Um guia abrangente sobre os princípios básicos dos transformadores de potência-abastecidos com óleo

Em sistemas de energia,transformadores de potência-abastecidos com óleo são equipamentos essenciais indispensáveis ​​que cumprem as funções críticas de conversão de tensão e transmissão de energia. Amplamente utilizados em redes elétricas, aplicações industriais e usinas de energia renovável, eles servem como a “ponte elétrica” que conecta as usinas aos usuários finais.

Desde garantir a operação estável de redes elétricas urbanas até manter um fornecimento contínuo de energia para a produção industrial e facilitar a integração de projetos de energia renovável na rede, os transformadores de energia-a óleo desempenham um papel insubstituível.

 

Este artigo fornece uma análise abrangente do conhecimento básico sobre transformadores de potência-imersos em óleo. Desde sua composição básica até os principais componentes, ele analisa seus princípios operacionais e características estruturais um por um, oferecendo aos leitores uma-compreensão profunda dos principais mistérios por trás desse "herói poderoso".

 

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A escolha de um transformador de potência imerso em óleo-de alta{0}}qualidade e altamente confiável pode ajudar você a evitar perdas-relacionadas a falhas, reduzir custos operacionais e de manutenção e economizar tempo e esforço! Quer saber como escolher um transformador que atenda às suas necessidades específicas e ao mesmo tempo ofereça desempenho e valor?

 

Com anos de experiência no setor, a GNEE Electric é especializada em pesquisa e desenvolvimento e produção de transformadores de potência-imersos em óleo. Aproveitando nosso conhecimento técnico e rigoroso controle de qualidade, fornecemos soluções customizadas. Primeiro, entenda o essencial e depois selecione o equipamento certo-continue lendo para obter todos os insights práticos!

 

 

 

Grandes transformadores{0}}imersos em óleo apresentam uma estrutura complexa e precisa. A sua composição básica consiste em sete componentes principais, que funcionam em conjunto para garantir um funcionamento estável e eficiente. Os primeiros dois componentes são as partes centrais fundamentais, responsáveis ​​pela função central de conversão de energia.

 

Montagem Central: Composto por colunas e jugos confeccionados em chapas laminadas de aço silício, juntamente com seus mecanismos de fixação, forma o núcleo do circuito magnético do transformador e serve como meio de transferência de energia.
Conjunto de enrolamento: Inclui os enrolamentos de cada fase e seus cabos de conexão. Como núcleo do circuito elétrico do transformador, constitui o circuito elétrico de entrada e saída de energia elétrica.
Sistema de Isolamento: Isso abrange o isolamento de óleo e papel entre os componentes, bem como dentro do próprio transformador. Sua principal função é isolar partes energizadas, prevenir curtos-circuitos, garantir a segurança operacional e prolongar a vida útil do equipamento.
Sistema de Tanque: Além do corpo do tanque, inclui o reservatório de óleo e os suportes. Ele serve como recipiente principal para alojar o núcleo e o óleo do transformador, ao mesmo tempo que protege os componentes internos e auxilia na dissipação de calor.
Sistema de resfriamento: Composto por resfriadores ou radiadores, bombas de óleo, ventiladores e tubulações de ligação, tem como principal função dissipar o calor gerado durante o funcionamento do transformador, evitando danos ao equipamento por superaquecimento.
Instrumentos de medição: Incluindo termômetros de sinal, transformadores de corrente e medidores de nível de óleo, eles são usados ​​para monitorar o status operacional do transformador em tempo real e fornecer feedback imediato sobre dados críticos, como temperatura, corrente e nível de óleo.
Dispositivos de proteção: Estes incluem dispositivos de alívio de pressão, relés de gás e absorvedores de umidade. Eles servem como a “linha de defesa de segurança” do transformador, acionando mecanismos de proteção prontamente quando ocorrem anormalidades para evitar a escalada de falhas.

