dissertacao ricardo bechara

RICARDO BECHARA

ANLISE DE FALHAS DE TRANSFORMADORES DE POTNCIA

SO PAULO 2010

RICARDO BECHARA


Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Eltrica

SO PAULO 2010

RICARDO BECHARA


Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Eltrica rea de Concentrao: Sistemas de Potncia Orientador: Prof. Dr. Augusto F. Brando Jr.

SO PAULO 2010

Este exemplar foi revisado e alterado em relao verso original, sob responsabilidade nica do autor e com a anuncia de seu orientador. So Paulo, 20 de maio de 2010.

Assinatura do autor ____________________________

Assinatura do orientador _______________________

FICHA CATALOGRFICA

Bechara, Ricardo Anlise de falhas em transformadores de potncia / R.

Bechara. -- ed.rev. -- So Paulo, 2010. 102 p.

Dissertao (Mestrado) - Escola Politcnica da Universidade

de So Paulo. Departamento de Engenharia de Energia e Auto-mao Eltricas.

1. Transformadores e reatores I. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia de Energia e Automao Eltricas II. t. Bechara, Ricardo

Anlise de falhas de transformadores de potncia / R. Bechara. -- So Paulo, 2010.

102 p.

Aos meus pais, que sempre me deram

apoio e contriburam para a minha

formao.

minha esposa, pela pacincia e apoio

durante a realizao deste estudo.

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Augusto Ferreira Brando Jr., pelo auxlio e contribuio durante a

realizao do curso de Mestrado.

RESUMO

Transformadores de potncia so equipamentos essenciais no sistema eltrico

de potncia, alterando os nveis de tenso para interligar os sistemas de gerao,

transmisso e distribuio de energia eltrica.

Neste trabalho so relacionados e descritos os principais modos de falha

normalmente verificados em transformadores, associados ao levantamento

estatstico que compe um banco de dados elaborado a partir de percias

realizadas entre os anos de 2.000 e 2.008 para companhias seguradoras.

apresentada e desenvolvida uma anlise de falhas verificadas em cerca de

uma centena de transformadores com diferentes tipos de aplicao, classes de

tenso e nveis de potncia. O objetivo do estudo contribuir com um melhor

entendimento de causas de falhas e os tipos de transformadores mais

suscetveis a cada uma delas.

Palavras-chave: Transformadores de Potncia, Sistemas de Potncia, Falhas de

transformadores.

ABSTRACT

Power transformers are essential equipment in the electric system by changing

the voltage levels in order to connect generation, transmission and distribution

systems of electric energy.

In this study are related and described the most common failure modes in

transformers, associated with the statistical statement that makes up a database

developed from expertise held between the years 2000 and 2008 for insurance

companies.

It is presented and developed an analysis of failures found in around a hundred

transformers with different types of application, classes of voltage and power

levels. The objective of the study is to contribute to a better understanding of the

causes of failures and the transformers types most susceptible to each one.

Keywords: Power transformers, Power systems, Transformer failures.

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 2.1.: Transformador monofsico ( esquerda) e trifsico ( direita) ................................ 4

Figura 2.2: Esquema bsico do sistema eltrico ............................................................................. 4

Figura 2.3: Caractersticas construtivas de um transformador de potncia ............................... 5

Figura 2.4: Transformadores monofsicos com duas colunas principais, uma ou duas colunas principais e duas de retorno ................................................................................................. 6

Figura 2.5: Transformador trifsico com trs colunas principais .................................................. 6

Figura 2.6: Transformador trifsico com trs colunas principais e duas de retorno .................. 6

Figura 2.7: Esquema de enrolamentos de transformador elevador ............................................. 9

Figura 2.8: Esquema de enrolamentos de transformador de transmisso ............................... 10

Figura 3.1: Ilustrao dos principais componentes de uma bucha e o contexto em que a mesma se insere em um transformador ......................................................................................... 13

Figura 3.2: Comutador sob carga tipo M, marca MR ................................................................... 14

Figura 3.3: Exemplo do funcionamento de um comutador sob carga........................................ 15

Figura 5.1: Transformador monofsico de 550MVA, classe de tenso 800kV em chamas ... 32

Figura 5.2: Esforos eletrodinmicos que atuam sobre enrolamentos durante um curto-circuito. ................................................................................................................................................. 38

Figura 5.3: Vista geral da parte ativa de transformador de 25MVA, classe de tenso 138kV 40

Figura 5.4: Detalhe dos danos por esforos eletrodinmicos nos enrolamentos .................... 40

Figura 5.5: Parte ativa de transformador monofsico de 155MVA, classe de tenso 550kV, com danos na regio do terminal de alta tenso........................................................................... 45

Figura 5.6: Parte ativa de transformador trifsico de 418MVA, classe de tenso 550kV ....... 46

Figura 5.7: Danos na regio superior da bobina de alta tenso da fase central ...................... 46

Figura 5.8: Parte ativa de transformador de 15MVA, classe de tenso 69kV, com danos por deformao e curto-circuito entre espiras na bobina de alta tenso da fase central .............. 47

Figura 5.9: Parte ativa de transformador de 9MVA, classe de tenso 88kV ............................ 50

Figura 5.10: Marcas e carbonizao na regio de conexo entre contatos fixos e mveis do comutador ............................................................................................................................................ 50

Figura 5.11: Transformador de 60MVA, classe de tenso 138kV com danos por incndio... 51

Figura 5.12: Chave de carga do comutador, encontrada a cerca de 50 metros do transformador, com diagnstico de danos generalizados. .......................................................... 52

Figura 5.13: Tampa do comutador encontrada prximo chave de carga, com danos por quebra e ruptura do fusvel mecnico ............................................................................................. 52

Figura 5.14: Transformador de 60MVA, classe de tenso 230kV .............................................. 54

Figura 5.15: Vista parcial da parte ativa com diagnstico de contaminao por partculas carbonizadas e cacos da porcelana da bucha .............................................................................. 54

Figura 5.16: Detalhe dos danos por curto-circuito na regio do tap capacitivo na parte inferior da bucha de alta tenso (230kV) que deu origem ao evento. ..................................................... 55

Figura 5.17: Vista area do transformador em chamas, obtida em vdeo produzido pela Rede Globo .................................................................................................................................................... 55

Figura 5.18: Transformador de 138kV, 33MVA com danos generalizados por incndio ........ 56

Figura 5.19: Remanescentes das buchas de alta tenso (138kV) em separado. ................... 56

Figura 5.20: Detalhe de um pedao da porcelana da parte superior da bucha, que foi coletada no local da ocorrncia, com marcas de arvorejamento caractersticas de descargas parciais ................................................................................................................................................. 56

Figura 5.21: Detalhe da falha de conexo de uma das buchas de baixa tenso de um transformador ...................................................................................................................................... 58

Figura 5.22: Transformador de 12,5MVA, classe de tenso 69kV, com danos generalizados por incndio ......................................................................................................................................... 59

Figura 5.23: Detalhe dos danos por arco eltrico no comutador a vazio .................................. 60

Figura 5.24: Parte ativa de transformador de 550MVA, classe de tenso 800kV ................... 61

Figura 5.25: Capas isolantes dos tirantes de prensagem da parte ativa com marcas de carbonizao e presena de bolhas em seu interior .................................................................... 62

Figura 5.26: Ilustrao do mecanismo de ataque do enxofre corrosivo sobre o cobre e o papel isolante que envolve o condutor............................................................................................ 63

Figura 5.27: Vista geral da bobina de um transformador avariado em funo do ataque por enxofre corrosivo e detalhe de uma amostra de condutor coletada do enrolamento. ............ 64

Figura 5.28: Teste de resistncia hmica realizada com um multmetro. A amostra esquerda, ntegra, tem elevada resistncia. A amostra direita, contaminada por compostos de enxofre, apresenta caractersticas condutoras indesejveis. ................................................ 64

Figura 5.29: Padro de cores para identificao da presena de enxofre, conforme a ASTM D130 IP54 ............................................................................................................................................ 66

LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1: Referncias para avaliao de riscos em transformadores a partir das quantidades de gases combustveis, expressas em ppm ........................................................... 20

Tabela 4.2: Fatores para estabelecimento dos parmetros de correlao de gases .............. 22

Tabela 4.3: Diagnstico de transformadores a partir da correlao de gases prescrita na norma ABNT 7274 .............................................................................................................................. 22

Tabela 4.4: Caractersticas de leos isolantes novos .................................................................. 23

Tabela 4.5: Parmetros de propriedades fsico qumicas ............................................................ 24

Tabela 4.6: Tabela com referncias de diagnstico para interpretao dos dados do grfico dos nveis de contaminao do leo isolante ................................................................................ 28

Tabela 4.7: Referncias de diagnstico para interpretao dos dados do grfico dos nveis de contaminao do leo isolante ................................................................................................... 28

Tabela 6.1: Universo de transformadores de potncia inspecionados ...................................... 68

Tabela 6.2: Levantamento estatstico de falhas em transformadores de potncia .................. 69

Tabela 6.3: Levantamento de danos em transformadores de subtransmisso ........................ 70

Tabela 6.4: Levantamento de danos em transformadores elevadores...................................... 74

Tabela 6.5: Levantamento de danos em transformadores de transmisso .............................. 77

Tabela 6.6: Relao de falhas de equipamentos ente o 1 e 40 ano de operao ................ 83

Tabela 6.7: Relao de falhas de equipamentos ente o 1 e 16 ano de operao ................ 85

Tabela 6.8: Relao de falhas de equipamentos ente 11 e 40 ano de operao ................ 86

