Análise e Medidas Corretivas para Falhas de Isolamento em Transformadores de Energia

Os Transformadores de Energia Mais Utilizados: Transformadores Imersos em Óleo e Transformadores de Resina Seca

Os dois tipos de transformadores de energia mais utilizados atualmente são os transformadores imersos em óleo e os transformadores de resina seca. O sistema de isolamento de um transformador, composto por diversos materiais isolantes, é fundamental para seu funcionamento adequado. A vida útil de um transformador é determinada principalmente pela duração dos seus materiais isolantes (óleo-papel ou resina).

Na prática, a maioria das falhas nos transformadores resulta de danos ao sistema de isolamento. As estatísticas mostram que as falhas relacionadas ao isolamento representam mais de 85% de todos os acidentes com transformadores. Transformadores adequadamente mantidos, com atenção à gestão do isolamento, podem atingir vidas úteis excepcionalmente longas. Portanto, proteger o funcionamento normal dos transformadores e fortalecer a manutenção razoável do sistema de isolamento podem garantir, em grande medida, vidas úteis mais longas dos transformadores, sendo a manutenção preventiva e preditiva essencial para melhorar a longevidade dos transformadores e a confiabilidade do fornecimento de energia.

1.Falhas no Isolamento de Papel Sólido

Nos transformadores imersos em óleo, os principais materiais isolantes são o óleo isolante e materiais isolantes sólidos, incluindo papel isolante, cartolina e blocos de madeira. O envelhecimento do isolamento do transformador refere-se à decomposição desses materiais devido a fatores ambientais, resultando na redução ou perda da força isolante.

O isolamento de papel sólido é um dos componentes principais do sistema de isolamento de transformadores imersos em óleo, incluindo papel isolante, placas, almofadas, rolos e fitas de amarração. Seu componente principal é a celulose, com a fórmula química (C6H10O5)n, onde n representa o grau de polimerização (DP). O papel novo geralmente tem um DP de cerca de 1300, que diminui para aproximadamente 250 quando a força mecânica diminui mais de metade. 

Quando extremamente envelhecido, com um DP de 150-200, o material atinge o final de sua vida útil. À medida que o papel isolante envelhece, seu DP e força de tração diminuem gradualmente, produzindo água, CO, CO2 e furfural (aldeído furano). Esses subprodutos do envelhecimento são, em grande parte, prejudiciais aos equipamentos elétricos, reduzindo a tensão de ruptura e a resistividade volumétrica do papel isolante, enquanto aumentam a perda dielétrica e diminuem a força de tração, potencialmente corroendo componentes metálicos. 

O isolamento sólido exibe características de envelhecimento irreversíveis, com a degradação da força mecânica e elétrica sendo irrecuperável. Como a vida útil do transformador depende principalmente da vida útil do material isolante, os materiais de isolamento sólido de transformadores imersos em óleo devem possuir excelentes propriedades de isolamento elétrico e características mecânicas, com degradação lenta do desempenho ao longo de anos de operação - indicando boas características de envelhecimento.

1.1 Propriedades dos Materiais de Fibra de Papel

O material de fibra de papel isolante é o componente isolante mais importante nos transformadores imersos em óleo. A fibra de papel é o componente tissular sólido básico das plantas. Diferentemente dos condutores metálicos, que têm muitos elétrons livres, os materiais isolantes têm praticamente nenhum elétron livre, com a corrente de condução mínima proveniente principalmente da condução iônica. A celulose é composta de carbono, hidrogênio e oxigênio. Devido aos grupos hidroxila em sua estrutura molecular, a celulose tem o potencial de formar água, conferindo às fibras de papel características de absorção de umidade. 

Além disso, esses grupos hidroxila podem ser considerados centros cercados por várias moléculas polares (como ácidos e água), ligados por ligações de hidrogênio, tornando as fibras suscetíveis a danos. As fibras de papel também geralmente contêm aproximadamente 7% de impurezas, incluindo umidade. Devido à natureza coloidal das fibras, essa umidade não pode ser completamente removida, afetando o desempenho das fibras de papel.

