Transformadores de corrente de baixa tensão, como dispositivos de medição e proteção indispensáveis em sistemas de energia, frequentemente enfrentam várias falhas ao serem usados em combinação com outros equipamentos de energia devido a fatores ambientais, problemas de ligação de equipamentos e instalação e manutenção inadequadas. Essas falhas não apenas afetam o funcionamento normal dos equipamentos de energia, mas também podem colocar em risco a segurança pessoal. Portanto, é necessário adquirir um entendimento aprofundado dos tipos de falhas, métodos de julgamento e medidas preventivas para garantir o funcionamento estável e confiável das redes rurais de energia e sistemas de distribuição de baixa tensão.
I. Cenários de Conexão Típicos de Transformadores de Corrente de Baixa Tensão com Outros Equipamentos de Energia
Os transformadores de corrente de baixa tensão são principalmente usados em conexão com os seguintes equipamentos em sistemas de energia, formando diferentes cenários de aplicação:
Sistemas de medição de energia elétrica: Conectados com instrumentos de medição, como medidores de energia e potência, para medir com precisão o consumo de energia dos usuários. Nas redes rurais, são comumente encontrados nas caixas de medidores dos agricultores ou no lado de baixa tensão dos transformadores de distribuição, responsáveis por converter correntes elevadas em sinais de corrente padrão de 5A ou 1A para fins de medição.
Dispositivos de proteção por relé: Conectados com dispositivos de proteção, como disjuntores, protetores de corrente residual e protetores contra sobrecarga, para monitorar o status da corrente da linha e interromper as correntes de falha de forma oportuna. Nas caixas de distribuição rurais, são frequentemente usados para monitorar sobrecargas, curtos-circuitos ou vazamentos na linha.
Sistemas de controle automático: Conectados com equipamentos de automação, como CLPs e RTUs, para monitoramento e controle remoto do status operacional dos equipamentos de energia. São comuns em pequenas fábricas rurais, estações de bombeamento de irrigação e outros locais.
Transformadores de distribuição: Conectados com as linhas de saída do lado de baixa tensão dos transformadores para monitorar o status operacional e as condições de carga dos transformadores. São comumente encontrados nas linhas de saída do lado de baixa tensão dos transformadores de distribuição rurais.
II. Falhas Comuns Quando Transformadores de Corrente de Baixa Tensão são Usados em Combinação com Outros Equipamentos de Energia
1. Falha de Circuito Aberto no Circuito Secundário
Um circuito aberto no circuito secundário é uma das falhas mais perigosas dos transformadores de corrente de baixa tensão, caracterizada principalmente por:
Características fenomenológicas: A indicação dos amperímetros e wattímetros se torna repentinamente zero ou flutua significativamente; o corpo do transformador emite um som anormal de "zumbido" ou de descarga; há marcas visíveis de queimadura no bloco terminal; o medidor de energia pára de girar ou gira de forma anormal.
Causas da falha: Terminais soltos no circuito secundário; fios secundários quebrados durante a instalação do medidor; desconexão acidental do circuito secundário durante a manutenção; contato ruim devido à oxidação do bloco terminal; danos mecânicos aos fios secundários causando quebra.
Riscos da falha: Quando em circuito aberto, o lado secundário gerará uma alta tensão de vários milhares de volts, ameaçando a segurança dos operadores; a saturação severa do núcleo de ferro leva ao superaquecimento, que pode queimar materiais isolantes; dispositivos de proteção falham ou não operam devido à perda de sinal.
Caso típico de cenário rural: Em uma área de transformador rural, os fios secundários do transformador de corrente na caixa de medidor ficaram soltos nos terminais devido a vibrações de longo prazo. Quando os agricultores usaram aparelhos elétricos de alta potência, um circuito aberto no circuito secundário gerou alta tensão, causando o incêndio do medidor e criando um risco de incêndio.
2. Falha de Contato Ruim
O contato ruim é uma das falhas mais comuns quando transformadores de corrente de baixa tensão são conectados com outros equipamentos:
Características fenomenológicas: Indicação instável do amperímetro, presença intermitente; aumento anormal da temperatura nos terminais do transformador; operações frequentes incorretas dos dispositivos de proteção; aumento dos erros de medição; oxidação e escurecimento visíveis no bloco terminal.