 

 

Entre estes, o núcleo e os enrolamentos são referidos como circuito magnético e circuito elétrico, respectivamente. Eles constituem a base central para a conversão de energia do transformador e sua operação coordenada é um pré-requisito para o funcionamento normal do transformador.

 

 

O núcleo é o componente fundamental de um transformador, composto por condutores magnéticos e dispositivos de fixação. Serve tanto para fins funcionais como estruturais e atua como meio chave para conversão de energia em um transformador.

 

Do ponto de vista funcional, os condutores magnéticos do núcleo formam o núcleo do circuito magnético do transformador, responsável por converter a energia elétrica do circuito primário em energia magnética e, em seguida, converter essa energia magnética novamente em energia elétrica para o circuito secundário, completando assim a transmissão e conversão de energia elétrica.

 

Estruturalmente, o núcleo suporta todos os componentes internos do transformador, como o corpo e os cabos, servindo como “esqueleto” de todo o dispositivo.

O núcleo do transformador adota uma estrutura-fechada em forma de caixa, em que a parte envolvida com enrolamentos é chamada de colunas do núcleo, enquanto a parte não envolvida com enrolamentos e que serve apenas para fechar o circuito magnético é chamada de bobina do núcleo. Seus componentes rotulados incluem principalmente: peça de fixação superior, colunas principais, placas de ligação, peça de fixação inferior, forquilha do núcleo superior e forquilha do núcleo inferior.

 

Tipos de núcleos

 

Com base nas posições relativas dos enrolamentos e do núcleo, os núcleos podem ser amplamente classificados em dois tipos: tipo-de núcleo e tipo-de shell. Entre eles, o núcleo-do tipo núcleo é mais amplamente utilizado em transformadores de potência-imersos em óleo; esta seção se concentra nas formas estruturais dos núcleos do tipo-núcleo.

 

• Paratransformadores-monofásicos, o núcleo vem principalmente em diversas formas estruturais, como duas colunas e duas culatras, uma coluna e quatro culatras e duas colunas e quatro culatras, para acomodar diferentes requisitos de fonte de alimentação-monofásica.

 

• Paratransformadores-trifásicos, as configurações principais incluem duas-colunas-duas-jugas (tri-fásicas, três-colunas) e três-colunas-quatro-jugas (tri-fásicas, cinco-colunas), usadas principalmente para conversão de energia em sistemas de energia trifásicos-.

 

 

A seleção das configurações principais requer uma consideração abrangente de vários fatores, incluindo a racionalidade do arranjo do enrolamento, a eficiência do material e as restrições de altura de transporte, para garantir que o transformador atenda aos requisitos operacionais e, ao mesmo tempo, alcance um equilíbrio entre economia-e praticidade. Os componentes relacionados incluem: forquilha, forquilha lateral da coluna e forquilha do núcleo inferior.

 

 

Os enrolamentos constituem o circuito elétrico através do qual um transformador entra e emite energia elétrica; eles também são um dos componentes principais do transformador. Fabricados com condutores planos de cobre (ou alumínio) e equipados com diversos componentes isolantes, a qualidade do seu design determina diretamente a estabilidade operacional e a vida útil do transformador. Em termos de projeto, os enrolamentos devem atender a três requisitos fundamentais-resistência elétrica, resistência térmica e resistência mecânica-todos indispensáveis.

 

1. Requisitos de resistência elétrica

Os enrolamentos devem possuir resistência elétrica suficiente para suportar vários surtos de tensão, incluindo principalmente tensão suportável de impulso de raio, tensão suportável de impulso de comutação e tensão suportável de frequência de energia. Isso evita danos ao isolamento causados ​​por picos de tensão, que podem levar a falhas de-curto-circuito.

 

2. Requisitos de resistência térmica

Sob os efeitos térmicos gerados por correntes operacionais de longo-prazo, a vida útil do isolamento da bobina não deve ser inferior a 20 anos. Além disso, durante a operação do transformador, caso ocorra um curto-circuito repentino em qualquer terminal, a bobina deve ser capaz de suportar os efeitos térmicos da corrente de curto-circuito sem danos, garantindo a segurança do equipamento em condições extremas.

