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Os transformadores imersos em óleo enfrentam ameaças internas constantes que permanecem invisíveis do lado de fora: evolução do gás devido à quebra do isolamento, estresse térmico nos enrolamentos, acúmulo de pressão durante falhas e infiltração de umidade por meio de ciclos de respiração. Os acessórios de proteção - relé Buchholz, dispositivo de alívio de pressão, indicadores de temperatura e respirador de sílica gel - funcionam como o sistema sensorial do transformador, detectando anormalidades antes que ocorra uma falha catastrófica.
Do ponto de vista da aquisição, esses acessórios representam menos de 5% do custo total do transformador, mas determinam se uma falha em desenvolvimento se tornará um evento de manutenção programada ou uma perda total do ativo. Em nossa experiência com o comissionamento de mais de 200 transformadores imersos em óleo em subestações industriais, os acessórios adequadamente especificados têm fornecido, de forma consistente, alertas antecipados de problemas internos - muitas vezes detectando problemas dias ou semanas antes da resposta de outros sistemas de proteção.
Ao avaliar transformadores de distribuição de energia, Em um estudo de caso, a empresa, em sua maioria, trata cada acessório como um item de especificação discreto que exige verificação e não como um complemento intercambiável. As seções a seguir examinam cada dispositivo do ponto de vista do comprador, abordando os princípios operacionais, os parâmetros de especificação e os indicadores de qualidade que distinguem equipamentos confiáveis de produtos básicos.
Um relé Buchholz é um dispositivo de proteção acionado por gás instalado na tubulação que conecta o tanque principal de um transformador ao seu conservador. Ele detecta falhas incipientes por meio do acúmulo de gás e da análise de surtos de óleo - dois fenômenos físicos distintos que indicam diferentes gravidades de falhas.
O princípio de funcionamento se baseia na química fundamental: falhas internas decompõem o óleo do transformador e o isolamento de celulose em gases. Em temperaturas acima de 300°C, o óleo se decompõe em hidrogênio, metano, acetileno e outros hidrocarbonetos. Falhas menores, como descarga parcial ou superaquecimento local, produzem gás a taxas de 50 a 100 cm³/hora. Falhas graves de arco elétrico geram volumes de gás explosivos que deslocam o óleo a velocidades superiores a 0,7 m/s.
Mecanismo de proteção de dois estágios
O compartimento do relé contém dois elementos de flutuação que atendem a funções distintas:
A boia superior responde ao acúmulo gradual de gás. À medida que os gases de falha se acumulam na câmara do relé e o nível de óleo cai, o flutuador se inclina para ativar um contato de alarme. Normalmente, esse estágio é acionado quando o gás acumulado atinge de 100 a 250 cm³, fornecendo horas ou dias de aviso prévio antes do desenvolvimento de danos graves.
O elemento inferior - uma aba ou caçamba articulada - detecta o rápido deslocamento de óleo em caso de falhas graves. Quando o arco interno cria uma geração repentina de gás, o surto de óleo resultante desvia esse elemento em 50 a 100 milissegundos, iniciando sinais imediatos de disparo do disjuntor.
Lista de verificação de especificações para compradores
| Parâmetro | Valores típicos | Ponto de verificação |
|---|---|---|
| Conexão da tubulação | DN50 / DN80 / DN100 | Deve corresponder ao diâmetro do tubo do conservador |
| Classificação do contato de alarme | 250V CA, 0,5A | Verificar a compatibilidade da entrada do painel do relé |
| Classificação do contato de disparo | 250V CA, 1,0A | Confirmar os requisitos do circuito de disparo do disjuntor |
| Velocidade de deslocamento do fluxo de óleo | 0,7-1,2 m/s | Adequado para a classificação MVA do transformador |
| Volume de coleta de gás | 200-300 cm³ | Suficiente para amostragem de análise de gás dissolvido |
| Botão de teste | Incluído | Essencial para a verificação do comissionamento |
Observações de campo em instalações de mineração e petroquímicas revelam que a função de alarme detecta aproximadamente 70% de falhas incipientes antes de uma falha catastrófica. A função de disparo oferece proteção de backup para eventos de alta energia que produzem geração imediata de gás.
