Defeitos em transformadores é o título de uma série de postagens que estamos dando início. Hoje vamos falar da deterioração de materiais isolantes e enrolamentos.
Deterioração dos materiais isolantes de transformadores:
O envelhecimento de transformadores é diretamente associado à deterioração do sistema isolante, que é composto por materiais sólidos (papel e papelão) e líquidos (óleo isolante). A degradação do isolamento sólido é fator determinante da vida útil do equipamento, uma vez que, diferentemente do óleo, que pode ser tratado, regenerado ou substituído, a sua troca implica na desmontagem do transformador e intervenção nos enrolamentos que compõem a parte ativa.
Os materiais isolantes sólidos são produzidos a partir de celulose, cujos parâmetros de avaliação se baseiam no grau de polimerização (GP).Na medida em que um transformador permanece em operação há o seu natural aquecimento, fator que conjugado com umidade e oxigênio que permanecem impregnados no óleo isolante provocam a degradação da isolação e consequente diminuição do GP.
A diminuição do grau de polimerização está diretamente associada à quebra das cadeias celulósicas que compõem estes materiais, devido à ação de fenômenos inerentes ao funcionamento normal de transformadores que são de natureza térmica (aquecimento), oxidativa (oxigênio) e hidrolítica (umidade).
Procedimentos de manutenção, com secagem do óleo para remoção da umidade nele dissolvido, instalação de dispositivos de selagem que isolem o contato do óleo com o ar ambiente, ou a correta manutenção dos filtros de sílica (para retirada de umidade do ar que entra em contato com o óleo do transformador) são práticas importantes e necessárias, que associadas a baixas temperaturas de operação (por condições do ambiente e de regime de carga) estendem a vida do sistema isolante sólido, porém não permitem eternizá-lo.
A condição de conservação do transformador e a sua vida remanescente são determinadas através da análise do grau de polimerização de amostras de papel isolante coletadas no ponto mais quente das bobinas, normalmente localizado nas partes mais internas e na região superior dos enrolamentos. Essas amostras são analisadas e os resultados são comparados com valores de referência para papéis isolantes novos e em final de vida útil.
Em papéis novos, após processo de secagem, os valores médios de referência são da ordem de 1000 a 1100 e em fim de vida útil de 150 a 250 [25]. Estes valores de referência são utilizados normalmente por fabricantes, empresas concessionárias de energia elétrica e entidades de pesquisa.
Quanto mais deteriorado estiver o papel isolante, menor será o GP. Consequentemente as cadeias celulósicas estarão quebradas e o papel, mais quebradiço, terá menor capacidade de suportar esforços mecânicos, principalmente quando o transformador for submetido a um curto-circuito.
Deformação mecânica dos enrolamentos por esforços de curto-circuito:
A ação de esforços mecânicos de origem elétrica sobre enrolamentos de transformadores são condições inerentes à sua utilização, motivo pelo qual as bobinas são montadas e prensadas na parte ativa de forma que apresentem considerável resistência mecânica.
Ocorre que um transformador também está sujeito à ocorrência de curtos-circuitos no sistema por ele alimentado, o que resulta na ação de esforços mecânicos de grande intensidade, dado que a força que atua sobre condutores imersos em um campo magnético é proporcional ao quadrado da corrente [fonte: Repotenciamento de Transformadores. Revista Qualimetria]
A referência quanto à suportabilidade de um transformador a esse tipo de fenômeno é definida por normas que estabelecem limites máximos de amplitude e duração de curtos-circuitos simétricos e assimétricos aos quais o equipamento pode ser submetido sem sofrer danos.Ocorre que na prática esses valores podem ser excedidos em função de particularidades dos tipos de proteções utilizadas, características do sistema elétrico e até mesmo de determinadas ocorrências.
Assim, faz-se necessário o entendimento da forma como se comportam os enrolamentos de transformadores quando submetidos à ação de esforços resultantes de um curto-circuito.
Do ponto de vista mecânico, as deformações de enrolamentos podem ser divididas em dois tipos:
• deformações elásticas: são reversíveis e não implicam em mudança estrutural das bobinas, portanto sem implicações ao funcionamento normal do equipamento;
• deformações plásticas: são mecanicamente irreversíveis, provocando a alteração permanente da estrutura atômica dos condutores, deslocamento e quebra de suportes isolantes e calços. Neste caso ocorrem danos que implicam em necessidade de intervenção na parte ativa.
Os esforços mecânicos são resultado de:
• forças radiais, provocadas pela componente axial do campo magnético, que atuam na direção do raio do enrolamento;
• forças axiais, provocadas pela componente radial do campo magnético, que atuam na direção do eixo do enrolamento.
Cumpre observar que o envelhecimento do papel isolante, dada a sua fragilidade mecânica, aumenta significativamente a possibilidade de falhas pela ação de esforços eletrodinâmicos que atuam sobre os enrolamentos durante um curto-circuito alimentado pelo transformador, ou seja, são causas interligadas.
Fonte: “Falha em trafo” – Ricardo Bechara
