Causas de curto-circuito repentino em transformadores

■ Inspeção e teste de enrolamento

Quando um transformador entra em curto-circuito, sob a ação da força eletrodinâmica, o enrolamento é submetido simultaneamente a pressão, tensão, flexão e outras forças, resultando em um forte mascaramento da falha, o que dificulta a verificação e o reparo. Portanto, o enrolamento deve ser verificado após a ocorrência do curto-circuito.

■ Medição da resistência CC do transformador

De acordo com o valor medido da resistência CC do transformador, verifica-se a taxa de desequilíbrio da resistência CC do enrolamento e compara-se com o valor medido anteriormente, o que permite investigar eficazmente os danos no enrolamento do transformador. Por exemplo, após um curto-circuito em um transformador, a resistência CC na direção C, no lado de baixa tensão, aumentou em cerca de 10%, levando à suspeita de novos filamentos no enrolamento. Por fim, o enrolamento foi removido para inspeção e constatou-se que um filamento do enrolamento da fase C estava rompido.

■ Medição da capacitância do enrolamento do transformador

A capacitância do enrolamento é composta pela capacitância entre espiras, entre camadas, entre blocos e pela capacitância do próprio enrolamento. Essa capacitância está relacionada à distância entre os enrolamentos e o núcleo de ferro e o terra, à distância entre os enrolamentos e o núcleo de ferro, à distância entre os enrolamentos, à distância entre as camadas e à distância entre os blocos. Quando o enrolamento se deforma, geralmente assume uma forma de "S", o que resulta em uma menor distância entre o enrolamento e o núcleo de ferro e, consequentemente, em uma maior capacitância do enrolamento em relação ao terra. Quanto menor a distância, maior a variação da capacitância. Portanto, a capacitância do enrolamento pode refletir indiretamente o grau de deformação do enrolamento.

■ Inspeção após levantar a tampa

Após a instalação da tampa do transformador, se forem encontrados escória de cobre fundido, escória de alumínio ou fragmentos de papel de cabo de alta densidade em seu interior, pode-se concluir que o enrolamento sofreu um alto grau de deformação e ruptura dos filamentos. Além disso, o grau de dano do enrolamento também pode ser avaliado pelo deslocamento e queda do bloco de amortecimento do enrolamento, pela posição da placa de pressão, pelo deslocamento do pino de pressão, etc.

■ Inspeção do núcleo de ferro e da braçadeira

O núcleo de ferro do transformador deve possuir resistência mecânica suficiente, garantida pela robustez de todas as peças de fixação ao núcleo e seus conectores. Quando o enrolamento gera força elétrica, a força axial do enrolamento será contrabalançada pela força de reação da fixação. Se a resistência da fixação e da placa de tração for inferior à força axial, a fixação, a placa de tração e o enrolamento serão danificados. Portanto, é necessário verificar cuidadosamente o estado do núcleo de ferro, da fixação, da placa de tração e seus conectores, e verificar as seguintes condições:

① Verifique se o chip do jugo no núcleo de ferro se move para cima e para baixo.

② Deve-se medir a resistência de isolamento entre o parafuso perfurador do núcleo e o núcleo de ferro, verificar se há danos na capa do parafuso perfurador e verificar se há danos na placa de tração e no conector da placa de tração.

③ Quando o transformador entra em curto-circuito, pode haver deslocamento entre a placa de prensagem e a peça de fixação, o que pode causar o desprendimento ou a queima da conexão de aterramento da placa de prensagem e do núcleo de ferro no pino de prensagem devido à sobrecorrente. Portanto, para a placa de prensagem do enrolamento, além de verificar danos no pino de prensagem e na placa de prensagem, verifique se a conexão de aterramento entre o enrolamento, o pino de prensagem e o núcleo superior está confiável.

■ Análise de óleo e gás para transformadores

Após um curto-circuito no transformador, uma grande quantidade de gás pode se acumular no relé de gás. Portanto, após um acidente com o transformador, o gás presente no relé e o óleo do transformador podem ser coletados para análise química, a fim de determinar a natureza do acidente.

■ Questões que exigem atenção no tratamento de falhas de curto-circuito em transformadores

(1) Assegure o desempenho das peças isolantes ao substituir as peças isolantes.

Durante o tratamento, o desempenho das peças isolantes substituídas deve ser testado, e elas só podem ser utilizadas após atenderem aos requisitos. Deve-se dar atenção especial ao isolamento do bloco de madeira do suporte de chumbo. O bloco de madeira deve ser imerso em óleo térmico de transformador a cerca de 80 °C por um período de tempo antes da instalação para garantir o isolamento do bloco de madeira.

(2) O teste de isolamento do transformador deve ser realizado após o transformador ser preenchido com óleo e permanecer em repouso por 24 horas.

