Por que o núcleo do transformador é considerado o coração principal de um transformador de potência?

Como aparelho central e equipamento central na indústria de energia, o núcleo de ferro de um transformador de potência constitui um componente funcional e estrutural vital para garantir o fluxo desimpedido do circuito magnético, a conversão de energia e a segurança elétrica. Do ponto de vista dos equipamentos de potência e da segurança elétrica, as falhas nos núcleos de ferro dos transformadores não podem ser negligenciadas.

Começando com uma descrição do estado operacional dos núcleos de ferro do transformador, este artigo elucida o princípio do aterramento de ponto único para núcleos de ferro do transformador, analisa as causas de falhas de aterramento nos núcleos de ferro do transformador e fornece métodos para tratamento e detecção de falhas.

1 Descrição das condições operacionais do núcleo do transformador de potência

O núcleo constitui o coração estrutural de um transformador de potência, fornecendo suporte essencial para o fluxo magnético e conversão de energia. Durante a operação normal, o núcleo gera um campo magnético alternado extremamente forte devido à alta tensão e grandes correntes, resultando em uma diferença de potencial significativa para a terra. Esta diferença de potencial pode causar fenômenos de descarga entre o núcleo e o tanque de óleo. Descargas severas podem danificar diretamente o núcleo, os enrolamentos e o invólucro do transformador, podendo levar a acidentes do transformador e riscos operacionais.

2 Princípio de Aterramento de Ponto Único para Núcleos de Transformadores de Potência

O aterramento de ponto único para núcleos de transformadores de potência envolve proteger as laminações para formar um plano de potencial unificado. Isto é conseguido conectando uma seção do núcleo a uma placa de fixação do núcleo fixada na parede interna do tanque por meio de fios ou parafusos de fixação. Isto garante uniformidade potencial tanto dentro do núcleo como entre o núcleo e o tanque. Caso o núcleo apresente irregularidade, empenamento ou flexão, ele facilita facilmente o aterramento elétrico através das laminações. Dentro de um campo eletromagnético alternado, isso induz correntes alternadas dentro do núcleo, formando potencialmente circuitos localizados. Consequentemente, ocorre liberação localizada e transitória de calor dentro do núcleo, levando a temperaturas internas excessivas, liberação significativa de gases nocivos, ativação de sistemas de proteção de gás e desligamento do transformador. Esses problemas prejudicam a funcionalidade do transformador em sistemas e redes de energia.

3 causas principais de falhas de aterramento do núcleo do transformador de potência

(1) Presença de objetos estranhos dentro do transformador de potência

 Cronologicamente, a existência de objetos estranhos manifesta-se em várias etapas:

Em primeiro lugar, durante a fabricação, a precisão inadequada na fabricação do núcleo e a limpeza insuficiente das áreas internas e dos componentes do núcleo podem deixar detritos residuais, comprometendo a eficácia do aterramento do núcleo.

Em segundo lugar, durante a instalação, forças mecânicas externas podem causar deformação do núcleo e distorção do revestimento, desalojando materiais e criando múltiplos pontos de aterramento. Isso leva a curtos-circuitos, circuitos fechados e superaquecimento.

Em terceiro lugar, durante o enchimento de óleo, a qualidade inferior do óleo pode introduzir contaminantes metálicos que aderem perto do núcleo, perturbando o controlo do ponto de ligação à terra e formando múltiplos pontos de ligação à terra.

Em quarto lugar, durante a manutenção e operação, o desgaste, a corrosão e a vibração dentro do transformador geram detritos metálicos granulares e contaminantes em pó. Estas partículas infiltram-se no núcleo, perturbando o seu funcionamento normal e criando falhas operacionais e perigos latentes.

(2) Folga insuficiente no núcleo do transformador de potência

A proximidade excessiva entre os grampos do núcleo e os pinos centrais pode resultar em folga de aterramento inadequada ou má fixação durante o aterramento do núcleo. O deslocamento operacional pode então desencadear fenômenos de descarga. O afrouxamento dos espaçadores do núcleo pode causar contato entre o núcleo e o invólucro, induzindo curtos-circuitos.

(3) Entrada de água no transformador de potência

Durante a instalação ou manutenção em tempo chuvoso, a não implementação de medidas de impermeabilização ou isolamento pode danificar o isolamento do núcleo. As laminações de papel saturadas de umidade, quando submetidas a alta tensão, causam prontamente curtos-circuitos núcleo-terra e falhas de descarga.

4 causas fundamentais do superaquecimento do núcleo do transformador de potência

(1) Padrões de fabricação abaixo do padrão. Quanto mais moderno e automatizado for o transformador de potência, maior será a demanda por técnicas avançadas de fabricação. Certas unidades de produção de transformadores não possuem as qualificações necessárias para novas estruturas, materiais e especificações, resultando em problemas práticos como precisão insuficiente, limpeza incompleta e técnicas não conformes. Isto leva ao superaquecimento do núcleo, comprometendo a estabilidade geral.

(2) Técnicas de instalação abaixo do padrão. Durante a instalação, o não cumprimento do princípio de aterramento de ponto único para o núcleo leva ao aperto inadequado dos parafusos, ao comprimento insuficiente do fio de aterramento ou à localização incorreta do aterramento. Isso faz com que o núcleo entre em contato com o invólucro, resultando em uma falha de aterramento do núcleo e provocando superaquecimento durante a operação.

5. Métodos para resolver falhas de aterramento no núcleo do transformador de potência

Os principais métodos para lidar com falhas de aterramento de núcleo em transformadores de potência compreendem: tratamento de falhas de aterramento multiponto intermitentes, gerenciamento de falhas de aterramento multiponto com valores mensuráveis ​​de resistência de isolamento e resolução de falhas de aterramento multiponto sem valores de resistência de isolamento (também denominado aterramento morto). Esta seção ilustra principalmente a abordagem para faltas intermitentes de aterramento multiponto.

6 Detecção de falhas de aterramento no núcleo do transformador de potência

(1) Padronizar procedimentos de inspeção. Durante a instalação, certifique-se de que os pinos de posicionamento estejam invertidos ou removidos. Verifique meticulosamente se todos os componentes estão dimensionados corretamente, alongados adequadamente e apresentam apenas uma placa de conexão quando necessário. Além disso, confirme se todos os parafusos e porcas estão bem apertados e inspecione se o processo de fabricação das laminações de aço silício atende aos padrões ideais. Elimine fundamentalmente a possibilidade de múltiplos pontos de aterramento.

(2) Procedimentos de limpeza completos. Após a fabricação, instalação ou modificações importantes nos transformadores de potência, realize uma limpeza abrangente dos componentes internos. Certifique-se de que não haja excesso de fios metálicos ou mesmo minúsculas partículas metálicas dentro do transformador, o que poderia predispor as laminações de aço silício a vários pontos de aterramento.

(3) Mantenha a limpeza do tanque. Realize inspeções de rotina em resfriadores e bombas de óleo durante a operação do transformador para evitar superaquecimento localizado do núcleo e falha prematura. Isto evita que partículas metálicas geradas pela fricção entrem no tanque através do óleo. O acúmulo excessivo de partículas ao longo do tempo leva inevitavelmente a múltiplos pontos de aterramento.

(4) Melhorar o monitoramento operacional. Isso permite ações corretivas imediatas ao detectar falhas de aterramento em transformadores de potência ou iniciar investigações quando surgirem fatores suspeitos. Essa vigilância garante que as falhas de aterramento do núcleo sejam evitadas antes que elas ocorram.