Fibras polares absorvem facilmente umidade (água sendo um meio fortemente polar). Quando as fibras de papel absorvem água, a interação entre os grupos hidroxila enfraquece, causando uma deterioração rápida da força mecânica sob condições de estrutura de fibra instável. Portanto, os componentes de isolamento de papel geralmente passam por tratamento de secagem ou secagem a vácuo, seguido de impregnação com óleo ou verniz isolante antes de serem usados.

O objetivo da impregnação é manter as fibras úmidas, garantindo maior isolamento e estabilidade química, além de melhorar a força mecânica. Além disso, o selamento do papel com verniz reduz a absorção de umidade, previne a oxidação do material e preenche vazios para minimizar bolhas que possam afetar o desempenho do isolamento e causar descarga parcial e quebra elétrica. No entanto, alguns acreditam que a impregnação com verniz seguida de imersão em óleo pode fazer com que parte do verniz se dissolva gradualmente no óleo, afetando o desempenho do óleo, exigindo cuidado especial com tais aplicações de tinta.

Naturalmente, diferentes composições de materiais de fibra e níveis de qualidade variáveis dos mesmos materiais de fibra têm impactos e propriedades diferentes. Por exemplo, o algodão tem o maior teor de fibra, o cânhamo tem as fibras mais fortes, e certas placas de pressão isolantes importadas com melhor processamento exibem desempenho significativamente superior em comparação com algumas placas de papel domésticas. A maioria dos materiais de isolamento de transformadores usa várias formas de papel (como fita de papel, cartolina e componentes de papel prensado) para isolamento.

Portanto, selecionar materiais de papel isolante de alta qualidade baseados em fibras é crucial durante a fabricação e manutenção de transformadores. O papel de fibra oferece vantagens especiais, incluindo praticidade, baixo custo, processamento conveniente, formação e tratamento simples em temperaturas moderadas, peso leve, força moderada e fácil absorção de materiais de impregnação (como verniz isolante e óleo de transformador).

1.2 Força Mecânica dos Materiais de Isolamento de Papel

Para transformadores imersos em óleo que selecionam materiais de isolamento de papel, os fatores mais importantes além da composição de fibras, densidade, permeabilidade e uniformidade incluem requisitos de força mecânica, como força de tração, resistência à perfuração, resistência ao rasgo e tenacidade:

• Força de Tração: O máximo estresse que as fibras de papel podem suportar sob carga de tração sem se romper.

• Resistência à Perfuração: Uma medida da capacidade das fibras de papel de suportar pressão sem se fraturar.

• Resistência ao Rasgo: A força necessária para rasgar as fibras de papel deve atender aos padrões relevantes.

• Resistência: A resistência do papel quando dobrado ou da tampa de pressão quando curvada deve atender aos requisitos correspondentes.

O desempenho da isolação sólida pode ser avaliado por amostragem para medir o grau de polimerização do papel ou da tampa de pressão, ou usando cromatografia líquida de alta performance para medir o conteúdo de furfural no óleo. 

Isso ajuda a analisar se as falhas internas do transformador envolvem isolamento sólido ou se o superaquecimento em baixas temperaturas está causando envelhecimento localizado do isolamento dos enrolamentos, ou para determinar o grau de envelhecimento da isolação sólida. Para materiais de isolamento de fibras de papel durante a operação e manutenção, deve-se prestar atenção ao controle da carga nominal do transformador, garantindo boa circulação de ar e dissipação de calor no ambiente de operação, prevenindo o aumento excessivo da temperatura do transformador e a falta de óleo no tanque. Medidas também devem prevenir a contaminação e deterioração do óleo que podem acelerar o envelhecimento das fibras, comprometendo o desempenho, a vida útil e a operação segura do isolamento do transformador.

1.3 Degradação de Materiais de Fibras de Papel

Isso inclui principalmente três aspectos:

• Embritalhamento das Fibras: O calor excessivo faz com que a umidade se separe dos materiais de fibras, acelerando o embritalhamento das fibras. Papel frágil e descascado pode levar a falhas de isolamento e acidentes elétricos sob vibração mecânica, estresse eletrodinâmico e impactos de ondas operacionais.

