Introdução
11kV transformadores de distribuição imersos em óleoestão entre os equipamentos de conversão de energia mais críticos em redes de distribuição de energia. Eles são amplamente implantados em redes elétricas urbanas, parques industriais, comunidades residenciais, locais de mineração e novas centrais elétricas de energia. Muitos engenheiros de compras, técnicos de manutenção e iniciantes no setor de energia precisam de uma compreensão clara das estruturas internas do transformador durante a seleção de equipamentos, revisão e solução de problemas de falhas. O tanque externo e as aletas de resfriamento são apenas o invólucro externo da unidade. Todos os componentes principais que realizam transformação de tensão e transportam cargas elétricas estão contidos dentro do tanque de óleo. Este guia detalha sistematicamente a construção interna completa dos transformadores imersos em óleo de 11kV, explica a função de cada componente, as propriedades dos materiais e a lógica de trabalho cooperativo entre as peças. Ele ajuda os leitores a compreender os princípios operacionais dos equipamentos e fornece referências confiáveis para aquisição de produtos, inspeção de rotina, manutenção e diagnóstico de falhas.
Núcleo de Ferro
O núcleo de ferro serve como estrutura do circuito magnético e componente central para transmissão do fluxo magnético. O núcleo de ferro de um 11kVtransformador imerso em óleoé geralmente montado empilhando chapas de aço silício de grão orientado laminadas a frio com alta permeabilidade magnética. Um revestimento isolante é aplicado na superfície das chapas de aço silício, o que reduz efetivamente a perda de correntes parasitas e a perda de histerese geradas sob campos magnéticos alternados, diminuindo a geração de calor do equipamento. O núcleo de ferro consiste em pernas e jugos centrais. Os enrolamentos são montados nas pernas do núcleo, enquanto as culatras fecham o circuito magnético. O núcleo de ferro é firmemente preso e fixado para evitar ruído excessivo causado por vibração eletromagnética após a energização. O núcleo de ferro adota aterramento de ponto único no projeto elétrico para evitar potencial flutuante que pode desencadear descarga parcial. Este projeto é essencial para a operação segura do transformador a longo prazo. Se ocorrer aterramento multiponto no núcleo de ferro, a corrente circulante formará e superaquecerá as chapas de aço silício, acelerando o envelhecimento do óleo isolante e até mesmo levando a graves falhas internas.
Enrolamentos (Bobinas)
Os enrolamentos são a parte do circuito elétrico do transformador, divididos em enrolamentos de alta tensão e enrolamentos de baixa tensão, montados concentricamente nas pernas do núcleo de ferro. Para um transformador de distribuição típico de 11kV, a tensão nominal no lado de alta tensão é de 11kV, e o lado de baixa tensão geralmente produz 400V. Os enrolamentos de baixa tensão são dispostos próximos ao núcleo de ferro e os enrolamentos de alta tensão são colocados na camada externa. Como os enrolamentos de baixa tensão transportam grande corrente, são adotadas folhas de cobre ou condutores de cobre grossos. Os enrolamentos de alta tensão funcionam sob alta tensão, usando fios finos de cobre isolados por isolamento de papel multicamadas. Os condutores são envoltos em papel isolante de alta resistência para formar isolamento entre espiras e isolamento camada a camada. As principais lacunas de isolamento preenchidas com óleo de transformador são reservadas entre os enrolamentos de alta e baixa tensão para isolamento elétrico. Os enrolamentos devem ter resistência mecânica suficiente. Quando ocorrem falhas de curto-circuito no sistema de energia, uma enorme força eletromagnética de curto-circuito afeta as bobinas. Uma estrutura de enrolamento robusta pode resistir à deformação e evitar danos ao isolamento. Os cabos do enrolamento são retirados do tanque através de buchas isolantes para serem conectados a cabos de alimentação externos.
Sistema de Isolamento e Óleo de Transformador
O sistema de isolamento interno combina materiais isolantes sólidos e óleo isolante líquido. Os materiais de isolamento sólido incluem papel isolante, cartão isolante, suportes e blocos isolantes, usados para separar enrolamentos e suportar bobinas. O óleo do transformador é um meio indispensável dentro do tanque, com duas funções principais: isolamento elétrico e dissipação de calor. O óleo do transformador possui excelente rigidez dielétrica. Preenche lacunas entre todas as peças internas para eliminar espaços de ar e evitar descargas de avarias. Durante a operação, o calor gerado pelo núcleo de ferro e pelos enrolamentos é transferido para o óleo do transformador. Através de convecção natural ou circulação forçada, o óleo transfere calor para a parede do tanque e para os radiadores para dissipar o calor. Além disso, o óleo do transformador suprime a oxidação dos materiais isolantes e retarda o envelhecimento do isolamento. A qualidade do óleo determina diretamente a vida útil do transformador. A umidade excessiva, impurezas ou gás dentro do óleo reduzirão drasticamente o desempenho do isolamento. Portanto, testes regulares de amostragem de óleo são uma tarefa prioritária nos trabalhos de manutenção.
Leads internos e comutador
Os condutores internos conectam os terminais do enrolamento às buchas externas. Condutores de cobre isolados são usados para condutores, e o layout segue rigorosamente os requisitos de distância de isolamento para evitar descarga entre condutores ou entre condutores e terra. O comutador de derivação fora de circuito é instalado dentro do tanque e conectado aos pontos de derivação dos enrolamentos de alta tensão. A tensão da rede elétrica geralmente apresenta pequenas flutuações. Após o corte de energia, os trabalhadores de manutenção podem ajustar as posições dos taps do comutador para alterar o número de voltas dos enrolamentos de alta tensão, de modo a estabilizar a tensão de saída no lado de baixa tensão. Observe que o comutador de derivação só pode ser operado em condições de desligamento. O ajuste de carga é estritamente proibido.
Componentes de proteção interna
Vários componentes de proteção estão dispostos dentro do tanque. O relé Buchholz é montado na tubulação que conecta o tanque e o conservador. Quando ocorrem pequenas falhas internas dentro do transformador, o gás será decomposto. Em caso de falhas graves, o aumento do fluxo de óleo acionará o relé para enviar sinais de alarme ou ativar o disparo do circuito. Sensores de temperatura com sondas inseridas no tanque são equipados para monitorar a temperatura máxima do óleo. Barreiras isolantes internas e estruturas de suporte fixam todos os componentes internos para evitar deslocamento dos componentes durante o transporte ou impacto de curto-circuito.
Conclusão
A construção interna de um 11kVtransformador imerso em óleofunciona como um sistema integrado. O núcleo de ferro forma o circuito magnético, os enrolamentos realizam a conversão entre energia elétrica e energia magnética. O óleo isolante e o isolamento sólido realizam conjuntamente tarefas de isolamento e dissipação de calor. Comutadores de derivação, cabos internos e dispositivos de proteção garantem regulação de tensão e proteção contra falhas. O envelhecimento ou danos de qualquer componente interno afetarão diretamente o status geral de operação do transformador. Dominar o conhecimento da construção interna ajuda o pessoal de engenharia a concluir a aceitação do equipamento e a manutenção regular, localizar rapidamente as fontes de falha, prolongar a vida útil do transformador e garantir o fornecimento de energia estável das redes de distribuição.
