Quais são os problemas comuns com enrolamentos de transformadores e como eles podem ser corrigidos?

Enrolamentos do transformadorfaça grande parte do trabalho pesado dentro de um transformador. Eles transportam corrente, transferem energia elétrica e trabalham com o sistema de isolamento para manter o transformador operando com segurança. Por causa disso, quando algo dá errado com umenrolamento do transformador, o problema pode se tornar sério rapidamente.

Problemas de enrolamento podem ser causados ​​por forças de curto-circuito, superaquecimento, envelhecimento do isolamento, umidade, defeitos de fabricação ou até mesmo manuseio inadequado durante o transporte. Algumas falhas aparecem repentinamente, enquanto outras se desenvolvem lentamente ao longo de anos de operação.

A boa notícia é que muitos problemas de enrolamento podem ser detectados antes de se transformarem em falhas graves. Testes regulares e práticosdicas de manutenção de transformadorespode fazer uma grande diferença.

Problemas comuns no enrolamento do transformador

Um enrolamento está exposto a tensões elétricas e mecânicas todos os dias. Durante um curto-circuito, entretanto, as forças podem tornar-se várias vezes maiores do que sob condições normais de operação. É quando as fraquezas existentes aparecem frequentemente.

Deformação do enrolamento do transformador

Deformação do enrolamentoé um dos mais gravesproblemas de transformador, especialmente após um curto-circuito-de alta corrente.

Sob condições normais, as forças eletromagnéticas dentro de um transformador são bem controladas. Durante uma falta, porém, a corrente pode aumentar dramaticamente e as forças resultantes podem empurrar ou puxar os enrolamentos para fora de sua posição original.

Um enrolamento pode mover-se radialmente, deslocar-se axialmente, dobrar-se, inclinar-se ou tornar-se comprimido.Às vezes, o dano é óbvio durante uma inspeção interna. Outras vezes, o transformador continua funcionando e o problema só se torna aparente durante os testes elétricos.

É aqui que as coisas podem ficar complicadas.

Um enrolamento deformado pode ter folgas de isolamento menores do que as originalmente projetadas. Os condutores podem se aproximar, colocando pressão extra no isolamento da espira e no isolamento principal. Eventualmente, isso pode levar a um curto-circuito entre-espiras ou até mesmo a uma falta-do enrolamento-à terra.

Após um grande evento de-curto-circuito, é uma boa ideia verificar o transformador em vez de simplesmente presumir que está tudo bem.

Métodos de diagnóstico comuns incluemtestes de resistência de enrolamento, testes de relação de espiras, análise de resposta de frequência (FRA) e testes de isolamento.

Falha no isolamento de curva e curto-circuito entre{0}espiras

O isolamento entre as voltas individuais é fino, mas tem uma função muito importante. Se esse isolamento quebrar, duas ou mais voltas podem ser conectadas eletricamente quando não deveriam.

Isso é conhecido comocurto-circuito entre-espiras.

A princípio, a falta pode envolver apenas uma pequena seção do enrolamento. O transformador ainda pode parecer funcionar normalmente, o que pode tornar o problema fácil de ignorar. Mas as espiras em curto podem transportar uma alta corrente circulante e gerar calor local significativo.

Esse calor danifica mais o isolamento, o que pode fazer com que o problema original cresça rapidamente.

Falha no isolamento do enrolamentopode ser causado por superaquecimento-de longo prazo, envelhecimento do isolamento, umidade, movimento mecânico, descarga parcial, estresse elétrico excessivo ou danos físicos.

O reparo depende do que os engenheiros encontrarem. Se o dano for muito localizado, às vezes os componentes do isolamento ou do enrolamento podem ser reparados. Se o condutor ou sistema de isolamento estiver gravemente danificado, o rebobinamento geralmente é a opção mais segura.

E há uma regra importante aqui: corrija a causa, não apenas o sintoma. Se o superaquecimento causou a falha no isolamento, o problema de resfriamento ou carregamento também precisa ser resolvido.

Divisão principal do isolamento

Os enrolamentos do transformador também dependemisolamento principalpara separar o enrolamento do núcleo, tanque, outros enrolamentos e componentes aterrados.

