Que estratégias de manutenção podem ser desenvolvidas com base nos dados de um monitor de corrente de aterramento do núcleo do transformador?

Quando comecei a trabalhar como parte da equipe técnica em nosso fornecedor de sistemas de monitoramento de transformadores, há três anos, admito que não prestei tanta atenção aos dados atuais de aterramento do núcleo como deveria. No início, passávamos a maior parte do tempo orientando os clientes sobre os detalhes do nosso produto principal - oMonitor de corrente de aterramento do núcleo do transformador— e focando nas métricas chamativas e de alta visibilidade, como descarga parcial ou gases dissolvidos. Achei que a corrente central era apenas um sinal de “background”, algo para verificar uma vez por ano durante um desligamento de rotina e seguir em frente. Tudo isso mudou quando uma concessionária de energia de médio porte no Centro-Oeste nos procurou no ano passado com um problema: eles substituíram um transformador de 25 anos em sua rede de distribuição, apenas para vê-lo falhar inesperadamente seis meses depois, sem nenhum aviso dos monitores de gás e PD existentes. Quando nossa equipe analisou os dados do monitor de corrente de aterramento central instalado junto com a nova unidade, encontramos um aumento lento e constante na corrente ao longo desses seis meses – algo que nenhuma outra ferramenta havia detectado. Essa conversa me levou a me aprofundar em como os dados atuais de aterramento do núcleo não são apenas uma reflexão tardia de diagnóstico – são a espinha dorsal de estratégias de manutenção proativas que podem evitar falhas de transformadores antes que elas comecem.

Para entender por que a corrente de aterramento do núcleo é importante, é útil recapitular o que é o núcleo de um transformador e por que ele está aterrado. O núcleo é uma grande estrutura de aço laminado que transporta o fluxo magnético entre os enrolamentos primário e secundário. Para evitar que acúmulos eletrostáticos perigosos interfiram na operação, o núcleo é aterrado em um único ponto. É aí que o nossoMonitor de corrente de aterramento do núcleo do transformadorentra: ele foi projetado para medir a pequena corrente que flui através dessa conexão de aterramento - geralmente alguns miliamperes em uma unidade saudável, chegando talvez a 50 mA antes que você comece a se preocupar. O que aprendi com o transformador com falha daquela concessionária é que essa corrente não é aleatória. Cada mudança nesse número tem uma causa específica, e acompanhar essas mudanças ao longo do tempo permite que você crie estratégias de manutenção direcionadas, e não apenas reativas.

A primeira estratégia que vem dos principais dados atuais é o que chamo de “manutenção proativa baseada em tendências”. Esta não é a abordagem tradicional, onde você aparece a cada dois anos para desmontar um transformador só porque o calendário diz isso. Em vez disso, você usa dados históricos do seu monitor principal para detectar padrões. Voltemos à concessionária do Centro-Oeste: a corrente central começou em 8 mA, subiu para 15 mA após três meses, 22 mA após quatro e atingiu 45 mA no sexto mês. Essa inclinação ascendente não era normal. Investigamos seus registros de instalação e descobrimos que quando eles substituíram o transformador, o terminal de aterramento não havia sido apertado de acordo com as especificações do fabricante – algo que teria sido fácil de passar despercebido durante uma inspeção rápida. A conexão frouxa criou um pequeno arco entre o núcleo e o terminal de aterramento, o que aumentou gradativamente a corrente. No momento em que os outros monitores detectaram o problema, o isolamento do núcleo já havia sido danificado o suficiente para causar uma falha catastrófica. Mas com os dados de tendência do nosso monitor, eles poderiam ter programado um simples ajuste de torque durante um fim de semana de baixa demanda, evitando totalmente a interrupção.

O que torna essa estratégia ainda mais poderosa é que ela não se trata de dados centrais isolados – você pode combiná-los com dados de outras ferramentas de monitoramento do seu pacote para obter uma visão completa. Por exemplo, se a corrente central estiver aumentando e a leitura do nossoSistema Online de Monitoramento de Descarga Parcial para Transformador, isso é um sinal de que algo está errado com o isolamento do núcleo. Se a corrente do núcleo estiver alta, mas o PD estiver baixo, você pode estar lidando com uma conexão de aterramento solta ou até mesmo com uma braçadeira de núcleo quebrada, e não com danos no isolamento. NossoMonitoramento de ponto quente do enrolamento do transformadorA ferramenta também pode entrar em ação aqui: se a corrente do núcleo estiver aumentando junto com a temperatura do ponto quente, isso pode significar que o núcleo está superaquecendo, possivelmente devido a um curto-circuito nas laminações. A chave é que a corrente de aterramento central atua como um sistema de “alerta antecipado” que informa a quais outras métricas você deve prestar atenção.