[Insight do especialista: instalação do relé Buchholz]
- O tubo de montagem deve manter uma inclinação de 1,5 a 3% em direção ao conservador para a migração adequada do gás
- A torneira de amostragem de gás permite a análise de gás dissolvido sem a remoção do relé
- Os disparos falsos geralmente resultam de ar preso durante o enchimento de óleo ou de ângulo de montagem inadequado
- Os interruptores de mercúrio em relés antigos exigem verificação de nível; os interruptores reed modernos são tolerantes à posição
Quando falhas catastróficas geram uma rápida evolução do gás dentro de um tanque de transformador, a pressão aumenta perigosamente em milissegundos. O dispositivo de alívio de pressão (PRD) oferece proteção mecânica independente dos sistemas elétricos, eliminando os gases antes que ocorra a ruptura do tanque.
PRD vs. Relé de pressão súbita
Dois dispositivos distintos tratam das condições de sobrepressão:
A válvula PRD usa um diafragma com mola que se abre na pressão predefinida, normalmente 50-70 kPa acima da atmosférica. Quando ativada, ela libera fisicamente o óleo e o gás para a atmosfera e, em seguida, volta a se fechar automaticamente (tipo de autovedação) ou permanece aberta (tipo de disco frangível). O tempo de resposta é inferior a 50 milissegundos.
O relé de pressão súbita (SPR) é um dispositivo elétrico que detecta a taxa de aumento de pressão em vez da pressão absoluta. Ele envia sinais de disparo para os disjuntores, mas não alivia fisicamente a pressão. Muitas especificações exigem ambos: SPR para disparo elétrico rápido, PRD para ventilação mecânica.
Considerações sobre montagem e dimensionamento
Os PRDs são montados na tampa superior do tanque ou na parede lateral superior, com a porta de descarga orientada para longe das passarelas do pessoal. O tamanho está relacionado à classificação MVA do transformador e ao volume de óleo - unidades maiores exigem maior capacidade de ventilação para evitar que o acúmulo de pressão ultrapasse os limites estruturais.
Verifique se a perfuração de fábrica corresponde ao padrão do flange do PRD antes do envio. As instalações de retrofit geralmente exigem placas adaptadoras personalizadas ao substituir PRDs de fabricantes diferentes.
Indicadores de qualidade do comprador
Os enrolamentos do transformador operam significativamente mais quentes do que o óleo circundante. O indicador de temperatura do óleo (OTI) mede diretamente a temperatura do topo do óleo, enquanto o indicador de temperatura do enrolamento (WTI) estima a temperatura do ponto mais quente do enrolamento usando um método de simulação térmica. Ambas as medições são essenciais - confiar apenas no OTI subestima a tensão real do isolamento em 15 a 30 °C sob carga.
Por que ambos os indicadores são importantes
O OTI fornece uma medição direta por meio de um bolso de termômetro na parede do tanque, lendo a temperatura do óleo próximo à parte superior do tanque. Esse valor reflete o desempenho do sistema de resfriamento e as condições ambientais, mas não indica o estresse térmico real do enrolamento.
A WTI soluciona essa lacuna por meio do princípio da imagem térmica. Um transformador de corrente fornece corrente reduzida a um resistor de aquecimento montado dentro do bolso do termômetro WTI. Esse aquecedor adiciona um aumento de temperatura proporcional às perdas de I²R no enrolamento, fazendo com que a leitura do WTI se aproxime da temperatura do ponto mais quente sem a necessidade de um sensor embutido na própria bobina.
Calibração de imagens térmicas
Leituras precisas de WTI exigem calibração adequada durante o projeto do transformador:
A documentação de fábrica deve especificar esses parâmetros. A recalibração em campo é possível, mas requer conhecimento detalhado do projeto térmico do transformador.