LISTA DE GRFICOS

Grfico 4.1: Concentrao tpica de gases resultantes de leo isolante superaquecido ....... 18

Grfico 4.2: Concentrao tpica de gases resultantes de celulose superaquecida ............... 19

Grfico 4.3: Concentrao tpica de gases resultantes de descargas parciais ........................ 19

Grfico 4.4: Concentrao tpica de gases resultantes de arco eltrico ................................... 20

Grfico 4.5: Grfico que apresenta referncias dos nveis de contaminao do leo isolante de transformadores, conforme Working Group 12.17 do Cigr Effect of Particles on Transformer Dielectric Strength ....................................................................................................... 27

Grfico 4.6: Referncia para correlao entre o teor de furfuraldedo e o grau de polimerizao ...................................................................................................................................... 29

Grfico 6.1: Relao de quantidade de falhas de transformadores de subtranmisso em funo da idade .................................................................................................................................. 71

Grfico 6.2: Componente afetado nas falhas de transformadores de subtransmisso .......... 72

Grfico 6.3: Natureza de danos em transformadores de subtransmisso ................................ 73

Grfico 6.4: Relao de quantidade de falhas de transformadores de gerao em funo da idade ..................................................................................................................................................... 75

Grfico 6.5: Componente afetado nas falhas de transformadores de gerao ........................ 75

Grfico 6.6: Natureza de danos em transformadores de gerao ............................................. 76

Grfico 6.7: Relao de quantidade de falhas de transformadores de transmisso em funo da idade ............................................................................................................................................... 78

Grfico 6.8: Componente afetado nas falhas de transformadores de transmisso ................. 78

Grfico 6.9: Natureza de danos em transformadores de transmisso ...................................... 79

Grfico 6.10: Tipos e quantidades de falhas identificadas nos transformadores ..................... 80

Grfico 6.11: Porcentagem de falhas em transformadores ......................................................... 81

Grfico 6.12: Componente afetado nas falhas de transformadores ........................................... 81

Grfico 6.13: Relao de quantidade de falhas de transformadores em funo da idade ..... 82

Grfico 6.14: Relao entre a quantidade de falhas e o tempo de operao dos transformadores .................................................................................................................................. 84

Grfico 6.15: Anlise estatstica de falhas ente o 1 e 16 ano de operao dos transformadores .................................................................................................................................. 86

Grfico 6.16: Anlise estatstica de falhas ente o 10 e 39 ano de operao dos transformadores .................................................................................................................................. 87

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ONAN - leo natural, ar natural

ONAF - leo natural, ar forado

OFAF - leo forado, ar forado

ODAF - leo dirigido, ar forado

OFWF - leo forado, gua forada

ppm partculas por milho

V- volt

kV - kilo volt

MVA - mega volt ampere

T - tesla

GP - grau de polimerizao

p.u. - por unidade

VFT - very fast transient

GIS - gas insulated substation

ANEEL - Agncia Nacional de Energia Eltrica

ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas

ASTM American Society for Testing and Materials

IEEE Institute of Electrical ans Electronic Engineers

CIGR - Conseil International ds Grands Rseaux Electriques

SUMRIO

1. INTRODUO .............................................................................................................................. 1

1.1 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................................ 2

1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO ............................................................................................... 3

2. TRANSFORMADORES DE POTNCIA ................................................................................... 4

2.1 Transformadores Elevadores ............................................................................................. 9

2.2 Transformadores de Transmisso ................................................................................... 10

2.3 Transformadores de Subtransmisso ............................................................................. 11

2.4 Transformadores de Distribuio ..................................................................................... 11

3. EQUIPAMENTOS ASSOCIADOS A TRANSFORMADORES ............................................ 12

3.1 Buchas ................................................................................................................................. 12

3.2 Comutadores ....................................................................................................................... 13

4. DIAGNSTICO E MANUTENO PREVENTIVA ............................................................... 16

4.1 Anlise do leo isolante ..................................................................................................... 16

4.1.1 Anlise de gases dissolvidos .................................................................................... 17

4.1.2 Anlise fsico qumica ................................................................................................ 23

4.1.3 Contagem de Partculas ............................................................................................ 25

4.1.4 Teor de Furfuraldedo ................................................................................................ 29

4.2 Termografia ......................................................................................................................... 30

4.3 Temperatura do leo e enrolamentos ............................................................................. 30

4.4 Tcnicas avanadas de monitorao .............................................................................. 31

5. FALHAS EM TRANSFORMADORES DE POTNCIA ......................................................... 32

5.1 Coleta e anlise de dados ................................................................................................. 33

5.2 Testes eltricos ................................................................................................................... 34

5.3 Tipos de falhas e defeitos em transformadores............................................................. 35

5.3.1 Deteriorao dos materiais isolantes ...................................................................... 36

5.3.2 Deformao mecnica dos enrolamentos por esforos de curto-circuito .......... 37

5.3.3 Sobretenses .............................................................................................................. 41

a) Sobretenses Temporrias ............................................................................................... 41

b) Sobretenses de Manobra ................................................................................................ 43

c) Sobretenses Transitrias Muito Rpidas (Very Fast Transient - VFT) .................... 44

d) Sobretenses de Descargas Atmosfricas .................................................................... 47

5.3.4 Falhas de acessrios e componentes ..................................................................... 48

5.3.5 Falha de comutadores ............................................................................................... 49

5.3.6 Falha de buchas ......................................................................................................... 53

5.3.7 Falha de conexes ..................................................................................................... 57

5.3.8 Manuteno Inadequada ou Inexistente ................................................................. 58

5.3.9 Defeitos de fabricao ............................................................................................... 60

5.3.10 Ataque por enxofre corrosivo .................................................................................... 62

6. LEVANTAMENTO ESTATSTICO E CORRELAES ....................................................... 68

6.1 Transformadores de Subtransmisso ............................................................................. 70

6.2 Transformadores de Gerao .......................................................................................... 74

6.3 Transformadores de Transmisso ................................................................................... 77

6.4 Anlise de Dados ............................................................................................................... 80

6.5 Anlise Estatstica de Dados ............................................................................................ 82

7. CONCLUSO ............................................................................................................................. 89

REFERNCIAS .................................................................................................................................. 90

ANEXO I............................................................................................................................................... 93

1

1. INTRODUO

A energia eltrica essencial em todas as atividades humanas modernas. Falhas

ou anomalias no fornecimento de energia implicam em graves desdobramentos,

em vrios aspectos, seja de mbito econmico, quanto de segurana, de forma

que h requisitos especficos para qualidade de energia, continuidade de

fornecimento e disponibilidade de equipamentos para atendimento s

necessidades do sistema eltrico, tanto nas condies normais quanto em

contingncias.

Os parmetros de qualidade e de continuidade operacional so estabelecidos

pelos rgos reguladores das atividades do setor eltrico no pas, visando a

integridade do sistema e implicando em penalidades severas em caso de

interrupes ou m qualidade na prestao desse servio.

Tais aspectos, associados a demandas crescentes, limitao de espao,

economia de materiais, classes de tenso mais altas, tm influenciado de forma

decisiva no estudo de metodologias que permitam a obteno de informaes

precisas sobre tipos de falhas em equipamentos, suas causas, seus

desdobramentos, fatores de deflagrao de falhas e medidas preventivas que

possam ser tomadas no sentido de se minimizar ocorrncias futuras de mesma

natureza.

Transformadores de potncia so equipamentos essenciais na transmisso e

distribuio de energia eltrica, estando amplamente integrados em usinas,

subestaes e indstrias. Sua finalidade a converso de diferentes nveis de

tenso, permitindo a interligao entre os centros produtores e os consumidores

de energia eltrica, num sistema interligado, com limites de estabilidade que

dependem da confiabilidade dos equipamentos.

Assim, sendo o transformador equipamento essencial nos sistemas eltricos,

muito importante entender o seu funcionamento, os tipos de falhas que podem

ocorrer, suas causas e formas de aumentar a sua confiabilidade.

2

1.1 JUSTIFICATIVA

Usinas e subestaes so formadas por diversos equipamentos, tais como

disjuntores, transformadores de medio, rels, cubculos, cabos, isoladores,

torres, geradores, reatores, transformadores, dentre outros.

Falhas de grande monta em geradores, reatores e transformadores, que so os

itens de maior porte e valor em uma instalao desse tipo, certamente resultam

em ndices de indisponibilidade maiores do que os demais, uma vez que:

- nem sempre se dispe de unidade reserva;

- o custo de aquisio elevado;

- os equipamentos so produzidos especificamente para uma determinada

instalao, no sendo fabricados em srie;

- os prazos envolvidos no reparo, fabricao e transporte so ordem de meses.

A partir dos aspectos acima descritos, este estudo tem por objetivo:

- possibilitar um melhor entendimento das causas e motivos pelos quais

transformadores falham;

- desenvolver um critrio de anlise de falhas em transformadores;

- avaliar a suscetibilidade de tipos distintos de transformadores a determinadas

falhas;

- a criao de um banco de dados sobre falhas de transformadores no sistema

eltrico brasileiro.

3

1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO

No captulo 2 so apresentadas as principais caractersticas construtivas dos

transformadores de potncia utilizados no sistema eltrico.

No captulo 3 so descritos os principais equipamentos associados ao

funcionamento de transformadores.

No captulo 4 apresentado um panorama geral dos principais mtodos de

diagnstico e manuteno preventiva de transformadores.

No captulo 5 so descritos os principais modos de falhas em transformadores,

suas caractersticas e exemplos fotogrficos de cada um.

