I. Causa Principal do Dano: Impacto Eletrodinâmico (Conforme GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
A causa direta do colapso das extremidades da bobina de alta tensão é o impacto eletrodinâmico instantâneo induzido pela corrente de curto-circuito. Quando ocorre um defeito de aterramento em fase única no sistema (como sobretensão por raio, quebra de isolamento, etc.), o transformador de aterramento, como caminho para a corrente de defeito, suporta correntes de curto-circuito de alta amplitude e elevada taxa de subida. De acordo com a lei de força de Ampère, os condutores da bobina estão sujeitos a forças eletrodinâmicas radiais (compressão interna) e axiais (tração/compressão) em um campo magnético forte. Se a força eletrodinâmica excede o limite de resistência mecânica da estrutura da bobina (condutores, espaçadores, placas de pressão, sistemas de amarração), isso causará uma deformação irreversível, deslocamento ou distorção das bobinas, manifestando-se eventualmente como colapso das extremidades da bobina - um modo típico de falha do equipamento do tipo transformador sob condições de defeito de curto-circuito.
II. Gatilhos Associados de Falhas: Sobretensão Resonante e Energização com Defeitos Residuais (Conforme Padrões de Proteção contra Sobretensão como DL/T 620 / IEC 60099)
Sobretensão Resonante do Sistema (Ferroressonância / Ressonância Linear)
O acoplamento inadequado dos parâmetros do sistema (capacitância da linha, indutância do PT, indutância da bobina de extinção, etc.) pode desencadear ferroressonância ou ressonância linear, gerando sobretensão persistente. Esta sobretensão atua repetidamente nos pontos fracos do isolamento (isoladores envelhecidos, pára-raios, isulantes, etc.), levando a aterramentos intermitentes por arco ou quebras repetidas, fazendo com que o transformador de aterramento suporte correntes de impacto de alta frequência. Isso não apenas produz impactos eletrodinâmicos diretos, mas também acelera o envelhecimento térmico e elétrico do isolamento da bobina (entre espiras, entre camadas e isolamento principal), reduzindo significativamente sua resistência dielétrica e resistência mecânica, tornando-o mais propenso a colapsar sob impactos subsequentes ou durante a operação normal.
Energização com Defeitos Persistentes após Disparo de Raio
Após um raio causar um defeito de aterramento permanente na linha, se o ponto de defeito não for isolado (por exemplo, o disjuntor não dispara ou a indicação de defeito é incerta), a equipe de manutenção restaura a energia por engano (energização com defeitos), forçando o transformador de aterramento a passar corrente de defeito de freqüência de rede continuamente (muito além do limite de projeto). A corrente excessiva contínua aciona o efeito de aquecimento Joule I²Rt, fazendo com que a temperatura da bobina aumente drasticamente além do limite de tolerância do isolamento (por exemplo, 105°C para Classe A), levando rapidamente ao envelhecimento térmico, carbonização e perda de desempenho do isolamento, resultando em curto-circuito e queima da bobina (colapso térmico). Esta condição causa danos devastadores ao equipamento.
III. Esquema de Otimização: Aumento da Tolerância do Equipamento e Perfeição das Estratégias de Proteção (Integrando Seleção de Equipamentos, Proteção Relé e Monitoramento de Condição)
Melhoria da Resistência ao Curto-Circuito do Corpo do Equipamento (Conforme GB/T 1094.5 / IEC 60076-5)
Requisitos de Seleção: Priorizar modelos de alta resistência a curto-circuito verificados por rigorosos testes de resistência a curto-circuito (por exemplo, IEC 60076-5) para compras futuras, focando no design da estrutura da bobina (placas de pressão reforçadas, sistemas de aperto axial, estruturas de suporte radial, processos de transposição de condutores), resistência do material e processos de fabricação.
Reator Limitador de Corrente Opcional: Instalar um reator limitador de corrente no circuito neutro do transformador de aterramento para suprimir efetivamente a amplitude e a taxa de subida das correntes de defeito, reduzindo os impactos eletrodinâmicos nas bobinas. O impacto no modo de aterramento do sistema e na proteção relé deve ser verificado simultaneamente.
Otimização da Configuração e Ajuste da Proteção Relé (Conforme Padrões de Proteção Relé DL/T 584 / DL/T 559)
Princípio de Ajuste: As configurações de proteção por sobrecorrente (sobrecorrente zero-sequence, sobrecorrente inversa) do transformador de aterramento devem ser estritamente inferiores aos limites de estabilidade térmica e dinâmica do equipamento (calculados conforme GB/T 1094.5).
Coordenação Gradual: O atraso de proteção do transformador de aterramento (por exemplo, 100A/10s) deve ser confiavelmente coordenado com a proteção da linha a montante (disjuntor de saída). Garantir que a proteção da linha (Estágio I de zero-sequence: 0,2s, Estágio II: 0,7s) possa eliminar rapidamente defeitos de aterramento na linha, evitando que o transformador de aterramento suporte estresse desnecessário. A proteção do transformador de aterramento, como backup próximo, deve ter um atraso de tempo de operação maior que o atraso máximo da proteção da linha (incluindo a graduação Δt).
Otimização das Configurações de Proteção do Corpo do Transformador de Aterramento:
Fortalecimento da Capacidade de Limpeza Rápida de Defeitos (Conforme DL/T 584 / DL/T 559)
Configuração de Proteção de Corrente Zero-Sequence Direcional: Implementar e ativar confiavelmente a proteção de corrente zero-sequence direcional (Estágio I/II) na proteção da linha. O elemento direcional distingue com precisão as linhas defeituosas e não defeituosas, garantindo que o disjuntor da linha defeituosa dispare confiavelmente em ≤0,2s durante defeitos de aterramento em fase única, isolando completamente a fonte de defeito - esta é a medida de proteção central para prevenir danos ao transformador de aterramento.
Implementação de Sistemas Inteligentes de Monitoramento On-Line e Alerta Antecipado (Conforme Padrão de Monitoramento de Condição DL/T 1709.1)
Monitoramento de Temperatura em Tempo Real de Pontos Quentes da Bobina: Instalar sensores de temperatura de fibra ótica ou resistência de platina em posições-chave das extremidades da bobina de alta tensão para alcançar monitoramento em tempo real com precisão ±1~2°C. Configurar alarmes multiníveis (aviso/alerta) e limiares de disparo (calculados com base em modelos térmicos de classe de isolamento), acionando automaticamente ações de proteção quando os limites são excedidos para prevenir o colapso térmico.
Monitoramento de Parâmetros Elétricos do Ponto Neutro e Alarme de Assimetria: Monitorar continuamente a corrente do ponto neutro e a tensão de deslocamento do sistema (tensão zero-sequence), e configurar funções de alarme de sobre-limite de assimetria. Ao detectar parâmetros elétricos persistentes/frequentes anormais do ponto neutro (indicando aterramento intermitente, ressonância ou degradação do isolamento), emitir avisos imediatos para intervenção precoce de defeitos.
Conclusões de Otimização e Recomendações de Implementação