Causas da falha: Parafusos soltos no bloco terminal; área de contato insuficiente entre fios e terminais; oxidação ou corrosão dos fios; envelhecimento dos materiais do bloco terminal; torque de parafuso não conforme; resistência de contato aumentada acelerada por um ambiente úmido.
Riscos da falha: Resistência de contato aumentada leva a superaquecimento local, acelerando o envelhecimento do isolamento; aumento dos erros de medição afeta a precisão da medição; dispositivos de proteção falham ou não operam devido a sinais anormais; contato ruim de longo prazo pode causar curto-circuito ou incêndio.
Dados típicos de cenário rural: Em um circuito de medição conectado com fios de cobre de 2,5mm², quando a resistência de contato excede 0,65mΩ, o aumento de temperatura no terminal pode chegar a mais de 40°C; quando a resistência de contato excede 1mΩ, o aumento de temperatura pode chegar a mais de 70°C, muito além do limite de segurança.
3. Falhas de Sobrecarga e Saturação do Núcleo de Ferro
Sobrecarga e saturação do núcleo de ferro são tipos de falhas comuns nas redes rurais, caracterizadas principalmente por:
Características fenomenológicas: A indicação do amperímetro excede o valor nominal; o corpo do transformador esquenta significativamente; dispositivos de proteção falham ou não operam; aumento dos erros de medição; ruído anormal do núcleo de ferro.
Causas da falha: Grandes variações na carga da rede rural (como o pico de consumo de eletricidade durante o Festival da Primavera e múltiplos bombas d'água operando simultaneamente durante a estação de irrigação) fazem com que o transformador opere em estado de sobrecarga por um longo período; seleção inadequada do fator de limite de precisão do transformador; corrente de curto-circuito excedendo a capacidade suportada pelo transformador; degradação do desempenho do material do núcleo de ferro; redução da permeabilidade magnética devido ao aumento de temperatura.
Riscos da falha: A saturação do núcleo de ferro leva a um aumento dos erros de medição, afetando a precisão da medição; dispositivos de proteção falham ou não operam devido à distorção do sinal; redução do desempenho do isolamento do transformador; sobrecarga de longo prazo pode queimar o transformador.
Dados típicos de cenário rural: O transformador de corrente no lado de baixa tensão de um transformador de distribuição rural atingiu 120% da corrente nominal durante o período de irrigação no verão, causando saturação do núcleo de ferro, erro de medição de 8% e aumento triplo no número de operações incorretas dos dispositivos de proteção.
4. Falha de Degradação do Desempenho do Isolamento
Falhas de isolamento são particularmente proeminentes nas redes rurais, caracterizadas principalmente por:
Características fenomenológicas: Redução da resistência de isolamento (deve ser ≥1000MΩ em condições normais); fenômeno de descarga parcial; marcas de descarga na superfície; aumento da corrente de fuga; umidade ou manchas de água na superfície do equipamento.
Causas da falha: Ambiente rural úmido e vedação inadequada do transformador levando à entrada de água; danos no isolamento causados pela roedura de pequenos animais; envelhecimento acelerado do isolamento devido à operação de longo prazo em altas temperaturas; redução do desempenho do isolamento devido ao acúmulo de poeira no bloco terminal; ruptura do isolamento causada por sobretensão de raio.
Riscos da falha: O desempenho degradado do isolamento leva a vazamentos ou curtos-circuitos; operações incorretas dos dispositivos de proteção; aumento dos erros de medição; e pode até causar incêndios em casos graves.
Dados típicos de cenário rural: No sul rural, a umidade é mantida acima de 80% durante todo o ano. A resistência de isolamento de transformadores sem medidas antiumidade pode cair do valor inicial de 2000MΩ para abaixo de 500MΩ em 2-3 anos.
III. Métodos de Julgamento de Falhas Comuns
1. Julgamento de Falha de Circuito Aberto no Circuito Secundário
Método de observação do medidor: Verifique se a indicação dos amperímetros e wattímetros conectados se torna repentinamente zero ou flutua significativamente; se o medidor de energia pára de girar ou gira de forma anormal.
Método de identificação sonora: Aproxime-se do corpo do transformador e ouça sons anormais de "zumbido" ou de descarga; o som deve ser pequeno e uniforme durante a operação normal.
Método de detecção de temperatura: Use um termômetro infravermelho para detectar a temperatura do corpo do transformador, que deve ser ≤40°C em condições normais; pode chegar acima de 60°C quando em circuito aberto.