• Diminuição da Resistência Mecânica dos Materiais de Fibras: A resistência mecânica dos materiais de fibras diminui com o tempo prolongado de aquecimento. Quando o aquecimento do transformador faz com que a umidade seja expelida dos materiais de isolamento novamente, os valores de resistência de isolamento podem aumentar, mas a resistência mecânica diminuirá significativamente, tornando o papel isolante incapaz de suportar forças mecânicas de correntes de curto-circuito ou cargas de impulso.

• Contração dos Materiais de Fibras: Após o embritalhamento, os materiais de fibras contraem, reduzindo a força de aperto e potencialmente causando movimentos de deslocamento. Isso pode levar ao deslocamento e ao atrito dos enrolamentos do transformador sob vibração eletromagnética ou tensão de impulso, danificando o isolamento.

2. Falhas de Isolamento Líquido de Óleo

O transformador imerso em óleo foi inventado pelo cientista americano Thompson em 1887 e promovido para aplicações em transformadores de energia pela General Electric e outros em 1892. O isolamento líquido referido aqui é o isolamento com óleo de transformador.

2.1 Características dos Transformadores Imersos em Óleo:

① Melhora significativamente a resistência do isolamento elétrico, encurta a distância de isolamento e reduz o volume do equipamento; ② Aumenta grandemente a transferência e dissipação de calor efetivas, aumentando a densidade de corrente permitida nos condutores, reduzindo o peso do equipamento. O calor gerado no núcleo do transformador em operação é transferido através da circulação térmica do óleo do transformador para a carcaça e radiador do transformador para dissipação, melhorando assim o resfriamento efetivo; ③ A imersão em óleo e o selamento reduzem a oxidação de certos componentes e conjuntos internos, prolongando a vida útil.

2.2 Propriedades do Óleo de Transformador

O óleo de transformador em operação deve possuir propriedades de isolamento e condução térmica estáveis e excelentes. As principais propriedades incluem resistência de isolamento (tan δ), viscosidade, ponto de fluidez e valor ácido. O óleo isolante refinado a partir do petróleo é uma mistura de vários hidrocarbonetos, resinas, ácidos e outras impurezas com propriedades que não são totalmente estáveis. Sob efeitos de temperatura, campo elétrico e luz, o óleo continua oxidando. Em condições normais, esse processo de oxidação ocorre lentamente; com a manutenção adequada, o óleo pode manter a qualidade necessária sem envelhecer por até 20 anos. No entanto, metais, impurezas e gases misturados no óleo aceleram a oxidação, deteriorando a qualidade do óleo, escurecendo a cor, nublando a transparência e aumentando o teor de umidade, valor ácido e teor de cinzas, degradando assim as propriedades do óleo.

2.3 Causas da Deterioração do Óleo de Transformador

A deterioração do óleo de transformador pode ser dividida em estágios de contaminação e degradação, dependendo da gravidade.

Contaminação refere-se à mistura de umidade e impurezas no óleo—estes não são produtos de oxidação. Óleo contaminado experimenta piora no desempenho do isolamento, redução na força do campo elétrico de ruptura e aumento no ângulo de perda dielétrica.

Degradation resulta da oxidação do óleo. Esta oxidação não se refere apenas à oxidação de hidrocarbonetos no óleo puro, mas envolve impurezas no óleo que aceleram o processo de oxidação, especialmente partículas metálicas de cobre, ferro e alumínio.

O oxigênio provém do ar dentro do transformador. Mesmo em transformadores totalmente selados, cerca de 0,25% de oxigênio permanece presente. O oxigênio tem alta solubilidade, ocupando uma proporção alta entre os gases dissolvidos no óleo.

