1. Características operacionais sem carga
A condição sem carga do transformador significa que o enrolamento primário é alimentado com tensão nominal de 11kV enquanto o enrolamento secundário está em circuito aberto sem carga. Os dois principais indicadores da operação sem carga são perda sem carga e corrente sem carga. Quando a tensão de 11kV é aplicada ao enrolamento de alta tensão, o fluxo magnético alternado passa através do núcleo de aço silício, gerando perda de histerese e perda de corrente parasita. A soma dessas duas perdas é definida como perda sem carga. As perdas sem carga persistem continuamente quando o transformador é energizado, independente da carga a jusante, e constitui uma fonte permanente de consumo de energia nas redes de distribuição. Modernas séries S13 e S22 11kVtransformadores imersos em óleoadote chapas de aço silício de grão orientado de alta permeabilidade, o que pode reduzir significativamente a perda sem carga para obter economia de energia e redução de custos. A corrente sem carga é a corrente de excitação necessária para estabelecer o fluxo magnético alternado, geralmente representando apenas 1% a 3% da corrente nominal. A corrente excessiva sem carga aumenta o consumo de energia reativa da rede e reduz o fator de potência. Sob operação sem carga, a tensão secundária é aproximadamente igual à baixa tensão nominal com pequeno desvio de tensão. No entanto, se a tensão de entrada de 11kV se desviar do valor nominal, a tensão de saída secundária muda de acordo. A característica sem carga é um item de teste obrigatório para testes de aceitação de fábrica, usado para avaliar a qualidade da laminação do núcleo e detectar defeitos entre espiras nos enrolamentos.
2. Características operacionais de carga
As características de carga descrevem o estado de funcionamento dos transformadores quando conectados a cargas elétricas. Uma vez que o enrolamento secundário é conectado a um circuito de carga e a corrente de carga flui através do enrolamento secundário, a corrente primária aumenta correspondentemente para estabelecer o equilíbrio da força magnetomotriz e manter o fluxo magnético estável no núcleo. A perda de carga é um parâmetro chave na operação carregada, consistindo principalmente na perda de cobre do enrolamento causada pela corrente que passa pelos condutores do enrolamento. A perda de carga varia com o quadrado da corrente de carga: uma carga mais alta leva a um crescimento mais rápido da perda. Ao contrário da perda sem carga, a perda de carga é igual a zero na condição sem carga e atinge o valor nominal em plena carga. O fator de potência da carga conectada também afeta a operação do transformador. Cargas indutivas, como motores e bombas d'água, reduzem o fator de potência e aumentam a queda de tensão, enquanto cargas resistivas produzem variações de tensão relativamente suaves. Nos sistemas de distribuição, a carga flutua o tempo todo e os transformadores operam dinamicamente entre carga leve, meia carga e quase plena carga. Transformadores de distribuição imersos em óleo de 11kV de alta qualidade podem manter uma operação estável dentro de uma ampla faixa de carga, adaptando-se às curvas de carga de distribuição típicas com carga industrial pesada durante o dia e carga residencial leve à noite.
3. Características de regulação de tensão
A taxa de regulação de tensão é um indicador operacional crítico para distribuiçãotransformadores. É definida como a queda percentual da tensão secundária quando o transformador passa de sem carga para carga nominal, com tensão de entrada constante. Os enrolamentos do transformador possuem resistência inerente e reatância de fuga. Uma vez carregada, a impedância interna cria queda de tensão e resulta em tensão de saída reduzida no lado de baixa tensão. Maior corrente de carga e menor fator de potência de carga proporcionam maior taxa de regulação de tensão. Se a taxa de regulação de tensão for excessivamente alta, o equipamento do usuário final sofrerá problemas de subtensão, incluindo potência insuficiente do motor e brilho reduzido da iluminação. 11kVtransformadores de distribuição imersos em óleosão equipados com comutadores de derivação fora de circuito, que podem ajustar as voltas efetivas dos enrolamentos de alta tensão após o corte de energia para compensar o deslocamento da tensão da rede e otimizar a tensão de saída. No projeto de engenharia de distribuição, os engenheiros reservam margem de regulação de tensão de acordo com a queda de tensão da linha e a variação sazonal da carga para manter a tensão terminal dentro da faixa permitida especificada pelas normas. A regulação da tensão afeta diretamente a qualidade da energia e não pode ser negligenciada na seleção do equipamento.
