Procedimentos de Teste de Transformadores Conformes com os Padrões IEEE C57 e GB 1094

1. Fundamentos do Teste de Transformadores

1.1 Visão Geral
Os transformadores são entre os equipamentos mais críticos para a transmissão de energia elétrica. Sua qualidade e confiabilidade afetam diretamente a entrega segura e confiável de eletricidade. O dano a transformadores geradores ou transformadores-chave de subestações pode interromper a transmissão de energia, e o reparo ou transporte dessas unidades grandes geralmente leva vários meses.

Durante esse tempo de inatividade, o fornecimento de energia é comprometido, impactando negativamente a produção industrial e agrícola, bem como o consumo residencial de eletricidade—resultando em perdas econômicas significativas.

À medida que as exigências para a operação segura e confiável de transformadores continuam a aumentar, as tecnologias de teste de transformadores avançaram consideravelmente nas últimas duas décadas. Desenvolvimentos notáveis incluem:

• Testes de curto-circuito em grandes transformadores à tensão nominal,

• Técnicas de medição e localização de descargas parciais,

• Aplicação de funções de transferência para detecção de falhas por impulso,

• Uso de tecnologia digital para medição de perdas,

• Introdução de métodos de intensidade sonora na medição de ruído,

• Análise espectral para diagnóstico de deformação de enrolamentos, e

• Uso cada vez mais difundido da análise de gases dissolvidos (DGA) no óleo do transformador.

1.2 Normas para Teste de Transformadores
Para garantir que os transformadores atendam aos padrões necessários de qualidade e confiabilidade na transmissão de energia, foram estabelecidas normas nacionais tanto para transformadores quanto para seus procedimentos de teste:

• GB 1094.1–1996: Transformadores de Potência – Parte 1: Geral

• GB 1094.2–1996: Transformadores de Potência – Parte 2: Aquecimento

• GB 1094.3–1985: Transformadores de Potência – Parte 3: Níveis de Isolamento, Testes Dielétricos e Distâncias Externas no Ar

• GB 1094.5–1985: Transformadores de Potência – Parte 5: Capacidade de Suportar Curto-Circuito

• GB 6450–1986: Transformadores de Potência Secos

1.3 Itens de Teste de Transformadores

1.3.1 Testes de Rotina

• Medição da resistência dos enrolamentos

• Medição da relação de tensão e perda de carga

• Medição da impedância de curto-circuito e perda de carga

• Medição da corrente vazia e perda vazia

• Medição da resistência de isolamento entre os enrolamentos e o solo

• Testes dielétricos de rotina — ver Tabela 1-3 para itens de teste de isolamento de rotina de fábrica

• Testes de regulador de toque sob carga

1.3.2 Testes de Tipo

• Teste de aquecimento.

• Testes de tipo de isolamento (ver Tabela 1).

1.3.3 Testes Especiais

• Medição da impedância de sequência zero para transformadores trifásicos.

• Teste de resistência a curto-circuito.

• Medição do nível de ruído.

• Medição dos componentes harmônicos na corrente em vazio.

2. Medição da Relação de Tensão e Verificação da Designação do Grupo de Conexão

2.1 Visão Geral
A medição da relação de tensão é um teste rotineiro para transformadores. É realizado não apenas na fábrica durante a fabricação, mas também no local antes que o transformador seja comissionado para serviço.

2.1.1 Propósito da Medição da Relação de Tensão

• Garantir que as relações de tensão em todas as posições de reóstato estejam dentro da tolerância permitida especificada por padrões ou requisitos técnicos contratuais.

• Verificar que bobinas ou seções de bobina conectadas em paralelo (por exemplo, seções com reóstato) tenham números idênticos de espiras.

• Confirmar que os cabos de reóstato e as conexões ao reostato sejam ligados corretamente.

A relação de tensão é um parâmetro crítico de desempenho de um transformador. Como este teste utiliza baixa tensão e é simples de realizar, ele é conduzido várias vezes durante a fabricação para garantir a conformidade com as especificações de design.

3. Medição da Resistência DC das Bobinas

3.1 Propósito e Requisitos
De acordo com GB 1094.1–1996 “Transformadores de Potência – Parte 1: Geral,” a medição da resistência DC é classificada como um teste rotineiro. Portanto, cada transformador deve passar por este teste tanto durante quanto após a fabricação.

Os principais propósitos da medição da resistência DC são inspecionar os seguintes aspectos:

• Qualidade de soldagem ou conexões mecânicas entre condutores de bobina—verificação de juntas ruins;

• Integridade das conexões entre cabos e terminais, e entre cabos e o reostato;

• Confiabilidade de soldagens ou juntas mecânicas entre fios de ligação;

• Se as dimensões e a resistividade dos condutores atendem às especificações;

• Equilíbrio de resistência entre fases;

• Cálculo do aumento de temperatura da bobina, que requer a medição da resistência em estado frio antes do teste de aumento de temperatura e a resistência em estado quente imediatamente após a desconexão da energia durante o teste.

