Discussão sobre Falhas em Transformadores de Distribuição de Redes Rurais

1. Introdução

Devido à operação de longo prazo, falhas e acidentes em transformadores de distribuição nas redes elétricas rurais não podem ser completamente evitados. Essas falhas e acidentes são causados por uma variedade de fatores, como forças externas, como danos e impactos, e desastres naturais irresistíveis, como descargas atmosféricas. Além disso, em algumas áreas rurais, as linhas de baixa tensão são inadequadamente mantidas, resultando frequentemente em sobrecargas e curtos-circuitos, que causam o incêndio dos transformadores de distribuição. Isso se tornou um fator importante contribuindo para as falhas.

Para prevenir o incêndio de transformadores de distribuição e reduzir suas falhas operacionais nas redes elétricas rurais, este artigo resume e analisa alguns tipos típicos de falhas e causas de transformadores de distribuição, explora medidas preventivas, investiga e aborda ainda mais os perigos potenciais e pontos fracos dos transformadores de distribuição, efetivamente previne e contém a ocorrência de falhas de incêndio de transformadores de distribuição, e, assim, aumenta a confiabilidade do fornecimento de energia das redes elétricas rurais.

Atualmente, os transformadores de distribuição usados nas redes elétricas rurais são principalmente transformadores de distribuição imersos em óleo. As falhas desses transformadores são comumente classificadas em falhas internas e externas. Falhas internas referem-se a várias malfuncionamentos ocorridos dentro do tanque do transformador. Os principais tipos incluem curto-circuitos entre fases nos enrolamentos, curto-circuitos entre espiras dentro dos enrolamentos e falhas de aterramento onde os enrolamentos ou saídas entram em contato com a carcaça externa. Falhas externas são vários malfuncionamentos ocorridos nos isoladores externos ao tanque do transformador e suas saídas. Os principais tipos são aterramento devido a flashover ou quebra de isoladores, e curto-circuitos inter-fase ou aterramento das linhas de saída de baixa tensão.

Como as falhas de transformadores de distribuição abrangem uma ampla gama, existem numerosos métodos específicos de classificação. Por exemplo, da perspectiva dos circuitos, são principalmente classificados em falhas de circuito, falhas de circuito magnético e falhas de circuito de óleo. Se classificados de acordo com a estrutura principal do transformador de distribuição, podem ser divididos em falhas de enrolamento, falhas do núcleo, falhas de qualidade do óleo e falhas de acessórios. Convenção, os tipos de falhas de transformadores de distribuição são geralmente classificados com base em áreas propensas a falhas comuns, como falhas de isolamento, falhas do núcleo, falhas do retransmissor de derivação, etc. Entre elas, a falha de curto-circuito na saída do transformador de distribuição tem o maior impacto no próprio transformador e a taxa de ocorrência mais alta atualmente. Além disso, também há falhas de vazamento de transformadores de distribuição, etc. Todos esses diferentes tipos de falhas podem representar falhas térmicas, falhas elétricas ou ambas, falhas térmicas e de descarga simultaneamente. No entanto, a falha de vazamento de um transformador de distribuição pode não exibir características de falha térmica ou elétrica em circunstâncias normais.

Portanto, é difícil categorizar os tipos de falhas de transformadores de distribuição dentro de um quadro específico. Este artigo adota tipos de falhas relativamente comuns e gerais de transformadores de distribuição, como falhas de curto-circuito, falhas de descarga, falhas de isolamento, falhas do núcleo, falhas do retransmissor de derivação, falhas de vazamento de óleo-gás, falhas de danos por força externa e falhas de proteção por fusível. Cada tipo é discutido separadamente em termos de sua causa e medidas técnicas correspondentes.

2. Análise de Falhas de Transformadores de Distribuição
2.1 Falhas de Curto-Circuito
2.1.1 Análise da Causa da Falha

As falhas de curto-circuito de transformadores de distribuição referem-se principalmente a curtos-circuitos na saída de transformadores de distribuição, bem como curtos-circuitos entre saídas internas ou enrolamentos ao solo, e curtos-circuitos entre fases, que levam a falhas.

