O que acontece quando um transformador de energia falha?

Quando um transformador de potência falha, a situação pode ser muito séria, com consequências que vão desde danos ao próprio equipamento até a paralisia de toda a rede elétrica, e até mesmo incidentes de segurança, como incêndio ou explosão. Exatamente o que acontece depende do tipo de falha, sua gravidade, o projeto do transformador e a rapidez com que os dispositivos de proteção podem operar.

Aqui estão alguns cenários possíveis:

Fenômenos anormais (sinais observáveis):

Superaquecimento: Uma grande quantidade de calor é gerada localmente no ponto de falha, fazendo com que a temperatura do óleo ou da bobina suba acentuadamente. O termômetro ou o termovisor emitirão um alarme.

Som anormal: Sons fortes de "zumbido", "estalido", "explosão" ou até mesmo "rugido" são ouvidos no interior. Isso é causado por fortes vibrações eletromagnéticas causadas por descarga de arco, ruptura do material isolante, núcleo solto ou sobrecorrente severa.

Mudança anormal do nível de óleo: Gás gerado por falhas internas ou grandes quantidades de gás geradas pela decomposição de alta temperatura do óleo isolante por arcos podem causar aumento anormal do nível de óleo (aumento de pressão) ou diminuição (vazamento).

Pulverização de óleo ou vazamento de óleo: Um aumento acentuado na pressão interna pode fazer com que a válvula de alívio de pressão pulverize óleo, ou tanques de óleo, tubulações, radiadores e outras peças podem romper e vazar óleo devido ao superaquecimento, pressão ou estresse mecânico.

Fumaça e fogo: Alta temperatura e arcos podem inflamar óleo isolante ou materiais isolantes sólidos, fazendo com que o transformador fume ou até mesmo pegue fogo.

Geração de gás: O óleo isolante se decompõe sob alta temperatura e arco para produzir gases como hidrogênio, metano, etano, etileno, acetileno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, etc. (A análise de gás dissolvido/DGA é um método importante de diagnóstico de falhas). Grandes quantidades de acúmulo de gás podem causar um aumento repentino na pressão.

Deformação ou ruptura da carcaça: Em casos extremos, a enorme pressão interna ou energia do arco pode fazer com que o tanque do transformador se expanda, deforme ou até mesmo estoure.

Danos internos:

Falha da bobina:

Curto-circuito entre espiras: O isolamento entre espiras adjacentes na mesma bobina é danificado, formando um circuito de curto-circuito e causando superaquecimento local.

Curto-circuito entre camadas: O isolamento entre as camadas da bobina é danificado.

Curto-circuito fase-fase: O isolamento entre as bobinas de diferentes fases é rompido.

Curto-circuito da bobina para o terra: O isolamento entre a bobina e o núcleo ou tanque (terra) é rompido.

Circuito aberto da bobina: O fio está rompido ou o ponto de conexão está dessoldado.

Deformação/deslocamento da bobina: A enorme força eletromotriz de curto-circuito faz com que a bobina se deforme mecanicamente, solte ou até mesmo entre em colapso.

Falha do núcleo:

Aterramento multiponto do núcleo: O núcleo deve ser projetado para ter apenas um ponto de aterramento confiável. Se houver um ponto de aterramento adicional, uma corrente circulante será formada, causando superaquecimento local ou até mesmo fusão do núcleo.

Curto-circuito entre peças do núcleo: Danos na tinta isolante levam a curto-circuito entre as peças, resultando em aumento da perda por correntes parasitas e superaquecimento.

Falha do sistema de isolamento:

Envelhecimento, umidade e ruptura do isolamento sólido (papelão, suportes, etc.).

Envelhecimento, umidade, contaminação, carbonização e diminuição da resistência à ruptura do óleo isolante.

Falha do comutador de derivação: Mau contato, erosão do contato, ruptura do isolamento, emperramento mecânico ou falha do mecanismo de acionamento.

Falha da bucha: Flashover, descarga suja, umidade interna ou rachaduras levando à ruptura, ou falha da vedação e vazamento de óleo.

Falha do sistema de resfriamento: Bloqueio do radiador, parada da ventoinha/bomba de óleo, vazamento da tubulação de resfriamento, resultando em má dissipação de calor, aumento da temperatura, envelhecimento acelerado do isolamento ou falha.

Impacto no sistema elétrico:

Ação da proteção por relé: Os transformadores são equipados com múltiplas proteções (proteção diferencial, proteção a gás, proteção contra sobrecorrente, proteção contra alívio de pressão, proteção de temperatura, etc.). Quando ocorre uma falha, os dispositivos de proteção relevantes detectarão rapidamente a anomalia (desequilíbrio de corrente, geração de gás, aumento de pressão, temperatura excessiva) e agirão:

Desligamento: Desconectar o disjuntor conectado ao transformador e isolar o transformador defeituoso da rede elétrica. Este é o elo mais crítico, com o objetivo de evitar que o acidente se expanda.

Alarme: Enviar sinais sonoros e luminosos ou informações de alarme remoto.

Flutuação ou queda de tensão: A própria falha ou o disparo da proteção farão com que a tensão do barramento conectado ao transformador caia ou flutue instantaneamente, afetando a qualidade do fornecimento de energia dos usuários a jusante.

Interrupção do fornecimento de energia: Se o transformador defeituoso for um nó chave na cadeia de fornecimento de energia, seu disparo causará uma queda de energia em larga escala na área que ele fornece energia.

Problemas de estabilidade do sistema: O disparo de uma grande falha do transformador principal pode interromper o equilíbrio de energia e a estabilidade da rede elétrica e, em casos graves, pode causar uma queda de energia em maior escala ou até mesmo o colapso do sistema (falha em cascata).

Choque de corrente de curto-circuito: Uma falha de curto-circuito dentro do transformador gerará uma enorme corrente de curto-circuito, que não apenas causará danos devastadores ao próprio transformador, mas também causará enorme força eletromotriz e choque de tensão térmica aos barramentos, comutadores, linhas, etc. conectados a ele.

Riscos de segurança:

Incêndio e explosão: O óleo isolante inflamável de alta temperatura pulverizado é muito propenso a causar um incêndio quando encontra ar ou arco elétrico. Em um espaço confinado, a mistura óleo-gás pode explodir. Esta é a situação mais perigosa.

Liberação de substâncias tóxicas: A queima de óleo isolante e materiais isolantes liberará fumaça e gás tóxicos.

Respingo de danos ao equipamento: Explosão ou ruptura do tanque de óleo pode fazer com que óleo de alta temperatura, detritos e peças respinguem, causando danos ao pessoal e equipamentos próximos.

Poluição ambiental: Grandes quantidades de vazamento de óleo isolante poluirão o solo e as fontes de água.