Análise de Resistência de Isolamento e Perdas Dielétricas de Transformadores Elétricos

1 Introdução

Os transformadores de energia são alguns dos equipamentos mais críticos nos sistemas de energia, e é essencial maximizar a prevenção e minimizar a ocorrência de falhas e acidentes em transformadores. As falhas de isolamento de vários tipos representam mais de 85% de todos os acidentes com transformadores. Portanto, para garantir a operação segura dos transformadores, é necessário realizar testes regulares de isolamento para detectar defeitos no isolamento antecipadamente e abordar prontamente possíveis riscos de acidentes. Ao longo da minha carreira, participei frequentemente de trabalhos de teste de transformadores, acumulando extenso conhecimento nesta área. Este artigo fornece uma introdução detalhada ao teste de isolamento abrangente de transformadores e às condições de isolamento refletidas pelos resultados dos testes.

2 Medição da Resistência de Isolamento e da Razão de Absorção

2.1 Medindo a Resistência de Isolamento

Durante a medição, deve-se usar um megômetro conforme as especificações padrão para medir sequencialmente a resistência de isolamento entre cada bobina do transformador e o solo, bem como entre as bobinas. Os terminais da bobina sob teste devem ser curto-circuitados, enquanto os terminais das bobinas não testadas devem ser curto-circuitados e aterrados. As localizações e a sequência de medição devem seguir a tabela abaixo.

Ao comparar valores de resistência de isolamento, eles devem ser convertidos para a mesma temperatura usando a seguinte expressão matemática:

Na fórmula:

R1 representa o valor de resistência de isolamento (em megaohms) medido na temperatura t1

R2 representa o valor de resistência de isolamento (em megaohms) calculado na temperatura t2

Os valores de resistência de isolamento medidos são principalmente julgados pela comparação dos resultados de medições sucessivas de cada enrolamento. Comparado com os resultados do teste anterior, não deve haver mudança significativa, geralmente não inferior a 70% do valor anterior. Durante os testes de comissionamento, o valor geralmente não deve ser inferior a 70% do valor do teste de fábrica (na mesma temperatura).

Quando não há valores de referência disponíveis, o padrão para valores de resistência de isolamento é geralmente conforme listado na tabela abaixo.

2.2 Medição da Razão de Absorção e Índice de Polarização

A razão de absorção é a relação entre os valores de resistência de isolamento medidos com um megôhmetro aos 60 segundos e 15 segundos após a aplicação da tensão. A razão de absorção é altamente sensível à umidade no isolamento. Quando a temperatura está entre 10°C e 30°C, a razão de absorção não deve ser inferior a 1,3.

Para transformadores classificados com 220kV ou superior ou 120MVA ou superior, o índice de polarização deve ser medido. Este índice é a relação entre as leituras feitas aos dez minutos e um minuto, com o índice de polarização não sendo inferior a 1,5.

Medir a resistência de isolamento e a razão de absorção é um método simples e universal para verificar a condição do isolamento dos transformadores. Este teste pode detectar efetivamente a umidade do isolamento e defeitos locais, como isuladores de porcelana rachados, condutores aterrados, etc. Se a resistência de isolamento e a razão de absorção medidas não atenderem aos valores especificados, certamente existem defeitos dos tipos mencionados no isolamento.

3 Teste de Corrente de Fuga

Durante o teste, utiliza-se um gerador de alta tensão DC e um microamperímetro. Os pontos de aplicação da tensão são conforme mostrado na tabela a seguir:

Os padrões de aplicação de tensão de teste são mostrados na tabela a seguir.

Após elevar a tensão para a tensão de teste, leia a corrente contínua que passa pela bobina testada após um minuto; este valor é a corrente de fuga medida.

O teste de corrente de fuga mede essencialmente a resistência do isolamento. No entanto, como uma tensão contínua mais alta é usada para medir as correntes de fuga, pode detectar defeitos de isolamento que um megômetro não consegue, como defeitos de quebra parcial em transformadores e defeitos nas mangas de ligação. Ao analisar e julgar os resultados da medição, as comparações são principalmente feitas com transformadores similares, entre diferentes enrolamentos e em relação aos resultados de testes de anos anteriores, sem se esperar mudanças significativas. Se os valores aumentarem ano após ano, deve-se prestar atenção, pois isso geralmente indica o deterioramento gradual do isolamento. Se houver um aumento súbito em comparação com anos anteriores, pode indicar defeitos graves que precisam ser investigados.

4 Medindo a Tangente do Ângulo de Perdas Dielétricas

Como a carcaça do transformador está diretamente aterrada, usa-se a ponte AC do tipo QS1 com ligação reversa para medir a tangente do ângulo de perdas dielétricas. Os locais de medição estão conforme mostrado na tabela abaixo.

Nota: O conteúdo real da tabela não foi fornecido no texto, por isso é mencionado aqui de forma genérica. Se você tiver detalhes ou dados específicos para a tabela, esses poderiam ser incluídos na tradução para maior precisão.

Esta tradução abrange o procedimento técnico para testar o ângulo de perdas dielétricas e a razão para usar certos equipamentos devido às considerações de aterramento. Também reflete a importância de comparar os resultados atuais dos testes com os dados históricos para identificar possíveis problemas no sistema de isolamento do transformador.

Durante a medição, os dois terminais da bobina sob teste devem ser curto-circuitados, enquanto todas as bobinas de fases não testadas devem ser curto-circuitadas e aterradas. Isso evita erros de medição causados pela indutância das bobinas.

Os valores padrão para a tangente do ângulo de perda dielétrica do isolamento da bobina do transformador (a 20°C) são mostrados na tabela a seguir:

A tangente do ângulo de perda dielétrica não deve apresentar mudanças significativas quando comparada com valores históricos (geralmente não ultrapassando 30%). A tensão de teste é de 10 kV quando a tensão da bobina é de 10 kV ou superior, e é igual à tensão nominal (Un) quando a tensão da bobina é inferior a 10 kV.

Ao medir, a tangente do ângulo de perda dielétrica deve ser convertida para a mesma temperatura usando a seguinte expressão matemática:

Na fórmula:

tgδ1 e tgδ2 representam os valores de tan delta nas temperaturas t1 e t2, respectivamente.

Medir a tangente do ângulo de perda dielétrica da isolação da bobina do transformador é principalmente usado para verificar a entrada de umidade no transformador, envelhecimento da isolação, deterioração do óleo, acumulação de lodo na isolação e defeitos locais graves. Se a tangente do ângulo de perda dielétrica medida não atender aos valores especificados, certamente existem alguns dos defeitos mencionados acima na isolação.

5 Teste de Tensão Alternada de Frequência de Rede

O equipamento para o teste de tensão alternada de frequência de rede geralmente requer um transformador de teste, regulador de tensão, voltímetro eletrostático de alta tensão e gap esférico. Quando necessário, um amperímetro de corrente alternada e uma resistência de água também podem ser conectados em série no lado de alta tensão. Durante o teste, o equipamento de teste deve ser adequadamente selecionado com base na tensão e capacidade de ensaio necessárias para a amostra de teste.