo de dano dessa
natureza, onde houve deformao dos enrolamentos, resultando na quebra de
elementos de prensagem do bloco de bobinas, curto-circuito entre espiras e
contato com a coluna do ncleo ferromagntico.
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Figura 5.3: Vista geral da parte ativa de transformador de 25MVA, classe de tenso 138kV
Figura 5.4: Detalhe dos danos por esforos eletrodinmicos nos enrolamentos
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5.3.3 Sobretenses
Sobretenses so fenmenos transitrios que tm grande influncia sobre o
desempenho de transformadores, podendo, em funo da amplitude e durao,
causar danos.
Danos por sobretenses em transformadores podem estar associados tanto ao
aumento da solicitao dieltrica dos materiais isolantes do enrolamento, quanto
ao aumento generalizado de temperatura.
Dentre os tipos de sobretenses pesquisadas, verificou-se que eventos de curta
durao so mais difceis de ser detectados e compreendidos, uma vez que so
muito rpidos (da ordem de poucos ou fraes de micro segundos) e dependem
de caractersticas muito especficas de uma instalao. Os danos decorrentes
dessas sobretenses esto diretamente associados disrupo de arco eltrico
interno ao transformador.
Nos eventos de longa durao os danos se manifestam atravs do aumento de
temperatura do transformador.
Os principais dos tipos de sobretenso podem ser dividos em:
a) Sobretenses Temporrias
Sobretenses temporrias so aquelas que se caracterizam pelo aumento da
tenso fase-fase ou fase-terra de um sistema, de longa durao, geralmente da
ordem de milissegundos a vrios segundos, sendo fracamente ou no
amortecidas [12].
O fator preponderante suportabilidade de transformadores a esse tipo de
fenmeno est diretamente associado s caractersticas do ncleo
ferromagntico, dado que este componente o responsvel pela formao e
fechamento do circuito do magntico da parte ativa.
Dadas as limitaes que se impem pelos custos de matria prima e mo de
obra envolvidos na fabricao, alm de dificuldades e despesas com servios de
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transporte, transformadores so projetados de forma a atender s caractersticas
especificadas pelo comprador e pelas normas vigentes.
Como o ncleo parte bastante significativa nesses fatores, natural que os
fabricantes procurem elaborar projetos otimizados em que as condies nominais
de operao do transformador sejam muito prximas ao limite de fluxo magntico
do ncleo, que da ordem de 1,7 Tesla.
Em eventos onde ocorre o aumento da tenso do sistema, dado que
transformadores so indutores no-lineares, o ncleo tende a saturar,
provocando indesejveis efeitos de natureza trmica.
Dentre estes efeitos podemos citar:
o prprio aumento da temperatura do ncleo, resultando no
sobreaquecimento do leo isolante e materiais celulsicos. O efeito direto
a acelerao da deteriorao dos materiais isolantes e
consequentemente a diminuio da vida til do transformador;
o aumento da temperatura de partes metlicas perifricas do
transformador, como o tanque e a tampa. Nesse caso podem ocorrer
danos pintura e degradao de juntas de vedao.
Cumpre observar que em funo da inrcia trmica de grandes transformadores,
dado que as massas do ncleo ferromagntico e do leo isolante so ordem de
dezenas de toneladas, os efeitos desse tipo de fenmeno so pouco comuns,
restando como possvel a ocorrncia somente em casos onde o equipamento
submetido a longos perodos de operao nessa condio.
As causas de sobretenses temporrias so atribudas a ocorrncias no sistema
ao qual o transformador conectado, como por exemplo:
ferroressonncia: um tipo de ressonncia que envolve indutncias no
lineares (o prprio transformador) e capacitncias (cabos subterrneos ou
longas linhas de transmisso, bancos de capacitores), cuja manifestao
depende de condies especficas do sistema em que o transformador
encontra-se em operao;
ressonncia a uma freqncia em particular: ocorre quando as reatncias
indutivas e capacitivas forem praticamente iguais;
rejeio de carga: ocorre quando a retirada de grandes cargas do sistema
alimentado pelo transformador;
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b) Sobretenses de Manobra
Sobretenses de manobra so resultado de operaes de chaveamento ou
falhas no sistema eltrico, se caracterizando por possuir uma frente de onda
muito rpida e de curta durao, com espectro de frequncia elevada.