3.2 Métodos de Medição
Conforme JB/T 501–91 “Guia para Testes de Transformadores de Potência,” existem dois métodos padrão para medir a resistência DC das bobinas de transformador:

• Método de ponte (por exemplo, ponte dupla de Kelvin)

• Método de voltagem-corrente (V-A)

4. Teste em Vazio

4.1 Visão Geral
A medição da perda em vazio e da corrente em vazio é um teste rotineiro de transformador. As características completas de magnetização de um transformador são determinadas através do teste em vazio.

Os objetivos deste teste são:

• Medir a perda em vazio e a corrente em vazio;

• Verificar se o design do núcleo e o processo de fabricação atendem aos padrões e especificações técnicas aplicáveis;

• Detectar possíveis defeitos no núcleo, como superaquecimento localizado ou fraquezas de isolamento.

4.2 Perda em Vazio
A perda em vazio consiste principalmente em perdas de histerese e de correntes parasitas nas lâminas de aço elétrico. Também inclui perdas adicionais, como perdas dispersas causadas pelo fluxo de fuga.

4.3 Corrente em Vazio
A magnitude da corrente em vazio é determinada principalmente pela curva B–H (magnetização) do aço elétrico usado no núcleo.

5. Medição de Perda de Carga e Impedância de Curto-Circuito

5.1 Visão Geral do Teste de Carga
A medição da perda de carga e da impedância de curto-circuito é um teste rotineiro.

Os fabricantes realizam este teste para:

• Determinar os valores de perda de carga e impedância de curto-circuito;

• Verificar conformidade com padrões e acordos técnicos;

• Detectar possíveis defeitos nos enrolamentos.

Durante o teste, uma tensão é aplicada a um enrolamento enquanto o outro é curto-circuitado. De acordo com o equilíbrio de ampère-voltas, quando a corrente no enrolamento energizado atinge seu valor nominal, o enrolamento curto-circuitado também carrega a corrente nominal.

Embora o fluxo magnético principal no núcleo seja muito pequeno durante este teste, gera-se um fluxo de fuga significativo devido à alta corrente. Este fluxo de fuga causa:

• Perdas por correntes parasitas nos condutores dos enrolamentos;

• Perdas por correntes circulantes em condutores paralelos;

• Perdas adicionais nas estruturas de aperto, paredes do tanque, escudos eletromagnéticos, quadros do núcleo e placas de ligação.

Todas essas perdas são dependentes da corrente e são classificadas coletivamente como perdas de carga.

6. Teste de Tensão de Resistência AC Aplicada

6.1 Visão Geral
Para garantir que os transformadores sejam seguros e confiáveis para a operação na rede, sua isolamento deve atender não apenas aos padrões de desempenho, mas também à resistência dielétrica necessária. A resistência dielétrica determina se um transformador pode suportar as tensões normais de operação, bem como condições anormais, como surtos de raios ou sobretensões de comutação.

Apenas após passar com sucesso nos testes, incluindo tensão de resistência de frequência de rede de curta duração, tensão de resistência de impulso e medições de descarga parcial, um transformador pode ser considerado pronto para conexão à rede.

O teste de tensão de resistência AC aplicada avalia principalmente a resistência do isolamento principal entre os enrolamentos e o solo, e entre os enrolamentos.

• Para transformadores totalmente isolados, este teste valida completamente o isolamento principal.

• Para transformadores com isolamento graduado, ele apenas avalia o isolamento das voltas finais próximas ao jugo e o isolamento de certas seções de condução ao solo. Não pode avaliar a resistência total do isolamento de enrolamento a solo ou inter-enrolamento.

Para transformadores com isolamento graduado, é necessário um teste de tensão induzida para avaliar de forma abrangente a resistência do isolamento entre os enrolamentos, ao solo e para as conduções associadas.

7. Teste de Tensão Induzida de Sobrevivência

7.1 Visão Geral
O teste de tensão induzida de sobrevivência é outro teste dielétrico crítico após o teste de tensão AC aplicada.

• Para transformadores totalmente isolados, o teste de tensão AC aplicada verifica apenas o isolamento principal, enquanto o isolamento longitudinal entre voltas, camadas e seções é verificado pelo teste de tensão induzida.

• Para transformadores com isolamento graduado, o teste de tensão AC aplicada verifica apenas o isolamento do ponto neutro. O teste de tensão induzida é essencial para avaliar:

• Isolamento longitudinal (entre voltas, camadas e seções);

• Isolamento entre os enrolamentos e o solo;

• Isolamento inter-enrolamento e fase-a-fase.

Portanto, o teste de tensão induzida é um método vital para avaliar a integridade do isolamento principal e longitudinal.

7.2 Requisitos do Teste
O teste de tensão induzida é geralmente realizado aplicando-se duas vezes a tensão nominal aos terminais do enrolamento de baixa tensão, com todos os outros enrolamentos deixados em circuito aberto. A forma de onda da tensão aplicada deve ser o mais próxima possível de uma onda senoidal pura.