Transformador de potência 17 Perguntas e Respostas! Veja o que você sabe...

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Por que o núcleo do transformador deve ser aterrado?

No funcionamento normal de um transformador de potência, o núcleo de ferro deve estar devidamente aterrado. Sem aterramento, a tensão de suspensão do núcleo de ferro em relação à terra causará descargas e rupturas intermitentes, eliminando a possibilidade de formação de potencial de suspensão no núcleo após o aterramento. No entanto, quando o núcleo é aterrado em mais de dois pontos, a diferença de potencial entre os pontos de aterramento criará uma circulação entre eles, causando falhas de aquecimento por aterramento em múltiplos pontos.

A falha de aterramento do núcleo de ferro do transformador causa o superaquecimento localizado do núcleo. Em casos graves, o aumento da temperatura local no núcleo de ferro se intensifica, podendo levar à formação de gases leves e até mesmo ao desligamento por excesso de gases. O curto-circuito entre as lâminas de ferro é formado pela queima parcial do núcleo, o que aumenta as perdas no ferro e afeta seriamente o desempenho e a operação normal do transformador, tornando necessária a substituição do núcleo de ferro por chapas de aço silício para reparo. Portanto, transformadores não permitem aterramento em múltiplos pontos, sendo recomendado apenas o aterramento em um único ponto.

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Por que os transformadores usam chapas de aço silício como núcleos?

O núcleo de um transformador comum é geralmente feito de chapa de aço silício. O aço silício é um tipo de aço silício (também conhecido como silício) com teor de silício entre 0,8% e 4,8%. O núcleo do transformador é feito de aço silício porque este material possui alta condutividade magnética. Em uma bobina energizada, ele pode gerar uma grande intensidade de indução magnética, permitindo a redução do volume do transformador.

Como sabemos, um transformador opera sempre em corrente alternada (CA), e a perda de potência não se dá apenas pela resistência da bobina, mas também pelo núcleo de ferro magnetizado pela corrente alternada. Essa perda de potência no núcleo de ferro é geralmente chamada de "perda no ferro". A perda no ferro é causada por dois fatores: a "perda por histerese" e a "perda por correntes parasitas".

A perda por histerese é a perda de material causada pelo fenômeno de histerese no processo de magnetização do núcleo de ferro. A magnitude dessa perda é proporcional à área delimitada pelo laço de histerese do material. O laço de histerese do aço silício é estreito, e a perda por histerese do núcleo de ferro usado como transformador é pequena, o que pode reduzir significativamente seu aquecimento.

Já que o aço silício possui as vantagens acima mencionadas, por que não usar o aço silício inteiro como núcleo e também processá-lo em chapas?

Isso ocorre porque o núcleo de aço reduz outro tipo de perda no ferro, chamada perda por correntes parasitas. No funcionamento do transformador, há corrente alternada na bobina, que produz um fluxo magnético também alternado. Essa variação de fluxo cria uma corrente induzida no núcleo de ferro. A corrente induzida gerada no núcleo de ferro circula em um plano perpendicular à direção do fluxo magnético, por isso é chamada de corrente parasita. As perdas por correntes parasitas também aquecem o núcleo. Para reduzir as perdas por correntes parasitas, o núcleo de ferro do transformador é revestido com lâminas de aço silício isoladas entre si, de modo que a corrente parasita passe por uma pequena seção em um circuito longo e estreito, aumentando a resistência em seu caminho. Ao mesmo tempo, o silício presente no aço silício aumenta a resistividade do material e também desempenha um papel na redução das correntes parasitas.

Para o núcleo de ferro usado em transformadores, geralmente utiliza-se chapa de aço silício laminada a frio com 0,35 mm de espessura. De acordo com as dimensões do núcleo necessário, a chapa é cortada em comprimentos maiores e sobreposta em formato de "sol" ou "boca". Em princípio, para reduzir as correntes parasitas, quanto mais fina a chapa de aço silício, mais estreita a faixa de emenda e melhor o resultado. Isso não só reduz as perdas por correntes parasitas e o aumento da temperatura, como também economiza material. No entanto, a fabricação de núcleos de ferro com chapas de aço silício, além das vantagens mencionadas, exige um aumento considerável na mão de obra e reduz a seção transversal útil do núcleo. Portanto, ao fabricar núcleos de transformadores com chapas de aço silício, devemos considerar as especificidades de cada caso, ponderar as vantagens e desvantagens e escolher as dimensões mais adequadas.

