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Vários Modos de Falha em Transformadores de Potência


postado por Rugged Monitoring em 04-04-2022

tradução: Power On Tecnologia


Destaques

  • O uso de fibra óptica: O monitoramento baseado em fibra óptica para transformadores tem bons retornos?

  • Evitando o estresse térmico implementando o monitoramento e controle do sistema de refrigeração

  • Otimizando a sobrecarga com fibra ótica e sistema de refrigeração saudável

  • Benefícios do monitoramento térmico baseado em fibra óptica em transformadores

O ativo elétrico mais valioso da sua subestação é bem monitorado?

Os transformadores de potência são a parte central das subestações e desempenham um papel muito importante no sistema de potência. Eles são predominantemente sistemas elétricos infalíveis. Embora sejam um dos componentes mais confiáveis ​​da rede elétrica, eles também são propensos a falhas devido a muitos fatores internos e externos.

À medida que a população de transformadores nas concessionárias está aumentando, muita atenção deve ser direcionada para a confiabilidade e disponibilidade dos transformadores. Além disso, a avaliação das condições e riscos dos transformadores são cada vez mais importantes para melhorar o desempenho dos transformadores, prolongar sua vida útil, diminuir custos e tomar as melhores decisões técnicas e econômicas, no que diz respeito à gestão do seu ciclo de vida.

Diferentes tipos de modos de falha do transformador

O modo de falha é a forma como ocorre uma falha, observada, que impacta na operação do equipamento. A falha mais comum em transformadores é a degradação do isolamento devido a condições de sobrecarga, surtos de comutação, relâmpagos, etc. O aquecimento do transformador pode aumentar a temperatura do sistema de isolamento e, eventualmente, diminuir a eficácia do isolamento.

Os modos de falhas podem ser divididos nas seguintes categorias:

  • Modos de falha elétrica

  • Modos de falha mecânica

  • Modos de falha térmica

Modos de falha elétrica

Os fatores induzidos eletricamente resultam em danos ao sistema de isolamento do transformador. A ruptura do isolamento entre espiras é a causa comum de falhas elétricas em transformadores. A degradação do isolamento ocorre devido à alta tensão ou corrente repentina. Esta ruptura do isolamento dá origem ao flashover das espiras do enrolamento e causa curtos-circuitos.

As falhas elétricas podem ser categorizadas nos três tipos principais a seguir:

  • Condições transitórias ou de sobretensão

  • Relâmpagos e picos de comutação

  • Descarga parcial

Essas falhas podem ocorrer independentemente ou em combinação. Portanto, é importante avaliar todos os fatores para desenvolver um cenário de falha preciso para analisar a falha ocorrida no transformador. O isolamento do transformador deve ser verificado com o máximo de cuidado, pois a falha elétrica interna pode resultar em uma falha catastrófica e afetar as operações.


Modos de falha mecânica

Falhas mecânicas como distorção ou quaisquer enrolamentos soltos resultam em danos aos enrolamentos do transformador, ou seja, ruptura de seu isolamento sólido. Se o dano for agudo, o transformador pode falhar eletricamente. A seguir estão os principais fatores mecânicos responsáveis pelas falhas do transformador:

  • Forças eletromagnéticas

  • Tombamento do condutor

  • Corrosão

  • Flambagem do condutor no enrolamento mais interno

  • Vibração e movimento mecânico no transformador

  • Falha do sistema de fixação da bobina

  • Deslocamento dos enrolamentos


Modos de falha térmica

A sobrecarga do transformador levará à degradação do isolamento de celulose, deteriorando-se devido ao calor, oxidação, acidez e umidade. Isso resulta na perda de rigidez dielétrica do isolamento no enrolamento do transformador. A seguir estão os outros fatores responsáveis ​​pelo aumento do estresse térmico e perda de isolamento em transformadores.

