Como Diagnosticar e Eliminar Falhas de Aterramento do Núcleo do Transformador

As bobinas e o núcleo de um transformador são os componentes principais responsáveis pela transmissão e transformação de energia eletromagnética. Garantir seu funcionamento confiável é uma grande preocupação. Os dados estatísticos mostram que problemas relacionados ao núcleo representam a terceira maior causa de falhas em transformadores. Os fabricantes têm prestado cada vez mais atenção a defeitos no núcleo e implementaram melhorias técnicas em relação ao aterramento confiável do núcleo, monitoramento do aterramento do núcleo e garantia de aterramento em um único ponto. Os departamentos operacionais também têm dado grande ênfase à detecção e identificação de falhas no núcleo. No entanto, as falhas no núcleo dos transformadores ainda ocorrem frequentemente, principalmente devido ao aterramento em múltiplos pontos e aterramento inadequado do núcleo. Este artigo introduz métodos de diagnóstico e tratamento para esses dois tipos de falhas.

1. Eliminação de Falhas de Aterramento em Múltiplos Pontos

1.1 Medidas temporárias quando o transformador não pode ser retirado de serviço

• Se houver uma linha de aterramento externa e a corrente de falha for relativamente grande, a linha de aterramento pode ser desconectada temporariamente durante a operação. No entanto, a monitorização cuidadosa é essencial para evitar que o núcleo desenvolva um potencial flutuante após a desaparição do ponto de falha.

• Se a falha de aterramento em múltiplos pontos for instável, um resistor variável (reóstato) pode ser inserido no circuito de aterramento de trabalho para limitar a corrente abaixo de 1 A. O valor da resistência é determinado dividindo a tensão medida na linha de aterramento normal aberta pela corrente que flui através da linha de aterramento.

• A análise cromatográfica deve ser usada para monitorar a taxa de geração de gás no local da falha.

• Após localizar o ponto de falha com precisão através de medições, se não puder ser reparado diretamente, a tira de aterramento normal do núcleo pode ser realocada para a mesma posição do ponto de falha para reduzir significativamente as correntes circulantes.

1.2 Medidas de manutenção completa

Uma vez que a monitorização confirme uma falha de aterramento em múltiplos pontos, os transformadores que possam ser desligados devem ser desenergizados prontamente e totalmente reparados para eliminar completamente a falha. Métodos de manutenção apropriados devem ser selecionados com base no tipo e na causa do aterramento em múltiplos pontos. No entanto, em alguns casos, mesmo após o desligamento e a remoção do núcleo, o ponto de falha não pode ser encontrado. Para localizar com precisão o ponto de aterramento no local, os seguintes métodos podem ser usados:

• Método CC: Desconecte a tira de ligação entre o núcleo e o quadro de fixação. Aplique uma tensão CC de 6 V nas laminas de aço silício de ambos os lados do jugo. Em seguida, use um voltímetro CC para medir sequencialmente a tensão entre laminas adjacentes. O local onde a tensão lê zero ou inverte a polaridade indica o ponto de aterramento da falha.

• Método CA: Aplique uma tensão CA de 220–380 V na bobina de baixa tensão, estabelecendo fluxo magnético no núcleo. Com a tira de ligação entre o núcleo e o quadro de fixação desconectada, use um miliamperímetro para detectar o fluxo de corrente indicativo de uma falha de aterramento em múltiplos pontos. Mova a sonda do miliamperímetro ao longo de cada nível de laminação do jugo; o ponto onde a corrente cai a zero é a localização da falha.

2. Fenômenos Anormais Causados por Aterramento em Múltiplos Pontos

• Correntes de fuga são induzidas no núcleo, aumentando as perdas no núcleo e causando superaquecimento localizado.

• Se o aterramento em múltiplos pontos grave permanecer sem tratamento por um período prolongado, a operação contínua superaquecerá o óleo e as bobinas, envelhecendo gradualmente a isolação de óleo-papel. Isso pode causar o deterioramento e descascamento do revestimento de isolamento entre as laminas, levando a um superaquecimento mais severo do núcleo e, eventualmente, ao incêndio do núcleo.

• O aterramento em múltiplos pontos prolongado degrada o óleo isolante em transformadores imersos em óleo, produzindo gases inflamáveis que podem acionar o relé Buchholz (de gás).

• O superaquecimento do núcleo pode carbonizar blocos de madeira e componentes de fixação dentro do tanque do transformador.

• O aterramento em múltiplos pontos grave pode queimar o condutor de aterramento, resultando na perda do aterramento em um único ponto normal do transformador - uma condição extremamente perigosa.

• O aterramento em múltiplos pontos também pode causar fenômenos de descarga parcial.

3. Razão Pela Qual o Núcleo Deve Ser Aterrado em Apenas Um Ponto Durante a Operação Normal

Durante a operação normal, existe um campo elétrico entre as bobinas energizadas e o tanque do transformador. O núcleo e outras partes metálicas estão situados dentro deste campo. Devido à distribuição desigual da capacitância e às variações na intensidade do campo, se o núcleo não for aterrado de forma confiável, ocorrerão fenômenos de carga e descarga, danificando tanto a isolação sólida quanto a isolação de óleo. Portanto, o núcleo deve ser aterrado exatamente em um único ponto.

O núcleo é composto por laminas de aço silício. Para reduzir as correntes de fuga, cada lamina é isolada das adjacentes com uma pequena resistência (geralmente apenas alguns a algumas dezenas de ohms). No entanto, devido à alta capacitância inter-lamina, as laminas atuam como um caminho condutivo sob campos elétricos alternados. Assim, o aterramento do núcleo em um único ponto é suficiente para clarear toda a pilha ao potencial de terra.

Se o núcleo ou seus componentes metálicos tiverem dois ou mais pontos de aterramento (aterramento em múltiplos pontos), um loop fechado será formado entre esses pontos. Este loop liga parte do fluxo magnético, induzindo força eletromotriz e correntes circulantes, que causam superaquecimento localizado e podem até queimar o núcleo.

Apenas o aterramento em um único ponto do núcleo do transformador constitui um aterramento confiável e normal - ou seja, o núcleo deve ser aterrado, e deve ser aterrado exatamente em um único ponto.

As falhas no núcleo são principalmente causadas por dois fatores: (1) práticas de construção inadequadas que levam a curtos-circuitos, e (2) acessórios ou fatores externos que causam multiplos pontos de aterramento.