A Vida do Transformador é Reduzida pela Metade com Cada Aumento de 8°C? Compreendendo os Mecanismos de Envelhecimento Térmico

O tempo que um transformador pode operar normalmente sob tensão nominal e carga nominal é chamado de vida útil do transformador. Os materiais utilizados na fabricação de transformadores se dividem em duas categorias principais: materiais metálicos e materiais isolantes. Os materiais metálicos geralmente podem suportar temperaturas relativamente altas sem danos, mas os materiais isolantes envelhecem e degradam rapidamente quando a temperatura excede um certo valor. Portanto, a temperatura é um dos principais fatores que afetam a vida útil de um transformador. Em certo sentido, a vida de um transformador pode ser dita como a vida de seus materiais isolantes.

Reduzir a temperatura prolonga a vida útil do transformador

O tempo que um transformador pode operar normalmente sob tensão nominal e carga nominal é chamado de vida útil do transformador. Os materiais utilizados na fabricação de transformadores se dividem em duas categorias principais: materiais metálicos e materiais isolantes. Os materiais metálicos geralmente podem suportar temperaturas relativamente altas sem danos, mas os materiais isolantes envelhecem e degradam rapidamente quando a temperatura excede um certo valor. Portanto, a temperatura é um dos principais fatores que afetam a vida útil de um transformador. Em certo sentido, a vida de um transformador pode ser dita como a vida de seus materiais isolantes.

A perda gradual das propriedades mecânicas e isolantes originais dos materiais isolantes sob exposição prolongada a campos elétricos e temperaturas altas é chamada de envelhecimento. A taxa de envelhecimento depende principalmente dos seguintes fatores:

• Temperatura do isolamento.

• Conteúdo de umidade do material isolante.

• Para transformadores a óleo, também deve-se considerar a quantidade de oxigênio dissolvido no óleo.

Esses três fatores determinam a vida útil de um transformador. A prática e a pesquisa mostram que, se as bobinas puderem manter continuamente uma temperatura de 95°C, a vida útil do transformador pode ser garantida por 20 anos. Com base na relação entre temperatura e vida, pode-se derivar a "regra dos 8°C": tomando a vida nessa temperatura como base, para cada aumento de 8°C na temperatura das bobinas, a vida útil do transformador é reduzida pela metade.

A maioria dos transformadores de energia na China utiliza isolamento a óleo-papel, ou seja, isolamento Classe A. Para transformadores com isolamento Classe A, em operação normal, quando a temperatura do ar ambiente é de 40°C, a temperatura máxima de operação das bobinas é de 105°C.

De acordo com dados relevantes e prática:

• Quando a temperatura de operação do isolamento do transformador é de 95°C, sua vida útil é de 20 anos.

• Quando a temperatura de operação do isolamento do transformador é de 105°C, sua vida útil é de 7 anos.

• Quando a temperatura de operação do isolamento do transformador é de 120°C, sua vida útil é de 2 anos.

A temperatura interna do isolamento de um transformador, sob tensão essencialmente constante, depende principalmente da magnitude da corrente de carga: uma corrente de carga maior leva a uma temperatura de isolamento mais alta, enquanto uma corrente de carga menor resulta em uma temperatura de isolamento mais baixa.

Quando um transformador está sobrecarregado ou opera em carga nominal durante o verão, seu isolamento interno opera em temperaturas altas, acelerando a perda de vida. Quando o transformador opera em carga leve ou em carga nominal durante o inverno, seu isolamento interno opera em temperaturas mais baixas, retardando a perda de vida. Portanto, para utilizar plenamente a capacidade de carga do transformador ao longo do ano sem afetar sua vida útil normal, a carga mensal pode ser ajustada adequadamente.

Tensão elevada acelera o envelhecimento do transformador

Por exemplo, as regulamentações estipulam que a tensão de operação de um transformador não deve exceder 5% de sua tensão nominal. Uma tensão excessivamente alta aumenta a corrente de magnetização no núcleo do transformador, pode causar saturação do núcleo, gerar fluxo harmônico, aumentar ainda mais as perdas no núcleo e levar ao superaquecimento do núcleo. Uma tensão excessivamente alta também acelera o envelhecimento do transformador, reduzindo sua vida útil; portanto, a tensão de operação de um transformador não deve ser muito alta.

Quando o material isolante envelhece até certo ponto, sob a influência de vibrações operacionais e forças eletromagnéticas, o isolamento pode rachar, tornando mais prováveis falhas por quebra elétrica e reduzindo a vida útil do transformador.

Ajustar a carga do transformador para alcançar a vida útil ideal

A temperatura interna do isolamento de um transformador, sob tensão essencialmente constante, depende principalmente da magnitude da corrente de carga: uma corrente de carga maior leva a uma temperatura de isolamento mais alta, enquanto uma corrente de carga menor resulta em uma temperatura de isolamento mais baixa.

Quando um transformador está sobrecarregado ou opera em carga nominal durante o verão, seu isolamento interno opera em temperaturas altas, acelerando a perda de vida. Quando o transformador opera em carga leve ou em carga nominal durante o inverno, seu isolamento interno opera em temperaturas mais baixas, retardando a perda de vida. Portanto, para utilizar plenamente a capacidade de carga do transformador ao longo do ano sem afetar sua vida útil normal, a carga mensal pode ser ajustada adequadamente.

Manutenção adequada ajuda a maximizar a vida útil do transformador
É bem sabido que, uma vez que um transformador falha, não só os custos de reparo e despesas de parada são substanciais, mas rebobinar uma bobina ou reconstruir um grande transformador de potência pode levar de 6 a 12 meses. Portanto, um programa de manutenção adequado ajudará o transformador a atingir a vida útil máxima.

Três pontos-chave de um bom programa de manutenção

Instalação e operação

A. Certifique-se de que a carga permaneça dentro dos limites de projeto do transformador. Para transformadores a óleo, monitore cuidadosamente a temperatura do óleo superior.
B. O local de instalação do transformador deve ser adequado para seu design e padrões de construção. Se instalado ao ar livre, certifique-se de que o transformador seja adequado para operação externa.
C. Proteja o transformador contra descargas atmosféricas e danos externos.

Testes de óleo

A resistência dielétrica do óleo do transformador diminui drasticamente à medida que o teor de umidade aumenta. Apenas 0,01% de teor de água pode reduzir sua resistência dielétrica quase pela metade. Exceto para pequenos transformadores de distribuição, amostras de óleo de todos os transformadores devem ser submetidas regularmente a testes de ruptura para detectar adequadamente a umidade e removê-la através de filtração.

A análise de gases de falha no óleo deve ser realizada. Usando um dispositivo de monitoramento online para oito gases de falha no óleo do transformador, meça continuamente a concentração de gases dissolvidos no óleo à medida que as falhas se desenvolvem. Analisando os tipos e concentrações desses gases, o tipo de falha pode ser determinado. Testes de propriedades físicas do óleo devem ser realizados anualmente para verificar seu desempenho isolante, incluindo testes de resistência dielétrica, acidez, tensão interfacial, etc.