Um transformador de rede de alta potência falhou catastroficamente após uma sobretensão. A reconstrução 3D do interior do tanque, por meio de Tomografia Industrial e ultrassom, revelou que as forças eletromagnéticas massivas deslocaram fisicamente as bobinas de cobre. Esse movimento violento rompeu o isolamento de papel, provocando um curto-circuito interno e a explosão final do equipamento.
Simulação Eletromagnética e Fadiga do Cobre no ANSYS Maxwell ⚡
Utilizando o ANSYS Maxwell, o campo magnético transitório durante o curto-circuito foi modelado. Os resultados mostram que as correntes de falta geram forças de Lorentz que ultrapassam 500 kN sobre as bobinas externas. Essas forças cíclicas, embora breves, induzem um deslocamento plástico no cobre recozido. A fadiga do material se manifesta em deformações permanentes que comprimem e rasgam o papel isolante Nomex, reduzindo sua rigidez dielétrica até o ponto de ruptura.
Lições da Reconstrução 3D da Falha 🔍
A reconstrução 3D com SolidWorks, a partir dos dados de TC, permitiu visualizar o colapso axial dos enrolamentos. A análise revela que o projeto original subestimou a rigidez axial do conjunto, um erro comum em simulações de fadiga que ignoram a histerese do cobre. Para projetos futuros, recomenda-se integrar o ANSYS Maxwell com modelos de fadiga por deformação cíclica, sempre validando com tomografia industrial para detectar microdeslocamentos antes que o isolamento falhe.
Como a redistribuição de tensões internas nos enrolamentos deslocados afeta a vida útil à fadiga do cobre e do isolamento após um curto-circuito em um transformador de alta potência reconstruído em 3D
(PS: A fadiga dos materiais é como a sua depois de 10 horas de simulação.)