A magnitude e a durao desses surtos dependem de parmetros e da
configurao do sistema ao qual o transformador ligado, bem como das
condies do chaveamento.
As sobretenses de manobra podem ter origem em:
energizao e re-energizao da linha;
ocorrncia e extino de faltas;
manobra de cargas capacitivas, como banco de capacitores;
manobra de cargas indutivas como transformadores e reatores;
Tipicamente, a frente de onda dessas sobretenses pode variar de centenas
microsegundos at poucos milisegundos, sendo que a magnitude pode atingir
nveis de at alguns p.u.
Os efeitos de sobretenses de manobra so substancialmente diferentes de
sobretenses temporrias, uma vez que transformadores se comportam de forma
complexa quando submetidos a esse tipo de fenmeno.
Os componentes dieltricos dos enrolamentos do transformador podem ser
solicitados eletricamente de duas formas.
Primeiro, a distribuio de tenso ao longo da bobina no ser uniforme se o
transitrio tiver uma frente de onda muito rpida, resultando na concentrao de
tenso nas espiras/discos prximas entrada da bobina, havendo a
possibilidade de ruptura do meio dieltrico entre espiras nessa regio.
Segundo, a bobina ou parte dela pode ressonar em algum tipo de freqncia
natural, caso a tenso transitria contenha essa componente de freqncia.
Nesta condio, pontos especficos da bobina podem atingir nveis de tenso
mais altos do que aquele aplicado ao terminal do enrolamento. Pode causar a
ruptura do meio dieltrico entre partes da bobina, mesmo se o nvel de
sobretenso estiver dentro dos limites de NBI (Nvel Bsico de Impulso) do
transformador.
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c) Sobretenses Transitrias Muito Rpidas (Very Fast Transient
- VFT)
As Sobretenses Transitrias Muito Rpidas (VFTs) so fenmenos cujas
caractersticas principais so a ocorrncia de frentes de onda muito rpidas e
espectro de freqncia elevada. No h padronizao das grandezas envolvidas,
porm a anlise da bibliografia disponvel mostra que se trata de eventos com
frentes de onda de fraes a poucos microssegundos, freqncias de dezenas
de kHz a alguns MHz, amplitude tpica de 1,5 a 2p.u., podendo chegar at a
2,5p.u. [12]
Normalmente ocorrem em sistemas isolados a gs Hexafluoreto de Enxofre
(SF6), conhecidos como Gas Insulated Substation (GIS), utilizados
principalmente em sistemas de gerao.
So conseqncia da propagao de tenses originadas com a formao e
reignio de arco eltrico na zona entre os contatos de dispositivos de manobra.
A forma de onda de um VFT formada por sucessivas refraes e reflexes
dessas tenses ao longo GIS.
Devido natureza de onda viajante e tempo de subida muito curto, a forma de
onda do VFT pode ser significativamente diferente em pontos distintos da GIS,
separados por apenas alguns metros.
Os VFTs que chegam aos enrolamentos de transformadores so de difcil
avaliao, dado que no dependem somente do tipo e comprimento de sua
conexo GIS, mas tambm das caractersticas dos enrolamentos de um
transformador.
De uma forma geral, pode-se dizer que os enrolamentos de transformadores so
afetados por VFTs de duas formas:
A frente de onda impulsiva cria uma distribuio de tenso extremamente
no linear ao longo do enrolamento de alta tenso diretamente conectado
ao sistema de SF6. A distribuio de tenso no linear cria consider