Porque Falham as Travessias de Transformadores, e Como Evitar Que Aconteça

Uma travessia é uma parte pequena de um transformador e uma fatia grande das suas estatísticas de falha. Conduz a tensão total da linha através de uma parede de cuba ligada à terra, e por isso vive permanentemente sob esforço elétrico, ciclos térmicos e intempéries. Esta página expõe os mecanismos de falha que realmente levam as travessias a falhar em serviço, os sinais de monitorização de condição que precedem cada um, e as decisões de projeto e fabrico que os eliminam. A Indisol é um fabricante português de travessias de epóxi moldadas, e onde a nossa própria prática é relevante dizemo-lo abertamente.

1. Porque falham mais do que o transformador

A travessia é o único componente que tem de ser condutor, isolador, vedante de pressão e suporte estrutural ao mesmo tempo. O seu isolamento fica no intervalo radial estreito entre um condutor central em tensão e uma flange ligada à terra, que é a região de campo mais elevado de todo o conjunto. Está aparafusada a uma cuba que aquece e arrefece com a carga, pelo que a junta entre materiais orgânicos e metálicos é trabalhada mecanicamente todos os dias da sua vida. E, ao contrário dos enrolamentos, está exposta: chuva, sal, poeira, UV e gelo agem todos diretamente sobre ela. Nada disto é um defeito. É simplesmente a função, e explica porque os problemas de travessias aparecem cedo na vida de um transformador e porque os mecanismos abaixo se repetem em todos os fabricantes e todas as tecnologias.

2. Os quatro mecanismos de falha

As falhas em serviço agrupam-se em quatro categorias. Não são independentes: a humidade acelera a descarga parcial, a descarga acelera o envelhecimento térmico, e os ciclos térmicos abrem o caminho que deixa entrar a humidade.

3. Como cada um se anuncia

As travessias raramente falham sem aviso. O aviso é apenas discreto, e é elétrico e não visual. Se estiver a monitorizar uma frota, estes são os indicadores que vale a pena seguir ao longo do tempo.

• Capacidade e fator de perdas (tan delta). Uma subida do fator de perdas à mesma temperatura é o indicador mais útil de humidade e deterioração geral do isolamento. Uma alteração na capacidade medida aponta para uma camada de gradação em curto-circuito ou aberta.
• Medição de descargas parciais. Deteta vazios e problemas de interface muito antes de erodirem um caminho. É por isso que ensaiamos descargas parciais em produção e não apenas em ensaio de tipo.
• Resistência de isolamento. Barato, rápido, e sensível a entradas grosseiras de humidade e contaminação de superfície, embora não a pequenos defeitos internos.
• Termografia por infravermelhos. Encontra uma ligação quente no terminal superior ou uma junta resistiva interna, ambas causadoras de envelhecimento térmico localizado.
• Análise de gases dissolvidos, para desenhos em óleo. O aumento de acetileno ou hidrogénio num compartimento de travessia indica arco ou descarga no seu interior.
• Inspeção visual. Fugas de óleo na flange, trilhos carbonizados na superfície, esfarelamento, saias lascadas e uma ligação à terra corroída ou solta merecem todos atenção.

Duas notas práticas. Primeira, uma única medição diz pouco; o valor está na tendência, para a mesma travessia medida em condições semelhantes. Segunda, a epóxi moldada tem uma vantagem aqui fácil de esquecer: é um sistema seco, vedado para toda a vida, pelo que não há nível de óleo a perder, não há papel a secar, e não há razão para o estado do isolamento depender de um regime de manutenção.

4. Projeto: o que tem de estar certo antes de fundir

Cada decisão abaixo existe para eliminar um dos quatro mecanismos, e todas são tomadas na fase de desenho, onde ainda são livres de mudar.

Controlo de campo no intervalo radial

A espessura do isolamento, a forma do condutor e a geometria da região da flange ligada à terra definem o campo local. Arestas vivas e transições abruptas na flange são onde a descarga parcial começa, por isso a transição é arredondada e, onde a tensão o exige, gradada.

Linha de fuga e perfil de saias

O contornamento externo é função da linha de fuga, do perfil de saias e da classe de poluição do local. Uma travessia especificada para uma cubículo interior limpo e instalada numa subestação costeira falhará na superfície muito antes de o seu isolamento interno se esgotar, e é por isso que perguntamos sobre o ambiente de instalação e não apenas sobre a tensão.

A interface metal-resina

É aqui que o envelhecimento termo-mecânico atua. A dilatação diferencial entre o inserto metálico e a resina tem de ser absorvida sem abrir um vazio, por isso a geometria do inserto, a preparação de superfície e o sistema de resina são escolhidos em conjunto. As nossas travessias são moldadas com as peças metálicas encapsuladas, e fazemos a metalização em casa, para que a superfície a que a resina adere fique sob o nosso controlo.

Função mecânica e montagem

A carga em consola do condutor ligado, o binário aplicado ao apertar o terminal e as forças de curto-circuito passam todos pela mesma peça. O método de montagem, as dimensões da flange e o arranjo de aperto são projetados para o caso de carga real e não pedidos emprestados a uma referência semelhante.