 

3. Requisitos de resistência mecânica

A bobina deve possuir resistência mecânica suficiente para suportar forças eletromagnéticas, vibrações e outras tensões geradas durante a operação, evitando deformações ou danos à bobina, salvaguardando a integridade do circuito e garantindo a entrada e saída normais de energia elétrica.

 

 

Marcações da estrutura da bobina e notas de configuração do enrolamento

As marcações estruturais da bobina incluem principalmente: canais de óleo de resfriamento, divisórias guia, espaçadores e configuração do enrolamento.

 

Entre estes, a mudança de fase é um processo crítico no projeto da bobina, conforme explicado abaixo: Quando a corrente do transformador é alta, as espiras da bobina consistem em múltiplos condutores paralelos. Para garantir a distribuição uniforme da corrente entre os condutores paralelos-ou seja, para garantir comprimentos iguais dos condutores e ligações de fluxo magnético iguais com o campo magnético de fuga-as posições dos condutores paralelos devem ser trocadas. Esta operação, conhecida como “mudança de fase”, é um processo crucial para garantir a operação normal da bobina e evitar o superaquecimento local.

 

 

O núcleo do transformador é formado pela montagem do núcleo de ferro e bobinas de vários níveis de tensão, fixando-os com dispositivos de fixação e soldando os cabos. Simplificando, o núcleo do transformador serve como um transportador integrado para os componentes do núcleo, como o núcleo de ferro e as bobinas. Geralmente consiste em duas partes: o conjunto de fixação do núcleo de ferro e o conjunto de fixação da bobina, e funciona como o conjunto central responsável pela conversão de energia dentro do transformador.

 

Seus componentes rotulados incluem principalmente: placas de terminais, enrolamentos, condutores, núcleo, placas de fixação, comutadores de derivação em-carga, braçadeiras de condutores e placas de suporte. Esses componentes trabalham em conjunto para garantir a estabilidade estrutural do núcleo e a conversão eficiente de energia elétrica.

 

 

O tanque do transformador é o contêiner central que abriga o conjunto central e o óleo do transformador. Ele atende simultaneamente a múltiplas funções, incluindo dissipação de calor, proteção de isolamento, secagem de isolamento, fornecimento de base e facilitação de transporte. É um componente indispensável e vital do transformador, e seu desempenho afeta diretamente a estabilidade operacional e a vida útil do transformador.

 

Funções principais do tanque

• Armazenamento de Óleo: Armazena óleo de transformador, fornecendo um meio para isolamento e dissipação de calor;
• Dissipação de Calor: Funciona em conjunto com o sistema de refrigeração para dissipar o calor gerado durante a operação do transformador;
• Proteção de Isolamento: Isola os componentes de isolamento da atmosfera, evitando a absorção de umidade e gases, e inibindo o envelhecimento do óleo do transformador;
• Secagem de isolamento: atua como um "tanque de vácuo" durante a extração a vácuo em temperatura ambiente no-local;
• Base: Fornece suporte estável para todo o transformador;
• Transporte: Facilita o manuseio e instalação geral do transformador.

 

Tipos de tanques de petróleo

Existem dois tipos básicos de tanques de óleo de transformador: tanques do tipo barril-e tanques do tipo sino-. Esses dois tipos têm vantagens e desvantagens opostas e são adequados para diferentes cenários de aplicação.

 

• Tanques-tipo barril: Consiste em uma tampa do tanque e um corpo do cano. Sua vantagem é a aparência simples e apenas uma pequena quantidade de óleo do transformador precisa ser drenada ao levantar o tanque; A desvantagem é que, para transformadores de grande{1}}capacidade, a manutenção-no local requer um guindaste com capacidade de elevação suficiente; portanto, é adequado para transformadores de pequena- e média-capacidade.