Durante a operação normal de transformadores de distribuição, o dano causado por falhas de curto-circuito na saída é relativamente grave. De acordo com estatísticas relevantes, as falhas resultantes diretamente do impacto da corrente de falha de curto-circuito em transformadores de distribuição nas redes elétricas rurais representam aproximadamente 40% de todas as falhas. Existem numerosos casos assim. Especialmente quando ocorre um curto-circuito na saída de baixa tensão de um transformador de distribuição, os enrolamentos geralmente precisam ser substituídos. Em casos graves, todos os enrolamentos podem precisar ser substituídos, resultando em consequências e perdas extremamente graves. Portanto, isso deve receber atenção suficiente.

Os impactos de curtos-circuitos na saída sobre os transformadores de distribuição incluem principalmente os seguintes dois aspectos:
Falha de Superaquecimento do Isolamento Causada pela Corrente de Curto-Circuito
Devido à manutenção inadequada de algumas linhas de baixa tensão rurais, sobrecargas e curtos-circuitos ocorrem frequentemente. Quando um transformador de distribuição sofre um curto-circuito súbito, seus enrolamentos de alta e baixa tensão podem passar simultaneamente correntes de curto-circuito dezenas de vezes o valor nominal. Isso gera uma grande quantidade de calor, fazendo com que o transformador de distribuição supere aqueça severamente e a temperatura do enrolamento suba rapidamente, levando ao envelhecimento do isolamento. Quando a capacidade do transformador de distribuição de suportar a corrente de curto-circuito é insuficiente e sua estabilidade térmica é ruim, o material isolante do transformador de distribuição será gravemente danificado, resultando em ruptura e danos ao transformador de distribuição.
Falha de Deformação do Enrolamento Causada pela Força Eletrodinâmica do Curto-Circuito
Quando um transformador de distribuição é impactado por um curto-circuito, se a corrente de curto-circuito for pequena e o fusível derretir corretamente, a deformação do enrolamento será mínima. Se a corrente de curto-circuito for grande e o fusível demorar a derreter ou não derreter, a corrente de curto-circuito secundária será 20-30 vezes maior que a corrente nominal. O lado primário do transformador de distribuição gerará inevitavelmente uma grande corrente para contrariar o efeito desmagnetizante da corrente de curto-circuito secundária. A grande corrente gera uma significativa tensão mecânica dentro do enrolamento, fazendo com que o enrolamento comprima, desloque ou deforme, as almofadas e placas de isolamento afrouxem, os parafusos de aperto do núcleo fiquem soltos, o enrolamento de alta tensão distorça ou estoure, e, finalmente, leve a uma falha do transformador de distribuição. Ao mesmo tempo, os enrolamentos estão sujeitos a um torque eletromagnético relativamente grande, e o material isolante se desprende, expondo o corpo do fio e causando curtos-circuitos entre espiras. Para deformações menores, se não forem reparadas em tempo hábil, como restaurar a posição das almofadas, apertar os parafusos de pressão dos enrolamentos e as barras e varões de tração do jugo, e fortalecer a força de aperto das saídas, o efeito cumulativo após múltiplos impactos de curto-circuito também danificará o transformador de distribuição.

2.1.2 Medidas para Reduzir Falhas de Curto-Circuito

• Otimização dos Requisitos de Seleção. Ao selecionar um transformador de distribuição, escolha um que possa passar suavemente pelo teste de curto-circuito. Determine razoavelmente a capacidade do transformador de distribuição e selecione sua impedância de curto-circuito de forma racional. Tente usar transformadores de distribuição S11 de baixo consumo de energia e eliminar transformadores de alto consumo de energia.

