Harmônicos elevados? Seu transformador pode estar superaquecendo e envelhecendo rapidamente.

Este relatório baseia-se na análise de dados de monitoramento da qualidade do fornecimento elétrico de um dia no sistema de distribuição da sua empresa. Os dados mostram que há uma distorção harmônica significativa de corrente trifásica no sistema (com alta distorção harmônica total de corrente, THDi). De acordo com os padrões internacionais (IEC/IEEE), as correntes harmônicas nesse nível têm apresentado riscos substanciais para a operação segura, confiável e econômica do transformador de fornecimento, manifestando-se principalmente na geração adicional de calor, redução da vida útil e até mesmo danos ao transformador.

1. Visão Geral dos Dados de Teste

• Parâmetro Monitorado: Distorção Harmônica Total de Corrente Trifásica (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Duração do Monitoramento: 16:00 de 8 de setembro de 2025 a 08:00 de 9 de setembro de 2025 (Hora de Ruanda)

Fonte de Dados: FLUKE 1732 Power Logger

• Durante o período de monitoramento, a distorção harmônica total de corrente trifásica (THDi) manteve-se em um nível elevado (por exemplo, consistentemente em torno de 60%).

• Esse nível harmônico excede significativamente a faixa recomendada de boas práticas (THDi < 5%) e a faixa geralmente permitida (THDi < 8%) para sistemas de distribuição especificadas em padrões internacionais como IEEE 519-2014 e IEC 61000-2-2.

2. Mecanismo do Impacto das Correntes Harmônicas nos Transformadores (Análise do Problema)

Os transformadores são projetados com base em corrente senoidal pura de 50Hz. As correntes harmônicas (especialmente as 3ª, 5ª e 7ª harmônicas) causam dois problemas principais:

• Duplicação da Perda por Correntes de Foucault: A perda por correntes de Foucault nas bobinas do transformador é proporcional ao quadrado da frequência da corrente. As correntes harmônicas de alta frequência levam a um aumento acentuado na perda por correntes de Foucault, muito além do valor de projeto baseado na corrente fundamental.

• Geração Adicional de Calor e Estresse Térmico: As perdas extras mencionadas são convertidas em calor, resultando em aumentos anormais de temperatura nas bobinas e núcleo do transformador.

3. Avaliação de Riscos Baseada em Padrões Internacionais

De acordo com as disposições da IEC 60076-1 e IEEE Std C57.110 sobre a operação de transformadores sob corrente não-senoidal, os principais riscos apresentados pelo nível atual de harmônicas ao seu transformador incluem:

• Risco 1: Envelhecimento Acelerado da Isolamento e Redução Severa da Vida ÚtilA vida útil de um transformador é determinada diretamente pela sua temperatura de operação. A regra geral indica que para cada aumento contínuo de 6-10°C na temperatura das bobinas, a taxa de envelhecimento do isolamento duplica, e a vida útil esperada do transformador é reduzida à metade. O superaquecimento prolongado fará com que o isolamento do transformador fique frágil, eventualmente levando a falhas de ruptura.

• Risco 2: Redução da Capacidade Real de Carga (Necessidade de Deratear)Para evitar o superaquecimento, o transformador não pode operar em sua capacidade nominal sob o nível atual de harmônicas. De acordo com o método de cálculo em IEEE Std C57.110, o transformador deve ser derateado (por exemplo, quando THDi é 12%, o fator de derateamento pode precisar ser 0,92 ou inferior). Isso significa que um transformador com capacidade nominal de 1000kVA pode ter uma capacidade real de carga segura inferior a 920kVA, limitando o potencial de expansão da capacidade do sistema.

• Risco 3: Aumento do Campo Magnético do TransformadorConforme a fórmula de força eletromotriz Et = 4,44 ⋅f⋅Φm (onde f é a frequência), as harmônicas geram fluxo magnético de alta frequência, o que induz correntes de Foucault significativas nos condutores das bobinas, levando a pontos quentes locais e superaquecimento. A superfrequência das harmônicas atua como um "amplificador" — mesmo que a amplitude do fluxo magnético harmônico Φmh seja pequena, sua característica de alta frequência ampliará a força eletromotriz entre espiras induzida por h vezes. Esta força eletromotriz amplificada é aplicada ao isolamento das bobinas, especialmente nas primeiras voltas do enrolamento, causando sobretensão local e aumentando significativamente o risco de ruptura do isolamento.