Método de teste de impedância: Use um instrumento especial para medir a impedância do circuito secundário. O ângulo de impedância é independente da frequência quando conectado normalmente; a impedância aumenta significativamente (>10000Ω) quando em circuito aberto.
Habilidade de julgamento em cenário rural: Nas caixas de medição de baixa tensão rurais, se for encontrado que o medidor de energia parou de funcionar subitamente enquanto o uso de energia pelos agricultores é normal, o circuito secundário do transformador de corrente deve ser suspeito de estar em circuito aberto.
2. Julgamento de Falha de Contato Ruim
Método de teste de resistência de loop: Use um micro-ohmímetro para medir a resistência do circuito secundário, que deve ser ≤0,65mΩ em condições normais; a resistência pode exceder 1mΩ quando há contato ruim.
Método de monitoramento de aumento de temperatura: Use um termômetro infravermelho para monitorar o aumento de temperatura do bloco terminal, que deve ser ≤15°C em condições normais; o aumento de temperatura pode exceder 30°C quando há contato ruim.
Método de detecção de vibração: Use um sensor de vibração para detectar vibrações anormais. Quando há contato ruim, a amplitude da vibração pode exceder 2g e durar mais de 10 segundos.
Método de teste de carga: Conecte uma carga padrão ao circuito secundário do transformador e observe se a corrente de saída é estável; a corrente pode flutuar quando há contato ruim.
Habilidade de julgamento em cenário rural: Nas caixas de medição após a transformação de leitura centralizada da rede rural, se for encontrado que a medição de um determinado medidor de energia doméstico é anormal, enquanto a de outras casas é normal, o foco deve ser na verificação do status de conexão do circuito secundário do transformador de corrente dessa casa.
3. Julgamento de Falhas de Sobrecarga e Saturação do Núcleo de Ferro
Método de monitoramento de corrente: Verifique se a corrente de carga real no lado primário excede o valor nominal; atenção especial deve ser dada a períodos de pico de consumo de eletricidade nas redes rurais, como o Festival da Primavera e a estação de irrigação.
Método de teste de erro: Use um calibrador de transformador para testar o erro de razão e fase, que deve atender aos requisitos de nível de precisão em condições normais; os erros podem aumentar significativamente durante a sobrecarga ou a saturação.
Teste de características de excitação: Meça a tensão secundária sob diferentes correntes e trace a curva de excitação; a inclinação da curva mudará significativamente quando o núcleo de ferro estiver saturado.
Método de identificação sonora: O núcleo de ferro pode emitir ruídos anormais quando saturado; o som deve ser pequeno e uniforme durante a operação normal.
Habilidade de julgamento em cenário rural: No lado de baixa tensão dos transformadores de distribuição rurais, se for encontrado que os dispositivos de proteção falham frequentemente quando vários aparelhos elétricos de alta potência estão operando simultaneamente, o transformador de corrente deve ser suspeito de estar sobrecarregado ou com saturação do núcleo de ferro.
4. Julgamento de Falha de Degradação do Desempenho do Isolamento
Método de teste de resistência de isolamento: Use um megômetro de 2500V para medir a resistência de isolamento entre primário e secundário, secundário e terra, e primário e terra; deve ser ≥1000MΩ em condições normais.
Método de teste de descarga parcial: Use um detector de descarga parcial para detectar descargas internas no transformador; a quantidade de descarga aumentará quando o desempenho do isolamento degradar.
Método de inspeção visual: Verifique se há manchas de água, sujeira ou danos na superfície do transformador; se há acúmulo de poeira ou sinais de roedura de animais no bloco terminal.
Método de detecção de umidade: Use um higrômetro para detectar a umidade do ambiente de instalação do transformador; um ambiente úmido nas áreas rurais pode levar à degradação do desempenho do isolamento.
Habilidade de julgamento em cenário rural: Nas áreas rurais do sul, se for encontrado que a resistência de isolamento do transformador diminuiu significativamente, o foco deve ser na verificação se a estrutura de vedação está intacta e se a umidade do ambiente está muito alta.