Durante a oxidação do óleo de transformador, a umidade atua como catalisador e o calor como acelerador, fazendo com que o óleo de transformador produza lodo. Isso afeta o desempenho principalmente através: partículas grandes de precipitado sob influência do campo elétrico; precipitação de impurezas concentradas nas regiões de campo elétrico mais forte, formando "pontes" condutivas através do isolamento do transformador; precipitação desigual formando faixas alongadas separadas que podem se alinhar com as linhas de campo elétrico, impedindo a dissipação de calor, acelerando o envelhecimento do material de isolamento e causando diminuição da resistência de isolamento e redução dos níveis de isolamento.

2.4 Processo de Degradação do Óleo de Transformador

Durante a degradação do óleo, os principais subprodutos incluem peróxidos, ácidos, álcoois, cetonas e lodo.

Estágio inicial de degradação: O óleo gera peróxidos que reagem com os materiais de fibras de isolamento para formar celulose oxidada, reduzindo a resistência mecânica das fibras de isolamento, causando embritalhamento e retração do isolamento. Os ácidos gerados são ácidos graxos viscosos. Embora menos corrosivos que os ácidos minerais, sua taxa de crescimento e impacto sobre os materiais de isolamento orgânicos são significativos.

Estágio avançado de degradação: A formação de lodo ocorre quando ácidos corroem cobre, ferro, verniz isolante e outros materiais, reagindo para formar lodo - uma substância condutora polimérica viscosa, semelhante ao asfalto. Ela se dissolve moderadamente no óleo e se forma rapidamente sob a influência do campo elétrico, aderindo a materiais isolantes ou bordas do tanque do transformador, depositando-se em tubos de óleo e aletas do radiador, aumentando a temperatura de operação do transformador e reduzindo a resistência dielétrica.

O processo de oxidação do óleo consiste em duas condições de reação principais: primeiro, um valor de acidez excessivamente alto no transformador, tornando o óleo ácido; segundo, os óxidos dissolvidos no óleo transformam-se em compostos insolúveis no óleo, deteriorando gradualmente a qualidade do óleo do transformador.

2.5 Análise, Avaliação e Manutenção do Óleo do Transformador

① Deterioração do Óleo Isolante: Tanto as propriedades físicas quanto as químicas mudam, degradando o desempenho elétrico. Testes de valor de acidez do óleo, tensão interfacial, precipitação de lodo e valor de acidez solúvel em água podem determinar se este tipo de defeito existe. O tratamento de regeneração do óleo pode eliminar produtos de deterioração, embora o processo também possa remover antioxidantes naturais.

② Contaminação por Água do Óleo Isolante: A água é uma substância fortemente polar que se ioniza e decompe facilmente sob campos elétricos, aumentando a corrente condutiva no óleo isolante. Mesmo uma quantidade mínima de umidade aumenta significativamente a perda dielétrica no óleo isolante. Testes de conteúdo de umidade no óleo podem identificar este tipo de defeito. A filtração de óleo por vácuo geralmente elimina a umidade.

③ Contaminação Microbiana do Óleo Isolante: Durante a instalação do transformador principal ou içamento do núcleo, insetos nos componentes isolantes ou resíduos de suor humano podem carregar bactérias, contaminando o óleo isolante; ou o próprio óleo já pode estar infectado com microrganismos. Os transformadores principais geralmente operam em ambientes de 40-80°C, altamente favoráveis para o crescimento e reprodução microbiana. Como os minerais e proteínas nos microrganismos e suas excreções têm propriedades de isolamento muito inferiores às do óleo isolante, eles aumentam a perda dielétrica do óleo. Este defeito é difícil de ser abordado com tratamentos de circulação no local, pois alguns microrganismos sempre permanecem no isolamento sólido. Após o tratamento, o isolamento do transformador pode se recuperar temporariamente, mas o ambiente de operação favorece o recrescimento microbiano, causando a deterioração do isolamento ano após ano.

