Ao usar eletricidade, é necessário mudar a tensão de um nível para outro. Os transformadores do tipo seco (também conhecidos como refrigerados a ar) executam essa função com tanta segurança e eficiência que são amplamente utilizados para instalações internas em edifícios públicos e residenciais onde outros tipos desses dispositivos são considerados muito arriscados.
Tipos de transformadores: líquido e seco
Basicamente, existem dois tipos diferentes de tal dispositivo: líquido isolado e resfriado (tipo líquido) e ar ou mistura ar-gás resfriado (tipo seco).
Para transformadores do primeiro tipo, o meio de resfriamento pode ser óleo mineral comum. Outras substâncias também são usadas, como hidrocarbonetos retardadores de chama e fluidos de silicone. Esses transformadores possuem um núcleo e enrolamentos imersos em um tanque de meio líquido, que serve tanto como isolante quanto como refrigerante.
A secagem mais comumos transformadores possuem enrolamentos preenchidos com resina epóxi, que serve como isolante. Protege os condutores contra poeira e corrosão atmosférica. No entanto, como os moldes de fundição de bobinas são usados apenas com dimensões fixas, há menos espaço para mudanças no projeto de tais dispositivos. Na faixa comumente usada no fornecimento de energia de pequenas empresas industriais, bem como edifícios públicos e residenciais, os transformadores do tipo seco duplicam completamente a faixa de capacidades de suas contrapartes líquidas.
Parâmetros principais
O momento mais crucial na operação dos dispositivos em questão é garantir o regime de temperatura dos enrolamentos. Para auxiliar na seleção ou compra de um aparelho do tipo seco para alimentação de diversos objetos, consideraremos vários parâmetros operacionais básicos:
- Potência, kVA.
- Tensão nominal primária e secundária.
- A dissipação de calor de um sistema de isolamento é a soma da temperatura ambiente máxima + o aumento médio da temperatura nos enrolamentos + a diferença entre o aumento médio da temperatura nos enrolamentos e a temperatura mais alta neles.
- Núcleo e bobinas - possíveis danos ao núcleo ou acúmulo de delaminações (condutores de cobre ou alumínio) são de particular preocupação.
Existem vários tipos estruturais de transformadores, determinados principalmente pelos métodos utilizados para isolar seus enrolamentos. Entre eles são conhecidos: impregnação a vácuo, encapsulamento e bobina fundida. Vamos considerar cada um deles separadamente.
Isolação por impregnação a vácuo (VPI)
Esta tecnologia cria um acabamento lacado nos condutores alternando ciclos de pressão e vácuo. O processo VPI utiliza resinas de poliéster. Proporciona aos condutores um melhor acabamento em laca do que a imersão convencional. As bobinas revestidas com ele são então colocadas em um forno onde ocorre o cozimento. Eles são muito mais resistentes a descargas corona. Como é esse transformador? A foto dele está postada abaixo.
Encapsulamento a Vácuo (VPE)
Esse método geralmente supera o processo VPI. Vários mergulhos são adicionados durante o processo de fabricação para encapsular a bobina, após o que seu revestimento é assado em um forno. Esses transformadores oferecem melhor proteção contra ambientes agressivos e úmidos do que seus equivalentes VPI. Como é esse transformador? A foto dele é apresentada abaixo.
Encapsulação (vedação)
Transformadores encapsulados são dispositivos convencionais com enrolamentos revestidos com compostos de silicone ou resina epóxi e completamente envoltos em uma carcaça pesada. O processo de fabricação preenche os enrolamentos com uma resina epóxi densa e de alta rigidez dielétrica, protegendo o transformador de todos os ambientes.
Bobinas fundidas (em epóxi densificado moldado)
Estes dispositivos contêm bobinas que são encapsuladas em epóxi durante o processo de moldagem. Eles são completamente preenchidos com resina sob a ação devácuo.
Cada método de isolamento de enrolamento é especialmente adequado para ambientes específicos. É muito importante entender onde é melhor usar os tipos de dispositivos apropriados. Por exemplo, transformadores de resina de fundição a seco custam cerca de 50% a mais do que os produtos VPE ou VPI. Assim, a escolha de um tipo específico de dispositivo pode afetar significativamente o custo total do projeto.
Recomendações para seleção
Onde for necessária maior resistência a descargas corona (ou seja, descargas elétricas causadas por uma intensidade de campo que excede a rigidez dielétrica do isolamento), quando não for necessária maior resistência mecânica dos enrolamentos, um transformador do tipo VPI deve ser usado.
Use-os com bobinas fundidas quando for necessária resistência e proteção extras, como em ambientes agressivos, como fábricas de processos químicos, fábricas de materiais de construção e instalações externas. Ambientes agressivos incluem substâncias que podem afetar adversamente os enrolamentos de outros transformadores do tipo seco, incluindo sais, poeira, gases corrosivos, umidade e partículas metálicas.
Além disso, os enrolamentos de resina fundida têm capacidade aprimorada de suportar sobrecargas repetidas e de curto prazo, comuns em muitos processos de fabricação.