 

• Tanque-em forma de sino:Composto por uma seção superior e inferior, suas vantagens e desvantagens são opostas às do tanque tipo-barril. A vantagem é que transformadores-de grande capacidade podem ser mantidos sem um grande guindaste; a desvantagem é que uma grande quantidade de óleo do transformador deve ser drenada ao levantar o corpo do tanque e sua aparência é relativamente complexa. É adequado para transformadores-de grande capacidade.

 

Acessórios para tanques

Os acessórios do tanque são componentes essenciais que garantem o bom funcionamento do tanque.

 

Os componentes principais incluem: riser, placa de base, placa de reforço, estrutura de base, suporte de macaco, reservatório de óleo, suporte do reservatório de óleo, olhal de elevação e acessórios para tubos do sistema de refrigeração. Cada acessório tem uma função específica para garantir o bom funcionamento do tanquedesempenho de vedação, estabilidade e funcionalidade.

 

 

Tap Changer: O "Componente Central" da Regulação de Tensão

Com base no estado operacional do transformador durante a regulação de tensão, o ajuste de tensão pode ser dividido em dois tipos: a regulação de tensão realizada quando o enrolamento secundário está descarregado e o enrolamento primário está desconectado da rede (regulação de tensão sem fonte de alimentação) é chamada de regulação de tensão des-energizada (sem-carga); A regulação de tensão realizada enquanto o transformador está sob carga, alterando a posição do tap do enrolamento, é chamada de regulação de tensão em-carga. Portanto, comutadores de derivação de transformadores também são divididos em duas categorias: comutadores de derivação sem{4}}carga e comutadores de derivação em-carga (rótulos de ilustração: comutador de derivação em-carga, comutador de derivação sem{7}}carga).

 

Componentes do transformador-Ativado-Carregar comutador

 

O comutador-em carga é um dos principais componentes principais de um transformador. Sua principal função é comutar as posições dos taps enquanto o transformador está sob carga e sem interromper a alimentação, alterando assim a relação de tensão do transformador para regular com precisão a tensão de saída. Isto aborda problemas de instabilidade de tensão em sistemas de energia causados ​​por flutuações de carga e desvios de tensão da rede, garantindo a operação normal dos equipamentos elétricos. É amplamente utilizado em cenários que exigem fonte de alimentação contínua e estável.

 

 

Em comparação com comutadores de-energização, a maior vantagem dos comutadores em-carga é a "regulação de tensão sem interrupção de energia". Eles permitem que o ajuste de tensão seja concluído sem interromper o fornecimento de energia, evitando assim paradas de produção e transtornos aos usuários causados ​​por quedas de energia durante o ajuste de tensão. Eles são particularmente adequados para cenários com requisitos extremamente altos de continuidade do fornecimento de energia, como a rede principal de sistemas de energia, linhas de produção industrial em grande-escala e redes de distribuição de energia em-edifícios altos.

 

Sua operação central depende da ação coordenada do “circuito de transição” e do “mecanismo de comutação”. Durante a comutação de taps, isso garante o fluxo contínuo da corrente de carga, evitando arcos e quedas de tensão, protegendo assim os enrolamentos do transformador e os equipamentos da rede contra danos.

 

Os comutadores de-carga em carga têm requisitos operacionais mais rígidos e devem possuir excelente desempenho de isolamento, capacidade de transporte de-corrente e recursos de-extinção de arco. Também são necessárias manutenções e inspeções regulares, incluindo verificações da qualidade do óleo isolante, da flexibilidade do mecanismo de comutação e da integridade dos resistores de transição, para evitar danos ao transformador ou cortes de energia causados ​​por falhas nos interruptores. Além disso, a faixa de regulação de tensão dos comutadores de derivação em-carga é normalmente mais ampla do que a dos comutadores de derivação sem{6}}carga, geralmente permitindo o ajuste de tensão dentro de uma faixa de ±10% ou mais, possibilitando melhor adaptação às flutuações na tensão da rede.

Componentes do transformador-Des{1}}comutador de derivação energizado

A função principal de um comutador de derivação des{0} energizado é alterar a posição da derivação do transformador sem aplicar tensão ao transformador, alterando assim a relação de tensão. É adequado para cenários onde a regulação de tensão não exige que o transformador esteja sob carga.

