O transformador no gabinete de alta tensão queimou durante a operação. Qual é a razão?

1. Fenômenos de sobretensão

A sobretensão é o principal culpado por falhas de PT, abrangendo dois cenários principais:

• Ressonância ferromagnética: Prevalente em sistemas não aterrados ou abaixo de 10kV, a ressonância ferromagnética ocorre quando distúrbios no sistema (por exemplo, aterramento monofásico, mau funcionamento do disjuntor) desencadeiam oscilações anormais entre a indutância do PT e a capacitância da linha. Isso gera sobretensões várias vezes o valor nominal, danificando os enrolamentos e o isolamento. A explosão de um PT de 10kV de uma indústria química foi atribuída à sobretensão ressonante causada por um fio incorreto no delta aberto, que amplificou as flutuações de tensão.

• Relâmpagos e sobretensões transitórias: Descargas diretas ou indiretas de relâmpago injetam grandes tensões de sobretensão nos PTs. Como a maioria dos PTs é aterrada por meio dos enrolamentos secundários, eles não possuem isolamento suficiente para suportar tais pulsos. Da mesma forma, a comutação de capacitores induz sobretensões transitórias que excedem os limites dielétricos do PT, levando à ruptura do isolamento.

2. Erros de fiação e falhas no circuito secundário

A fiação incorreta representa uma parcela significativa das explosões de PT, frequentemente negligenciada durante a instalação e manutenção:

• Curto-circuito secundário: Deviação incorreta dos enrolamentos secundários (por exemplo, curto-circuito fase-a-fase ou fase-terra) cria corrente excessiva, aquecendo os enrolamentos e inflamando o isolamento. Uma explosão em uma subestação GIS de 110kV ocorreu 43 segundos após a comissionamento quando os enrolamentos auxiliares da fase C foram conectados incorretamente, causando um curto-circuito que derreteu o isolamento e acionou a acumulação de pressão induzida por arco.

• Configuração incorreta do delta aberto: Troca dos terminais L e N nos enrolamentos do delta aberto (usados para monitoramento de isolamento) cria curtos-circuitos virtuais. Isso levou ao desgaste repetido do PT e a uma explosão catastrófica na chaveamento de 10kV de uma usina de ureia.

• Negligenciamento de enrolamentos não utilizados: Enrolamentos auxiliares não conectados, se deixados sem terminação, podem atuar como cavidades ressonantes, amplificando as tensões de tensão.

3. Qualidade do equipamento e degradação do isolamento

Defeitos de fabricação e envelhecimento aumentam significativamente os riscos de explosão:

• Flaws de isolamento: Impurezas, bolhas de ar ou má fundição de epóxi nos enrolamentos do PT reduzem a resistência dielétrica, causando descargas parciais e eventual ruptura. Uma explosão do PT de um segmento de segurança de 10kV foi atribuída à degradação do isolamento no enrolamento primário, levando a curtos-circuitos fase-a-fase.

• Classe de isolamento inadequada: PTs semi-isolados são propensos a falhas se a resistência à terra exceder os limites. A atualização para PTs totalmente isolados resolve o problema recorrente de queima de fusíveis e os riscos de explosão.

• Envelhecimento e desgaste: A operação a longo prazo em temperaturas elevadas ou alta umidade acelera o envelhecimento do isolamento. Uma explosão do PT de uma usina termelétrica de 35kV foi relacionada a 15 anos de serviço sem renovação do isolamento, levando a uma ruptura progressiva.

4. Distúrbios do sistema e fatores externos

• Impacto da corrente de inrush: A comutação do banco de capacitores gera correntes de inrush de até 50 vezes o valor nominal, submetendo as bobinas do PT a tensão mecânica e danificando o isolamento. A instalação de reatores limitadores de sobretensão ou chaves síncronas mitiga esse risco.

• Resonância harmônica: Cargas não lineares (por exemplo, controladores de frequência variável) introduzem harmônicos que levam os núcleos do PT a uma saturação profunda, aumentando a corrente de excitação e o aquecimento. Isso cria um ciclo de realimentação que se intensifica até causar a falha do isolamento.

Estratégias de prevenção e mitigação

Para minimizar as explosões do PT, implemente as seguintes medidas proativas:

1. Instale dispositivos de supressão de harmônicos: Adicione amortecedores de ressonância em delta aberto (resistores ou supressores eletrônicos) para dissipar a energia ressonante. Para proteção do lado primário, use resistores de ponto neutro de óxido de zinco não lineares.

1. Verificação rigorosa do cablagem: Realize verificações abrangentes do circuito secundário, incluindo testes de continuidade e verificação de polaridade. Rotule os terminais claramente e siga os diagramas do fabricante.

1. Garantia de qualidade: Selecione transformadores de tensão (PTs) com sistemas de isolamento certificados e realize testes dielétricos pré-instalação. Evite PTs semi-isolados em ambientes de aterramento instáveis.

1. Monitoramento de condição: Implante termografia infravermelha para detectar aquecimento anormal e descargas parciais. Integre registradores de falhas para analisar as formas de onda de tensão/corrente em busca de assinaturas de ressonância.

1. Proteção contra sobretensões: Instale arrestadores de sobretensão de óxido metálico (MOSAs) no lado primário dos PTs para desviar raios e sobretensões transitórias.

Conclusão

As explosões de PTs em quadros de distribuição em operação decorrem de fatores interconectados: eventos de sobretensão, erros de cablagem, defeitos de equipamento e distúrbios do sistema. Ao entender esses mecanismos e implementar estratégias de prevenção direcionadas, como supressão de ressonância, protocolos rigorosos de cablagem e monitoramento proativo, as instalações podem proteger o pessoal, minimizar o tempo de inatividade e garantir a confiabilidade da rede. A manutenção regular e a adesão aos padrões da indústria são imprescindíveis para mitigar esses riscos de alto impacto.