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Qual é o âmbito da proteção contra gases?

1) Curto-circuito multifásico dentro do transformador.

2) Curto-circuito entre espiras, curto-circuito entre o enrolamento e o núcleo de ferro ou a carcaça.

3) Falha do núcleo de ferro.

4) Óleo sob a superfície ou vazamento de óleo.

5) Mau contato do interruptor de derivação ou soldagem do fio não está firme.

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Quais são as diferenças entre a proteção diferencial do transformador principal e a proteção a gás?

1. A proteção diferencial do transformador principal é projetada e fabricada de acordo com o princípio da corrente circulante, e a proteção contra gases é projetada e fabricada de acordo com as características do gás gerado ou decomposto quando ocorre uma falha interna no transformador.

2. A proteção diferencial é a principal proteção do transformador, e a proteção a gás é a principal proteção contra falhas internas do transformador.

3, de acordo com o escopo de proteção:

Proteção diferencial:

1) A linha de alimentação principal do transformador e a bobina do transformador apresentam curto-circuito multifásico.

2) curto-circuito grave entre espiras em uma única fase.

3) Falha de aterramento da bobina de proteção e do fio condutor em sistema de aterramento de alta corrente.

Proteção contra gases do tipo B:

1) Curto-circuito multifásico interno do transformador.

2) curto-circuito entre espiras, curto-circuito entre espiras e núcleo ou curto-circuito externo.

3) Falha do núcleo de ferro (perda por aquecimento e combustão).

4) Óleo sob a superfície ou vazamento de óleo.

5) Mau contato do interruptor de derivação ou soldagem deficiente do fio.

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Como proceder em caso de falha no resfriador do transformador principal?

1. Quando a alimentação de energia das seções I e II do resfriador for interrompida, o sinal "Falha de energia #1, #2" será enviado. O resfriador do transformador principal será desligado e o circuito de proteção será acionado.

2. Em caso de falha na alimentação de comutação das seções I e II durante a operação, a luz indicadora "parada total do resfriador" acenderá, e o circuito de parada total do resfriador do transformador principal será acionado, juntamente com o circuito de disparo. O sistema de proteção deverá ser imediatamente comunicado à central de despacho e desativado, e a comutação manual deverá ser realizada rapidamente.

3. Quando qualquer um dos circuitos do refrigerador falhar, isole o circuito defeituoso.

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Quais são as consequências da operação em paralelo de transformadores que não atendem às condições para tal operação?

Quando a relação de transmissão variável não é a mesma e a operação é em paralelo, haverá recirculação, afetando a saída do transformador. Se a impedância percentual não for consistente e a operação for em paralelo, a distribuição da carga não será proporcional à capacidade do transformador, afetando também sua saída. Quando os grupos de fios não são iguais e operam em paralelo, o transformador entrará em curto-circuito.

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Qual a causa do som anormal do transformador?

1) sobrecarga;

2) Mau contato interno, ignição por descarga;

3) Algumas peças estão soltas;

4) Existe aterramento ou curto-circuito no sistema;

5) A partida de motores de grande porte causa variações de carga relativamente grandes.

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Em que situações não é permitido ajustar a chave seletora de tensão sob carga do transformador?

1) Operação de sobrecarga do transformador (exceto em casos especiais)

2) Quando o sinal de proteção contra gás leve do dispositivo regulador de pressão sob carga aparece frequentemente.

3) quando não houver óleo na marca de nível de óleo do dispositivo regulador de pressão sob carga.

4) Quando o número de pressões reguladas exceder o número especificado.

5) Ocorrência anormal do dispositivo regulador de pressão.

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Quais são as especificações na placa de identificação do transformador?

A classificação do transformador é a especificação do fabricante para o uso normal do transformador. Operando dentro da classificação especificada, o transformador garante um funcionamento confiável a longo prazo e um bom desempenho. Sua classificação inclui o seguinte:

1. Capacidade nominal: o transformador, em seu estado nominal, possui uma capacidade de saída garantida, medida em volt-ampère (VA), quilovolt-ampère (kVA) ou megavolt-ampère (MVA). Como o transformador possui alta eficiência operacional, geralmente os valores de projeto da capacidade nominal do enrolamento original e do enrolamento secundário são iguais.