À medida que o isolamento envelhece, a sua resistência elétrica e mecânica pode diminuir. A umidade piora a situação, principalmente em transformadores-imersos em óleo. O óleo isolante contaminado ou degradado também pode reduzir o desempenho dielétrico geral.

A deformação do enrolamento é outra causa potencial. Se o enrolamento se mover após um curto-circuito, as distâncias de isolamento poderão tornar-se menores do que o pretendido. Isso cria tensão elétrica adicional e aumenta a possibilidade de quebra do isolamento.

Dependendo da condição, os reparos podem envolver tratamento do óleo do transformador, secagem a vácuo, substituição de componentes de isolamento, reparo do enrolamento ou rebobinamento completo da seção danificada.

Um enrolamento de transformador gravemente danificado normalmente deve ser manuseado por pessoal qualificado para reparos de transformadores, em vez de através de um reparo rápido em campo.

Instabilidade radial dos enrolamentos do transformador

A instabilidade radial descreve o movimento indesejado de um enrolamento em direção ao centro ou para longe do centro do transformador.

Isso está intimamente relacionado às forças de-curto-circuito. Quando uma grande corrente de falta flui através dos enrolamentos, fortes forças eletromagnéticas atuam sobre os condutores. Se a estrutura mecânica não for suficientemente forte, o enrolamento pode entortar ou deformar-se.

Por exemplo, um enrolamento interno pode ser empurrado para dentro, enquanto um enrolamento externo pode ser forçado para fora. Uma vez que o enrolamento perde a sua forma original, a sua resistência mecânica também pode ser reduzida.

Uma segunda falha poderia causar ainda mais danos.

A reparação da deformação radial depende da sua gravidade. Pequenos movimentos podem exigir testes e inspeções detalhados. Deformações mais graves podem exigir desmontagem interna, restauração mecânica ou reparo do enrolamento. Se os condutores estiverem muito danificados, pode ser necessário rebobinar.

Do ponto de vista do projeto, o suporte adequado do condutor, os espaçadores, as estruturas de fixação e os cálculos de{0}curto-circuito são essenciais.

Instabilidade Axial dos Enrolamentos do Transformador

A instabilidade axial é outro problema mecânico comum.

Em vez de se mover para dentro ou para fora, o enrolamento se move ao longo do seu eixo vertical.Durante um curto-circuito, as forças eletromagnéticas podem empurrar as seções do enrolamento para cima ou para baixo. Em alguns casos, as seções de enrolamento podem ficar comprimidas, esticadas, inclinadas ou deslocadas.

Suporte mecânico fraco, fixação insuficiente ou perda de pressão de fixação ao longo do tempo podem aumentar o risco.

O movimento axial não é apenas uma questão mecânica. Depois que as seções do enrolamento se movem, as barreiras e folgas de isolamento também podem mudar. Isso pode eventualmente contribuir parafalha no isolamento do enrolamento.

Durante uma inspeção, os técnicos podem verificar a altura do enrolamento, os blocos finais, os espaçadores, a pressão de fixação e a posição do enrolamento em relação a outros componentes internos.

O objetivo não é simplesmente apertar tudo o máximo possível. Muita pressão de fixação também pode danificar o isolamento. A estrutura mecânica precisa ser restaurada de acordo com os requisitos originais do projeto do transformador.

Superaquecimento do enrolamento: um problema que você não deve ignorar

Nem todo problema de enrolamento começa com um curto-circuito dramático.

O superaquecimento é outra causa comum de deterioração do enrolamento. Os transformadores que operam sob cargas pesadas produzem naturalmente mais calor, mas a temperatura excessiva também pode resultar de resfriamento deficiente, radiadores bloqueados, falhas de ventiladores ou bombas, altas temperaturas ambientes ou correntes harmônicas.

O superaquecimento-de longo prazo acelera o envelhecimento do isolamento. Em transformadores-abastecidos com óleo, também pode acelerar a deterioração do óleo e produzir gases que podem ser detectados através da análise de gases dissolvidos (DGA).

Quando um transformador estiver funcionando mais quente do que o esperado, verifique a carga, o sistema de resfriamento, a condição do óleo, a ventilação e as medições de temperatura. A redução da carga pode ajudar a curto prazo, mas não é uma solução permanente se o problema de refrigeração subjacente persistir.