No captulo 6 feita uma anlise estatstica de falhas em 92 transformadores

inspecionados pelo autor durante oito anos de trabalho para companhias

seguradoras no sistema eltrico brasileiro.

No captulo 7 so apresentadas as concluses deste estudo.

4

2. TRANSFORMADORES DE POTNCIA

Transformadores de potncia so equipamentos cujo princpio bsico de

funcionamento se d a partir da converso de diferentes nveis de tenso entre a

fonte, ligada ao primrio, e a carga alimentada, ligada ao secundrio.

Podem ser trifsicos ou monofsicos, dependendo das necessidades especficas

de cada instalao, conforme ilustrado na figura 2.1.

Figura 2.1.: Transformador monofsico ( esquerda) e trifsico ( direita)

No sistema eltrico h diferentes tipos de transformadores, conforme ilustrado na

figura 2.2 a seguir, que possuem caractersticas especficas quanto classe de

tenso e potncia.

Figura 2.2: Esquema bsico do sistema eltrico

5

Vistos externamente, conforme figura 2.3, os transformadores so formados por

buchas de alta e baixa tenso, radiadores ou trocadores de calor, tanque

principal, tanque de expanso, painis de controle e outros dispositivos.

Essencialmente so equipamentos mais complexos, conforme ilustrado na figura

2.3 e descrito a seguir, dependendo da interao de diversos componentes para

o seu perfeito funcionamento.

Figura 2.3: Caractersticas construtivas de um transformador de potncia [30]

1) Ncleo: constitudo em lminas para minimizar o efeito denominado por

Foucault, no qual a induo de campo magntico alternado sobre o ncleo

magntico tende a dar origem a correntes eltricas parasitas que ficam

circulando e assim gerando perdas e aquecimento localizado. Corrente de

Foucault, ou corrente parasita, o nome dado corrente induzida em um

condutor quando h variao do fluxo magntico que o percorre. Em alguns

casos a corrente de Foucault pode produzir resultados indesejveis, como perdas

em decorrncia de dissipao de energia por efeito Joule, fazendo com que a

temperatura do material aumente. Para evitar a dissipao por efeito Joule, os

materiais sujeitos a campos magnticos variveis so frequentemente laminados

ou construdos com placas muito finas isoladas umas das outras. Esse arranjo

aumenta a resistncia no trajeto da corrente que atravessa o material, resultado

6

em menor gerao de calor e consequentemente menores perdas. O ncleo

ferromagntico configurado em colunas verticais, sendo que as principais

abrigam blocos de bobinas e as colunas perifricas, denominadas de retorno, so

para fechamento do circuito magntico. As figuras 2.4 a 2.6 a seguir mostram os

tipos de ncleo utilizados em transformadores de potncia:

Figura 2.4: Transformadores monofsicos com duas colunas principais, uma ou duas colunas

principais e duas de retorno

Figura 2.5: Transformador trifsico com trs colunas principais

Figura 2.6: Transformador trifsico com trs colunas principais e duas de retorno

2) Enrolamentos: so bobinas cilndricas formadas por condutores de cobre

retangular convencionais ou transpostos, podendo ser isolados com papel ou

envernizados. As bobinas apresentam um arranjo fsico que pode ser do tipo

helicoidal, em camadas, discos contnuos ou discos entrelaados. A relao entre

o nmero de espiras dos diversos enrolamentos do transformador define seus

nveis de tenso de operao, havendo a possibilidade de se fazer bobinas com

terminais intermedirios, denominados por taps, que podem ser comutados, com

a limitao de que o transformador esteja sem tenso ou at mesmo com o

7

transformador operando sob carga mediante a utilizao de chaves comutadoras

de caractersticas especiais (comutador sob carga).

3) Tanque principal: trata-se do tanque de ao preenchido com leo isolante,

onde a parte ativa, conjunto formado pelas bobinas e o ncleo, imerso. O

tanque pode ser dotado de blindagens nas paredes internas, no sentido de

minimizar o aumento da temperatura do ao por conta da circulao de correntes

parasitas, resultantes do fluxo de disperso gerado na parte ativa.

J o leo isolante tem dupla funo:

- ser absorvido (impregnado) pelo papel isolante de forma a conferir

caractersticas dieltricas especiais ao sistema isolante do transformador;

- circular atravs dos enrolamentos e ncleo, superficialmente e atravs de

reentrncias, canais feitos especialmente com essa finalidade, de forma a

permitir a remoo do calor gerado no funcionamento normal, dissipando assim

as perdas nos enrolamentos e no ncleo.

4) Tanque de expanso de leo: permite a expanso do volume de leo do

transformador por conta das variaes de temperatura a que o equipamento

submetido. Normalmente tanque provido de uma bolsa de borracha que

auxilia no sistema de selagem do transformador.

5) Buchas: so dispositivos de porcelana que tm a finalidade de isolar os

terminais das bobinas do tanque do transformador. Normalmente as buchas com

classe de tenso superior a 13,8kV so do tipo condensivas, onde, no interior do

corpo de porcelana, h uma envoltria de papel e filme metlico imersos em leo

isolante, formando um capacitor.

6) Comutador sob carga: dispositivo eletromecnico que propicia a variao dos

nveis de tenso atravs da mudana dos terminais dos enrolamentos de

regulao, sem que o transformador seja desligado.

7) Acionamento do comutador sob carga: conjunto de mecanismos

eletromecnicos que fazem a mudana da posio do comutador de acordo com

os nveis de tenso desejados;

8) Radiadores/Trocadores de calor: instalados na parte externa do tanque,

fazem a circulao do leo isolante atravs de aletas que, em contato com o ar

ambiente, diminuem a temperatura do leo. A circulao pode ser do tipo natural

(ONAN leo natural, ar natural), com ar forado atravs de motoventiladores

nos radiadores (ONAF leo natural, ar forado), com motobombas para

8

aumentar o fluxo de leo (OFAF leo forado, ar forado), com sistema de leo

dirigido nas bobinas (ODAF leo dirigido, ar forado) ou mesmo com trocadores

de calor que utilizam gua como meio refrigerante ao invs do ar ambiente

(OFWF leo forado, gua forada).

9) Painel de controle: o local onde esto instalados os dispositivos de interface

que permitem o controle e a monitorao do funcionamento do transformador ao

centro de operao da subestao, como temperatura, corrente, monitorao de

gases, descargas parciais, etc.

10) Secador de ar: faz a retirada de umidade do interior do transformador

utilizando slica-gel.

11) Termmetros: medem a temperatura dos enrolamentos e do leo do

transformador.

Apesar do fato de que os componentes aqui descritos se aplicam a qualquer tipo

de transformador, cada equipamento, dependendo da aplicao a que se destina

e de padres definidos pelo comprador, possui caractersticas construtivas

especficas, no havendo, a menos daqueles fabricados na mesma srie,

transformadores idnticos.

Alm disso, h diferentes tipos de construo no que diz respeito quantidade

de enrolamentos, sistema de comutao, refrigerao, dimenses, etc.

A seguir so apresentados os tipos de transformadores comumente encontrados

nos sistemas de gerao, transmisso, subtransmisso e distribuio de energia

eltrica.

9

2.1 Transformadores Elevadores

So transformadores utilizados no sistema de gerao para elevar o nvel de

tenso produzida pelos geradores, normalmente dotados de dois enrolamentos,

conforme mostra a figura 2.7:

Figura 2.7: Esquema de enrolamentos de transformador elevador

A bobina que recebe tenso do gerador, referenciada como baixa tenso,

montada na parte mais interna do bloco, sendo que bobina que ligada carga

alimentada pelo transformador, referenciada como alta tenso, fica na parte mais

externa.

Esse tipo de transformador opera com sistema de mudana de tap sem tenso,

podendo ser dotado de enrolamento especfico para o sistema de regulao ou

atravs de derivaes no enrolamento de alta tenso.

Geralmente so encontrados no sistema eltrico com nveis de tenso primria

de at 20kV e nvel secundrio at 550kV.

10

2.2 Transformadores de Transmisso

So transformadores utilizados em subestaes para interligar linhas e sistemas

em diferentes nveis de tenso. Diferentemente de transformadores elevadores,

tm caractersticas construtivas mais complexas no que diz respeito ao sistema

de regulao de tenso e quantidade de enrolamentos, sendo dotados de

comutadores sob carga, geralmente na alta tenso, onde a mudana de tap

feita durante o funcionamento normal do equipamento sem a necessidade de que

se faa o seu desligamento.

Tambm podem ser utilizados em conjunto com os enrolamentos principais,

enrolamentos menores, montados em outra parte ativa, imersa no mesmo

tanque, que so denominados por transformadores srie.

Nesse tipo de transformador, alm do sistema de regulao sob carga, h a

possibilidade de utilizao de um sistema de regulao a vazio, alm de

enrolamento tercirio acessvel ou no, conforme mostra a figura 2.8:

Figura 2.8: Esquema de enrolamentos de transformador de transmisso

Para esse tipo de aplicao tambm podem ser utilizados autotransformadores,

cujas caractersticas construtivas se diferenciam de transformadores a partir do

arranjo das bobinas.

Esses transformadores geralmente so encontrados no sistema eltrico com

nveis de tenso primria de at 765kV, nvel secundrio at 550kV e tercirio de

13,8 ou 69kV.

11

2.3 Transformadores de Subtransmisso

So transformadores utilizados para rebaixar os nveis de tenso recebidos das

linhas transmisso para alimentao do sistema de distribuio.

Podem ser dotados de apenas dois enrolamentos (um de alta e um de baixa

tenso) com sistema de comutao a vazio ou, de forma muito similar quela dos

transformadores de transmisso, com a utilizao de comutadores sob carga e

at mesmo enrolamento tercirio.


nveis de tenso primria de at 138kV, nvel secundrio at 34,5kV e tercirio de

13,8 ou 6,9kV.