4. Aumento de temperatura e características térmicas de operação
As características de aumento de temperatura determinam a capacidade de sobrecarga e a taxa de envelhecimento do isolamento dos transformadores. Todas as perdas sem carga e perdas de carga geradas durante a operação são convertidas em calor, transferidas pelo óleo isolante para o tanque e radiadores e depois dissipadas no ar ambiente por convecção.Transformadores imersos em óleoadote circulação natural de óleo (ONAN) ou resfriamento de ar forçado (ONAF) para dissipação de calor. Sob condições nominais de trabalho, existem limites estritos para o aumento da temperatura do óleo superior do enrolamento. Quando a carga excede temporariamente a capacidade nominal, a estrutura imersa em óleo pode suportar sobrecarga por um determinado período. Graças à grande capacidade térmica do óleo isolante, a temperatura sobe lentamente. No entanto, a sobrecarga contínua leva a temperaturas excessivas sustentadas e acelera o envelhecimento dos materiais de isolamento de papel. A taxa de envelhecimento do papel isolante aumenta exponencialmente com a temperatura, e a alta temperatura a longo prazo encurtará diretamente a vida útil geral dos transformadores. O teste de aumento de temperatura é um teste de tipo central na fábrica, verificando se o projeto do radiador e a estrutura de circulação de óleo atendem aos requisitos. Na manutenção diária, o monitoramento da temperatura do óleo é um método simples e eficaz para avaliar o status operacional do transformador.
5. Características de curto-circuito e capacidade de resistência a curto-circuito
Falhas de curto-circuito podem ocorrer no lado de baixa tensão dos sistemas de distribuição. Sob tais circunstâncias, uma enorme corrente de curto-circuito flui instantaneamente através dos enrolamentos do transformador, gerando forte força eletrodinâmica e calor instantâneo. As características de curto-circuito avaliam principalmente a capacidade do transformador de suportar o impacto do curto-circuito. O teste de curto-circuito é realizado para medir a impedância e a perda de curto-circuito. A impedância de curto-circuito é vital para transformadores de distribuição de 11kV: uma impedância mais alta limita a corrente de curto-circuito e mitiga o impacto de falhas de curto-circuito nos equipamentos. No entanto, a impedância excessiva aumentará a taxa de regulação de tensão e causará quedas de tensão mais severas sob carga. Portanto, o projeto de transformadores de distribuição de 11kV precisa encontrar um equilíbrio entre a limitação da corrente de curto-circuito e a estabilidade da tensão. Quando ocorrem falhas de curto-circuito, os condutores do enrolamento suportam uma tremenda força de impacto eletromagnético. Se a estrutura de fixação do enrolamento for fraca, podem ocorrer deformações do enrolamento e danos no isolamento, causando falhas permanentes. Os transformadores de distribuição imersos em óleo de alta qualidade adotam ligações de enrolamento de alta resistência e estruturas de suporte rígidas para satisfazer os requisitos de resistência a curto-circuitos de curta duração dos padrões nacionais e padrões IEC, reduzindo os riscos de danos ao equipamento durante eventos repentinos de curto-circuito nas redes de distribuição.
6. Características de isolamento e envelhecimento
11kV transformadores imersos em óleoadote um sistema de isolamento composto composto de óleo isolante e papel isolante para isolar enrolamentos de alta e baixa tensão e separar componentes energizados do tanque aterrado. Os meios isolantes mantêm um desempenho estável sob temperatura operacional normal. No entanto, o isolamento degrada-se gradualmente durante o funcionamento a longo prazo: a humidade, o oxigénio e a alta temperatura aceleram a degradação do papel isolante e a oxidação do óleo isolante produz substâncias ácidas que corroem ainda mais os materiais de isolamento. O envelhecimento do isolamento é um processo irreversível. À medida que o envelhecimento avança, a rigidez dielétrica diminui, o que pode facilmente desencadear falhas internas, como descarga parcial e curto-circuito entre espiras. A estrutura de vedação dos transformadores imersos em óleo foi projetada para retardar o envelhecimento: estruturas totalmente vedadas bloqueiam a entrada de ar e umidade e reduzem a deterioração do óleo isolante. Análises regulares por cromatografia em óleo e testes de perda dielétrica podem monitorar tendências de envelhecimento do isolamento, alertar sobre possíveis falhas com antecedência e prolongar a vida útil do equipamento.
Conclusão
Várias características operacionais deTransformadores de distribuição imersos em óleo 11kVestão inter-relacionados e determinam em conjunto o desempenho integral dos equipamentos nas redes de distribuição. As características sem carga determinam o consumo básico de energia; as características de carga refletem a perda de potência carregada; a regulação da tensão afeta diretamente a qualidade da energia do usuário final; as características de aumento de temperatura restringem a capacidade de sobrecarga e a vida útil do equipamento; as características de curto-circuito representam resistência contra impacto de falha; as características de envelhecimento do isolamento estão relacionadas à confiabilidade operacional a longo prazo. Nas etapas de seleção de projetos, projeto de engenharia e manutenção, a compreensão completa dessas características operacionais básicas ajuda as equipes de aquisição e engenharia a selecionar transformadores que correspondam aos cenários de aplicação, reduzir o consumo de energia, reduzir os riscos de interrupção e garantir a operação estável a longo prazo dos sistemas de distribuição. Embora os transformadores do tipo seco tenham vantagens em cenários internos sensíveis ao fogo, os transformadores de distribuição imersos em óleo de 11kV continuam sendo o equipamento de distribuição mais utilizado em redes elétricas urbanas e rurais devido às características operacionais maduras e ao excelente desempenho econômico.