2. Tensão nominal: refere-se ao valor garantido da tensão nos terminais do transformador sem carga, expressa em volts (V) e quilovolts (kV). Salvo especificação em contrário, a tensão nominal é a tensão de linha.

3. Corrente nominal: refere-se à corrente de linha calculada a partir da capacidade nominal e da tensão nominal, expressa em ampere (A).

4. Corrente sem carga: corrente de excitação do transformador em operação sem carga, em porcentagem da corrente nominal.

5. Perda por curto-circuito: quando um lado do enrolamento entra em curto-circuito, o outro lado do enrolamento apresenta tensão suficiente para que ambos os lados atinjam a corrente nominal de perda ativa, expressa em watts (W) ou quilowatts (kW).

6. Perda em vazio: refere-se à perda de potência ativa do transformador em operação sem carga, expressa em watts (W) ou quilowatts (kW).

7. Tensão de curto-circuito: também conhecida como tensão de impedância, refere-se à situação em que um lado do enrolamento apresenta curto-circuito, enquanto o outro lado atinge a tensão aplicada correspondente à corrente nominal e à tensão nominal em porcentagem.

8. Grupo de conexão: indica o modo de conexão dos enrolamentos primário e secundário e a diferença de fase entre as tensões de linha, representada pelo relógio.

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Por que os conversores de fonte de corrente precisam de transformadores com grande capacidade?

Os transformadores são geralmente projetados para a capacidade nominal, não para a potência nominal, pois sua corrente está relacionada apenas à capacidade nominal. Para conversores de fonte de tensão, a capacidade nominal e a potência nominal são quase iguais, porque o fator de potência de entrada é próximo de 1. Já os conversores de fonte de corrente não apresentam essa característica; o fator de potência do transformador de entrada é, no máximo, igual ao fator de potência da carga do motor assíncrono. Portanto, para o mesmo motor de carga, sua capacidade nominal é maior do que a do transformador do conversor de fonte de tensão.

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A que se relaciona a capacidade de um transformador?

A escolha do núcleo de ferro está relacionada à tensão, e a escolha do fio está relacionada à corrente, ou seja, a espessura do fio está diretamente relacionada ao poder calorífico. Em outras palavras, a capacidade do transformador está diretamente relacionada ao seu poder calorífico. Para um transformador projetado, se a dissipação de calor não for boa no ambiente, se ele for de 1000 kVA, com a capacidade de dissipação de calor aprimorada, poderá operar com 1250 kVA.

Além disso, a capacidade nominal do transformador também está relacionada à elevação de temperatura admissível. Por exemplo, para um transformador de 1000 kVA, a elevação de temperatura admissível é de 100 K. Em circunstâncias especiais, pode-se permitir que ele opere a até 120 K, o que aumenta sua capacidade para mais de 1000 kVA. Portanto, observa-se que, com a melhoria das condições de dissipação de calor do transformador, sua capacidade nominal pode ser aumentada. Por outro lado, para a mesma capacidade do conversor, o volume do gabinete do transformador pode ser reduzido.

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Como melhorar a eficiência de um transformador?

1) Procure escolher um transformador com baixa perda, alta eficiência e economia de energia.

2) De acordo com a carga, escolha um transformador com capacidade adequada.

3) O fator de carga médio do transformador deve ser superior a 70%.

4) Quando o coeficiente de carga médio for frequentemente inferior a 30%, o transformador de baixa capacidade deverá ser substituído conforme apropriado.

5) Melhorar o fator de potência da carga para aumentar a capacidade do transformador de transmitir potência ativa.

6) Configuração adequada da carga, visando reduzir ao máximo o número de operações do transformador.

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Por que acelerar a transformação técnica dos transformadores de distribuição de alto consumo energético?

Transformadores de distribuição de alto consumo de energia referem-se principalmente aos transformadores das séries SJ, SJL, SL7, S7 e outras. As perdas no ferro e no cobre são muito maiores do que as dos transformadores da série S9, amplamente utilizados atualmente. Por exemplo, em comparação com o S9, o S7 apresenta perdas no ferro 11% maiores e perdas no cobre 28% maiores.

