Os transformadores a seco ocupam um lugar peculiar na distribuição de energia. Raramente são o item mais visível numa subestação, mas representam frequentemente a última barreira entre a rede eléctrica e um edifício repleto de pessoas, equipamentos electrónicos sensíveis ou uma linha de produção que não pode tolerar uma interrupção no fornecimento de energia. Ao contrário das unidades imersas em óleo, substituem o óleo mineral — o conhecido fluido de refrigeração e isolamento — por ar e isolamento sólido, geralmente resina fundida ou papel impregnado sob pressão a vácuo. Esta única diferença influencia todos os aspetos subsequentes: o desempenho em caso de incêndio, a conformidade ambiental e, sobretudo, a forma como o transformador é testado durante a sua vida útil.

Os testes não são um evento isolado. Trata-se de um processo em camadas que começa antes mesmo da unidade sair da fábrica e continua durante o comissionamento e a manutenção periódica. Os ensaios aplicáveis ​​dependem do projeto, da classe de tensão e da norma em vigor — mais comummente IEC 60076-11 ou IEEE C57.12.01. Independentemente da norma, os testes dividem-se em três grupos: testes de rotina que todas as unidades devem passar, testes de tipo que qualificam um projeto e testes especiais que abordam funções ou preocupações específicas.

1. Testes de Rotina — Os Itens Essenciais

Os testes de rotina são realizados em todos os transformadores antes do envio. São a base para comprovar que a unidade foi construída corretamente e funciona como esperado. A lista abaixo segue a norma IEC 60076-11 e está reproduzida nas normas IEEE.

Ensaio	O que verifica	Critério de aceitação típico
Resistência dos enrolamentos	Continuidade dos condutores, qualidade das junções, ligação correta das tomadas	Medida em cada tomada; desvio entre fases dentro de poucos pontos percentuais
Relação de transformação e deslocamento de fase	Que a unidade fornece a tensão especificada na encomenda e que o grupo vetorial (p. ex. Dyn11) está correto para o paralelismo	Medida em cada tomada; relação dentro da tolerância da IEC 60076-1 (normalmente ±0,5 %)
Impedância de curto-circuito e perdas em carga	Limitação da corrente de curto-circuito, divisão de carga e perdas I²R mais perdas parasitas	Impedância dentro de ±10 % do valor garantido; perdas em carga dentro da garantia
Perdas em vazio e corrente em vazio	Qualidade da chapa magnética, aperto do núcleo e corrente magnetizante	Dentro da garantia; normalmente tolerância de +15 % nas perdas em vazio
Tensão aplicada de fonte separada (AV)	Integridade da isolação principal em relação à terra e entre enrolamentos	Um minuto no nível de ensaio especificado sem disrupção
Tensão induzida (IV / ACSD)	Isolação entre espiras e entre camadas, que o ensaio de fonte separada não solicita plenamente	Sem disrupção no nível de tensão induzida
Descargas parciais (DP)	Vazios, delaminação ou pontos fracos na isolação de resina moldada	Normalmente ≤ 10 pC para projetos com resina moldada
Resistência de isolação e índice de polarização	Teor de umidade e estado geral do sistema de isolação	Relação e valores absolutos conforme IEEE 43 ou o limite do fabricante

Essai	Ce qu’il vérifie	Critère d’acceptation typique
Résistance des enroulements	Continuité des conducteurs, qualité des jonctions, raccordement correct des prises	Mesurée sur chaque prise ; écart entre phases de quelques pour cent au maximum
Rapport de transformation et déphasage	Que l’appareil délivre la tension commandée et que le groupe vectoriel (par ex. Dyn11) est correct pour la mise en parallèle	Mesuré sur chaque prise ; rapport dans la tolérance de la CEI 60076-1 (généralement ±0,5 %)
Impédance de court-circuit et pertes en charge	Limitation du courant de défaut, répartition de la charge, pertes I²R et pertes parasites	Impédance à ±10 % de la valeur garantie ; pertes en charge conformes à la garantie
Pertes à vide et courant à vide	Qualité de la tôle magnétique, serrage du circuit magnétique, courant magnétisant	Conforme à la garantie ; tolérance usuelle de +15 % sur les pertes à vide
Tension appliquée de source séparée (AV)	Intégrité de l’isolation principale à la terre et entre enroulements	Une minute au niveau d’essai spécifié sans claquage
Tension induite (IV / ACSD)	Isolation entre spires et entre couches, que l’essai de source séparée ne sollicite pas entièrement	Aucun claquage au niveau de tension induite
Décharges partielles (DP)	Vides, délaminage ou points faibles dans l’isolation en résine moulée	Généralement ≤ 10 pC pour les conceptions en résine moulée
Résistance d’isolement et indice de polarisation	Teneur en humidité et état général du système d’isolation	Rapport et valeurs absolues selon IEEE 43 ou la limite du fabricant

Duas dessas características merecem destaque. A impedância e a perda em carga são medidas curto-circuitando um enrolamento e aplicando tensão reduzida ao outro, derivando-se então a impedância a partir da tensão, corrente e potência — o resultado determina o comportamento do transformador em condições de falha e a eficiência com que partilha a carga com os restantes enrolamentos. A perda em vazio e a corrente são medidas com um enrolamento energizado à tensão nominal e o outro aberto; a potência consumida é essencialmente a perda no núcleo, sendo o indicador mais claro da qualidade do aço do núcleo. Uma unidade com uma perda em vazio anormalmente elevada opera a temperaturas mais elevadas e custa mais a cada ano de funcionamento.