2.4 Transformadores de Distribuio

So transformadores de pequeno porte utilizados para rebaixar os nveis de

tenso recebidos das linhas de distribuio para alimentao dos consumidores

finais.

So dotados de apenas dois enrolamentos (um de alta e um de baixa tenso)

com sistema de comutao a vazio no lado de alta tenso.


nveis de tenso primria de at 34,5kV e nvel secundrio at 440V.

12

3. EQUIPAMENTOS ASSOCIADOS A TRANSFORMADORES

Dentre os componentes associados ao funcionamento de transformadores de

potncia, aqueles que merecem maior destaque em relao ocorrncia de

falhas so as buchas e os comutadores.

Neste captulo so descritas as principais caractersticas de cada um.

3.1 Buchas

Buchas so dispositivos estanques, dotados de pequenos tanques de expanso

para permitir dilataes do volume interno de leo, sem que haja entrada de

umidade ou gases presentes no ambiente. So componentes com distncias

dieltricas crticas e volume de leo relativamente pequeno. Diferentemente de

transformadores, a execuo de anlises do leo isolante para verificao de

suas condies de conservao uma tarefa praticamente impossvel.

Existem tipos distintos de buchas, como as de corpo no condensivo, que so

mais simples construtivamente, formadas por um condutor envolto por uma capa

de porcelana. So buchas geralmente utilizadas em terminais com classe de

tenso no superior a 15kV. As buchas que merecem maior ateno quanto

ocorrncia de falhas, dado que so as mais utilizadas em transformadores de

potncia de grande porte, so as do tipo a leo com corpo condensivo.

O corpo condensivo um capacitor formado por diversas camadas de filme

metlico, envolto por papel isolante impregnado e imerso em leo isolante,

localizado entre o elemento condutor que fica na parte central da bucha e a

parede interna do corpo de porcelana. Tem por objetivo a equalizao do campo

eltrico distribudo ao longo da bucha.

A figura 3.1 a seguir representa uma bucha condensiva a leo e seus principais

componentes.

13

Figura 3.1: Ilustrao dos principais componentes de uma bucha e o contexto em que a mesma se insere em um transformador

3.2 Comutadores

Comutadores so dispositivos eletromecnicos utilizados para alterar os nveis

de tenso e fluxo de potncia em transformadores, atravs da adio ou

subtrao de espiras que compem o enrolamento de regulao.

H dois tipos de comutadores, conforme descrito a seguir.

a) Comutadores de derivao sem carga.

So os comutadores de caractersticas construtivas simples quando comparados

aos comutadores sob carga, amplamente utilizados em aplicaes onde h

pouca necessidade de mudana dos nveis de tenso, como no caso de

transformadores elevadores. So comutadores cuja operao somente pode ser

feita com o transformador desenergizado.

14

b) Comutadores de derivao sob carga.

Comutadores de derivao sob carga, conforme mostrado na figura 3.2 a seguir,

so comutadores de caractersticas construtivas complexas, cujas manobras so

realizadas automaticamente, com o transformador energizado e a plena carga.

O funcionamento desses comutadores depende da interao de componentes

eltricos e mecnicos, que basicamente abrange os seguintes componentes:

sistema de acionamento motorizado: montado externamente ao

transformador, responsvel pelas operaes de troca de posio do

comutador;

chave de carga: dotada de resistores e conjuntos de contatos fixos e

mveis, opera imersa em um cilindro estanque, com volume de leo

prprio, separado do transformador. Trata-se da parte do comutador mais

solicitada durante seu funcionamento, sendo responsvel pela mudana

de posio de contatos, com formao de arco-eltrico limitado no

chaveamento;

chave seletora: composta de contatos fixos e mveis, normalmente

compartilhando o mesmo leo isolante onde imersa a parte ativa. A

mudana de posio dos contatos, dado o funcionamento da chave de

carga, no gera arco-eltrico que resulte na formao de gases

combustveis no leo do transformador.

Figura 3.2: Comutador sob carga tipo M, marca MR [31]

15

Na figura 3.3 ilustrado o funcionamento de um comutador sob carga, em cinco

etapas, para troca de tap do enrolamento de um transformador.

Figura 3.3: Exemplo do funcionamento de um comutador sob carga

16

4. DIAGNSTICO E MANUTENO PREVENTIVA

Servios de manuteno preventiva de transformadores abrangem basicamente

a realizao de anlises do leo isolante e testes de componentes, que vo

definir a necessidade de realizao de intervenes como o tratamento do leo,

troca de componentes, tais como juntas de vedao e contatos de comutadores,

pintura das partes externas, dentre outros.

Essencialmente so servios cujo objetivo o de manter o ncleo e

enrolamentos em condies satisfatrias de operao, dado que a ocorrncia de

uma falha na parte ativa geralmente envolve longos prazos de reparo e custos

elevados.

Assim, a implementao de sistemas de monitorao e a realizao de

diagnstico peridico em transformadores proporcionam o acompanhamento de

suas condies de utilizao, identificando anormalidades e consequentemente

uma rpida tomada de deciso quanto a medidas para evitar ou minimizar a

ocorrncia de falhas.

Existem diversos mtodos de diagnstico e uma quantidade razovel de

equipamentos para essa finalidade, abrangendo desde funes mais simples e

tradicionais como a medio da temperatura do leo isolante, at as tecnologias

que permitem a monitorao dos nveis de descargas parciais com o

transformador em funcionamento.

Os principais mtodos de diagnstico e monitorao so apresentados a seguir.

4.1 Anlise do leo isolante

A anlise do leo isolante o principal e mais utilizado mtodo para avaliar a

condio de um transformador, dado a simplicidade no procedimento de coleta, o

baixo custo dos testes e a possibilidades de se diagnosticar vrios tipos de

17

problemas. Basicamente abrange a anlise gases dissolvidos e propriedades

fsico qumicas do leo isolante.

4.1.1 Anlise de gases dissolvidos

O leo isolante gera pequenas quantidades de gases quando submetido a

determinados tipos de fenmenos de natureza eltrica ou trmica. A composio

dos gases produzidos depende do tipo de anormalidade apresentada, sendo que

o diagnstico feito a partir da avaliao individual dos nveis de determinados

gases, chamados de gases chave, da interpretao da correlao entre gases e

sua evoluo ao longo da utilizao do transformador.

Os principais gases identificados por esse tipo de anlise so hidrognio (H2),

metano (CH4), etano (C2H6), acetileno (C2H2), etileno (C2H4), monxido de

carbono (CO) e dixido de carbono (CO2).

A anlise de gases deve ser realizada dentro de uma periodicidade razovel que

resulte em um correto e eficaz acompanhamento do surgimento, evoluo e

severidade de determinados problemas.

A realizao de uma anlise de gases isoladamente no permite um correto

diagnstico das condies do transformador, portanto necessrio que se leve

em conta o histrico de anlises, eventuais sobrecargas e falhas anteriores, no

sentido de se avaliar:

o desenvolvimento de uma falha/defeito;

a monitorao da taxa de crescimento da falha/defeito;

a confirmao de presena de uma falha/defeito:

a programao de quando dever ser feita retirada do equipamento de

operao para reparo;

monitorao do funcionamento aps a ocorrncia de alguma anormalidade

no sistema.

Assim, pode-se estabelecer um plano de investigao a partir das seguintes

etapas:

18

avaliar se algum parmetro de referncia excedido, seja atravs de um gs

chave ou mesmo das correlaes entre eles, observando-se o fato de que

determinadas famlias de transformadores e equipamentos em servio

normalmente apresentam concentraes de gases combustveis;

realizar acompanhamento peridico, inclusive com a possibilidade de

diminuio expressiva dos intervalos de coleta de meses para semanas ou

at mesmo dias, no sentido de se determinar a taxa de crescimento e o tipo

de falha/defeito que est sendo diagnosticado e, finalmente;

estabelecer quais aes devem ser tomadas para extino do problema, seja

atravs de interveno restrita em campo ou mesmo a remoo para abertura

do equipamento e diagnstico mais detalhado em oficina especializada.

De acordo com a norma internacional IEEE Guide for the Interpretation of Gases

Generated in Oil-Immersed Transformers [24], os gases chave permitem a

identificao de quatro tipos de problemas em transformadores, conforme

descrito a seguir:

- leo superaquecido: os produtos da decomposio do leo abrangem etileno

(C2H4), etano (C2H6) e metano (CH4), com pequenas quantidades de hidrognio

(H2). Se a falha for severa e envolver contatos eltricos, h possibilidade de que

haja traos de acetileno. Gs chave: Etileno, conforme mostrado no grfico 4.1:

Grfico 4.1: Concentrao tpica de gases resultantes de leo isolante superaquecido [24]

19

- Celulose superaquecida: dixido (CO2) e monxido de carbono (CO) so

liberados em grande quantidade quando a celulose superaquecida. Metano

(CH4) e etileno (C2H4) sero formados, caso a falha envolva uma estrutura

impregnada com leo. Gs chave: Monxido de Carbono, conforme mostrado no

grfico 4.2:

Grfico 4.2: Concentrao tpica de gases resultantes de celulose superaquecida [24]

- Descargas parciais: A ocorrncia de descargas eltricas de baixa energia

produzem hidrognio (H2) e metano (CH4), com pequenas quantidades de etileno

(C2H4) e etano (C2H6). Descargas envolvendo celulose podem produzir

quantidades comparveis de dixido (CO2) e monxido de carbono (CO). Gs

chave: Hidrognio, conforme mostrado no grfico 4.3:

Grfico 4.3: Concentrao tpica de gases resultantes de descargas parciais [24]

20

- Arco eltrico: grandes quantidades de acetileno (C2H2) e hidrognio (H2) so

produzidos, com menores quantidades de metano (CH4) e etileno (C2H4). Caso a

falha envolva celulose, haver presena de dixido (CO2) e monxido de carbono

(CO). Gs chave: Acetileno, conforme mostrado no grfico 4.4:

Grfico 4.4: Concentrao tpica de gases resultantes de arco eltrico [24]

Ainda de acordo com a norma IEEE Guide for the Interpretation of Gases

Generated in Oil-Immersed Transformers, quando no se dispe do histrico de

gases dissolvidos no leo isolante, possvel estabelecer um critrio para

avaliao de riscos a partir dos parmetros de referncia indicados na tabela 4.1.

