funcionamento de transformadores, Notas de estudo de Física

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TRANSFORMADOR I

CAPITULO III

INTRODUÇÃO

“Transformadores de potência são equipamentos cujo

princípio básico de funcionamento se dá a partir da conversão de diferentes níveis de tensão entre a fonte, ligada ao primário, e a carga alimentada, ligada ao secundário”. Podem ser trifásicos ou monofásicos, dependendo das necessidades específicas de cada instalação. No sistema elétrico há diferentes tipos de transformadores, que possuem características específicas quanto à classe de tensão e potência. Vistos externamente, os transformadores são formados por buchas de alta e baixa tensão, radiadores ou trocadores de calor, tanque principal, tanque de expansão, painéis de controle e outros dispositivos. Essencialmente são equipamentos mais complexo, dependendo da interação de diversos componentes para o seu perfeito funcionamento.

NUCLEOS E CONFIGURAÇÕES O núcleo é constituído em lâminas para minimizar o efeito denominado por Foucault, no qual a indução de campo magnético alternado sobre o núcleo magnético tende a dar origem a correntes elétricas parasitas que ficam circulando e assim gerando perdas e aquecimento localizado. Corrente de Foucault, ou corrente parasita, é o nome dado à corrente induzida em um condutor quando há variação do fluxo magnético que o percorre. Em alguns casos a corrente de Foucault pode produzir resultados indesejáveis, como perdas em decorrência de dissipação de energia por efeito Joule, fazendo com que a temperatura do material aumente. Para evitar a dissipação por efeito Joule, os materiais sujeitos a campos magnéticos variáveis são frequentemente laminados ou construídos com placas muito finas isoladas umas das outras. Esse arranjo aumenta a resistência no trajeto da corrente que atravessa o material, resultado em menor geração de calor e consequentemente menores perdas

O núcleo ferromagnético é configurado em colunas verticais, sendo que as principais abrigam blocos de bobinas e as colunas periféricas, denominadas de retorno, são para fechamento do circuito magnético. Este é constituído por um material ferromagnético, que contém um sua composição o silício, que lhe proporciona características excelentes de magnetização e baixas perdas. Porém, este material é condutor e estando sob a ação de um fluxo magnético alternado dá condições de surgimento de correntes parasitas. Para minimizar este problema, o núcleo, ao invés de ser uma estrutura maciça, é constituído pelo empilhamento de chapas finas e isoladas. Presta-se especial atenção para que as peças metálicas de prensagem sejam isoladas do núcleo e entre si para evitar as correntes parasitas, que aumentariam sensivelmente as perdas em vazio.

O ferro possui as características magnéticas, que ajudam no desempenho e o silício atua como um isolante do núcleo. Podemos afirmar que o material magnético mais utilizado na construção dos núcleos é a liga de Ferrosilício. Os mesmos são laminados, (cerca de 0,3 mm de espessura por lâmina), e cada lâmina é isolada de outra, assim cria-se uma resistência diminuindo as perdas pelas correntes. Estas chapas de aço, durante a sua fabricação na usina, recebem um tratamento especial com a finalidade de orientar seus grãos. É este processo que torna o material adequado à utilização em trafos, devido a diminuição de perdas específicas..

E é também com a finalidade de se reduzir as perdas, que nestas chapas são feitos cortes a 45° nas junções entre as culatras e os pilares

Nos transformadores de potencias maiores são usados e montados os núcleos.

CONFIGURAÇÃO DE ENROLAMENTOS São bobinas cilíndricas formadas por condutores de cobre de seção circular ou retangular convencionais ou transpostos, podendo ser isolados com papel ou envernizados. As bobinas apresentam um arranjo físico que pode ser do tipo helicoidal, em camadas, discos contínuos ou discos entrelaçados. A relação entre o número de espiras dos diversos enrolamentos do transformador define seus níveis de tensão de operação, havendo a possibilidade de se fazer bobinas com terminais intermediários, denominados por taps, que podem ser comutados, com limitação de que o transformador esteja sem tensão ou até mesmo com o transformador operando sob carga mediante a utilização de chaves comutadoras de características especiais (comutador sob carga).O secundário, ou, dependendo do caso, BT, geralmente constitui um conjunto único para cada fase, ao passo que o primário pode ser uma bobina única ou fracionada em bobinas menores, que chamamos de panquecas

2. Camada (qualquer potência)

3) Panqueca (até 3500 kVA)

4) Disco (acima de 1000 kVA)

5) Hélice (acima de 1000 kVA)

Isoladores BUCHAS São os dispositivos que permitem a passagem dos condutores dos enrolamentos ao meio externo. São constituidos basicamente por: a) corpo isolante: de porcelana vitrificada; b) condutor passante: de cobre eletrolítico ou latão; c) terminal: de latão ou bronze; d) vedação: de borracha e papelão hidráulico. As formas e dimensões variam com a tensão e a corrente de operação e para os transformadores desta especificação subdividem-se em: a) BUCHAS ABNT: CONFORME NBR 5034 b) BUCHAS DIN c) BUCHAS CONDENSIVAS

Isoladores BUCHAS

RADIADORES O sistema de resfriamento deve ser projetado de modo a assegurar que, mesmo com a retirada de serviço de qualquer radiador e um moto-ventilador, o equipamento funcione sem que sejam excedidos os limites de elevação de temperatura, durante a operação sob carga nominal. Como pode ser visto na figura, o calor gerado pela parte ativa do transformador faz com que o fluido dielétrico se aqueça. A porção do fluido aquecida, por causa da alteração de sua densidade pelo calor, passa a ocupar uma posição mais elevada no tanque do equipamento. Quando esta porção chega á parte superior do tanque, ela atinge a tubulação que leva aos radiadores, e passa a preenchê-los. Uma vez nos radiadores, o fluido começa a perder calor para o meio exterior, por meio do contato do ar com as paredes do radiador. A função do radiador é propiciar uma grande superfície de contato com o ar exterior.

À medida que o fluido esfria, ele passa a ocupar posições mais baixas nos radiadores até que ele volte novamente para o tanque do transformador, repetindo continuamente o ciclo descrito. A eficiência do sistema de resfriamento pode ser aumentada com a adição de ventilação forçada nos radiadores e também com a circulação forçada do fluido dielétrico, com o uso de bombeamento. É importante lembrar que um aumento na eficiência da refrigeração do transformador implica em um aumento da potência que o equipamento poderá converter.