Configuração dos limites de alarme e disparo
Os pontos de ajuste de temperatura dependem da classe de isolamento e do método de resfriamento. Para isolamento padrão de Classe A (limite térmico de 105 °C) em sistemas refrigerados por ONAN unidades de transformadores imersos em óleo:
| Indicador | Configuração do alarme | Configuração de viagem | Meta de monitoramento |
|---|---|---|---|
| OTI | 85°C | 95°C | Temperatura do óleo de topo |
| WTI | 105°C | 120°C | Ponto mais quente simulado |
Esses valores estão alinhados com a orientação de carga térmica do IEEE C57.91. As configurações reais de fábrica podem ser diferentes com base no projeto específico do transformador - verifique a documentação antes da energização.
[Expert Insight: Manutenção do indicador de temperatura].
- Os tubos capilares que conectam os indicadores montados remotamente são frágeis - mantenha-os longe de áreas de tráfego
- Verificação anual da calibração usando uma referência de temperatura portátil recomendada para unidades críticas
- As leituras de WTI podem ficar abaixo da temperatura real do enrolamento durante mudanças rápidas de carga devido à massa térmica
- Os indicadores digitais multicanais podem consolidar ambas as medições com pontos de ajuste programáveis
O óleo do transformador se expande e se contrai com as mudanças de temperatura, fazendo com que o conservador “respire” por meio do conjunto do respiro. Sem a remoção da umidade, cada ciclo de respiração introduz ar úmido que degrada a resistência dielétrica do óleo e acelera o envelhecimento do isolamento de celulose.
Como o respiro protege a integridade do óleo
O ar que entra passa por uma câmara preenchida com sílica gel - uma forma porosa de dióxido de silício com alta afinidade com o vapor de água. O gel absorve a umidade antes que o ar chegue ao espaço aéreo do conservador, mantendo o teor de umidade do óleo abaixo dos limites críticos. De acordo com Padrões de transformadores IEC 60076, A umidade no óleo reduz significativamente a tensão de ruptura dielétrica e diminui a vida útil do isolamento.
Os projetos alternativos incluem conservadores hermeticamente fechados com bexigas de borracha ou diafragmas que eliminam totalmente a respiração atmosférica. Esses sistemas custam mais caro, mas oferecem proteção superior contra umidade para transformadores em ambientes úmidos.
Construção e função do copo de óleo
Os respiradores padrão apresentam uma câmara de vidro ou plástico transparente contendo cartuchos de sílica gel substituíveis ou regeneráveis. O copo de óleo na base do respiro fornece uma barreira secundária contra a umidade, fazendo com que as bolhas de ar passem por uma piscina rasa de óleo de transformador limpo antes de chegar à câmara de gel.
A manutenção do copo de óleo é fundamental. Um copo vazio ou contaminado permite que o ar não filtrado passe pelo sistema. Encha com a mesma especificação de óleo usada no tanque principal.
Critérios de seleção do respirador
Realidade da manutenção
A cor do gel de sílica indica o estado de saturação de umidade. O gel fresco aparece azul ou laranja, dependendo do tipo de indicador; o gel saturado fica rosa ou incolor.
A frequência de substituição varia drasticamente de acordo com o clima:
A regeneração por aquecimento do gel a 120-150°C restaura a capacidade de adsorção por 3 a 5 ciclos antes que a substituição seja necessária. Documente o histórico de regeneração para rastrear a degradação do gel ao longo do tempo.
Além das especificações individuais do dispositivo, a proteção bem-sucedida do transformador depende da integração adequada entre os acessórios e o sistema de proteção mais amplo.
Verificação da conformidade com os padrões
Solicitar documentação que demonstre a conformidade com os padrões aplicáveis:
Nenhum padrão internacional único rege todos os acessórios do transformador. Alguns fabricantes fazem referência a padrões regionais ou especificações internas - verifique se eles oferecem níveis de proteção equivalentes.
Fiação de fábrica e compatibilidade de terminais
Confirme esses pontos de integração antes do envio:
Arranjos de terminais incompatíveis descobertos durante o comissionamento causam atrasos dispendiosos e modificações em campo.