Tabela 4.1: Referncias para avaliao de riscos em transformadores a partir das quantidades de gases combustveis, expressas em ppm [24]

H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6 CO CO2 Total de Gases

Condio 1 100 120 35 50 65 350 2500 720

Condio 2 101-700 121-400 36-50 51-100 66-100 351-570 2500-4000 721-1920

Condio 3 701-1800 401-1000 51-80 101-200 101-150 571-1400 5001-10000 1921-4630

Condio 4 >1800 >1000 >80 >200 >150 >1400 >10000 >4630

A interpretao dos dados feita conforme descrito nas condies descritas a

seguir.

condio 1: indica que o transformador est operando satisfatoriamente.

21

condio 2: o total de gases combustveis est acima dos valores de

referncia, indicando a possibilidade de que haja algum tipo defeito/falha no

transformador.

condio 3: o total de gases combustveis indica elevado nvel de

decomposio.

condio 4: o total de gases combustveis deste intervalo indica excessiva

decomposio do leo isolante, sendo que a continuidade de operao

poder resultar em falha do transformador.

No caso das condies 1, 2 e 3, caso haja indcios de que algum dos gases

apresente valor razoavelmente superior queles indicados na tabela, deve-se

proceder uma investigao adicional para identificao de sua origem, bem como

estabelecer um plano peridico de anlises no sentido de se estabelecer qual a

tendncia de evoluo dos gases

Cumpre observar que as referncias da tabela 4.1 assumem que no h histrico

de anlises de gases anteriores de um determinado transformador. Caso haja

algum registro, o critrio deve ser reavaliado para determinar se a condio

operacional do equipamento estvel ou instvel.

Alm dos parmetros de referncia apresentados, existem diversos critrios de

anlise que se baseiam na correlao entre gases combustveis para diagnstico

de falhas e defeitos em transformadores, tais como o mtodo de Rogers,

Doernemburg, Laborelec e o da norma brasileira ABNT NBR 7274.

Especificamente para este estudo, descrito o procedimento prescrito na norma

NBR 7274 que, a partir de trs correlaes entre gases dissolvidos no leo

isolante, permite nove tipos de diagnstico.

Cada diagnstico associado a um exemplo de falha tpica, de forma a orientar

na pesquisa da origem de eventuais problemas com o transformador.

Para obteno dos resultados feita a correlao das taxas de acetileno (C2H2)

com etileno (C2H4), metano (CH4) com hidrognio (H2) e etileno (C2H4) com etano

(C2H6), conforme indicado na tabela 4.2.

22

Tabela 4.2: Fatores para estabelecimento dos parmetros de correlao de gases [29]

Fator R

Relao de gases

C2H2 C2H4

CH4 H2

C2H4 C2H6

0,1 > R 0 1 0

0,1 < R < 1 1 0 0

1 < R < 3 1 2 1 3 < R 2 2 2

A partir do resultado das razes entre gases deve ser feita a correo de valores

com base no fator R, conforme exemplificado abaixo:

a) Se C2H2/C2H4 for menor do que 0,1, o valor a ser considerado 0;

b) Se C2H2/C2H4 estiver entre 0,1 e 3, o valor a ser considerado 1;

c) Se C2H2/C2H4 for maior que 3, o valor a ser considerado 2.

Esse mesmo procedimento deve ser observado para correo das razes de

CH4/H2 e C2H4/C2H6, conforme parmetros indicados na tabela 4.2.

A partir dos resultados corrigidos feita a anlise de valores com base na tabela

4.3.

Tabela 4.3: Diagnstico de transformadores a partir da correlao de gases prescrita na norma ABNT 7274 [29]

Caso falha caracterstica

Relao de gases

Exemplos tpicos C2H2 C2H4

CH4 H2

C2H4 C2H6

A Sem falha 0 0 0 Envelhecimento normal

B

Descargas parciais de pequena densidade de energia 0 1 0

Descargas nas bolhas de gs resultantes de impregnao incompleta, de supersaturao ou de alta umidade

C

Descargas parciais de alta densidade de energia 1 1 0

Como acima, porm provocando arvorejamento ou perfurao da isolao slida

D Descargas de energia reduzida 1-2 0 1-2

Centelhamento contnuo no leo devido a ms conexes de diferentes potenciais ou potencias flutuantes. Ruptura dieltrica do leo entre materiais slidos.

E Descargas de alta energia 1 0 2

Descargas de potncia. Arco. Ruptura dieltrica do leo entre enrolamentos, entre espiras ou entre espira e massa, corrente de interrupo no seletor.

F Falha Trmica de baixa temperatura >150C 0 0 1 Aquecimento generalizado de condutor isolado.

G

Falha Trmica de baixa temperatura 150C - 300C 0 2 0 Sobreaquecimento local do ncleo devido

concentraes de fluxo. Pontos quentes de temperatura crescente, desde pequenos pontos no ncleo, sobreaquecimento do cobre devido a correntes de Foucault, maus contatos (formao de carbono por pirlise) at pontos quentes devido a correntes de circulao entre ncleo de carcaa

H

Falha Trmica de temperatura mdia 300C - 700C 0 2 1

I Falha Trmica de alta temperatura >700C 0 2 2

23

Trata-se de um mtodo de anlise razoavelmente simples, porm de grande

auxlio na avaliao das condies operacionais de transformadores de potncia.

4.1.2 Anlise fsico qumica

leos isolantes novos para utilizao no mercado brasileiro devem atender s

caractersticas especificadas pela Agncia Nacional do Petrleo, Gs Natural e

Biocombustveis, conforme tabela 4.4.

Tabela 4.4: Caractersticas de leos isolantes novos [36]

CARACTERSTICAS UNIDADES

leo Naftnico

LIMITES

leo Parafnico

LIMITES MTODOS

Min. Mx Min.

Aspecto -

Claro, limpo, isento de material em

suspenso ou sedimentado Visual

Cor - - 1 - 1 NBR 14483

Densidade a 20/4 C - 0,861 0,9 - 0,86 NBR 7148

Viscosidade a 20 C cSt - 25 - 25

NBR 10441



Ponto de fulgor C 140 C - 140 C - NBR 11341

Ponto de fluidez C - -39 - -12 NBR 11349

ndice de neutralizao mg KOH/g - 0,03 - 0,03 NBR 14248

gua mg/kg (ppm) - NBR 10710-B

Cloretos - ausente - NBR 5779

Sulfatos - ausente - NBR 5779

PCB (bifenila policlorada) mg/kg (ppm) no detectvel NBR 13882 B

Carbono aromtico % anotar ASTM D 2140

Enxofre corrosivo - no corrosivo NBR 10505

Enxofre total % massa - - - 0,3 ASTM D 1552

Fator de perdas dieltricas a 25 C - 0,05 - 0,05

NBR 12133



Rigidez dieltrica - Eletrodo de

disco kV 30 - 30 - NBR 6869

Rigidez dieltrica - Eletrodo VDE kV 42 - 42 - NBR 10859

24

CARACTERSTICAS UNIDADES

leo Naftnico

LIMITES

leo Parafnico

LIMITES MTODOS

Min. Mx Min.

Rigidez dieltrica a impulso l/min 145 - - - ASTM D 3300

Tendncia a evoluo de gases mN/m no especificado - - ASTM D 2300 B

Tenso interfacial a 25 C % massa 40 - 40 - NBR 6234

Aditivo inibidor de oxidao DBPC

leo no inibido

% massa

no detectvel

NBR 12134A

Aditivo inibidor de oxidao DBPC

leo inibido 0,27 0,33 0,27 0,33

Estabilidade a oxidao leo no inibido

NBR 10504

ndice de neutralizao mg KOH/g - 0,4 0,4

Borra % massa - 0,1 0,1

Fator de perdas dieltricas a 90 C % - 20 20

leo inibido minutos 195 - 195 - ASTM D 2112

Trata-se da condio inicial de operao do leo novo, sendo que ao longo da

utilizao de transformadores o leo isolante sofre alteraes de determinadas

caractersticas, que devem ser objeto de controle de anlises peridicas para

manuteno de propriedades aceitveis de desempenho e confiabilidade s

quais o equipamento se destina.

Para tanto, uma srie de anlises fsico qumicas so realizadas para mensurar

mudanas das propriedades do leo. Os resultados devem ser utilizados para

estabelecer procedimentos de manuteno preventiva que evita falhas

prematuras e estendem a vida til do equipamento.

Os parmetros de resultado de ensaios fsico qumicos so prescritos pela norma

ABNT NBR 10576 leo mineral isolante de equipamentos eltricos Diretrizes

para superviso e manuteno [37], conforme mostrado na tabela 4.5.