Como algumas partes isolantes umedecidas podem se difundir para a superfície isolante após ficarem imersas em óleo quente por um longo período, os defeitos de isolamento podem não ser detectados após a injeção de óleo. Por exemplo, um bloco de suporte de madeira da barra de cobre de 10 kV foi substituído no lado de baixa tensão de um transformador de 31,5 MVA e 110 kV durante o tratamento. Após o transformador ser preenchido com óleo, todos os testes apresentaram resultados normais. A resistência de isolamento do lado de baixa tensão de 10 kV em relação ao núcleo de ferro, à braçadeira e ao terra foi reduzida para cerca de 1 MΩ. Após a inspeção da tampa suspensa, constatou-se que o isolamento do bloco de suporte de madeira da barra de cobre de 10 kV era muito baixo. Portanto, o teste de isolamento deve ser realizado de forma confiável 24 horas após o transformador ser preenchido com óleo.

(3) Deve-se prestar atenção aos cantos vivos do núcleo de ferro durante a remontagem.

Ao reinstalar o núcleo de ferro na culatra, preste atenção à quina viva do núcleo e meça imediatamente o isolamento entre os canais de óleo, especialmente na quina viva do núcleo junto ao canal de óleo, para evitar o aterramento em múltiplos pontos devido à ligação do núcleo. Por exemplo, em um transformador de 220 kV com 120 MVA, ao substituir o enrolamento no lado de baixa tensão e reinstalar a culatra, o isolamento entre os canais de óleo foi medido como zero após a instalação, porque a quina viva do núcleo não foi percebida durante a reinstalação e o isolamento entre os canais de óleo não foi medido a tempo. Levou muito tempo para descobrir que o canal de óleo estava em curto na quina viva do núcleo.

(4) Substitua o material de enrolamento por um com alta resistência a curto-circuito.

A resistência mecânica do enrolamento do transformador com estrutura aprimorada é determinada principalmente pelos dois aspectos seguintes:

① Em primeiro lugar, a resistência mecânica do enrolamento é determinada por fatores inerentes à sua própria estrutura;

② O segundo fator é a resistência mecânica, determinada pelo suporte na face interna do enrolamento, pela estrutura de compressão axial do enrolamento e pelo processo de fabricação das placas de tração e das braçadeiras. Atualmente, a maioria dos fabricantes de transformadores utiliza fio de cobre semi-rígido ou condutor transposto autoadesivo para melhorar a capacidade de resistência a curto-circuito do próprio enrolamento, utiliza cilindros de papelão de melhor qualidade ou aumenta o número de braçadeiras para melhorar a capacidade do enrolamento de suportar força radial e utiliza placas de tração ou pinos de mola para melhorar a capacidade do conjunto de enrolamento de suportar força axial.

Como departamento técnico do fabricante de transformadores de potência, durante a demonstração técnica prévia à assinatura do contrato de venda do transformador e à substituição do enrolamento, a capacidade de proteção contra curto-circuito do enrolamento deve ser minuciosamente investigada e receber a devida atenção.

(5) Secagem do transformador

Como o transformador precisa de manutenção regular por um longo período após sofrer um curto-circuito, duas medidas podem ser tomadas para evitar que ele fique úmido:

① Primeiramente, antes do término de cada dia de trabalho, o transformador deve ser coberto e uma bomba de vácuo deve ser utilizada para criar vácuo no transformador, removendo a água livre da superfície do corpo do transformador. Ao iniciar o trabalho no dia seguinte, deve-se utilizar nitrogênio seco ou ar seco para remover o vácuo. Geralmente, o transformador pode ser colocado em operação diretamente após 24 horas de circulação de óleo quente após a manutenção.

② Em segundo lugar, após a conclusão do trabalho diário, devem ser tomadas medidas de proteção contra chuva para o transformador. Após a conclusão do trabalho, o transformador deve ser seco por meio de aspersão de óleo quente, o que geralmente leva de 7 a 10 dias.

(6) Outras precauções

Após um curto-circuito no transformador, além dos testes convencionais, a natureza da falha deve ser determinada e analisada combinando os resultados dos testes de óleo do transformador, gás do relé, resistência CC do enrolamento, capacitância do enrolamento e medição da deformação do enrolamento. Deve-se verificar a deformação dos enrolamentos, o deslocamento e a folga dos núcleos de ferro e das braçadeiras, e então determinar o plano de tratamento e as medidas preventivas para o transformador. Quando o enrolamento precisar ser substituído devido à deformação grave causada pelo curto-circuito, deve-se atentar para a remontagem dos núcleos de ferro, a secagem de todas as partes isolantes, o tratamento do óleo do transformador e a secagem completa do transformador.