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.