Tabela 4.5: Parmetros de propriedades fsico qumicas [37]

CARACTERSTICAS Mtodo de Ensaio

Classe de tenso

72,5kV > 72,5 242kV > 242kV

Aparncia Visual Claro, isento de materiais em suspenso

Rigidez dieltrica, kV Eletrodo

calota, mnimo

ABNT NBR IEC

60156 40 50 60

Teor de gua, ppm, mximo

(corrigido para 20 C)

ABNT NBR IEC

10710 25 15 10

25

CARACTERSTICAS Mtodo de Ensaio

Classe de tenso

72,5kV > 72,5 242kV > 242kV

Fator de dissipao, %,

mximo

ABNT NBR 12133

a 25 C 0,5 0,5 -

a 90 C 15 15 12

Fator de potncia, %, mximo

ABNT NBR 12133

a 25 C 0,5 0,5 -

a 100 C 20 20 15

ndice de neutralizao mg,

KOH/g, mximo ABNT NBR 14248 0,15 0,15 0,15

Tenso interfacial, a 25 C,

mN/m, mnima ABNT NBR 6234 22 22 25

Ponto de fulgor C ABNT 11341 decrscimo mximo de 10 C

Sedimentos

nenhum sedimento ou borra precipitvel

deve ser detectado. Resultados

inferiores a 0,02% em massa devem ser

desprezados

Inibidor (DBPC) ABNT NBR 12134 reinibir quando o valor atingir 0,09%

Para transformadores com maiores nveis de tenso, mais rgidos so os

requisitos de suportabilidade do meio isolante, conforme se verifica pelos limites

de rigidez dieltrica e teor de gua.

4.3.4 Contagem de Partculas

Para transformadores com classe de tenso igual ou superior a 230kV, o controle

da quantidade de partculas presentes no leo isolante um parmetro

importante para avaliao das condies do meio isolante.

O surgimento de partculas de ferro, alumnio, cobre e fibras de celulose midas

so inerentes ao processo de fabricao de transformadores, porm, em funo

de suas propriedades condutoras, necessrio que as mesmas sejam removidas

de forma a tornar o equipamento apto ao funcionamento.

26

De acordo com o estudo desenvolvido pelo Working Group 12.17 do Cigr

Effect of Particles on Transformer Dielectric Strength de junho de 2.000, h o

relato de falhas em dezenas de transformadores de extra alta tenso em todo o

mundo atribudas presena de partculas.

No que concerne origem dessas partculas, destacam-se:

fibras de celulose de materiais isolantes;

desgaste mecnico de componentes do sistema de refrigerao;

xidos de ferro e silcio;

fibras de filtros utilizados para tratamento do leo isolante;

material carbonizado.

De acordo com o estudo, a avaliao do grau de risco para o funcionamento de

um transformador feito a partir da coleta de leo isolante para anlise da

quantidade de partculas, sendo que o resultado analisado com base no grfico

4.5 e tabelas 4.6 e 4.7 reproduzidos a seguir.

27

Grfico 4.5: Grfico que apresenta referncias dos nveis de contaminao do leo isolante de transformadores, conforme Working Group 12.17 do Cigr Effect of Particles on Transformer

Dielectric Strength. Adaptado de [26]

A partir dos resultados da anlise do leo, que indica a quantidade de partculas

de diferentes tamanhos, inserem-se os dados no grfico 4.5 de forma a verificar

se os nveis obtidos esto nos intervalos de contaminao nula, baixa, normal,

marginal ou alta.

Na tabela 4.6 apresentado o resultado tpico do estado de conservao do leo

do transformador com base nos valores encontrados.

28

Tabela 4.6: Tabela com referncias de diagnstico para interpretao dos dados do grfico dos nveis de contaminao do leo isolante. Adaptado de [26]

classe ISO

quantidade por 100ml nvel de

contaminao ocorrncia tpica

5m 15m

at 5/8

250

32 Nula

requisito de limpeza IEC para recipientes de

coleta de amostras

6/9 a 7/10

1.000

130

Baixa

excelente nvel de limpeza encontrado em leo

durante processo de aceitao e

comissiontamento de um transformador

8/11 a 12/15

32.000

4.000 Nomal

nvel tpico de contaminao para

transformadores em servio

13/16 a 14/17

130.000

16.000 Marginal

nvel de contaminao encontrado em nmero

significativo de transformadores em servio

15/18 e acima - - Alta

nvel de contaminao que indica condies

anormais de funcionamento do transformador

As recomendaes de procedimentos a serem tomados para continuidade de

operao do transformador, a partir da contagem de partculas e do resultado da

rigidez dieltrica do leo isolante obtida na anlise fsico qumica, so

apresentadas na tabela 4.7.

Tabela 4.7: Referncias de diagnstico para interpretao dos dados do grfico dos nveis de contaminao do leo isolante. Adaptado de [26]

nvel de

contaminao

rigidez

dieltrica recomendao

normal

boa nenhuma ao a ser tomada

ruim identificar o tipo de partculas

marginal

boa

possivelmente celulose suja ou seca. Repetir o teste de rigidez dieltrica

com procedimento adequado para partculas

marginal

identificar o tipo de partculas e teor de umidade. Considerar a possibilidade

de filtrar o leo

alta

boa

rechecar a contagem de partculas e a rigidez dieltrica com procedimento

adequado para partculas. Investigar a fonte de partculas

marginal filtrar ou substituir o leo

29

4.1.4 Teor de Furfuraldedo

Alm das anlises de gases dissolvidos, fsico qumicas e de partculas,

possvel se fazer a medio do teor de furfuraldedo presente no leo isolante, o

que permite avaliar a deteriorao do papel e consequentemente monitorar o

estado de conservao dos enrolamentos de um transformador.

Trata-se de ferramenta bastante til, dado que no possvel realizar a coleta de

amostras de papel isolante com o transformador em servio. A partir do teor de

furfuraldedo se faz a correlao com um valor mdio do grau de polimerizao

das bobinas.

Uma das referncias utilizadas para este procedimento o grfico 4.6,

desenvolvido pela Powertech Labs em conjunto com a BC Hydro.

Grfico 4.6: Referncia para correlao entre o teor de furfuraldedo e o grau de polimerizao [25]

30

Observa-se que deve ser levado em conta o intervalo entre a realizao de

tratamento do leo isolante do transformador e a anlise do teor de furfuraldedo,

uma vez que o tratamento elimina os compostos resultantes da decomposio do

material celulsico, resultando na perda de referncia do efetivo estado de

deteriorao da isolao slida.

Alm disso, dado que transformadores tendem a apresentar deteriorao do

papel isolante de forma diferenciada entre as bobinas, bem como ao longo de

uma mesma bobina, deve-se utilizar este mtodo a ttulo de referncia, uma vez

que o resultado efetivo do estado de conservao do equipamento somente pode

ser obtido a partir da coleta de amostras de papel isolante do ponto quente hot-

spot, fator determinante da vida til de transformadores.

4.2 Termografia

O teste de termografia utilizado para verificar a temperatura da superfcie de

determinadas partes do transformador, principalmente o sistema de refrigerao

e pontos de conexo de terminais das buchas.

Trata-se de teste realizado com o transformador em operao, restringindo-se

anlise de partes externas do equipamento.

De acordo com os ajustes do aparelho empregado no teste, pode-se verificar

quais alteraes de temperatura so mais significativas em relao temperatura

de referncia e se determinar um plano de ao para corrigir o problema.

4.3 Temperatura do leo e enrolamentos

Todos os transformadores so dotados de termmetros analgicos ou digitais

para medio da temperatura do leo e enrolamentos, de forma a permitir que se

faa o acompanhamento da temperatura de operao do equipamento.

31

Para o leo o sistema dotado de sensores imersos no lquido isolante, no

apresentando limitaes para a correta leitura da temperatura.

No caso dos enrolamentos a medio feita atravs de transformadores de

corrente de imagem trmica que, atravs de dados de projeto, estimam a

temperatura das bobinas. Atualmente existem sistemas mais modernos que

utilizam fibras pticas para essa mesma finalidade, com a vantagem de

apresentar dados reais da temperatura do enrolamento.

4.4 Tcnicas avanadas de monitorao

As facilidades promovidas pelo avano das tecnologias de comunicao de

dados e desenvolvimento de sensores, permitiram a implementao de sistemas

de monitorao das condies operacionais de transformadores de potncia e

seus acessrios, como buchas, comutadores sob carga, motoventiladores, dentre

outros.

A utilizao desses sistemas tem o objetivo de minimizar a ocorrncia de falhas,

dado que a coleta de dados e apresentao de resultados feita em tempo real,

possibilitando a deteco e avaliao imediata de eventuais problemas, sem que

os mesmos evoluam a uma condio de falha para que sejam identificados.

Trata-se de sistemas de custo razoavelmente elevados, que utilizam sensores

especiais para monitorar continuamente diversos parmetros de operao de

transformadores, como por exemplo a presena de gases e umidade no leo

isolante, o estgio de desgaste de contatos do comutador, fator de potncia e

descargas parciais em buchas.

32

5. FALHAS EM TRANSFORMADORES DE POTNCIA

A definio de falha utilizada neste estudo se refere ao momento em que ocorre

um evento sbito, cujo resultado o desligamento do transformador atravs da

atuao das protees automticas da subestao ou mesmo em eventos

catastrficos onde nem mesmo as protees tm condies de extinguir a falha.

Na figura 5.1 apresentado um exemplo de falha, cujo resultado final foi a

exploso do tanque e incndio do transformador.

