Enrolamento de transformadores imersos em óleo: aspectos técnicos e características de projeto

Transformador imerso em óleo Os enrolamentos são componentes críticos em sistemas de distribuição de energia, projetados para transferir energia elétrica com eficiência, garantindo confiabilidade e durabilidade. Abaixo, apresentamos uma análise detalhada de sua estrutura, materiais e princípios de funcionamento, sintetizada a partir de normas e especificações técnicas do setor.

A temperatura na parte superior de transformadores imersos em óleo não pode exceder 95 °C, sendo geralmente proibida a ultrapassagem de 85 °C. O material isolante utilizado nos enrolamentos de transformadores é geralmente de classe A, cuja temperatura máxima permitida é de 95 a 105 °C. Na China, as especificações para aquecimento de transformadores baseiam-se numa temperatura de trabalho de 40 °C como padrão, considerando-se uma temperatura média do gás no enrolamento de 65 °C. O aumento de temperatura do óleo na parte superior, até atingir o gás, é precisamente calculado em 55 °C, de modo que o enrolamento que contém o núcleo do transformador esteja incluído no aumento de temperatura do óleo em 10 °C.

Se a temperatura máxima do transformador for de 85 °C, a temperatura do enrolamento será de 95 °C; se a temperatura máxima for de 95 °C, a temperatura do enrolamento terá atingido 105 °C, o que representa a temperatura máxima permitida para o material da camada isolante do enrolamento. Temperaturas muito altas aceleram o envelhecimento dos materiais da camada isolante, aceleram a deterioração do óleo do transformador e reduzem sua vida útil. Transformador de distribuiçãoe podem até causar acidentes de segurança.

Transformador refrigerado a ar com sistema de circulação de óleo forte, temperatura máxima de 75 °C e aquecimento de 35 °C; Sistema de circulação de óleo natural, proteção contra sobretemperatura, transformador refrigerado a ar, a temperatura máxima geralmente não deve exceder 85 °C, a temperatura máxima não deve exceder 95 °C e o aquecimento não deve exceder 55 °C. Se, durante a operação, for constatado que algum valor limite excede os requisitos, deve-se comunicar imediatamente o planejamento da produção e utilizar medidas de limitação de carga.

1. Definição e Função Principal

Os enrolamentos de transformadores imersos em óleo consistem em bobinas de cobre ou alumínio enroladas em torno de um núcleo laminado de aço silício. Esses enrolamentos ficam totalmente submersos em óleo isolante, que serve a dois propósitos: isolamento elétrico e gerenciamento térmico. Os enrolamentos transformam a entrada de alta tensão em saída de baixa tensão (ou vice-versa) por meio de indução eletromagnética, permitindo a transmissão segura de energia pelas redes elétricas.

2. Composição do Material

Material condutor:

Cobre: ​​Predominantemente utilizado em enrolamentos de alta tensão devido à sua condutividade e resistência mecânica superiores. Enrolamentos de baixa tensão (≤500 kVA) geralmente adotam uma estrutura cilíndrica de dupla camada, enquanto capacidades maiores (≥630 kVA) utilizam configurações de dupla hélice ou quádrupla hélice para otimizar a distribuição de corrente.

Alumínio: Ocasionalmente empregado em aplicações com restrições de custo, embora seja menos eficiente que o cobre.
Isolamento:

Materiais de alta resistência (por exemplo, resinas epóxi, papel à base de celulose) isolam os enrolamentos do núcleo e uns dos outros.

O isolamento multicamadas evita curtos-circuitos sob estresse térmico ou deformação mecânica.

3. Projeto Estrutural

Arranjo de enrolamento:

Enrolamento concêntrico (cilíndrico): Comum em transformadores trifásicos, onde os enrolamentos de baixa tensão são colocados dentro dos enrolamentos de alta tensão para minimizar o fluxo de dispersão.

Enrolamento em camadas (helicoidal): Utilizado em aplicações de alta corrente, apresentando camadas intercaladas para reduzir as perdas por correntes parasitas.

Integração de refrigeração:

Os enrolamentos incorporam dutos de óleo para canalizar a dissipação de calor por meio de convecção natural ou forçada.

Tanques de óleo corrugados substituem os conservadores tradicionais, permitindo a expansão térmica do óleo e, ao mesmo tempo, mantendo um ambiente selado.

4. Otimização de desempenho

Projeto de baixa perda:

Núcleos de liga amorfa: Reduzem as perdas por histerese e correntes parasitas (por exemplo, os transformadores da série S11-M apresentam perdas 30% menores do que os modelos mais antigos).

Grupo de Conexão Dyn11: Minimiza a distorção harmônica e melhora a qualidade da energia, compensando as correntes de terceira harmônica.

Resistência de curto-circuito:

Braçadeiras de enrolamento reforçadas e técnicas de enrolamento em espiral melhoram a estabilidade mecânica em condições de falha.

Respiros de gel de sílica e relés Buchholz monitoram anomalias de umidade e fluxo de óleo.

5. Aplicação e Manutenção

Cenários de Implantação:

Subestações industriais, redes elétricas urbanas e sistemas de energia renovável (por exemplo, parques eólicos).

As capacidades nominais variam de 50 kVA a 25.000 kVA, com tensões de até 35 kV.

Práticas de manutenção:

Amostras regulares de óleo e análises de gases dissolvidos (AGD) são utilizadas para detectar a degradação do isolamento.

Imagens térmicas para identificar pontos quentes localizados nos enrolamentos.

6. Inovações na Tecnologia de Enrolamento

Impregnação a vácuo: Elimina bolsas de ar durante a fabricação, melhorando a integridade do isolamento.

Monitoramento inteligente: sensores habilitados para IoT monitoram a temperatura do enrolamento e a dinâmica da carga em tempo real.