④ Verniz Isolante de Resina Alquídica com Substâncias Polares Dissolvendo-se no Óleo: Sob a influência do campo elétrico, as substâncias polares sofrem polarização de relaxação dipolar, consumindo energia durante os processos de polarização AC, aumentando a perda dielétrica do óleo. Embora o verniz isolante passe por cura antes de sair da fábrica, o tratamento pode não ser completo. Após algum tempo de operação, o verniz mal tratado gradualmente se dissolve no óleo, degradando progressivamente o desempenho do isolamento. O tempo de ocorrência deste defeito está relacionado à completude do tratamento do verniz; um ou dois tratamentos de adsorção podem alcançar certa eficácia.

⑤ Óleo Contaminado Apenas com Água e Impurezas: Esta contaminação não altera as propriedades básicas do óleo. A umidade pode ser removida através do ressecamento; as impurezas podem ser eliminadas através da filtração; o ar no óleo pode ser removido através da evacuação.

⑥ Mistura de Dois ou Mais Óleos Isolantes de Fontes Diferentes: As propriedades do óleo devem atender às especificações relevantes; a densidade específica, temperatura de congelamento, viscosidade e ponto de fulgor do óleo devem ser similares; e a estabilidade do óleo misturado deve atender aos requisitos. Para óleo misturado degradado, métodos de regeneração química são necessários para separar os produtos de deterioração e restaurar as propriedades.

3. Isolamento e Características dos Transformadores a Resina Seca

Transformadores a seco (referindo-se aqui a transformadores isolados com resina epóxi) são principalmente utilizados em locais com altos requisitos de segurança contra incêndios, como edifícios altos, aeroportos e depósitos de petróleo.

3.1 Tipos de Isolamento a Resina

Os transformadores isolados com resina epóxi podem ser classificados em três tipos com base nas características do processo de fabricação: tipo de fundição a vácuo de mistura de resina epóxi e areia de quartzo, tipo de fundição a vácuo de resina epóxi reforçada com fibra de vidro sem alcali, e tipo de impregnação com enrolamento de fibra de vidro sem alcali.

① Isolamento de Fundição a Vácuo de Mistura de Resina Epóxi e Areia de Quartzo: Estes transformadores usam areia de quartzo como carga para a resina epóxi. As bobinas enroladas e tratadas com verniz isolante são colocadas em moldes de fundição e fundidas a vácuo com uma mistura de resina epóxi e areia de quartzo. Devido aos desafios do processo de fundição em atender aos requisitos de qualidade - como bolhas residuais, inhomogeneidade local da mistura e potencial rachadura por tensão térmica local - esses transformadores isolados não são adequados para ambientes úmidos e quentes e áreas com variações significativas de carga.

② Isolamento de Fundição a Vácuo de Resina Epóxi Reforçada com Fibra de Vidro Sem Alcali: Este utiliza fibras curtas de vidro sem alcali ou manta de vidro como isolamento externo entre as camadas de enrolamento. A espessura de envoltório de isolamento externo é geralmente de 1-3mm. Após misturar com o material de fundição de resina epóxi em proporções adequadas, as bolhas de ar são removidas sob alto vácuo antes da fundição. Como a espessura do envoltório de isolamento é fina, a má impregnação pode facilmente formar pontos de descarga parcial. Portanto, a mistura do material de fundição deve ser completa, a desgaseificação a vácuo deve ser minuciosa, e a viscosidade baixa e a velocidade de fundição devem ser controladas para garantir uma impregnação de alta qualidade das bobinas durante a fundição.

③ Isolamento de Impregnação com Enrolamento de Fibra de Vidro Sem Alcali: Estes transformadores completam o tratamento de isolamento de camadas e a impregnação das bobinas simultaneamente durante o enrolamento. Eles não requerem moldes de formação de bobinas necessários nos dois processos de impregnação anteriores, mas exigem resina de baixa viscosidade que não deve reter microbolhas durante o enrolamento e a impregnação.

3.2 Características de Isolamento e Manutenção dos Transformadores a Resina

O nível de isolamento dos transformadores a resina não difere significativamente dos transformadores imersos em óleo; as principais diferenças estão na elevação de temperatura e nas medidas de descarga parcial.

