Os transformadores, um dos pilares de qualquer rede elétrica, são componentes essenciais concebidos para permitir a distribuição e transmissão eficiente de eletricidade através de vários níveis de tensão. Normalmente, os transformadores são feitos para operar abaixo de sua capacidade nominal, mas há momentos em que eles devem funcionar temporariamente em condições de sobrecarga. Contanto que funcionem dentro da capacidade de sobrecarga projetada, é improvável que ocorram problemas. Caso a sobrecarga exceda a classificação da unidade, naturalmente haverá impactos negativos que comprometerão o seu estado e vida útil.

Continue lendo para saber mais sobre quais são esses vários efeitos e como eles diminuem a saúde de um transformador.

O que é sobrecarga do transformador?

Uma sobrecarga ocorre quando a carga de um transformador excede sua classificação nominal, ou seja, ele é submetido a correntes e/ou tensões que vão além de suas especificações de projeto. Estar sobrecarregado sempre faz com que o transformador experimente temperaturas operacionais mais altas, o que resulta em todos os tipos de desgaste acelerado que, em última análise, reduz a vida útil da unidade. E ao contrário dos motores que podem ser revitalizados através derebobinamento de motor elétrico, um transformador que fica frequentemente sobrecarregado pode não ser facilmente reparado e muitas vezes exigirá uma substituição completa.

Essas condições de sobrecarga podem ocorrer por diversos motivos, como contingências em linhas de transmissão ou instalações que optam deliberadamente por sobrecarregar o transformador. Este último caso decorre muitas vezes de razões de fiabilidade ou económicas, nomeadamente para ganhar tempo para mitigar os cenários de contingência mencionados anteriormente e evitar apagões ou manter as exigências de carga dos clientes. Nestes eventos, fazer com que os transformadores usem 25% a 50% a mais de sua expectativa de vida é considerado um sacrifício necessário.

Alternativamente, pode ser causado por falhas ou falhas em outras áreas do sistema de potência. Dado que estes sistemas são inerentemente complexos, haverá sempre um risco de falha, independentemente de quão bem sejam concebidos. É aqui que entra o seu equipamento de proteção para identificarfalhas do transformadore isolar os elementos defeituosos do resto do sistema. Como resultado, o fluxo de potência busca novas formas de atender à demanda de carga estabelecida, e as unidades transformadoras que estão localizadas em tais caminhos correm o risco de sofrer condições de sobrecarga.

Principais consequências da sobrecarga

1. Superaquecimento

Transformadores que operam além de sua capacidade nominal possuem mais corrente fluindo através de seus enrolamentos, resultando em um aumento significativo de temperatura. O calor extra gerado danifica vários componentes da unidade, como o isolamento, e acelera o seu envelhecimento e degradação, diminuindo o desempenho geral e, eventualmente, causando uma falha. Além disso, as temperaturas mais elevadas também afectam aóleo isolante de transformadore diminui sua eficácia.

2. Desgaste Acelerado e Danos ao Isolamento

A saúde e a vida útil de um transformador estão diretamente ligadas à condição de seus materiais isolantes. Esses materiais sofrem maior desgaste quando os transformadores funcionam em capacidade máxima por longos períodos, reduzindo sua vida útil efetiva. Cada vez que o transformador excede sua capacidade de carga, as tensões internas se agravam e o risco de quebras (que podem levar a curtos-circuitos internos) aumenta significativamente. Em última análise, ciclos de manutenção mais curtos e paragens mais frequentes para reparações ou substituições de componentes ocorrerão e incorrerão em custos mais elevados.

3. Eficiência reduzida

A eficiência do transformador é determinada pela quantidade de energia que a unidade pode converter sem perdas. Quando um transformador está sobrecarregado, mais energia é perdida na forma de calor. Este desperdício de energia não só sobrecarrega ainda mais o transformador, mas também aumenta os custos operacionais. O núcleo e os enrolamentos perdem a capacidade de funcionar com eficiência, levando a um consumo adicional de energia. Os operadores notarão um maior consumo de energia e um desempenho operacional reduzido, à medida que os equipamentos que dependem do transformador experimentam instabilidade ou irregularidades de tensão.

4. Quedas de tensão

Transformadores sobrecarregados muitas vezes lutam para manter níveis de tensão estáveis. O aumento da corrente através dos enrolamentos causa quedas de tensão, o que significa que a saída de tensão do transformador é inferior ao nível exigido para o equipamento a jusante, resultando em mau funcionamento ou operação ineficiente dos dispositivos conectados. Equipamentos sensíveis podem operar abaixo da capacidade ou falhar na partida, e podem ocorrer picos de energia enquanto o sistema tenta compensar a baixa tensão, causando mais danos ao equipamento. Este problema torna-se uma preocupação maior quando se utilizam equipamentos que dependem de níveis de tensão precisos – como computadores, dispositivos médicos ou sistemas automatizados – pois podem tornar-se pouco fiáveis ​​ou danificados.

5. Desligamentos ou falhas frequentes

Quando um transformador é empurrado regularmente além do seu limite de projeto, ele fica mais sujeito a falhas ou desligamentos repentinos devido às tensões colocadas em seus sistemas internos. Disjuntores ou mecanismos de segurança serão acionados para evitar maiores danos. Os desligamentos não planejados afetam a distribuição de energia, levando a interrupções em sistemas críticos que dependem do transformador. As falhas podem causar danos temporários ou permanentes a tais sistemas, perturbando as operações industriais ou a estabilidade da rede.

Outros riscos de sobrecarga

Além dos problemas listados acima, existem outros riscos envolvidos na sobrecarga do transformador, nomeadamente:

Formação de bolhas de gás provenientes da isolação adjacente às partes metálicas estruturais e condutores isolados que podem diminuir a rigidez dielétrica do transformador.

Capacidade reduzida de resistência a curto-circuitos devido à deterioração temporária das propriedades mecânicas do transformador devido a temperaturas mais altas.

Falhas dielétricas ou mecânicas causadas pela expansão térmica de peças estruturais, condutores e materiais isolantes.

Pressão de montagem nas buchas, o que pode levar à perda de óleo, vazamentos nas juntas e falha dielétrica extrema.

Possibilidade de expansão do óleo no tanque quando a temperatura do óleo superior ultrapassa os limites padrão.

A regulação de tensão do transformador pode aumentar devido à maior carga de energia e possivelmente ao baixo fator de potência atrasado.

Conclusão

A sobrecarga de um transformador tem sérias implicações na sua saúde e desempenho. Quando um transformador opera além de sua capacidade nominal, corre o risco de superaquecimento, diminuição da eficiência e envelhecimento prematuro. Com o tempo, podem ocorrer danos no isolamento e degradação do núcleo, levando a reparos dispendiosos ou falhas completas.