A descarga parcial merece especial atenção em unidades secas. A DP consiste em descargas microscópicas no interior de vazios ou nas extremidades do isolamento; ela é tanto um sintoma como uma causa de degradação. Um transformador pode passar um teste de resistência e ainda assim apresentar um defeito de DP que causará uma falha posteriormente em serviço. Para projetos com núcleo de resina, o limite aceite é baixo — cerca de 10 pC ou menos — razão pela qual a medição de DP se tornou standard em vez de opcional.

A sequência termina com a medição da resistência de isolamento, frequentemente com o cálculo do índice de polarização para detetar humidade, além de verificações de isolamento e testes funcionais em acessórios: sensores de temperatura, ventiladores e comutadores de derivação, quando instalados.

2.º Testes de Tipo — Comprovação do Projeto

Os testes de tipo não são realizados em todas as unidades. São executados numa amostra representativa para demonstrar que um projeto cumpre o desempenho especificado, e as unidades de produção de um projeto qualificado não são normalmente retestadas.

O teste mais exigente é o de elevação da temperatura. É mais importante para transformadores a seco do que para qualquer outro tipo, porque a vida útil do isolamento está diretamente ligada à temperatura de funcionamento. A unidade é operada com carga nominal — por vezes com uma sobrecarga especificada — até que o equilíbrio térmico seja atingido, o que pode demorar muitas horas. A temperatura do enrolamento é medida com sensores incorporados ou pelo método de resistência, em que o aumento da resistência do enrolamento é convertido numa temperatura média do enrolamento. O aumento deve manter-se dentro do limite para a classe de isolamento — por exemplo, 100 K para a classe F em condições nominais. O teste valida tanto o projeto térmico como o sistema de arrefecimento.

O teste de impulso atmosférico é o segundo pilar, embora, para aplicações críticas, seja por vezes aplicado como teste de rotina. Uma forma de onda padrão de 1,2/50 µs é aplicada a cada terminal de alta tensão e os traçados de tensão e corrente resultantes são registados. Qualquer desvio da forma de onda esperada — um colapso súbito na tensão, por exemplo — indica uma falha em algum ponto do enrolamento. O teste de impulso é mais exigente em projetos a seco, porque o isolamento sólido se comporta de forma diferente do isolamento a óleo, mas continua a ser a melhor evidência da capacidade de suportar surtos.

A determinação do nível de ruído tornou-se cada vez mais importante à medida que os transformadores a seco se aproximam de espaços ocupados. Uma unidade a zumbir a 65 dB numa sala elétrica dedicada é uma coisa; a mesma unidade junto a uma enfermaria de um hospital ou de um escritório aberto é outra. A pressão sonora é medida em pontos definidos em torno do transformador à tensão nominal, tanto para confirmar o nível garantido como para expor fontes de ruído anormais.

3.º Testes Especiais — Quando o Padrão Não é Suficiente

Os testes especiais não são de rotina nem universalmente exigidos. São realizados quando o comprador os especifica, quando a aplicação o exige ou quando os testes de rotina e de tipo deixam alguma dúvida por responder.

O teste de resistência a curto-circuitos é o mais rigoroso. Um enrolamento é curto-circuitado enquanto a tensão nominal é aplicada ao outro; as correntes resultantes são muitas vezes superiores à corrente nominal e as forças electromagnéticas no interior dos enrolamentos são enormes. O ensaio comprova que os enrolamentos e a sua estrutura de suporte resistem sem deformação ou danos no isolamento. É especialmente relevante para unidades do tipo seco, uma vez que o isolamento sólido não tem a capacidade de autorregeneração do óleo. Um enrolamento que se desloca ligeiramente sob forças de curto-circuito pode não falhar imediatamente, mas a tensão mecânica que deixa no isolamento leva a uma falha prematura.

A análise de resposta em frequência (FRA) tornou-se um diagnóstico padrão para a integridade mecânica. Uma gama de frequências é injetada num enrolamento e a resposta é medida noutro, produzindo uma assinatura que reflete a geometria física dos enrolamentos e do núcleo. Comparada com uma linha de base de fábrica ou anterior, esta assinatura revela deformação do enrolamento, movimento do núcleo ou outras alterações mecânicas invisíveis aos ensaios elétricos convencionais. A análise de resistência ao fogo (FRA) é particularmente valiosa após uma falha passante ou após um manuseamento brusco durante o transporte.

Quando uma unidade se destina a um ambiente severo ou invulgar, podem ser especificados testes climáticos, ambientais e de comportamento ao fogo. A norma IEC 60076-11 define as classificações abaixo.