① Características de Aquecimento: Transformadores de resina têm níveis médios de aquecimento mais altos do que os transformadores a óleo, exigindo materiais isolantes de grau de resistência ao calor mais elevado. No entanto, o aquecimento médio não reflete a temperatura do ponto mais quente nas bobinas. Quando o grau de resistência ao calor do material isolante é selecionado apenas com base no aquecimento médio, ou selecionado de forma inadequada, ou os transformadores de resina operam sob condições de sobrecarga prolongada, a vida útil do transformador será afetada.

Como o aquecimento medido do transformador frequentemente não reflete a temperatura do ponto mais quente, quando possível, termômetros infravermelhos devem verificar os pontos mais quentes dos transformadores de resina em operação com carga máxima. A direção e o ângulo dos ventiladores de arrefecimento devem ser ajustados conforme necessário para controlar o aquecimento local e garantir a operação segura do transformador.

② Características de Descarga Parcial: A magnitude da descarga parcial em transformadores de resina está relacionada à distribuição do campo elétrico, à uniformidade da mistura de resina e à presença de bolhas residuais ou rachaduras na resina. A magnitude da descarga parcial afeta o desempenho, a qualidade e a vida útil do transformador de resina. Portanto, a medição e a aceitação dos níveis de descarga parcial servem como uma avaliação abrangente do processo de fabricação e da qualidade. As medições de descarga parcial devem ser realizadas durante a aceitação de entrega de transformadores de resina e após grandes reparos, com as mudanças na descarga parcial usadas para avaliar a estabilidade de qualidade e desempenho.

Conforme os transformadores secos se tornam cada vez mais difundidos, ao selecionar transformadores, a estrutura do processo de fabricação, o design de isolamento e a configuração de isolamento devem ser compreendidos de forma abrangente. Devem ser selecionados produtos de fabricantes com processos de produção completos, sistemas rigorosos de garantia de qualidade, gestão de produção rigorosa e desempenho técnico confiável para garantir a qualidade do produto transformador e a vida térmica, melhorando assim a operação segura e a confiabilidade do fornecimento de energia.

4. Principais Fatores que Afetam as Falhas de Isolamento do Transformador

Os principais fatores que afetam o desempenho do isolamento do transformador incluem: temperatura, umidade, métodos de proteção do óleo e efeitos de sobretensão.

4.1 Efeitos da Temperatura

Transformadores de potência utilizam isolamento de óleo-papel com diferentes relações de equilíbrio entre o teor de umidade no óleo e no papel em diferentes temperaturas. Geralmente, quando a temperatura aumenta, a umidade no papel migra para o óleo; inversamente, o papel absorve a umidade do óleo. Portanto, em temperaturas mais altas, o teor de micro-água no óleo isolante do transformador é maior; inversamente, o teor de micro-água é menor.

Diferentes temperaturas causam diferentes graus de abertura de anéis celulósicos, quebra de cadeias e produção concomitante de gases. Em uma temperatura específica, as taxas de produção de CO e CO2 permanecem constantes, o que significa que o conteúdo de CO e CO2 no óleo aumenta linearmente com o tempo. À medida que a temperatura continua a subir, as taxas de produção de CO e CO2 geralmente aumentam exponencialmente. Portanto, o conteúdo de CO e CO2 no óleo está diretamente relacionado ao envelhecimento térmico do papel isolante e pode servir como um critério para julgar anomalias nas camadas de papel de transformadores selados.

A vida útil do transformador depende do grau de envelhecimento do isolamento, que, por sua vez, depende da temperatura de operação. Por exemplo, um transformador a óleo em carga nominal tem um aquecimento médio das bobinas de 65°C e um aquecimento do ponto mais quente de 78°C. Com uma temperatura ambiente média de 20°C, a temperatura do ponto mais quente atinge 98°C, permitindo 20-30 anos de operação. Se o transformador opera sobrecarregado com aumento de temperatura, a vida útil diminui proporcionalmente.

A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) afirma que, para transformadores de isolamento Classe A operando entre 80-140°C, para cada aumento de 6°C na temperatura, a taxa de redução da vida útil efetiva do isolamento do transformador duplica - conhecida como a regra dos 6°C, indicando limitações térmicas mais rigorosas do que a regra dos 8°C anteriormente aceita.