E o novo transformador, como o S10 ou o S11, é mais econômico que o S9, com perdas no ferro equivalentes a apenas 20% do S7. Os transformadores geralmente têm uma vida útil de várias décadas. Substituir transformadores de alta potência por transformadores de alta eficiência e baixo consumo de energia não só melhora a eficiência da conversão de energia, como também economiza eletricidade durante sua vida útil.

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O que é uma corrente de Foucault? Quais são os efeitos nocivos da geração de vórtices?

Quando uma corrente alternada passa por um fio, um campo magnético alternado é criado ao redor do fio. Todo o condutor, sob a influência desse campo magnético alternado, gera uma corrente induzida em seu interior, que forma um circuito fechado, semelhante a um vórtice na água, daí o nome de corrente de Foucault. Essa corrente de Foucault não só desperdiça energia e reduz a eficiência de equipamentos elétricos, como também causa o aquecimento de aparelhos elétricos (como o núcleo de transformadores), afetando seriamente o funcionamento normal dos equipamentos.

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Por que a proteção contra transientes em transformadores deve evitar correntes de curto-circuito de baixa tensão?

Considerando principalmente a seletividade do acionamento da proteção por relés, a proteção contra curto-circuito no lado de alta tensão é crucial. A proteção contra falhas externas severas em transformadores ocorre quando não se evita o lado de baixa tensão do transformador ao configurar a corrente máxima de curto-circuito. Como o lado de baixa tensão não está muito distante da saída, o valor da corrente de curto-circuito é praticamente o mesmo, o que faz com que a proteção contra curto-circuito no lado de alta tensão se expanda para a baixa tensão, resultando em perda de seletividade. A perda de seletividade torna a proteção mais confiável, porém acarreta inconvenientes. Por exemplo, muitas indústrias possuem salas de transformadores de 10 kV (barra de 10 kV + disjuntor de saída) e salas de transformadores de baixa tensão (painel de distribuição em anel + transformador). Se o disjuntor não evitar a corrente máxima de curto-circuito no lado de baixa tensão do transformador, acionará o interruptor principal de baixa tensão (fusível do interruptor de carga do painel de distribuição em anel) e o disjuntor de alta tensão, causando transtornos operacionais.

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Por que dois transformadores em paralelo não podem ser aterrados ao mesmo tempo?

Em sistemas de alta corrente, para atender aos requisitos de coordenação da sensibilidade da proteção por relés, uma parte do transformador principal é aterrada e a outra parte não é aterrada.

Os pontos neutros de dois transformadores principais em uma mesma subestação não são aterrados simultaneamente, portanto, a coordenação da proteção contra corrente de sequência zero e tensão de sequência zero é o fator principal a ser considerado.

Em uma subestação com múltiplos transformadores operando em paralelo, uma parte dos pontos neutros do transformador é aterrada e a outra parte não. Dessa forma, o nível da corrente de falta à terra pode ser limitado a uma faixa razoável, e a magnitude e o degrau da corrente de sequência zero de toda a rede não são afetados pela mudança do modo de operação, melhorando-se assim a sensibilidade da proteção contra corrente de sequência zero do sistema.

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Por que um transformador recém-instalado ou reformado precisa passar por um teste de fechamento por impacto antes de entrar em operação?

A operação de transformadores sem carga conectados à rede elétrica resulta em sobretensão. Em sistemas aterrados de baixa corrente, a amplitude dessa sobretensão pode ser de 3 a 4 vezes a tensão nominal de fase; em grandes sistemas aterrados, a sobretensão pode chegar a 3 vezes a tensão nominal de fase. Portanto, para verificar se o isolamento do transformador suporta a tensão nominal e a sobretensão, diversos testes de fechamento por impacto devem ser realizados antes da entrada em operação. Além disso, a entrada de um transformador sem carga gera uma corrente de irrupção, cujo valor pode atingir de 6 a 8 vezes a corrente nominal. Como essa corrente de irrupção gera uma grande quantidade de energia elétrica, é fundamental realizar testes de fechamento por impacto e avaliar a resistência mecânica do transformador e a eficácia das medidas de proteção por relés.

Fonte: Windows on Power