• Otimização das Condições e Ambiente de Operação. Melhore o nível de isolamento das linhas de energia, especialmente o nível de isolamento das linhas de saída de baixa tensão do transformador de distribuição em certa distância. Ao mesmo tempo, eleve os padrões de exigências de corredor de segurança e distância de segurança para linhas de baixa tensão, a fim de reduzir o impacto e os perigos de falhas na área próxima. Isso inclui prestar atenção à qualidade de instalação e manutenção dos terminais de queda de baixa tensão (já que a explosão de terminais de baixa tensão é, na maioria das vezes, equivalente a um curto-circuito secundário), prevenir a intrusão de pequenos animais e melhorar os requisitos de qualidade para fusíveis de baixa tensão para evitar situações como fusíveis que não derretem.

• Otimização dos Modos de Operação. Ao determinar o modo de operação, calcule a corrente de curto-circuito e limite seus perigos. Em particular, evite que o transformador de distribuição opere sob sobrecarga. Tente calcular e ajustar a carga elétrica do transformador de distribuição.

• Melhoria do Nível de Gestão Operacional. Primeiro, prevenir impactos de curto-circuito causados por operação incorreta. Fortaleça o monitoramento e a manutenção oportunos de transformadores de distribuição, detecte prontamente o grau de deformação dos transformadores de distribuição e garanta sua operação segura. Ao mesmo tempo, aumente a fiscalização do consumo de energia pelos usuários na área do transformador de distribuição para evitar problemas de sobrecarga causados por furto de energia pelos usuários.

2.2 Falhas de Descarga

Com base na densidade de energia da descarga, as falhas de descarga de transformadores de distribuição são comumente classificadas em descarga parcial, descarga de faísca e descarga de alta energia. A descarga tem dois tipos de efeitos destrutivos no isolamento: um é que as partículas de descarga bombardeiam diretamente o isolamento, causando dano local no isolamento e gradualmente expandindo-o até a ruptura do isolamento. O outro é que a ação química de gases ativos, como calor, ozônio e óxidos de nitrogênio, gerados pela descarga, corroem o isolamento local, aumentam a perda dielétrica e,最终翻译结果如下：

1. Introdução

Devido à operação de longo prazo, falhas e acidentes em transformadores de distribuição nas redes elétricas rurais não podem ser completamente evitados. Essas falhas e acidentes são causados por uma variedade de fatores, como forças externas, como danos e impactos, e desastres naturais irresistíveis, como descargas atmosféricas. Além disso, em algumas áreas rurais, as linhas de baixa tensão são inadequadamente mantidas, resultando frequentemente em sobrecargas e curtos-circuitos, que causam o incêndio dos transformadores de distribuição. Isso se tornou um fator importante contribuindo para as falhas.

Para prevenir o incêndio de transformadores de distribuição e reduzir suas falhas operacionais nas redes elétricas rurais, este artigo resume e analisa alguns tipos típicos de falhas e causas de transformadores de distribuição, explora medidas preventivas, investiga e aborda ainda mais os perigos potenciais e pontos fracos dos transformadores de distribuição, efetivamente previne e contém a ocorrência de falhas de incêndio de transformadores de distribuição, e, assim, aumenta a confiabilidade do fornecimento de energia das redes elétricas rurais.

Atualmente, os transformadores de distribuição usados nas redes elétricas rurais são principalmente transformadores de distribuição imersos em óleo. As falhas desses transformadores são comumente classificadas em falhas internas e externas. Falhas internas referem-se a vários malfuncionamentos ocorridos dentro do tanque do transformador. Os principais tipos incluem curto-circuitos entre fases nos enrolamentos, curto-circuitos entre espiras dentro dos enrolamentos e falhas de aterramento onde os enrolamentos ou saídas entram em contato com a carcaça externa. Falhas externas são vários malfuncionamentos ocorridos nos isoladores externos ao tanque do transformador e suas saídas. Os principais tipos são aterramento devido a flashover ou quebra de isoladores, e curto-circuitos inter-fase ou aterramento das linhas de saída de baixa tensão.