5. Resina: porque formulamos a nossa própria

Não compramos uma epóxi genérica e a fundimos. Formulamos os nossos próprios sistemas de resina, o que nos permite ajustar o material à função em vez do contrário. Duas famílias cobrem a maior parte do que uma travessia precisa, e a escolha entre elas decide-se normalmente pelo local de instalação.

As propriedades que importam para os mecanismos de falha acima são a rigidez dielétrica ao longo da vida e não apenas no primeiro dia, a resistência ao choque térmico, a baixa absorção de água e o comportamento de superfície não arborescente. Há mais detalhe sobre o material em si no nosso guia de referência de isoladores de resina epóxi.

6. Controlos de fabrico e ensaio

Um vazio de uma fração de milímetro é suficiente para iniciar uma descarga parcial, e nenhum projeto por melhor que seja sobrevive a um processo de fundição que deixe um. O nosso processo é verticalmente integrado por essa razão: formulação de resina, ferramentaria, metalização, fundição e ensaio estão todos sob o mesmo teto, do protótipo à produção em série.

• Fundição em vácuo e gelificação sob pressão (APG). A resina é desgaseificada e fundida em vácuo, e a gelificação automática sob pressão controla a frente de gelificação para que a peça encha e cure sem ar retido ou vazios de contração.
• 29 clamping machines. Capacidade desde peças pequenas até peças acima de 50 kg e 1 m, pelo que a ferramenta se adapta à peça e não o contrário.
• Metalização em casa. A superfície de ligação de cada inserto é preparada por nós, que é a interface que rege a vida termo-mecânica.
• 100% de ensaio elétrico. Todas as peças são ensaiadas, não uma amostra. O nosso laboratório ensaia até 200 kV à frequência industrial e até 200 kV em descargas parciais, e mede ainda resistência de contacto e metrologia de alta tensão e de corrente.
• Inspeção por raio-X. Utilizada onde a integridade interna tem de ser demonstrada e não deduzida, incluindo peças destinadas a equipamento em SF6.
• Ensaio de tipo. A qualificação do desenho apanha os problemas que pertencem ao desenho, antes de o desenho chegar ao seu transformador.

Somos certificados pela ISO 9001 e pela ISO 14001. Os certificados de ensaio e aprovações estão listados na nossa página de certificações, e o processo em si está descrito com mais detalhe em tecnologias.

7. Epóxi ou porcelana?

A porcelana tem um historial excelente e continua a ser a resposta certa em algumas aplicações. Onde a epóxi moldada muda o quadro é sobretudo na fragilidade e no peso.

• Choque térmico. A epóxi não fissura por choque térmico como a porcelana pode fissurar, o que elimina um dos caminhos clássicos de entrada de humidade.
• Peso. Uma peça mais leve manuseia-se e instala-se com mais facilidade e exige menos da montagem.
• Comportamento de superfície. Não propaga arborescência e resiste às intempéries, com sobremoldagem em silicone disponível para locais poluídos ou costeiros.
• Comportamento elétrico. Descargas parciais baixas, elevada resistência à compressão e boa resistência ao arco.
• Modo de falha. Uma peça moldada não se estilhaça, o que importa para o equipamento ao lado e para quem trabalha junto dele.

A comparação está desenvolvida com mais detalhe em a nossa comparação entre epóxi e porcelana, e a gama de tipos está na página de produto travessias.

8. Perguntas frequentes

Qual é a causa mais comum de falha de travessias de transformadores?

A entrada de humidade, normalmente através de um vedante degradado ou de uma fissura, e normalmente revelada por uma subida do fator de perdas antes de se tornar num contornamento. As descargas parciais originadas por vazios de fundição ou por uma interface metal-resina deficiente são a segunda causa, e a que é inteiramente evitável na fase de fabrico.

Quanto tempo deve durar uma travessia?

Uma travessia corretamente especificada deve durar a vida do transformador. Quando ficam aquém, é normalmente uma desadequação entre a especificação e o local: linha de fuga especificada para um ambiente mais limpo do que o real, ou um caso de carga mecânica subestimado.

Pode uma travessia em falha ser detetada antes de falhar?

Sim, em quase todos os casos. A tendência do fator de perdas e da capacidade, a medição de descargas parciais, a termografia e, para desenhos em óleo, a análise de gases dissolvidos, mostram todos uma travessia em deterioração bem antes da rutura.

A epóxi moldada precisa de manutenção?

É um sistema seco e vedado, sem óleo a verificar ou substituir. Em ambientes poluídos, a superfície externa deve ser inspecionada e, quando necessário, limpa, e a ligação à terra deve ser verificada.

O que precisamos de si para orçamentar uma travessia?

Tensão e corrente nominais, níveis de isolamento, interior ou exterior e a classe de poluição, arranjo de montagem e interface de flange, cargas mecânicas, o desenho ou a peça a substituir, e quantidades. Um esboço com as cotas é suficiente para começar.