Análise de Quatro Casos Principais de Queima de Transformadores Elétricos

Caso Um

Em 1º de agosto de 2016, um transformador de distribuição de 50 kVA em uma estação de fornecimento de energia começou a vazar óleo durante a operação, seguido pela queima e destruição do fusível de alta tensão. Os testes de isolamento revelaram zero megôms do lado de baixa tensão até o solo. A inspeção do núcleo determinou que o dano no isolamento da bobina de baixa tensão causou um curto-circuito. A análise identificou várias causas principais para essa falha do transformador:

Sobrecarga: O gerenciamento de carga tem sido historicamente um ponto fraco nas estações de fornecimento de energia de base. Antes das reformas do sistema de eletrificação rural, o desenvolvimento era em grande parte não planejado. As queimadas de transformadores eram ocorrências comuns durante o Festival de Primavera, as estações de plantio e os períodos de seca quando a irrigação era necessária. Embora sistemas de gerenciamento tenham sido implementados, as capacidades de gerenciamento dos eletricistas rurais precisam de melhoria. As cargas de energia rural crescem rapidamente com fortes padrões sazonais e falta de gerenciamento planejado. A sobrecarga a longo prazo causa a queima de transformadores. Além disso, à medida que a renda dos agricultores aumentou significativamente, as cargas de eletrodomésticos cresceram rapidamente, e as indústrias de processamento individual centradas em residências se desenvolveram rapidamente, resultando em um crescimento substancial da carga de energia. Embora o investimento em equipamentos de distribuição seja considerável, o financiamento limitado significa que a substituição de transformadores não consegue acompanhar o crescimento da carga, levando à queima de transformadores por sobrecarga.

Além disso, as cargas de energia rural são difíceis de gerenciar, e a consciência de uso planejado de energia é fraca. Durante períodos de pico de carga, como irrigação, estações de plantio e horas da noite, a competição pelo uso de energia se torna problemática, contribuindo para a queima de transformadores.

Desequilíbrio de Carga Trifásica: Quando as cargas trifásicas estão desequilibradas, ocorrem correntes trifásicas assimétricas, criando corrente de sequência zero na linha neutra. O fluxo magnético de sequência zero gerado por essa corrente induz potencial de sequência zero nas bobinas do transformador, deslocando o potencial do ponto neutro. A fase com maior corrente se torna sobrecarregada, danificando o isolamento da bobina, enquanto a fase com menor corrente não atinge sua capacidade nominal, reduzindo a eficiência de saída do transformador. Conexões ruins nos terminais de baixa tensão e terminal neutro de bobinas de transformadores sobrecarregados podem causar aquecimento, envelhecimento e deformação de vedantes de borracha e juntas de óleo, levando a vazamento de óleo e queima de terminais.

Falhas de Curto-Circuito: Sejam falhas de aterramento unifásico ou curtos-circuitos entre fases, a pequena impedância das bobinas de baixa tensão dos transformadores de distribuição produz correntes de curto-circuito extremamente altas. Especialmente com curtos-circuitos próximos, as correntes de falha podem atingir mais de 20 vezes a corrente nominal do transformador. Essas poderosas correntes de curto-circuito geram forças eletromagnéticas impactantes e calor que danificam os transformadores de distribuição, tornando os curtos-circuitos o modo de falha mais destrutivo para transformadores.

As principais causas atuais de falhas de curto-circuito incluem:

• Pouco espaço de clareira para linhas de distribuição de baixa tensão, onde árvores caídas ou veículos batendo em postes causam curtos-circuitos

• Instalação, operação ou manutenção inadequadas de disjuntores de baixa tensão, causando curtos-circuitos nos terminais dos disjuntores

• Instalação ruim ou manutenção inadequada de caixas de medição de baixa tensão montadas em transformadores, causando curtos-circuitos próximos

Contra-medidas:

• Configure adequadamente fusíveis de baixa tensão para derreter quando a corrente de baixa tensão exceder a corrente nominal do transformador, protegendo o transformador. Os fusíveis de baixa tensão devem ser dimensionados em 1,5 vezes a capacidade do transformador.

• Meça as cargas do transformador durante períodos de alta demanda e substitua prontamente os transformadores sobrecarregados.

• Fortaleça a operação e manutenção, substituindo isoladores rachados, limpando as vias de linhas e prevenindo curtos-circuitos entre fases para proteger os transformadores.

Caso Dois

Em 2015, uma autoridade de energia elétrica experimentou 32 queimadas de transformadores. A maioria foi produzida por um único fabricante. Após extensas inspeções do núcleo e amostragem de óleo, descobriu-se que 80% das amostras de óleo de transformador continham água. Análises adicionais revelaram que os tubos de enchimento de óleo dos conservadores desses transformadores tinham selamento ruim. Durante a chuva, a água acumulava-se nos tubos por períodos prolongados e gradualmente infiltrava-se nos transformadores. Com o tempo, o conteúdo de água no óleo do transformador continuamente aumentava, reduzindo suas propriedades isolantes e causando falhas de transformador.

Contra-medidas:

• Instale copos metálicos sobre os tubos de enchimento de óleo para isolar-os do contato direto com a água. Após instalar esses copos em todos os transformadores desse tipo, o número de queimadas diminuiu significativamente.

