8 Medidas Chave para Reduzir a Descarga Parcial em Transformadores de Energia

Crescimento das Exigências para Sistemas de Resfriamento de Transformadores e a Função dos Resfriadores

Com o rápido desenvolvimento das redes elétricas e o aumento da tensão de transmissão, as redes elétricas e os usuários de energia estão exigindo cada vez mais confiabilidade de isolamento para transformadores de grande porte. Como o teste de descarga parcial é não-destrutivo ao isolamento e altamente sensível, detectando efetivamente defeitos inerentes no isolamento do transformador ou defeitos que ameaçam a segurança gerados durante o transporte e instalação, o teste de descarga parcial no local tem sido amplamente aplicado. Foi listado como um item de teste obrigatório de comissionamento para transformadores com tensões nominais de 72,5 kV e acima.

1. Descarga Parcial e Seus Princípios

Descarga parcial, também conhecida como ionização eletrostática, refere-se ao fluxo de cargas eletrostáticas. Sob uma certa tensão aplicada, as cargas eletrostáticas primeiro sofrem ionização em posições com isolamento mais fraco em áreas de campo elétrico mais forte, sem causar um rompimento completo do isolamento. Este fenômeno de fluxo de carga eletrostática é chamado de descarga parcial. A descarga parcial ocorrendo perto de condutores cercados por gás é referida como corona.

A descarga parcial é uma descarga elétrica ocorrendo em posições localizadas dentro do isolamento interno dos transformadores. Como a descarga é localizada e tem baixa energia, ela não causa diretamente o rompimento completo do isolamento interno.

Para o teste de descarga parcial de transformadores, a China inicialmente implementou requisitos apenas para transformadores classificados em 220kV e acima. Posteriormente, o novo padrão IEC estipulou que a medição de descarga parcial deve ser realizada quando a tensão máxima de operação do equipamento Um ≥ 126kV. O padrão nacional especifica similarmente que, para transformadores com tensão máxima de operação Um ≥ 72,5kV e capacidade nominal P ≥ 10.000kVA, a medição de descarga parcial deve ser conduzida, a menos que seja acordado de outra forma.

O método de teste de descarga parcial segue as disposições na GB1094.3-2003, com o limite padrão definido em não exceder 500pC. No entanto, em contratos reais, os clientes frequentemente exigem limites de ≤300pC ou ≤100pC. Tais acordos técnicos requerem que os fabricantes de transformadores mantenham padrões técnicos de produto mais elevados.

2. Perigos da Descarga Parcial

A gravidade dos perigos da descarga parcial está relacionada às suas causas, localização e níveis de tensão de início e extinção. Tensões de início e extinção mais altas significam menos perigo, e vice-versa. Em termos de características de descarga, as descargas que afetam o isolamento sólido representam o maior perigo para os transformadores, reduzindo a força do isolamento ou até mesmo causando danos.

3. Causas da Descarga Parcial

Fatores que causam descarga parcial incluem considerações de design inadequadas, mas geralmente originam-se do processo de fabricação:

• Bordas afiadas e arrepiamentos nos componentes que distorcem o campo elétrico e reduzem a tensão de início da descarga;

• Objetos estranhos e poeira que causam concentração de campo elétrico, levando a descarga de corona ou descarga de ruptura sob campos elétricos externos;

• Umidade ou bolhas de gás. Devido à constante dielétrica mais baixa da água e do gás, a descarga ocorre primeiro sob a influência do campo elétrico;

• Contato ruim de componentes estruturais metálicos suspensos formando concentração de campo ou causando descarga de faísca.

4. Medidas para Reduzir a Descarga Parcial

4.1 Controle de Poeira

Entre os fatores que causam descarga parcial, objetos estranhos e poeira são gatilhos extremamente importantes. Os resultados dos testes mostram que partículas metálicas maiores que 1,5μm podem produzir quantidades de descarga muito superiores a 500pC sob a influência do campo elétrico. Tanto a poeira metálica quanto a não metálica criam campos elétricos concentrados, reduzindo a tensão de início da descarga e a tensão de ruptura do isolamento.

Portanto, manter um ambiente limpo e o corpo central durante a fabricação do transformador é crucial, e um controle rigoroso de poeira deve ser implementado. Oficinas seladas e antipoeira devem ser estabelecidas com base no grau em que os produtos podem ser afetados pela poeira durante a fabricação. Por exemplo, durante o endireitamento do fio, o envoltório de papel, a fabricação de bobinas, a montagem de bobinas, a empilhamento do núcleo, a fabricação de componentes de isolamento, a montagem do núcleo e o acabamento do núcleo, absolutamente nenhum objeto estranho ou poeira deve permanecer ou entrar.