Como as falhas de transformadores de distribuição abrangem uma ampla gama, existem numerosos métodos específicos de classificação. Por exemplo, da perspectiva dos circuitos, são principalmente classificados em falhas de circuito, falhas de circuito magnético e falhas de circuito de óleo. Se classificados de acordo com a estrutura principal do transformador de distribuição, podem ser divididos em falhas de enrolamento, falhas do núcleo, falhas de qualidade do óleo e falhas de acessórios. Convenção, os tipos de falhas de transformadores de distribuição são geralmente classificados com base em áreas propensas a falhas comuns, como falhas de isolamento, falhas do núcleo, falhas do retransmissor de derivação, etc. Entre elas, a falha de curto-circuito na saída do transformador de distribuição tem o maior impacto no próprio transformador e a taxa de ocorrência mais alta atualmente. Além disso, também há falhas de vazamento de transformadores de distribuição, etc. Todos esses diferentes tipos de falhas podem representar falhas térmicas, falhas elétricas ou ambas, falhas térmicas e de descarga simultaneamente. No entanto, a falha de vazamento de um transformador de distribuição pode não exibir características de falha térmica ou elétrica em circunstâncias normais.

Portanto, é difícil categorizar os tipos de falhas de transformadores de distribuição dentro de um quadro específico. Este artigo adota tipos de falhas relativamente comuns e gerais de transformadores de distribuição, como falhas de curto-circuito, falhas de descarga, falhas de isolamento, falhas do núcleo, falhas do retransmissor de derivação, falhas de vazamento de óleo-gás, falhas de danos por força externa e falhas de proteção por fusível. Cada tipo é discutido separadamente em termos de sua causa e medidas técnicas correspondentes.

2. Análise de Falhas de Transformadores de Distribuição
2.1 Falhas de Curto-Circuito
2.1.1 Análise da Causa da Falha

As falhas de curto-circuito de transformadores de distribuição referem-se principalmente a curtos-circuitos na saída de transformadores de distribuição, bem como curtos-circuitos entre saídas internas ou enrolamentos ao solo, e curtos-circuitos entre fases, que levam a falhas.

Durante a operação normal de transformadores de distribuição, o dano causado por falhas de curto-circuito na saída é relativamente grave. De acordo com estatísticas relevantes, as falhas resultantes diretamente do impacto da corrente de falha de curto-circuito em transformadores de distribuição nas redes elétricas rurais representam aproximadamente 40% de todas as falhas. Existem numerosos casos assim. Especialmente quando ocorre um curto-circuito na saída de baixa tensão de um transformador de distribuição, os enrolamentos geralmente precisam ser substituídos. Em casos graves, todos os enrolamentos podem precisar ser substituídos, resultando em consequências e perdas extremamente graves. Portanto, isso deve receber atenção suficiente.

Os impactos de curtos-circuitos na saída sobre os transformadores de distribuição incluem principalmente os seguintes dois aspectos:
Falha de Superaquecimento do Isolamento Causada pela Corrente de Curto-Circuito
Devido à manutenção inadequada de algumas linhas de baixa tensão rurais, sobrecargas e curtos-circuitos ocorrem frequentemente. Quando um transformador de distribuição sofre um curto-circuito súbito, seus enrolamentos de alta e baixa tensão podem passar simultaneamente correntes de curto-circuito dezenas de vezes o valor nominal. Isso gera uma grande quantidade de calor, fazendo com que o transformador de distribuição supere aqueça severamente e a temperatura do enrolamento suba rapidamente, levando ao envelhecimento do isolamento. Quando a capacidade do transformador de distribuição de suportar a corrente de curto-circuito é insuficiente e sua estabilidade térmica é ruim, o material isolante do transformador de distribuição será gravemente danificado, resultando em ruptura e danos ao transformador de distribuição.
Falha de Deformação do Enrolamento Causada pela Força Eletrodinâmica do Curto-Circuito
Quando um transformador de distribuição é impactado por um curto-circuito, se a corrente de curto-circuito for pequena e o fusível derretir corretamente, a deformação do enrolamento será mínima. Se a corrente de curto-circuito for grande e o fusível demorar a derreter ou não derreter, a corrente de curto-circuito secundária será 20-30 vezes maior que a corrente nominal. O lado primário do transformador de distribuição gerará inevitavelmente uma grande corrente para contrariar o efeito desmagnetizante da corrente de curto-circuito secundária. A grande corrente gera uma significativa tensão mecânica dentro do enrolamento, fazendo com que o enrolamento comprima, desloque ou deforme, as almofadas e placas de isolamento afrouxem, os parafusos de aperto do núcleo fiquem soltos, o enrolamento de alta tensão distorça ou estoure, e, finalmente, leve a uma falha do transformador de distribuição. Ao mesmo tempo, os enrolamentos estão sujeitos a um torque eletromagnético relativamente grande, e o material isolante se desprende, expondo o corpo do fio e causando curtos-circuitos entre espiras. Para deformações menores, se não forem reparadas em tempo hábil, como restaurar a posição das almofadas, apertar os parafusos de pressão dos enrolamentos e as barras e varões de tração do jugo, e fortalecer a força de aperto das saídas, o efeito cumulativo após múltiplos impactos de curto-circuito também danificará o transformador de distribuição.