Figura 5.1: Transformador monofsico de 550MVA, classe de tenso 800kV em chamas

Alm da ocorrncia de falhas h situaes em que o transformador, mesmo em

operao, apresenta condies anormais de funcionamento, tais como a

evoluo significativa dos nveis de gases combustveis, o que motiva a

interveno para desligamento anteriormente deflagrao de uma falha. Trata-

se da condio aqui referenciada como defeito.

A investigao de falhas e defeitos em transformadores de potncia uma tarefa

que exige uma avaliao criteriosa de informaes acerca de suas condies

33

operacionais, ensaios especficos, inspeo interna e desmontagem da parte

ativa.

A avaliao desses dados visa definir a causa raz do problema ou, em casos

onde no se dispe de dados suficientes para tal, identificar as causas mais

provveis e excluir aquelas que no tm qualquer relao com o evento.

Este captulo apresenta dados considerados essenciais no sentido de se

estabelecer um roteiro de identificao dos principais tipos de problemas em

transformadores, baseado na anlise de dados e dos danos efetivamente

constatados por inspeo visual.

5.1 Coleta e anlise de dados

A avaliao de dados do contexto de funcionamento do transformador, histrico

operacional e os motivos que levaram ao seu desligamento so informaes

importantes para o trabalho de investigao pretendido.

Assim, so relacionados a seguir documentos essenciais etapa de coleta de

dados e o que possvel identificar em cada um deles:

- diagrama unifilar da instalao em que o transformador se encontra:

entendimento do contexto operacional do equipamento;

- histrico das anlises fsico-qumicas e de gases dissolvidos no leo isolante:

identificao de suas condies de conservao, bem como do perfil de gerao

de gases;

- histrico da anlise de furfuraldedo: identificar o estgio de deteriorao dos

materiais isolantes dos enrolamentos;

- histrico de carga do transformador: identificao de eventual operao em

sobrecarga;

- registro recente de operaes de energizao / desenergizao: avaliar as

solicitaes por eventuais sobretenses de manobra;

- histrico de manuteno de componentes (buchas, comutador sob carga, etc.),

bem como dados relativos a intervenes feitas em campo ou em fbrica

34

(eventuais rebobinamentos, desmontagens ou retrabalho de partes): identificao

das condies de conservao do transformador.

Em casos onde o equipamento retirado de operao pela atuao de protees

ou mesmo em eventos catastrficos, alm da documentao j listada, devem

ser analisados:

- registro e oscilografia das protees que atuaram no evento: entendimento do

mecanismo de deflagrao da falha;

- registro de contadores de descargas nos pra-raios de linha ligados ao

transformador: identificao de eventuais sobretenses;

5.2 Testes eltricos

Exceto em caso de eventos catastrficos onde a realizao de qualquer ensaio

invivel, devem ser executados testes com o transformador ainda em campo ou

por ocasio do seu recebimento em oficina, dado que auxiliam no direcionamento

da investigao a determinadas partes ou componentes do transformador. So

eles:

- Resistncia hmica dos enrolamentos: indica as condies dos condutores das

bobinas e contatos de comutadores. Esse tipo de ensaio requer a utilizao de

instrumentos capazes de medir precisamente valores de resistncia, da ordem de

poucos a fraes de Ohms. importante ressaltar que a resistncia varia de

acordo com a temperatura, portanto, quando feita a comparao dos resultados

obtidos com os valores padro deve-se aplicar fator de correo para no haver

equvocos de interpretao;

- Relao de transformao: identifica eventual curto-circuito ou ruptura de

condutores dos enrolamentos, bem como se houve abertura de circuito por conta

da soltura de algum terminal ou conexo da parte ativa. O valor limite de desvio

normalmente utilizado como referncia para esse tipo de teste o de at 0,5%

em relao ao valor medido nos ensaios de aceitao em fbrica.

35

- Resistncia de isolamento: identifica as condies do isolamento entre

enrolamentos e partes aterradas, indicando eventual contato entre partes

inicialmente isoladas.

Alm dos ensaios citados, que podem ser executados com aparelhos

relativamente simples e portteis, h casos onde h a necessidade de utilizao

de tcnicas mais especficas, como por exemplo o ensaio de tenso induzida

com medio de descargas parciais.

Trata-se de procedimento que pode ser empregado em grandes transformadores,

cuja remoo para oficina demanda elevados custos de transporte. Antes da

execuo desse tipo de ensaio deve-se avaliar eventuais limitaes quanto aos

nveis de tenso e potncia exigidos para alimentao de determinados

transformadores, os custos envolvidos na montagem do circuito de teste, e os

nveis de interferncia presentes em determinadas instalaes.

Para esse tipo de ensaio a deteco do problema pode ser feita a partir de

sensores acsticos instalados no transformador, medio do nvel de descargas

parciais atravs de instrumentos, anlises dos nveis de gases combustveis

gerados no leo isolante ou por ambos.

Posteriormente coleta desses dados a prxima etapa engloba o trabalho de

inspeo das partes internas do transformador, o que ir efetivamente permitir a

identificao do problema.

5.3 Tipos de falhas e defeitos em transformadores

A seguir apresentada uma descrio de falhas e defeitos tipicamente

verificados em transformadores, sua classificao e aspectos caractersticos de

cada um.

36

5.3.1 Deteriorao dos materiais isolantes

O envelhecimento de transformadores diretamente associado deteriorao do

sistema isolante, que composto por materiais slidos (papel e papelo) e

lquidos (leo isolante). A degradao do isolamento slido fator determinante

da vida til do equipamento, uma vez que, diferentemente do leo, que pode ser

tratado, regenerado ou substitudo, a sua troca implica na desmontagem do

transformador e interveno nos enrolamentos que compem a parte ativa.

Os materiais isolantes slidos so produzidos a partir de celulose, cujos

parmetros de avaliao se baseiam no grau de polimerizao (GP).

Na medida em que um transformador permanece em operao h o seu natural

aquecimento, fator que conjugado com umidade e oxignio que permanecem

impregnados no leo isolante provocam a degradao da isolao e consequente

diminuio do GP.

A diminuio do grau de polimerizao est diretamente associada quebra das

cadeias celulsicas que compem estes materiais, devido ao de fenmenos

inerentes ao funcionamento normal de transformadores que so de natureza

trmica (aquecimento), oxidativa (oxignio) e hidroltica (umidade).

Procedimentos de manuteno, com secagem do leo para remoo da umidade

nele dissolvido, instalao de dispositivos de selagem que isolem o contato do

leo com o ar ambiente, ou a correta manuteno dos filtros de slica (para

retirada de umidade do ar que entra em contato com o leo do transformador)

so prticas importantes e necessrias, que associadas a baixas temperaturas

de operao (por condies do ambiente e de regime de carga) estendem a vida

do sistema isolante slido, porm no permitem eterniz-lo.

A condio de conservao do transformador e a sua vida remanescente so

determinadas atravs da anlise do grau de polimerizao de amostras de papel

isolante coletadas no ponto mais quente das bobinas, normalmente localizado

nas partes mais internas e na regio superior dos enrolamentos. Essas amostras

so analisadas e os resultados so comparados com valores de referncia para

papis isolantes novos e em final de vida til.

37

Em papis novos, aps processo de secagem, os valores mdios de referncia

so da ordem de 1000 a 1100 e em fim de vida til de 150 a 250 [25].

Estes valores de referncia so utilizados normalmente por fabricantes,

empresas concessionrias de energia eltrica e entidades de pesquisa.

Quanto mais deteriorado estiver o papel isolante, menor ser o GP.

Consequentemente as cadeias celulsicas estaro quebradas e o papel, mais

quebradio, ter menor capacidade de suportar esforos mecnicos,

principalmente quando o transformador for submetido a um curto-circuito.

5.3.2 Deformao mecnica dos enrolamentos por esforos de

curto-circuito

A ao de esforos mecnicos de origem eltrica sobre enrolamentos de

transformadores so condies inerentes sua utilizao, motivo pelo qual as

bobinas so montadas e prensadas na parte ativa de forma que apresentem

considervel resistncia mecnica.

Ocorre que um transformador tambm est sujeito ocorrncia de curtos-

circuitos no sistema por ele alimentado, o que resulta na ao de esforos

mecnicos de grande intensidade, dado que a fora que atua sobre condutores

imersos em um campo magntico proporcional ao quadrado da corrente [28].

A referncia quanto suportabilidade de um transformador a esse tipo de

fenmeno definida por normas que estabelecem limites mximos de amplitude

e durao de curtos-circuitos simtricos e assimtricos aos quais o equipamento

pode ser submetido sem sofrer danos.

Ocorre que na prtica esses valores podem ser excedidos em funo de

particularidades dos tipos de protees utilizadas, caractersticas do sistema

eltrico e at mesmo de determinadas ocorrncias.

Assim, faz-se necessrio o entendimento da forma como se comportam os

enrolamentos de transformadores quando submetidos ao de esforos

resultantes de um curto-circuito.

38

Do ponto de vista mecnico, as deformaes de enrolamentos podem ser

divididas em dois tipos:

deformaes elsticas: so reversveis e no implicam em mudana

estrutural das bobinas, portanto sem implicaes ao funcionamento normal

do equipamento;

deformaes plsticas: so mecanicamente irreversveis, provocando a

alterao permanente da estrutura atmica dos condutores, deslocamento

e quebra de suportes isolantes e calos. Neste caso ocorrem danos que

implicam em necessidade de interveno na parte ativa.

Os esforos mecnicos so resultado de:

foras radiais, provocadas pela componente axial do campo magntico,

que atuam na direo do raio do enrolamento;

foras axiais, provocadas pela componente radial do campo magntico,

que atuam na direo do eixo do enrolamento.