4.2 Efeitos da Umidade

A presença de umidade acelera a degradação da celulose. Portanto, a produção de CO e CO2 está relacionada ao teor de umidade do material celulósico. Em umidade constante, um teor de umidade mais alto produz mais CO2; inversamente, um teor de umidade mais baixo produz mais CO.

A umidade traço no óleo isolante é um fator significativo que afeta as características de isolamento. A umidade traço no óleo isolante prejudica grandemente tanto as propriedades elétricas quanto as físico-químicas do meio isolante. A umidade pode reduzir a tensão de descarga de faísca no óleo isolante, aumentar o fator de perda dielétrica (tan δ), acelerar o envelhecimento do óleo isolante e deteriorar o desempenho do isolamento. A exposição do equipamento à umidade não apenas reduz a confiabilidade operacional e a vida útil do equipamento de energia, mas também pode causar danos ao equipamento e até mesmo colocar em risco a segurança pessoal.

4.3 Efeitos dos Métodos de Proteção do Óleo

O oxigênio no óleo do transformador acelera as reações de decomposição do isolamento, com o teor de oxigênio relacionado aos métodos de proteção do óleo. Além disso, diferentes métodos de proteção causam diferentes condições de dissolução e difusão de CO e CO2 no óleo. Por exemplo, o CO tem baixa solubilidade, permitindo que ele se difunda facilmente para o espaço na superfície do óleo em transformadores abertos, geralmente limitando a fração volumétrica de CO a não mais de 300×10-6. Em transformadores selados, já que a superfície do óleo está isolada do ar, o CO e o CO2 não se volatilizam facilmente, resultando em níveis de conteúdo mais altos.

4.4 Efeitos de Sobretensão

① Efeitos de Sobretensão Transitória: Transformadores trifásicos operando normalmente geram uma tensão fase-terra de 58% da tensão fase-fase. No entanto, durante falhas monofásicas, a tensão principal de isolamento aumenta em 30% em sistemas terra neutro e em 73% em sistemas neutro não terra, potencialmente danificando o isolamento.

② Efeitos de Sobretensão de Raios: Sobretensões de raios têm frontes de onda íngremes, causando uma distribuição de tensão altamente desigual ao longo do isolamento longitudinal (entre espiras, entre camadas, entre discos), potencialmente deixando marcas de descarga no isolamento e danificando o isolamento sólido.

③ Efeitos de Sobretensão por Comutação: As sobretensões por comutação têm frentes de onda relativamente graduais, resultando em uma distribuição de tensão quase linear. Quando as ondas de sobretensão por comutação se transferem de uma bobina para outra, a tensão é aproximadamente proporcional à relação de espiras entre as duas bobinas, podendo facilmente causar deterioração e danos na isolamento principal ou no isolamento fase-a-fase.

4.5 Efeitos Eletrodinâmicos de Curto-Circuito

As forças eletrodinâmicas durante curtos-circuitos de saída podem deformar as bobinas do transformador e deslocar os condutores, alterando as distâncias de isolamento originais, causando aquecimento do isolamento, acelerando o envelhecimento ou danos que resultam em descargas, arcos elétricos e falhas de curto-circuito.

5. Conclusão

Em resumo, compreender o desempenho do isolamento dos transformadores de potência e implementar operação e manutenção razoáveis impacta diretamente a segurança, a vida útil e a confiabilidade do fornecimento de energia dos transformadores. Como equipamento principal crítico nos sistemas de energia, os operadores, pessoal de manutenção e gestores de transformadores de potência devem entender e dominar a estrutura de isolamento, as propriedades dos materiais, a qualidade do processo, os métodos de manutenção e as tecnologias de diagnóstico científicas dos transformadores. Apenas através de gestão operacional otimizada e razoável pode-se garantir a eficiência, a longevidade e a confiabilidade do fornecimento de energia dos transformadores de potência.