Peças de reposição e disponibilidade a longo prazo
Os acessórios do transformador exigem manutenção periódica ao longo de 25 a 30 anos de vida útil dos ativos. Verificar:
Componentes proprietários de linhas de produtos descontinuadas criam problemas de manutenção décadas após a instalação.
A XBRELE fornece transformadores de distribuição imersos em óleo com pacotes de acessórios testados e instalados na fábrica, configurados de acordo com os requisitos do projeto. As configurações padrão incluem relé Buchholz, dispositivo de alívio de pressão, indicador de temperatura do enrolamento, indicador de temperatura do óleo e respiro de sílica gel com copo de óleo - todos enviados com documentação de calibração e certificados de teste.
O suporte de engenharia está disponível para correspondência de especificações de acessórios, especialmente para instalações com condições ambientais ou requisitos de esquema de proteção fora do padrão. As configurações personalizadas acomodam a redução de altitude, faixas de temperaturas extremas e compatibilidade de interface com sistemas de controle de subestações existentes.
Entre em contato com a nossa equipe técnica como uma pessoa de confiança fabricante de transformadores de distribuição para obter cotações de transformadores com especificações completas de acessórios que atendam aos requisitos de seu projeto.
P: O que faz com que um relé Buchholz emita alarmes falsos?
R: O ar preso durante o enchimento de óleo, o ângulo de montagem inadequado do relé com desvio superior a 3° da horizontal e a vibração externa de equipamentos próximos são as causas mais comuns. Os procedimentos adequados de comissionamento, incluindo a evacuação completa do ar e a verificação da montagem, evitam a maioria das indicações falsas.
P: Como posso saber quando a sílica gel precisa ser substituída?
R: Monitore o indicador de mudança de cor - o gel azul ou laranja que se torna rosa ou incolor indica saturação de umidade. Em climas úmidos, espere intervalos de substituição de 6 a 12 meses; ambientes áridos podem permitir de 2 a 3 anos entre as trocas. Substitua quando aproximadamente dois terços do gel visível tiverem mudado de cor.
P: O WTI pode funcionar sem a conexão do transformador de corrente?
R: O WTI exibirá apenas a temperatura do óleo, não a temperatura simulada do ponto quente do enrolamento. Sem a corrente do aquecedor alimentado por CT, a função de imagem térmica é desativada e as leituras subestimarão a temperatura real do enrolamento em 15 a 30°C durante condições de carga. Isso anula o objetivo do monitoramento da temperatura do enrolamento.
P: Qual é a vida útil típica dos acessórios do transformador?
R: Os relés e indicadores de temperatura da Buchholz normalmente duram de 20 a 25 anos com verificação periódica da calibração. As vedações PRD podem exigir substituição a cada 10 a 15 anos, dependendo da degradação do material. Os respiradores de sílica gel precisam de substituição do cartucho com base na saturação e não no tempo do calendário.
P: Devo especificar PRDs de disco frangível ou autovedante?
R: Os PRDs autovedantes permitem a reenergização do transformador após pequenos eventos de sobrepressão após a inspeção. Os tipos de disco frangível exigem substituição após qualquer ativação, mas proporcionam uma abertura mais confiável em ajustes precisos de pressão. As subestações críticas geralmente especificam tipos autovedantes para minimizar a duração da interrupção.
P: As classificações de contato dos acessórios são padronizadas entre os fabricantes?
R: As classificações de tensão e corrente dos contatos variam de acordo com o fabricante e o modelo. As classificações comuns incluem 250V CA a 0,5-1,0A para contatos de alarme e 250V CA a 1,0-2,0A para contatos de disparo. Sempre verifique se as classificações correspondem às especificações de entrada do seu painel de relés antes da aquisição para evitar incompatibilidade de interface.
P: Como posso verificar a qualidade do acessório ao comparar ofertas?
R: Solicite certificados de teste de tipo de fábrica, certificações de materiais para componentes molhados com óleo e documentação de calibração com rastreabilidade para padrões nacionais de metrologia. Os fornecedores que não puderem fornecer essa documentação podem estar oferecendo produtos não certificados ou falsificados que comprometem a confiabilidade da proteção.