A figura 5.2 e explicaes a seguir descrevem os esforos atuantes em

enrolamentos de transformadores:

Figura 5.2: Esforos eletrodinmicos que atuam sobre enrolamentos durante um curto-circuito.

Adaptado de [3]

F1 esforos de compresso axial: atuam em direo ao centro dos enrolamentos

e provocam o deslocamento de condutores. Esse tipo de esforo maior nas

39

extremidades das bobinas, onde h ao mais intensa da componente radial do

campo magntico.

F2 esforos de expanso axial: atuam em direo aos elementos de prensagem

do bloco de bobinas, provocando o deslocamento e quebra de partes. H ainda a

possibilidade de danos ao ncleo em funo do contato dos condutores

energizados dos enrolamentos contra o mesmo. A intensidade desses esforos

dependente da simetria das bobinas que compem o bloco, tornando-se maiores

quando h diferenas de tamanho ou de alinhamento entre os enrolamentos.

F3 e F5 esforos de expanso radial: ocorrem nos enrolamentos externos do

bloco de bobinas e atuam em direo oposta coluna do ncleo onde o

enrolamento montado. Provocam o esticamento dos condutores da bobina,

podendo romper a isolao ou o mesmo o condutor por completo.

F4 e F6 esforos de compresso radial: ocorrem nos enrolamentos mais internos

do bloco de bobinas e atuam em direo coluna do ncleo onde o enrolamento

montado. Provocam a compresso e amassamento dos condutores da bobina,

com desdobramento de danos aos cilindros isolantes e at mesmo coluna do

ncleo.

Cumpre observar que o envelhecimento do papel isolante, dada a sua fragilidade

mecnica, aumenta significativamente a possibilidade de falhas pela ao de

esforos eletrodinmicos que atuam sobre os enrolamentos durante um curto-

circuito alimentado pelo transformador, ou seja, so causas interligadas.

Nas figuras 5.3 e 5.4 a seguir apresentado um exemplo de dano dessa

natureza, onde houve deformao dos enrolamentos, resultando na quebra de

elementos de prensagem do bloco de bobinas, curto-circuito entre espiras e

contato com a coluna do ncleo ferromagntico.

40

Figura 5.3: Vista geral da parte ativa de transformador de 25MVA, classe de tenso 138kV

Figura 5.4: Detalhe dos danos por esforos eletrodinmicos nos enrolamentos

41

5.3.3 Sobretenses

Sobretenses so fenmenos transitrios que tm grande influncia sobre o

desempenho de transformadores, podendo, em funo da amplitude e durao,

causar danos.

Danos por sobretenses em transformadores podem estar associados tanto ao

aumento da solicitao dieltrica dos materiais isolantes do enrolamento, quanto

ao aumento generalizado de temperatura.

Dentre os tipos de sobretenses pesquisadas, verificou-se que eventos de curta

durao so mais difceis de ser detectados e compreendidos, uma vez que so

muito rpidos (da ordem de poucos ou fraes de micro segundos) e dependem

de caractersticas muito especficas de uma instalao. Os danos decorrentes

dessas sobretenses esto diretamente associados disrupo de arco eltrico

interno ao transformador.

Nos eventos de longa durao os danos se manifestam atravs do aumento de

temperatura do transformador.

Os principais dos tipos de sobretenso podem ser dividos em:

a) Sobretenses Temporrias

Sobretenses temporrias so aquelas que se caracterizam pelo aumento da

tenso fase-fase ou fase-terra de um sistema, de longa durao, geralmente da

ordem de milissegundos a vrios segundos, sendo fracamente ou no

amortecidas [12].

O fator preponderante suportabilidade de transformadores a esse tipo de

fenmeno est diretamente associado s caractersticas do ncleo

ferromagntico, dado que este componente o responsvel pela formao e

fechamento do circuito do magntico da parte ativa.

Dadas as limitaes que se impem pelos custos de matria prima e mo de

obra envolvidos na fabricao, alm de dificuldades e despesas com servios de

42

transporte, transformadores so projetados de forma a atender s caractersticas

especificadas pelo comprador e pelas normas vigentes.

Como o ncleo parte bastante significativa nesses fatores, natural que os

fabricantes procurem elaborar projetos otimizados em que as condies nominais

de operao do transformador sejam muito prximas ao limite de fluxo magntico

do ncleo, que da ordem de 1,7 Tesla.

Em eventos onde ocorre o aumento da tenso do sistema, dado que

transformadores so indutores no-lineares, o ncleo tende a saturar,

provocando indesejveis efeitos de natureza trmica.

Dentre estes efeitos podemos citar:

o prprio aumento da temperatura do ncleo, resultando no

sobreaquecimento do leo isolante e materiais celulsicos. O efeito direto

a acelerao da deteriorao dos materiais isolantes e

consequentemente a diminuio da vida til do transformador;

o aumento da temperatura de partes metlicas perifricas do

transformador, como o tanque e a tampa. Nesse caso podem ocorrer

danos pintura e degradao de juntas de vedao.

Cumpre observar que em funo da inrcia trmica de grandes transformadores,

dado que as massas do ncleo ferromagntico e do leo isolante so ordem de

dezenas de toneladas, os efeitos desse tipo de fenmeno so pouco comuns,

restando como possvel a ocorrncia somente em casos onde o equipamento

submetido a longos perodos de operao nessa condio.

As causas de sobretenses temporrias so atribudas a ocorrncias no sistema

ao qual o transformador conectado, como por exemplo:

ferroressonncia: um tipo de ressonncia que envolve indutncias no

lineares (o prprio transformador) e capacitncias (cabos subterrneos ou

longas linhas de transmisso, bancos de capacitores), cuja manifestao

depende de condies especficas do sistema em que o transformador

encontra-se em operao;

ressonncia a uma freqncia em particular: ocorre quando as reatncias

indutivas e capacitivas forem praticamente iguais;

rejeio de carga: ocorre quando a retirada de grandes cargas do sistema

alimentado pelo transformador;

43

b) Sobretenses de Manobra

Sobretenses de manobra so resultado de operaes de chaveamento ou

falhas no sistema eltrico, se caracterizando por possuir uma frente de onda

muito rpida e de curta durao, com espectro de frequncia elevada.

A magnitude e a durao desses surtos dependem de parmetros e da

configurao do sistema ao qual o transformador ligado, bem como das

condies do chaveamento.

As sobretenses de manobra podem ter origem em:

energizao e re-energizao da linha;

ocorrncia e extino de faltas;

manobra de cargas capacitivas, como banco de capacitores;

manobra de cargas indutivas como transformadores e reatores;

Tipicamente, a frente de onda dessas sobretenses pode variar de centenas

microsegundos at poucos milisegundos, sendo que a magnitude pode atingir

nveis de at alguns p.u.

Os efeitos de sobretenses de manobra so substancialmente diferentes de

sobretenses temporrias, uma vez que transformadores se comportam de forma

complexa quando submetidos a esse tipo de fenmeno.

Os componentes dieltricos dos enrolamentos do transformador podem ser

solicitados eletricamente de duas formas.

Primeiro, a distribuio de tenso ao longo da bobina no ser uniforme se o

transitrio tiver uma frente de onda muito rpida, resultando na concentrao de

tenso nas espiras/discos prximas entrada da bobina, havendo a

possibilidade de ruptura do meio dieltrico entre espiras nessa regio.

Segundo, a bobina ou parte dela pode ressonar em algum tipo de freqncia

natural, caso a tenso transitria contenha essa componente de freqncia.

Nesta condio, pontos especficos da bobina podem atingir nveis de tenso

mais altos do que aquele aplicado ao terminal do enrolamento. Pode causar a

ruptura do meio dieltrico entre partes da bobina, mesmo se o nvel de

sobretenso estiver dentro dos limites de NBI (Nvel Bsico de Impulso) do

transformador.

44

c) Sobretenses Transitrias Muito Rpidas (Very Fast Transient

- VFT)

As Sobretenses Transitrias Muito Rpidas (VFTs) so fenmenos cujas

caractersticas principais so a ocorrncia de frentes de onda muito rpidas e

espectro de freqncia elevada. No h padronizao das grandezas envolvidas,

porm a anlise da bibliografia disponvel mostra que se trata de eventos com

frentes de onda de fraes a poucos microssegundos, freqncias de dezenas

de kHz a alguns MHz, amplitude tpica de 1,5 a 2p.u., podendo chegar at a

2,5p.u. [12]

Normalmente ocorrem em sistemas isolados a gs Hexafluoreto de Enxofre

(SF6), conhecidos como Gas Insulated Substation (GIS), utilizados

principalmente em sistemas de gerao.

So conseqncia da propagao de tenses originadas com a formao e

reignio de arco eltrico na zona entre os contatos de dispositivos de manobra.

A forma de onda de um VFT formada por sucessivas refraes e reflexes

dessas tenses ao longo GIS.

Devido natureza de onda viajante e tempo de subida muito curto, a forma de

onda do VFT pode ser significativamente diferente em pontos distintos da GIS,

separados por apenas alguns metros.

Os VFTs que chegam aos enrolamentos de transformadores so de difcil

avaliao, dado que no dependem somente do tipo e comprimento de sua

conexo GIS, mas tambm das caractersticas dos enrolamentos de um

transformador.

De uma forma geral, pode-se dizer que os enrolamentos de transformadores so

afetados por VFTs de duas formas:

A frente de onda impulsiva cria uma distribuio de tenso extremamente

no linear ao longo do enrolamento de alta tenso diretamente conectado

ao sistema de SF6. A distribuio de tenso no linear cria consider

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