• Realize amostragens anuais de óleo de transformadores de distribuição e substitua o óleo do transformador prontamente quando os resultados dos testes forem insatisfatórios.

Caso Três

Em 2018, um transformador de energia em uma estação de fornecimento queimou em um dia claro e ensolarado, quando a carga não era pesada. A inspeção do núcleo revelou pontos de arco de curto-circuito evidentes na bobina de alta tensão, causados por isolamento ruim, levando a um curto-circuito.

Análise: Este tipo de falha no transformador carece de fatores externos óbvios, tornando difícil identificar a causa sem uma inspeção do núcleo. A maioria dessas falhas ocorre porque o desempenho da isolação do transformador degrada-se ao longo do tempo de operação, e medidas oportunas não são tomadas. Eventualmente, a isolação não consegue atender aos requisitos operacionais, causando a queima do transformador.

Medidas:

• Realize testes anuais de resistência à isolação em transformadores de distribuição, mantenha registros e analise tendências. Substitua prontamente os transformadores quando os valores de isolação ficarem abaixo dos requisitos para prevenir queimas.

• Monitore regularmente a isolação de transformadores frequentemente localizados em áreas propensas a raios para prevenir falhas devido à degradação da isolação.

Caso Quatro

Em 6 de julho de 2017, durante uma tempestade com raios, um transformador localizado no topo de uma montanha em uma estação de fornecimento de energia sofreu a queima de seu fusível de alta tensão e ejeção de óleo. Os testes de isolação mostraram zero megohms de alta tensão para terra, indicando danos no transformador.

Análise: A causa desta falha no transformador foi a sobretensão induzida por raios, que rompeu a isolação do transformador, levando a um curto-circuito.

Medidas:

• Melhore a resistência de aterramento dos parafusos de descarga de surto do transformador para garantir que os valores permaneçam dentro de limites razoáveis.

• Realize testes anuais de isolamento de ambos, os parafusos de descarga de surto de alta e baixa tensão nos transformadores de distribuição, substituindo prontamente aqueles que não atendem aos padrões.

Fortalecendo a Gestão de Pessoal para Prevenir Acidentes

A condição operacional dos transformadores de distribuição está inseparavelmente ligada à qualidade da gestão. Com uma gestão meticulosa, incidentes de queima de transformadores podem ser efetivamente prevenidos.

• Compreenda as condições de carga de cada área de transformador: O pessoal de gestão de energia deve avaliar regularmente as cargas dos usuários, monitorando tanto o aumento de eletrodomésticos para usuários residenciais quanto a expansão de fábricas e minas, equipamentos adicionais e equipamentos de aquecimento/resfriamento. Essas informações podem ser coletadas através da leitura de medidores e visitas regulares ao campo para manter uma consciência precisa.

• Resuma experiências e lições passadas: Compreenda os padrões de como as mudanças climáticas sazonais afetam o equipamento. Fortaleça e melhore pontos fracos e perigos potenciais revelados durante desastres, implementando medidas preventivas direcionadas, como ajustar a proteção contra sobrecarga do transformador com base nas condições reais para melhorar a resiliência do equipamento contra desastres naturais.

• Realize análise e previsão proativa de carga: Usando dados de primeira mão coletados nos dois pontos anteriores, realize previsões de carga de forma científica e implemente atualizações apropriadas, incluindo modificações de linha, redistribuição de carga e aumento da capacidade do transformador. Fortaleça as inspeções de equipamento durante desastres de vento, neve, chuva congelante e períodos de frio extremo para prevenir falhas e melhorar a confiabilidade do equipamento, reduzindo as queimas de transformadores.

• Enfatize a responsabilidade do pessoal: Primeiro, estabeleça uma forte consciência de serviço focada no atendimento ao usuário e na garantia de tensão de qualidade e estável. O pessoal deve ser habilidoso em identificar perigos potenciais e ouvir o feedback dos usuários, abordando problemas prontamente, sem demora. O equipamento nunca deve ser operado com falhas conhecidas ou problemas ignorados. A gestão deve mudar de uma resposta passiva para uma execução proativa e de uma execução rotineira para uma implementação criativa. Segundo, a responsabilidade deve ser imposta. Sem mecanismos de responsabilização, as responsabilidades e regulamentos do trabalho tornam-se inúteis. A responsabilização rigorosa deve ser imposta para funcionários que negligenciam suas obrigações, usam autoridade para benefício pessoal, realizam trabalho perfunctório ou não implementam efetivamente medidas—resultando em problemas de usuários não resolvidos, perigos não abordados ou danos ao equipamento. Apenas integrando o cumprimento das responsabilidades com mecanismos rigorosos de responsabilização, a responsabilidade no trabalho pode ser fortalecida, a eficiência operacional aumentada, a eficácia da implementação melhorada, as necessidades dos usuários melhor atendidas, incidentes de energia causados por humanos prevenidos e a integridade operacional do equipamento mantida.

Conclusão

Em resumo, os transformadores de energia podem falhar por muitas razões durante a operação, mas com a gestão e manutenção reforçadas, as falhas de transformadores causadas por humanos podem ser significativamente reduzidas. Isso melhora a confiabilidade do fornecimento de energia, enquanto reduz os custos de manutenção para as empresas de energia, beneficiando tanto as empresas quanto os usuários. Isso demonstra a importância prática significativa de analisar as falhas de transformadores e implementar medidas apropriadas.