IV. Soluções para Falhas Comuns
1. Tratamento de Falha de Circuito Aberto no Circuito Secundário
Tratamento de emergência: Após descobrir uma falha de circuito aberto, desative imediatamente os dispositivos de proteção relevantes; use ferramentas isolantes para curto-circuitar o lado secundário nos terminais próximos ao transformador; se houver faísca durante o curto-circuito, isso indica que o ponto de falha está no circuito abaixo do ponto de curto-circuito; se não houver faísca durante o curto-circuito, o ponto de falha pode estar no circuito antes do ponto de curto-circuito.
Soluções de longo prazo: Substitua os terminais de fiação secundária por terminais de qualidade confiável; use materiais de terminal banhados a ouro ou estanhados para reduzir a oxidação; instale arruelas anti-frouxidão ou limitadores Snap-on para prevenir o afrouxamento causado por vibrações; verifique regularmente o status de conexão do circuito secundário.
Sugestões de tratamento em cenário rural: Nas caixas de medição de baixa tensão rurais, dispositivos de proteção de curto-circuito do circuito secundário podem ser instalados para curto-circuitar automaticamente quando um circuito aberto for detectado; inspeções regulares devem ser realizadas por eletricistas, especialmente antes dos períodos de pico de consumo de eletricidade.
2. Tratamento de Falha de Contato Ruim
Medidas de manutenção: Use uma chave de torque para apertar parafusos de terminal conforme especificações (por exemplo, 0,8-1,2N·m para parafusos M4); limpe regularmente a camada de óxido nos terminais; aplique pasta condutora às superfícies de contato dos terminais; inspecione e substitua blocos terminais envelhecidos ou danificados.
Medidas preventivas: Instale aquecedores antiumidade nas conexões do bloco terminal (iniciem automaticamente quando a umidade >60% RH); use algodão filtrante de grau G4 para bloquear poeira (substitua a cada 6 meses); adote caixas de medição com nível de proteção IP65; inspecione e mantenha regularmente os blocos terminais.
Sugestões de tratamento em cenário rural: Nas caixas de medição da rede rural, materiais de terminal banhados a ouro ou estanhados podem ser usados; blocos terminais à prova de choque podem ser adotados; o status de conexão dos terminais deve ser verificado uma vez por trimestre; a frequência de inspeção deve ser aumentada durante a temporada úmida.
3. Tratamento de Falhas de Sobrecarga e Saturação do Núcleo de Ferro
Configuração de proteção: Selecione transformadores com razões de transformação apropriadas de acordo com a carga real da linha; transformadores de corrente de proteção devem selecionar fatores de limite de precisão apropriados (por exemplo, 10P15 pode suportar 15 vezes a corrente nominal); configure disjuntores residuais compatíveis com a seção transversal dos fios na linha de entrada (por exemplo, fios de cobre de 2,5mm² com proteção C20A).
Sugestões de seleção: Selecione transformadores com corrente secundária nominal de 1A ou 5A de acordo com o comprimento da linha e as condições de carga; transformadores de 1A são adequados para medição de longa distância; nas redes rurais, materiais de núcleo de ferro com bom desempenho anti-saturação (como permalloy) podem ser selecionados.
Sugestões de tratamento em cenário rural: Nas linhas de entrada das casas dos agricultores, selecione dispositivos de proteção apropriados de acordo com o diâmetro dos fios (por exemplo, fios de cobre de 1,5mm² com proteção C10A, 2,5mm² com C20A, 4mm² com C25A); no lado de baixa tensão dos transformadores de distribuição, reserve capacidade suficiente de transformador de acordo com as condições de carga; adote dispositivos de monitoramento inteligentes para monitorar o status operacional dos transformadores em tempo real.
4. Tratamento de Falha de Degradação do Desempenho do Isolamento
Medidas de manutenção: Verifique regularmente se a estrutura de vedação do transformador está intacta; use juntas de vedação de silicone para melhorar a vedação; instale aquecedores antiumidade nas caixas de medição; limpe a sujeira na superfície do transformador.
Medidas preventivas: Selecione caixas de medição com nível de proteção IP65; use materiais ABS ignífugos para a carcaça; use terminais de fiação antiumidade no bloco terminal; realize testes regulares de resistência de isolamento.
Sugestões de tratamento em cenário rural: Nas áreas rurais do sul, transformadores encapsulados com resina epóxi podem ser adotados; instale dispositivos de monitoramento de temperatura e umidade nas caixas de medição; inspecione e substitua regularmente materiais de vedação envelhecidos; instale pararaios em áreas propensas a raios.