4.2 Processamento Centralizado de Componentes de Isolamento

Os componentes de isolamento são particularmente vulneráveis à contaminação por poeira metálica, pois, uma vez que a poeira metálica adere aos componentes de isolamento, é extremamente difícil removê-la completamente. Portanto, é necessário processamento centralizado em uma oficina de isolamento, com uma área de processamento mecânico dedicada isolada de outras áreas produtoras de poeira.

4.3 Controle Rígido de Arrepiamentos de Lâminas de Silício

As lâminas do núcleo do transformador são formadas por processos de corte longitudinal e transversal, que inevitavelmente criam arrepiamentos em diferentes graus. Esses arrepiamentos não apenas causam curtos-circuitos entre as lâminas, formando correntes circulantes internas que aumentam as perdas a vazio, mas também efetivamente aumentam a espessura do núcleo, enquanto reduzem o número real de lâminas. Mais importante ainda, durante a montagem do núcleo ou a operação sob vibração, os arrepiamentos podem cair sobre o corpo do núcleo, causando descarga. Mesmo os arrepiamentos que caem no fundo do tanque podem se alinhar sob a influência do campo elétrico, causando descarga de potencial de terra. Portanto, os arrepiamentos das lâminas do núcleo devem ser minimizados o máximo possível. Para produtos de 110kV, os arrepiamentos das lâminas do núcleo não devem exceder 0,03mm; para produtos de 220kV, eles não devem exceder 0,02mm.

4.4 Terminais de Pressão a Frio para Cabos de Condução

O uso de terminais prensados a frio para cabos de ligação é uma medida eficaz para reduzir as quantidades de descargas parciais. A soldagem de bronze fosforoso produz inúmeras partículas de respingo que se espalham facilmente sobre o corpo do núcleo e os componentes de isolamento. Além disso, a área de fronteira da soldagem requer isolamento com corda de amianto embebida em água, introduzindo umidade no isolamento. Se a umidade não for completamente removida após o envoltório do isolamento, aumentará a quantidade de descarga parcial do transformador.

4.5 Arredondamento das bordas dos componentes

O arredondamento das bordas dos componentes serve dois propósitos: 1) Melhorar a distribuição do campo elétrico e aumentar a tensão de início de descarga. Portanto, os componentes estruturais de metal no núcleo, como presilhas, placas de puxar, calços, suportes, placas de pressão, bordas de saída, paredes do elevador de buchas e placas de blindagem magnética nas paredes internas do tanque, devem todos passar por arredondamento de bordas. 2) Prevenir a fricção que produz partículas de ferro. Por exemplo, as partes de contato entre os orifícios de içamento das presilhas e as cordas ou ganchos requerem arredondamento.

4.6 Ambiente do produto e acabamento do núcleo durante a montagem final

Após a secagem a vácuo do núcleo, o acabamento do núcleo deve ser realizado antes da instalação do tanque. Produtos maiores com estruturas mais complexas requerem tempos de acabamento mais longos. Como a compactação do núcleo e o aperto dos fixadores são realizados com o núcleo exposto ao ar, a absorção de umidade e a contaminação por poeira podem ocorrer durante esse período. Portanto, o acabamento do núcleo deve ser conduzido em uma área à prova de poeira. Se o tempo de acabamento (ou tempo de exposição ao ar) exceder 8 horas, será necessário um tratamento de resecagem.

Após o acabamento do núcleo, a seção superior do tanque é instalada, seguida pela sucção a vácuo e pelo enchimento com óleo. Como o isolamento do núcleo absorve umidade durante a fase de acabamento, é necessário um tratamento de desumidificação, alcançado através da sucção a vácuo do produto. Esta é uma medida importante para garantir a resistência do isolamento de produtos de alta tensão. O nível de vácuo é determinado com base na umidade do núcleo e nos padrões de umidade e teor de água ambientais, enquanto a duração do vácuo é determinada com base no tempo de saída do forno, temperatura e umidade ambientais.

4.7 Enchimento a vácuo com óleo

O objetivo do enchimento a vácuo com óleo é eliminar pontos mortos na estrutura de isolamento do transformador através da sucção a vácuo, expelindo completamente o ar e, em seguida, enchendo com óleo de transformador sob condições de vácuo para garantir a impregnação completa do núcleo. Após o enchimento com óleo, os transformadores devem permanecer em pé por pelo menos 72 horas antes dos testes, pois o grau de impregnação do material de isolamento depende da espessura do material de isolamento, da temperatura do óleo e do tempo de imersão. Uma melhor impregnação reduz a possibilidade de descarga, tornando o tempo suficiente de permanência essencial.

4.8 Vedação do tanque e dos componentes

A qualidade das estruturas de vedação afeta diretamente as vazamentos do transformador. Se existirem pontos de vazamento, a umidade inevitavelmente entrará no interior do transformador, fazendo com que o óleo do transformador e outros componentes de isolamento absorvam umidade — este é um fator que causa descargas parciais. Portanto, o desempenho de vedação adequado deve ser garantido.