  • Sobrecarga Contínua do Transformador

  • Condições anormais de carregamento

  • Bloqueio de dutos de óleo

  • Falha do sistema de refrigeração

  • Condições ambientais

  • Sobreexcitação do transformador

A falha pode ocorrer em várias partes do transformador devido aos motivos discutidos acima. O parâmetro mais importante para aumentar o ciclo de vida do transformador seria a temperatura do ponto quente do enrolamento. A medição direta da temperatura dos pontos quentes do enrolamento fornecerá a integridade exata da unidade. O monitoramento de temperatura baseado em fibra óptica é considerado o melhor método em comparação com outros sistemas de monitoramento tradicionais. Ele ganhou grande interesse devido às suas vantagens exclusivas, como imunidade a EMI, alta sensibilidade, resposta rápida e potencial de monitoramento do perfil de temperatura dentro do transformador.


O blog atual articula sobre os modos de falha causados ​​por fator térmico e compreende o monitoramento com fibra ótica para evitar problemas relacionados ao estresse térmico.


O uso de fibra óptica: O monitoramento baseado em fibra óptica para transformadores tem bons retornos?

O uso de fibra ótica tem sido aplicado principalmente a transformadores de grande potência com projeto complexo e é reconhecido como o método mais preciso para medição de temperatura. Os sensores de temperatura de fibra óptica são importantes para manter uma energia confiável em operações críticas. Os sensores são altamente precisos e fornecem resultados precisos, seja na medição manual ou automatizada. Aparentemente, eles também fornecem um plano de ação para manutenção baseada em condições, fornecendo uma imagem clara da condição real do ativo, para saber se há algum desempenho diminuído antes que haja alguma falha.


Monitoramento preciso da temperatura do enrolamento no tempo


Os pontos quentes são referidos à área de temperatura mais alta no transformador. Em transformadores, geralmente são observados pontos quentes nos enrolamentos. O monitoramento da condição da temperatura do óleo e do enrolamento dentro do transformador garante sua vida útil mais longa e ajuda na manutenção da saúde geral do ativo, pois altas temperaturas nos enrolamentos levam ao envelhecimento acelerado e podem sinalizar uma quebra no isolamento ou indicar uma condição de falha. Um projeto térmico ideal facilitará a construção de transformadores mais eficientes e compactos, medindo perfis de temperatura para diferentes projetos, incluindo layouts de núcleo de formato complexo em padrões distribuídos e em tempo real.


Sensores de temperatura de fibra óptica podem ser instalados durante a fabricação de transformadores, aprimorando os recursos de design


Além disso, o monitoramento em tempo real pode ser implementado em vários locais em um núcleo magnético energizado, permitindo o monitoramento online de ativos elétricos que podem identificar evidências precoces de falhas. Assim, o sistema fornecerá alertas para tomar qualquer ação imediata para evitar falhas catastróficas.


Os sensores de fibra óptica para monitoramento de hotspot de enrolamento direto são projetados para detectar a temperatura diretamente, com o avanço da tecnologia de engenharia, esses sensores podem ser instalados diretamente em transformadores preenchidos com óleo de alta tensão para medir a temperatura do óleo. Os sensores são preferidos principalmente nos últimos tempos, pois são altamente imunes a ambientes agressivos e a qualquer interferência RFI/EMI. A imagem a seguir mostra uma falha no enrolamento devido a hotspots.


A medição direta da temperatura do enrolamento usando sensores de fibra óptica tem uma clara vantagem em relação aos valores calculados com base em parâmetros incertos fornecidos pelo fabricante e equações incertas que caracterizam o método de resfriamento


Evitando o estresse térmico implementando o monitoramento e controle do sistema de refrigeração

O monitoramento e o controle do sistema de resfriamento enfatizam a disponibilidade de 100% dos bancos de ventiladores de resfriamento e bombas para alimentar os transformadores quando necessário. A perda de cobre ou perda I2R é a principal causa do calor gerado em um transformador de potência elétrica. Embora existam outras perdas como histerese e perdas por correntes parasitas que também são responsáveis ​​pela geração de calor, mas I2R é considerado como a principal causa. Assim, se o calor gerado não for dissipado adequadamente, o papel ou o isolamento líquido presente no transformador podem ser danificados, forçando o transformador a falhar permanentemente. Assim, a remoção adequada ou tratamento térmico é importante para um trabalho eficiente.