Como diagnosticar problemas no enrolamento do transformador

Uma boa manutenção consiste em encontrar problemas antecipadamente e não esperar que um transformador falhe.

Teste de resistência do enrolamentopode revelar diferenças entre fases e identificar condutores danificados, conexões soltas ou outras anormalidades no enrolamento.

Teste de relação de giro do transformadorverifica se a relação de giro real corresponde ao valor esperado. Alterações inesperadas podem indicar danos no enrolamento ou problemas no comutador.

Análise de resposta de frequência (FRA)é particularmente útil depois que um transformador sofreu um curto-circuito. Alterações na assinatura FRA podem indicar movimento ou deformação do enrolamento e do conjunto do núcleo.

Testes de resistência de isolamento e fator de potênciapode fornecer informações adicionais sobre as condições do isolamento. Para transformadores-imersos em óleo, o DGA também pode ajudar a identificar superaquecimento, arco voltaico e outros problemas internos.

Nenhum teste conta toda a história. Na prática, os engenheiros geralmente comparam os resultados atuais com dados de testes de fábrica, registros de manutenção anteriores e outros resultados de diagnóstico.

Dicas práticas de manutenção de transformadores

Alguns hábitos simples de manutenção podem evitar muitos problemas de enrolamento.

Primeiro, mantenha as temperaturas do transformador sob controle. Evite sobrecargas desnecessárias e certifique-se de que ventiladores, bombas, radiadores e sistemas de ventilação estejam funcionando corretamente.

Em segundo lugar, preste atenção ao isolamento. Para transformadores-imersos em óleo, a boa qualidade do óleo e o controle de umidade são especialmente importantes. Testes regulares do óleo podem revelar deterioração antes que se torne um problema grave.

A proteção-contra curto-circuito também é importante. A proteção adequadamente coordenada deverá eliminar rapidamente as falhas externas. Quanto mais tempo um transformador fica exposto a uma alta corrente de falta, maior será o estresse mecânico em seus enrolamentos.

E depois de uma falha grave, não pule a inspeção só porque o transformador ainda está funcionando. Um enrolamento pode ser danificado mecanicamente sem apresentar um sintoma externo óbvio.

O transporte e a instalação também não devem ser esquecidos. Fortes impactos durante o transporte podem deslocar os componentes internos, enquanto a instalação inadequada pode introduzir estresse mecânico adicional.

Quando um enrolamento de transformador deve ser reparado ou substituído?

Não existe uma resposta-que sirva-para todos-todos. A decisão de reparação depende do tipo e extensão do dano.

A chave é entender por que o enrolamento falhou em primeiro lugar. Substituir um enrolamento danificado sem corrigir o problema original é causar problemas.

Por exemplo, se sobrecargas repetidas causarem superaquecimento, um novo enrolamento acabará enfrentando as mesmas condições.

Considerações Finais

As falhas nos enrolamentos do transformador podem variar desde isolamento menordeterioração a deformações mecânicas graves que exigem uma substituição completa do enrolamento. Os principais modos de falha incluem falha no isolamento de volta, quebra do isolamento principal, instabilidade radial e instabilidade axial.

As falhas-de curto-circuito merecem atenção especial porque podem produzir enormes forças mecânicas dentro do transformador. Mesmo quando o transformador continua funcionando depois, a deformação oculta do enrolamento ainda pode estar presente.

É por isso que testes regulares, resfriamento adequado, gerenciamento de isolamento, proteção contra-curto-circuito e inspeções oportunas são tão importantes.

No mundo real, um pouco de manutenção preventiva ajuda muito. Ao monitorar oenrolamento do transformador, verificando resultados de testes incomuns e inspecionando equipamentos após falhas graves, os operadores muitas vezes podem pegarproblemas de transformadorantes que se tornem fracassos caros.

Para proprietários de transformadores, empreiteiros de EPC e equipes de manutenção, a abordagem básica é simples: monitorar, testar, investigar e reparar a causa raiz. Geralmente é muito mais barato-e muito menos estressante-do que lidar com um transformador com falha após o fato.

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