Outra estratégia de manutenção que desenvolvemos com os clientes é a “análise da causa raiz da falha” usando dados atuais essenciais. No ano passado, trabalhámos com uma grande empresa de energia renovável que tem uma série de transformadores à escala da rede ligados aos seus parques eólicos. Eles tiveram três unidades que falharam em um período de 12 meses, e seu processo usual era descartar os transformadores e instalar novos, até que começaram a usar nossos monitores principais. A equipe extraiu os principais dados atuais das unidades com falha e notou um padrão comum: todas as três tiveram um aumento acentuado na corrente sempre que o parque eólico passou de baixa para alta produção, e os picos aumentaram com o tempo. Quando demoliram um dos transformadores com falha, descobriram que os parafusos de fixação do núcleo estavam corroídos no ponto de conexão, criando um caminho de alta resistência para a corrente do núcleo. Quando a carga no transformador aumentou, a resistência causou aquecimento localizado, o que por sua vez acelerou a corrosão – um ciclo vicioso que eventualmente levou a um curto-circuito na laminação do núcleo. Ao utilizar dados atuais do núcleo para detectar este padrão, a empresa renovável alterou o seu calendário de manutenção: em vez de esperar por falhas, verifica agora a resistência do núcleo trimestralmente (utilizando o monitor de corrente) e, quando é detectada corrosão, substitui os parafusos de fixação durante paragens de rotina. Eles não apenas reduziram as taxas de falha de transformadores em 75%, mas também reduziram os custos de substituição em quase US$ 2 milhões no último ano.

Uma terceira estratégia que vem ganhando força entre nossos clientes industriais é a “programação de manutenção baseada em condições”. Isso é diferente da manutenção baseada em calendário e na manutenção baseada em tendências: significa ajustar a frequência de manutenção com base na condição atual do núcleo, conforme medido pelo monitor do núcleo. Por exemplo, um transformador em um ambiente estável e de baixa vibração com uma corrente de núcleo consistentemente inferior a 10 mA pode precisar apenas de uma inspeção do núcleo a cada cinco anos. Mas um transformador num parque eólico, onde a vibração da turbina provoca um afrouxamento gradual das ligações, pode ter uma corrente central que flutua entre 15 e 25 mA – por isso recomendamos verificações trimestrais do núcleo, em vez de semestrais. Temos até um cliente na indústria siderúrgica, onde altos níveis de harmônicos dos fornos a arco afetam todos os seus transformadores. A corrente central deles é consistentemente de 30 a 35 mA, então eles instalaram nossos monitores centrais com amostragem de alta frequência, o que lhes permite rastrear o conteúdo harmônico da corrente. Esses dados dizem-lhes que o núcleo está a ser pressionado pelas harmónicas, por isso começaram a adicionar filtros harmónicos às ligações do transformador, o que reduziu a corrente do núcleo em 12 mA e prolongou a vida útil do transformador em cerca de 10 anos.

Um dos maiores erros que vemos os clientes cometerem é tratar a corrente de aterramento central como uma métrica do tipo “configure e esqueça”. Nossos monitores são projetados para alertá-lo quando a corrente excede um limite, mas o valor real vem da análise dos dados ao longo do tempo. Digamos que você defina seu alarme para 50 mA – se a corrente saltar de 8 mA para 55 mA em uma semana, isso é uma emergência e você precisa desligar o transformador imediatamente. Mas se aumentar de 8 mA para 40 mA ao longo de dois anos, será um problema lento e constante que você poderá resolver durante uma interrupção planejada. A diferença entre esses dois cenários está inteiramente nos dados de tendência que nossosMonitor de corrente de aterramento do núcleo do transformadorcaptura. Tivemos clientes que nos procuraram dizendo que sua corrente central está “alta” e, quando extraímos os dados de tendência, descobrimos que ela está alta há anos – sem emergência, apenas um sinal de que eles precisam ajustar seu cronograma de manutenção.

Descobrimos também que os principais dados atuais são inestimáveis ​​para validar outras estratégias de manutenção. Por exemplo, se um cliente usa nossoAnalisador de gás dissolvido em transformadorpara detectar uma falha potencial, eles podem fazer referência cruzada com os dados atuais do núcleo para confirmar se a falha está no núcleo ou nos enrolamentos. Se os níveis de gás estiverem aumentando e a corrente do núcleo também estiver aumentando, isso é uma falha relacionada ao núcleo. Se os níveis de gás estiverem altos, mas a corrente do núcleo estiver estável, a falha provavelmente está nos enrolamentos, e eles podem concentrar sua manutenção ali, em vez de perder tempo e dinheiro em reparos no núcleo. Esta validação cruzada reduz custos desnecessários de manutenção e garante que cada ação de manutenção seja direcionada ao problema real.