O método mais comum usado para resfriamento é o método de circulação de ar forçado. Enquanto a temperatura no interior do transformador ultrapassa o nível de segurança padrão, um alarme é acionado e os ventiladores e sopradores são ligados automática ou manualmente. Este método é usado para transformadores com classificações mais altas.


Com a avançada tecnologia de Sensores de Fibra Óptica, o sistema de refrigeração pode ser acionado e monitorado, pelo qual poderemos diagnosticar o sistema de refrigeração e receber recomendações, o que não seria possível pelo método convencional.


Otimizando a sobrecarga com fibra ótica e sistema de refrigeração saudável

Com uma mudança contínua na demanda de eletricidade, os operadores de ativos enfrentam dificuldades em prever mudanças repentinas nos padrões do ciclo de carga. A mudança nos padrões de ciclo de carga ocasionalmente requer o carregamento de transformadores acima de suas classificações de placa de identificação. Qualquer alteração nos valores do padrão do ciclo de carga pode danificar os enrolamentos e o isolamento do transformador. No entanto, sobrecargas também são necessárias em situações de emergência ou contingência e são importantes para garantir um fornecimento contínuo de energia elétrica.


A sobrecarga de transformadores de potência geralmente resulta em temperaturas do condutor atingindo níveis acima da classificação nominal, o que pode aumentar drasticamente o envelhecimento do material isolante. Para operar um transformador de potência em condições seguras, o aquecimento e o carregamento permitidos das partes ativas devem ser limitados e, para controlar os ciclos de sobrecarga, os sistemas de monitoramento on-line baseados em IA tornaram-se importantes. É geralmente reconhecido que os riscos associados à sobrecarga podem ser significativamente reduzidos se as condições do transformador forem monitoradas de perto durante todo o período de sobrecarga.


Em comparação com os sensores tradicionais, os sensores de fibra óptica determinam a temperatura do ponto quente por medição direta, em vez de fazer uma aproximação durante o período de sobrecarga.


O monitoramento on-line da temperatura do enrolamento tornou-se uma tecnologia comprovada para avaliar a degradação do isolamento e a perda relativa de vida útil que pode ser convertida em custo. O custo associado à perda de vida pode ser subtraído dos benefícios obtidos com a sobrecarga do transformador. Este custo também pode ser útil ao calcular o custo da energia transmitida durante condições de sobrecarga.


Benefícios do Monitoramento Térmico baseado em fibra óptica em transformadores

O monitoramento on-line baseado em condições de grandes transformadores de potência tornou-se importante devido aos altos custos econômicos e sociais associados. Em resposta a este requisito crítico, os sensores de fibra óptica provaram ser o método preferido para medição direta de temperatura.

Existem muitos benefícios técnicos associados ao uso de fibra ótica para monitoramento de transformadores

  • Carregamento e sobrecarga de aumento de segurança

  • Reduz a falha física geral

  • Evita interrupções e falhas catastróficas

  • Ajuda no projeto do transformador e na verificação de classificação

O monitoramento com tecnologia de fibra óptica também traz diversos benefícios comerciais, como melhor conhecimento da avaliação das condições operacionais, planejamento de carga e gerenciamento de ativos. A determinação do fim da vida torna-se mais fácil de planejar e, consequentemente, de gerenciar, considerando que há intervenções menos onerosas.

A seguir estão os benefícios comerciais proeminentes associados ao uso de fibra ótica para monitoramento de transformadores.


  • Custos reduzidos de inspeção e manutenção

  • Custos reduzidos relacionados a falhas ou substituição

  • Melhor capacidade de carregamento do transformador em tempo real

  • Custos de capital reduzidos devido à sobrecarga gerenciável

  • Custos de capital de substituição reduzidos devido à idade ou condição do equipamento


Mais por vir no futuro


Nós da Power On / Rugged Monitoring oferecemos uma ampla gama de soluções integradas com Sensores de Fibra Óptica para monitoramento online de transformadores e outros ativos elétricos.

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