Atualmente, o principal método para detetar a falha de descarga do transformador é medir o nível de descarga parcial, existindo o método de medição da quantidade de descarga parcial por corrente de pulso (doravante designado método de corrente de pulso) e o método de medição de descarga parcial ultrassónica (doravante designado método ultrassónico). O método de corrente de pulso necessita de ser detetado pela tensão aplicada quando o equipamento está desligado. Embora a quantidade de descarga possa ser medida quantitativamente para determinar a posição elétrica do ponto de descarga, a posição espacial do ponto de descarga não pode ser determinada, e a deteção tem de ser feita com corte de energia. Portanto, é cada vez mais importante implementar a deteção ultrassónica de descarga parcial atempada e online em transformadores e cooperar com outros itens de teste de isolamento (como análise de gás cromatográfico de óleo, medição de temperatura por infravermelhos distante, etc.) para analisar o estado de isolamento dos transformadores e determinar a natureza dos defeitos de isolamento a tempo.
1 Princípio do teste de descarga parcial ultrassónico
Existem dois tipos de descarga parcial do meio isolante: descarga intra-bolha; ruptura do meio a alta intensidade de campo. Alguns meios isolantes moldados e extrudados são propensos a lacunas de ar ou bolhas. A constante dielétrica do ar é menor do que a dos meios sólidos, e a intensidade do campo é inversamente proporcional à constante dielétrica. Portanto, lacunas de ar ou bolhas no meio são a fonte de descarga parcial; quando o campo elétrico local é mais elevado, a ruptura dielétrica ocorrerá no ponto fraco do isolamento. As duas descargas parciais acima referidas ocorrem frequentemente simultaneamente ou induzem-se mutuamente na maioria dos casos.
Quando ocorre uma descarga parcial à tensão de teste (ou tensão de operação) do transformador, é acompanhada por fenómenos físicos como pulsos elétricos, ondas ultrassónicas, luz, calor e alterações químicas. Desde que haja descarga parcial no interior do transformador, ocorrerão perturbações elétricas de alta frequência que se propagarão a todos os circuitos elétricos a ele ligados. Uma descarga parcial do transformador pode ser detetada quantitativamente ao receber um sinal de descarga de um dispositivo de teste ligado ao terminal do equipamento. Simultaneamente, desde que haja descarga parcial, no processo de descarga, com a ocorrência da descarga, com a emissão acústica em rajada, são geradas ondas ultrassónicas, e o meio propaga-se rapidamente ao meio circundante, e a onda ultrassónica é montada na parede externa do tanque do transformador. Quando o sinal é convertido num sinal elétrico, o nível de descarga parcial no transformador pode ser medido. Este é o método de medição de descarga parcial ultrassónico do transformador.
Quando ocorre descarga parcial no interior do transformador, a onda ultrassónica propaga-se através de diferentes meios (óleo-papel, separador, enrolamento, óleo, etc.) com a libertação de energia sonora. O sinal ultrassónico propaga-se para o exterior do tanque do transformador através de um meio como cartão isolante ou óleo isolante a uma certa velocidade, e propaga-se na forma de uma onda esférica. A onda ultrassónica passa pelo meio isolante e atinge o sensor na parede do transformador. Existem duas formas: uma propagação direta, ou seja, a onda longitudinal da ultrassónica passa pelo meio isolante, óleo do transformador, etc., até à parede interna do tanque de óleo, e passa pela chapa de aço até ao sensor; a outra é transmitida à parede interna do tanque de óleo pela onda longitudinal, e a borda traseira da chapa de aço propaga-se ao sensor de acordo com a onda transversal, que é uma onda composta. O percurso de propagação ultrassónico é mostrado na Figura 1. A fonte de energia S gera ondas ultrassónicas, SA é uma onda longitudinal, e SBA e SCA são ondas complexas.
As ondas ultrassónicas têm um forte poder de penetração, mas causarão alguma distorção da forma de onda ao penetrarem vários meios. Esta distorção é principalmente causada pela atenuação da amplitude. A Tabela 1 mostra a propagação das ondas ultrassónicas em diferentes meios. Velocidade e sua taxa de decaimento relativa em relação ao óleo do transformador.
Embora a onda ultrassónica viaje muito mais rápido na chapa de aço do que no óleo do transformador, a atenuação da onda ultrassónica na chapa de aço é grande, portanto a amplitude da onda direta que atinge o sensor é muito maior do que a da onda composta.
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