Um engenheiro geralmente precisa escolher entre resina fundida ou tipo VPI/VPE para aplicações críticas e ambientes agressivos. O primeiro tipo é geralmente considerado o melhor. Alguns fabricantesentretanto, ress alta-se que o isolamento de resina fundida limita a vida útil do transformador. O coeficiente de expansão térmica da resina epóxi é menor que o dos condutores de cobre. A expansão e contração cíclica à medida que as bobinas aquecem e esfriam podem eventualmente fazer com que a resina rache. Nota-se também que o transformador do tipo VPI pode lidar melhor com esses processos e, portanto, durar mais. No final, a escolha final cabe ao engenheiro de energia.
Líquido vs. Seco
Os transformadores com enchimento de líquido tendem a ser mais eficientes do que os com enchimento a seco, por isso têm uma vida útil mais longa. Além disso, o líquido é um meio mais eficiente para resfriar áreas locais de alta temperatura nos enrolamentos. Além disso, os dispositivos cheios de líquido têm melhor capacidade de sobrecarga.
Assim, um transformador tipo seco de 1000 KVA em meia carga tem um nível de perda de cerca de 8 kW e em plena carga cerca de 16 kW. Ao mesmo tempo, o mesmo “mil”, mas líquido, tem cerca de metade dos resíduos. O óleo "dois mil" a meia carga incorre em perdas de 8 kW e a plena carga - 16 kW. Sua contraparte seca é caracterizada por custos de 13 e 26,5 kW, respectivamente. Isso significa que são os transformadores do tipo seco que detêm a liderança duvidosa em termos de perdas. Ao mesmo tempo, seu preço é superior ao dos líquidos.
Devido ao resfriamento mais intenso dos enrolamentos, os dispositivos líquidos possuem dimensões menores (profundidade e largura) do que os dispositivos secos de mesma potência. Podeinfluenciar a área necessária das subestações do transformador (especialmente as internas) e, portanto, o custo de toda a instalação. Assim, um transformador de tipo seco típico de 1000 KVA tem uma profundidade de 1,6 m e uma largura de 2,44 m. Ao mesmo tempo, um transformador de óleo semelhante a uma profundidade próxima tem uma largura de cerca de 1,5 m. Mas esse tipo, no entanto, tem várias desvantagens.
Por exemplo, a proteção contra incêndio é mais importante para transformadores líquidos ao usar um refrigerante inflamável. É verdade que os transformadores secos também podem pegar fogo. Um dispositivo do tipo líquido mal utilizado pode até explodir.
Dependendo das condições de operação, os produtos cheios de líquido podem exigir uma bandeja de gotejamento para coletar qualquer vazamento de refrigerante.
Talvez ao selecionar transformadores, a transição de uma clara preferência pelo tipo seco para o tipo líquido esteja entre 500 kVA e 2,5 MVA, sendo o primeiro tipo preferencialmente utilizado no limite inferior da faixa e o segundo acima dele.
Um fator importante na escolha do tipo é o local de instalação do transformador, como dentro ou fora de um prédio de escritórios, bem como a manutenção de cargas industriais.
Transformadores do tipo seco acima de 5MVA estão prontamente disponíveis, mas muitos são preenchidos com líquido. Para instalação externa, esse tipo também é predominante.
Algumas palavras sobre ventilação
Quando o transformador está equipado com um ventilador, a carga pode ser significativamente aumentada. Assim, para enrolamentos fundidosesta função pode aumentar a capacidade de carga contínua em até 50% acima da carga nominal. Para os tipos VPE ou VPI, o aumento de potência neste caso pode ser de até 33%.
Por exemplo, a potência de um transformador padrão bobinado de 3000 kVA, quando equipado com um ventilador, aumenta para 4500 kVA (em 50%). Ao mesmo tempo, um tipo VPE ou VPI de 2500 kVA com um ventilador aumentará para 3,333 kVA (em 33%).
No entanto, você deve sempre levar em conta que a presença de um soprador reduz a confiabilidade geral do sistema. Se o ventilador falhar ao operar com sopro sob uma carga maior que a nominal, existe um risco real de um acidente grave, pelo qual você pode perder todo o transformador.
E o mercado russo?
Vale a pena notar que nos últimos anos na Rússia tem havido uma tendência constante de repetir a experiência da Europa, onde até 90% de todos os transformadores recém-instalados são do tipo seco. O mercado reage de acordo. Hoje, na Federação Russa, existem ofertas desses dispositivos de dois grupos de fabricantes. O primeiro deles inclui marcas russas, italianas, chinesas e coreanas. Basicamente, são oferecidos análogos construtivos de marcas russas conhecidas: TSZ, TSL, TSGL. Quanto custa esse transformador seco? O preço de um "mil" típico varia de 900 mil a 1 milhão de rublos.
O segundo grupo inclui fabricantes alemães e franceses. Eles oferecem graus das séries DTTH, GDNN, GDHN. Quanto custará esse transformador importado? O preço do mesmo “mil” será de 1,5 a 2 milhões de rublos.