 

Os comutadores de derivação-reguladores de tensão podem ser classificados em tipos monofásicos-e trifásicos-com base no número de fases; com base na localização da regulação de tensão, eles podem ser divididos em três tipos: regulação de tensão de ponto-neutro, regulação de tensão de ponto-médio e regulação de tensão-de linha final (legenda da ilustração: interruptor tipo-de tambor).

 

Sua estrutura é relativamente simples, consistindo principalmente de posições de tap, componentes de comutação e um mecanismo operacional. Eles não requerem componentes complexos, como resistores shunt, resultando em custos de fabricação mais baixos e manutenção mais fácil. Como a energia deve ser desligada durante o ajuste de tensão, essas chaves são usadas principalmente em aplicações onde o fornecimento contínuo de energia não é crítico, como redes de distribuição rurais, pequenos transformadores industriais e transformadores de distribuição em edifícios residenciais.

 

Eles são normalmente empregados em ambientes com flutuações mínimas de tensão da rede e mudanças graduais de carga, onde a tensão é calibrada com precisão trocando as posições dos taps durante cortes de energia programados.

 

Reservatório de óleo: o "centro de regulação e proteção" para óleo de transformador

 

O reservatório de óleo serve como sistema de proteção de óleo para transformadores{0}}imersos em óleo e comutadores-em carga, e sua função principal está intimamente ligada às mudanças no volume de óleo do transformador. Flutuações na temperatura ambiente e variações na carga do transformador podem causar alterações na temperatura do óleo dentro do tanque do transformador; simultaneamente, mudanças na temperatura ambiente e operações de comutação do comutador de derivação em-carga também podem causar flutuações de temperatura no óleo do transformador dentro do compartimento de óleo do comutador de derivação-em carga.

 

Estas mudanças de temperatura levam inevitavelmente à contração e expansão do volume do óleo do transformador.

 

A principal missão do reservatório de óleo é regular as alterações de volume do óleo do transformador tanto no tanque do transformador quanto no compartimento de óleo do-comutador de derivação em carga, evitando a entrada de umidade e os efeitos oxidativos do ar no óleo do transformador, garantindo assim o desempenho de isolamento e a vida útil do óleo do transformador.

 

Classificação de Reservatórios de Petróleo

 

Os reservatórios de petróleo são divididos principalmente em tipos abertos-e selados-. Reservatórios de óleo-selados são mais amplamente usados ​​e podem ser classificados em tipo cápsula-, tipo diafragma-e tipo fole metálico-, atendendo aos requisitos específicos de diferentes aplicações.

 

Estrutura dos reservatórios de óleo-tipo cápsula

O conservador de óleo tipo cápsula-é um tipo comum de conservador de óleo selado. Ele consiste principalmente de um gabinete, uma cápsula, uma câmara de coleta de gás (equipada com componentes como a tubulação do tanque principal, linhas de enchimento e drenagem de óleo, linhas de ventilação, linhas de descarga de óleo contaminado e medidores de óleo de tubo pequeno), um dessecante e tubulação associada, um tampão de ventilação, um tampão de drenagem e um medidor de nível de óleo (conforme indicado no diagrama esquemático: tampão de ventilação). Esses componentes trabalham juntos para fornecer proteção eficaz ao óleo do transformador e regular seu volume.

 

Sistema de resfriamento: a "proteção contra dissipação de calor" para equipamentos

 

Durante a operação, os transformadores geram uma quantidade significativa de calor devido às perdas. Se esse calor não puder ser dissipado em tempo hábil, poderá causar superaquecimento do equipamento, danificando os componentes de isolamento, encurtando a vida útil e até mesmo levando a falhas de segurança. Portanto, o sistema de resfriamento serve como “proteção contra dissipação de calor” para transformadores; sua principal função é dissipar o calor gerado pelas perdas durante a operação, garantindo que o transformador opere de forma estável dentro de uma faixa de temperatura segura.