2.1.2 Medidas para Reduzir Falhas de Curto-Circuito

• Otimização dos Requisitos de Seleção. Ao selecionar um transformador de distribuição, escolha um que possa passar suavemente pelo teste de curto-circuito. Determine razoavelmente a capacidade do transformador de distribuição e selecione sua impedância de curto-circuito de forma racional. Tente usar transformadores de distribuição S11 de baixo consumo de energia e eliminar transformadores de alto consumo de energia.

• Otimização das Condições e Ambiente de Operação. Melhore o nível de isolamento das linhas de energia, especialmente o nível de isolamento das linhas de saída de baixa tensão do transformador de distribuição em certa distância. Ao mesmo tempo, eleve os padrões de exigências de corredor de segurança e distância de segurança para linhas de baixa tensão, a fim de reduzir o impacto e os perigos de falhas na área próxima. Isso inclui prestar atenção à qualidade de instalação e manutenção dos terminais de queda de baixa tensão (já que a explosão de terminais de baixa tensão é, na maioria das vezes, equivalente a um curto-circuito secundário), prevenir a intrusão de pequenos animais e melhorar os requisitos de qualidade para fusíveis de baixa tensão para evitar situações como fusíveis que não derretem.

• Otimização dos Modos de Operação. Ao determinar o modo de operação, calcule a corrente de curto-circuito e limite seus perigos. Em particular, evite que o transformador de distribuição opere sob sobrecarga. Tente calcular e ajustar a carga elétrica do transformador de distribuição.

• Melhoria do Nível de Gestão Operacional. Primeiro, prevenir impactos de curto-circuito causados por operação incorreta. Fortaleça o monitoramento e a manutenção oportunos de transformadores de distribuição, detecte prontamente o grau de deformação dos transformadores de distribuição e garanta sua operação segura. Ao mesmo tempo, aumente a fiscalização do consumo de energia pelos usuários na área do transformador de distribuição para evitar problemas de sobrecarga causados por furto de energia pelos usuários.

2.2 Falhas de Descarga

Com base na densidade de energia da descarga, as falhas de descarga de transformadores de distribuição são comumente classificadas em descarga parcial, descarga de faísca e descarga de alta energia. A descarga tem dois tipos de efeitos destrutivos no isolamento: um é que as partículas de descarga bombardeiam diretamente o isolamento, causando dano local no isolamento e gradualmente expandindo-o até a ruptura do isolamento. O outro é que a ação química de gases ativos, como calor, ozônio e óxidos de nitrogênio, gerados pela descarga, corroem o isolamento local, aumentam a perda dielétrica e,最终翻译结果如下：

1. Introdução

Devido à operação de longo prazo, falhas e acidentes em transformadores de distribuição nas redes elétricas rurais não podem ser completamente evitados. Essas falhas e acidentes são causados por uma variedade de fatores, como forças externas, como danos e impactos, e desastres naturais irresistíveis, como descargas atmosféricas. Além disso, em algumas áreas rurais, as linhas de baixa tensão são inadequadamente mantidas, resultando frequentemente em sobrecargas e curtos-circuitos, que causam o incêndio dos transformadores de distribuição. Isso se tornou um fator importante contribuindo para as falhas.

