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Sumário 1 INTRODUÇÃO 1

3 CONHECENDO O TRANSFORMADOR

3.5 Faltas Mecânicas

3.5.2 Deformações nos Enrolamentos, Núcleo, e Faltas Mecânicas

As alterações geométricas que podem ser comumente observadas nos

enrolamentos em decorrência dos esforços mecânicos descritos anteriormente

são as deformações radiais, axiais e os deslocamentos. Embora não causem,

tais deslocamentos contribuem para a degradação de características de projeto

responsáveis pelo funcionamento seguro em condições de regime.

A deformação axial é um deslocamento que se manifesta no sentido de

se afastar ou comprimir as espiras entre si, no mesmo sentido do eixo do

enrolamento. Pode provocar a torção dos condutores das bobinas o que

degrada o papel isolante em sua superfície, além de comprometer os

espaçadores e demais elementos de sustentação do enrolamento, por

esmagamento. A diminuição da rigidez mecânica do conjunto tem o efeito de

permitir o deslocamento do enrolamento, vibrações e fadiga de conexões,

reduzindo a capacidade do transformador em suportar correntes de curtos-

circuitos e surtos de tensão. A Figura 26 ilustra como se processa esse tipo de

deformação.

Figura 26: Esquema de como se processa a deformação axial de um enrolamento

A deformação radial é aquela que se processa no sentido de se afastar

os condutores externo e interno dos enrolamentos de alta e baixa tensão na

direção radial. Quando o transformador é construído com os enrolamentos de

em direção ao núcleo e a expansão do enrolamento externo em direção ao

tanque. Nesse tipo de deformação, observa-se o estiramento do papel isolante

da superfície dos condutores em função da distensão, o que degrada a

isolação e reduz a suportabilidade a surtos de tensão.

Além disso, a redução da distância entre o enrolamento interno e o

núcleo reduz os níveis de isolação e altera a distribuição de campo elétrico

interno, o que pode aumentar o estresse em pontos específicos do isolamento.

Esta deformação contribui também para o afrouxamento das amarrações, com

a diminuição da rigidez mecânica do conjunto e fadiga de conexões e partes de

sustentação. A Figura 27 ilustra como se processa a deformação radial em um

enrolamento.

Figura 27: Esquema de uma deformação radial em um enrolamento

Em situações onde as estruturas de sustentação e fixação já estão

fatigadas o suficiente, as forças mecânicas às quais os enrolamentos estão

expostos podem ser suficientes para provocar a movimentação do conjunto de

se que o enrolamento se encontra fora de seu eixo. As conseqüências deste

tipo de alteração geométrica são as mesmas citadas para os outros tipos de

deslocamentos, como as reduções das distâncias mínimas de isolamento e a

geração de vibrações. A Figura 28 ilustra como um deslocamento de bobina se

processa.

Figura 28: Diagrama ilustrativo de um deslocamento de bobina em um transformador de potência [18]

Além dos deslocamentos de enrolamentos submetidos às forças

mecânicas, pode-se observar, com menos freqüência, os deslocamentos de

partes do núcleo magnético. Devido à alta robustez mecânica, os esforços em

geral observados sobre o núcleo do transformador em decorrência de esforços

elétricos não são capazes de provocar alterações visíveis. Contudo, impactos

mecânicos em decorrência do transporte podem provocar alterações na

geometria do núcleo do transformador que podem se traduzir em estresses da

isolação e estruturas de fixação, permitindo vibrações e a redução da vida útil

do transformador à medida que facilitam outros processos degenerativos, como

O transformador de potência é projetado de forma que o conjunto seja

capaz de suportar as forças mecânicas decorrentes do funcionamento nominal

em segurança. Contudo, alguns esforços elétricos em funcionamento podem

ultrapassar o limite máximo de suportabilidade ou gerar fadiga. Dentre tais

esforços estão, principalmente, as correntes de curto-circuito e energizações.

Um outro tipo de esforço que pode resultar num deslocamento ou falta

mecânica são os acidentes em transporte.

As correntes de curto-circuito são as principais responsáveis por

deslocamentos mecânicos de origem elétrica, devido à alta intensidade das

correntes envolvidas. Como a impedância de curto pode ser muito baixa, a

corrente de curto que circula pelos enrolamentos do transformador pode atingir

níveis elevadíssimos, de dezenas de vezes a corrente nominal. Embora a

duração de tais correntes seja, em geral, baixa, devido à atuação das

proteções do sistema, a alta amplitude da corrente pode ocasionar a ação de

forças magnéticas de alta intensidade e curta duração, o suficiente para fatigar

as estruturas de sustentação, ou até mesmo provocar um deslocamento em si.

Além dessas, existem as correntes de energização, durante operações

de manobra, também conhecidas como correntes de inrush. Podem ser

geradas no momento da energização do transformador quando a tensão

aplicada não está em fase com a tensão induzida, o que gera a circulação de

correntes elevadas em decorrência da saturação do material ferromagnético do

núcleo. Tais correntes têm duração relativamente curta e sua amplitude não

responsáveis por grande parte da fadiga mecânica do material de sustentação

e fixação em virtude da sua freqüência elevada de ocorrência ao longo da vida

útil do transformador.

Os impactos mecânicos ocorridos no transformador durante o transporte

são outro tipo de causa de alterações mecânicas que podem ser citadas.

Devido às suas dimensões elevadas e seu peso, as dificuldades inerentes ao

seu transporte da fábrica até a subestação podem submeter o transformador a

impactos que podem ser suficientes para deslocar enrolamentos ou deformar o

núcleo do transformador.

3.6 Caracterização do Transformador no Domínio da

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