 

Para transformadores de potência de 110kV, existem dois métodos principais de resfriamento: resfriamento natural e resfriamento por ar forçado. O resfriamento natural depende da convecção natural do óleo do transformador para dissipar o calor; possui estrutura simples e fácil manutenção, sendo adequado para aplicações com cargas mais leves e menor geração de calor. Já o resfriamento por ar forçado utiliza ventiladores para auxiliar na dissipação de calor, oferecendo maior eficiência de resfriamento. É indicado para aplicações com cargas mais pesadas e maior geração de calor, atendendo melhor às necessidades de refrigeração do equipamento.

 

Válvula de Alívio de Pressão: O “Dispositivo de Alívio de Pressão de Segurança” do Equipamento

A válvula de alívio de pressão do transformador é uma válvula-acionada por mola e serve como um dos principais dispositivos de proteção de segurança para transformadores, projetada principalmente para lidar com situações em que a pressão interna aumenta anormalmente. Quando a pressão interna do transformador excede a força de abertura da mola, o disco atuador move-se ligeiramente para cima.

 

Nesse ponto, a pressão interna se espalha imediatamente pela superfície-selada lateral do disco atuador, fazendo com que ele abra abruptamente e libere rapidamente a pressão interna. Assim que a pressão cai para uma faixa segura, a mola puxa o disco atuador de volta para a posição selada, completando a proteção de alívio de pressão.

A válvula de alívio de pressão pode ser equipada com um interruptor de alarme e requer reinicialização manual após a ativação. Também possui uma haste indicadora mecânica que confirma visualmente se a válvula atuou (ver ilustração: haste indicadora mecânica, mola).

 

 

Componentes do transformador-Cilindro de alívio de pressão

O cilindro de alívio de pressão do transformador é um dos primeiros tipos de dispositivo de alívio de pressão para transformadores. Sua estrutura é relativamente simples: uma placa de alívio de pressão (geralmente de vidro plano) é instalada no meio do cilindro, com uma proteção de malha abaixo para evitar que fragmentos de vidro caiam no interior do transformador caso o vidro se quebre.

 

 

Atualmente, este tipo de cilindro de alívio de pressão foi eliminado, embora ainda seja usado em alguns transformadores mais antigos; entretanto, seu desempenho de proteção e confiabilidade são muito inferiores aos das modernas válvulas de alívio de pressão.

 

 

Este artigo aborda de forma abrangente o conhecimento básico de transformadores de potência{0}}imersos em óleo, abrangendo desde a composição básica até os principais componentes, e desde características estruturais até funções funcionais. O objetivo é ajudar os profissionais da indústria e os entusiastas da energia a compreenderem plenamente o conhecimento básico dos transformadores de potência{2}}imersos em óleo e a compreenderem seu papel vital nos sistemas de energia.

 

Com a atualização dos sistemas de energia e o rápido desenvolvimento de novas fontes de energia, os transformadores-imersos em óleo estão evoluindo em direção a tecnologias mais ecológicas e inteligentes, continuando a fornecer suporte essencial para a estabilidade e a eficiência da transmissão de energia.
 

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Depois de compreender os princípios básicos dos transformadores de potência{0}}imersos em óleo, você perceberá como é importante escolher o equipamento certo!

 

Aproveitando anos de experiência no setor, a GNEE Electric controla rigorosamente a produção e montagem de todos os componentes principais,-desde o núcleo e enrolamentos até o sistema de resfriamento e dispositivos de proteção,-tudo de acordo com os mais altos padrões do setor.

 

Podemos personalizar transformadores-imersos em óleo adaptados às suas aplicações específicas (redes elétricas, energia industrial, usinas de energia renovável etc.), equilibrando estabilidade, durabilidade e economia-.

 

Oferecemos suporte técnico abrangente e serviço pós-venda durante todo o processo, para que você nunca precise se preocupar com a qualidade ou manutenção do equipamento.

 

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