Para prevenir o incêndio de transformadores de distribuição e reduzir suas falhas operacionais nas redes elétricas rurais, este artigo resume e analisa alguns tipos típicos de falhas e causas de transformadores de distribuição, explora medidas preventivas, investiga e aborda ainda mais os perigos potenciais e pontos fracos dos transformadores de distribuição, efetivamente previne e contém a ocorrência de falhas de incêndio de transformadores de distribuição, e, assim, aumenta a confiabilidade do fornecimento de energia das redes elétricas rurais.

Atualmente, os transformadores de distribuição usados nas redes elétricas rurais são principalmente transformadores de distribuição imersos em óleo. As falhas desses transformadores são comumente classificadas em falhas internas e externas. Falhas internas referem-se a vários malfuncionamentos ocorridos dentro do tanque do transformador. Os principais tipos incluem curto-circuitos entre fases nos enrolamentos, curto-circuitos entre espiras dentro dos enrolamentos e falhas de aterramento onde os enrolamentos ou saídas entram em contato com a carcaça externa. Falhas externas são vários malfuncionamentos ocorridos nos isoladores externos ao tanque do transformador e suas saídas. Os principais tipos são aterramento devido a flashover ou quebra de isoladores, e curto-circuitos inter-fase ou aterramento das linhas de saída de baixa tensão.

Como as falhas de transformadores de distribuição abrangem uma ampla gama, existem numerosos métodos específicos de classificação. Por exemplo, da perspectiva dos circuitos, são principalmente classificados em falhas de circuito, falhas de circuito magnético e falhas de circuito de óleo. Se classificados de acordo com a estrutura principal do transformador de distribuição, podem ser divididos em falhas de enrolamento, falhas do núcleo, falhas de qualidade do óleo e falhas de acessórios. Convenção, os tipos de falhas de transformadores de distribuição são geralmente classificados com base em áreas propensas a falhas comuns, como falhas de isolamento, falhas do núcleo, falhas do retransmissor de derivação, etc. Entre elas, a falha de curto-circuito na saída do transformador de distribuição tem o maior impacto no próprio transformador e a taxa de ocorrência mais alta atualmente. Além disso, também há falhas de vazamento de transformadores de distribuição, etc. Todos esses diferentes tipos de falhas podem representar falhas térmicas, falhas elétricas ou ambas, falhas térmicas e de descarga simultaneamente. No entanto, a falha de vazamento de um transformador de distribuição pode não exibir características de falha térmica ou elétrica em circunstâncias normais.

Portanto, é difícil categorizar os tipos de falhas de transformadores de distribuição dentro de um quadro específico. Este artigo adota tipos de falhas relativamente comuns e gerais de transformadores de distribuição, como falhas de curto-circuito, falhas de descarga, falhas de isolamento, falhas do núcleo, falhas do retransmissor de derivação, falhas de vazamento de óleo-gás, falhas de danos por força externa e falhas de proteção por fusível. Cada tipo é discutido separadamente em termos de sua causa e medidas técnicas correspondentes.

2. Análise de Falhas de Transformadores de Distribuição
2.1 Falhas de Curto-Circuito
2.1.1 Análise da Causa da Falha

As falhas de curto-circuito de transformadores de distribuição referem-se principalmente a curtos-circuitos na saída de transformadores de distribuição, bem como curtos-circuitos entre saídas internas ou enrolamentos ao solo, e curtos-circuitos entre fases, que levam a falhas.

Durante a operação normal de transformadores de distribuição, o dano causado por falhas de curto-circuito na sa