É claro que implementar essas estratégias não envolve apenas instalar um monitor e observar os números. É necessário um compromisso com a análise de dados e uma disposição para integrar os dados principais em seu programa geral de manutenção de transformadores. É por isso que nossa equipe não vende apenas monitores: trabalhamos com os clientes para definir limites de alerta personalizados com base em seus equipamentos e ambientes específicos, e oferecemos treinamento sobre como analisar dados de tendências. Por exemplo, o utilitário do Centro-Oeste que mencionei anteriormente estava inicialmente usando apenas seu monitor principal para verificar alertas de sobrecorrente. Depois que nossa equipe trabalhou com eles para configurar revisões semanais de tendências, eles detectaram o terminal de aterramento solto antes que ele causasse uma falha. Agora, eles incluem análises de tendências atuais em suas reuniões semanais de manutenção e expandiram a prática para outros transformadores em sua rede.

Uma das perguntas mais comuns que recebemos é: “A corrente de aterramento do núcleo é relevante para todos os transformadores?” A resposta curta é sim – mesmo pequenos transformadores de distribuição têm pontos de aterramento centrais, e mesmo pequenas mudanças na corrente podem indicar um problema. Trabalhamos com pequenas empresas que possuem transformadores de 500 kVA e, usando nosso monitor central, eles detectaram problemas como cintas centrais quebradas e conexões de aterramento deficientes que teriam causado interrupções ou falhas prematuras. Dito isto, as estratégias de manutenção que desenvolvemos são adaptáveis: para um transformador pequeno, você pode precisar apenas de verificações mensais de tendências, enquanto uma unidade em escala de rede precisa de monitoramento diário. A escala de dados, que é o que torna nossoMonitor de corrente de aterramento do núcleo do transformadoruma ferramenta valiosa para operações de qualquer tamanho.

À medida que a rede energética se torna mais complexa – com mais energia renovável, mais carga variável e transformadores mais antigos em utilização – a necessidade de manutenção proativa e baseada em dados nunca foi tão grande. As falhas de transformadores podem custar milhões em tempo de inatividade, reparos e custos de substituição, sem mencionar o impacto nos clientes. Os dados atuais de aterramento central são uma das ferramentas mais confiáveis ​​e subutilizadas disponíveis para evitar essas falhas. Não substitui outros sistemas de monitoramento, como descarga parcial ou análise de gases dissolvidos, mas é a base que faz com que esses sistemas funcionem melhor. Ao rastrear as principais tendências atuais, fazer referência cruzada com outras métricas e ajustar estratégias de manutenção com base nas condições reais, as concessionárias e os operadores industriais podem estender a vida útil do transformador, reduzir custos e evitar interrupções dispendiosas.

Se você deseja ir além da manutenção baseada em calendário e começar a usar dados para proteger seus transformadores, nossa equipe está aqui para ajudar. Esteja você apenas aprendendo sobre o monitoramento da corrente de aterramento central ou esteja pronto para integrar dados em seu programa completo de manutenção, podemos trabalhar com você para encontrar as soluções certas para suas necessidades. NossoMonitor de corrente de aterramento do núcleo do transformadorfoi projetado para ser fácil de instalar e integrar com seus sistemas de monitoramento existentes, e nossa equipe técnica está disponível para apoiá-lo em cada etapa do processo. Para saber mais sobre como os principais dados atuais podem melhorar sua estratégia de manutenção ou para discutir suas necessidades específicas, recomendamos que você entre em contato para obter compras e consultoria. Quanto mais cedo você começar a usar os dados atuais de aterramento do núcleo, mais cedo poderá começar a proteger os ativos mais críticos do transformador.

Referências

1. Padrão IEEE. C57.12.90-2015, "Código de teste padrão para distribuição, potência e transformadores de regulação imersos em líquido." Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos, Nova York, NY, 2015.
2. “Aterramento do núcleo do transformador: diretrizes de importância, teste e monitoramento.” Relatório Técnico do Electric Power Research Institute (EPRI), Palo Alto, CA, 2021.
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5. Smith, J., et al. “Integração de dados de vários monitores para diagnóstico de falhas de transformadores.” Jornal de Engenharia de Energia e Infraestrutura, vol. 12, não. 2, 2023, pp.