Redes de Distribuição - Aula 10: Transformadores de Potência

o Olá pessoal sejam bem-vindos aula número 10 do nosso curso de rede de distribuição nós vamos continuar falando sobre os equipamentos do sistema elétrico de distribuição E hoje nós vamos falar sobre os equipamentos Talvez o mais importante do sistema elétrico de distribuição que é o transformador de força Então vamos falar sobre as princípio de funcionamento suas principais características e sua função dentro do sistema elétrico de Distribuição e E aí [Música] E aí é mas podemos dizer que a principal função dos transformadores é alterar o nível de tensão nas diferentes etapas do processo de distribuição de energia a então principal função do transformador seria essa elevar ou rebaixar o nível de tensão do sistema dependendo do tipo de transformador também podem desempenhar esses equipamentos e também podem desempenhar outras funções complementares como por exemplo a medição de corrente e tensão elétrica para fins de controle e proteção do sistema é e esses equipamentos podem ser considerados os mais importantes do sistema elétrico de distribuição tá Certamente eles são os equipamentos mais caros e são os mais críticos também não é a falha de um transformador ela causa a interrupção do fornecimento de energia né não tem como você vai passar um transformador como a gente pode fazer por exemplo vai passar um dia junto ou vai passar um outro equipamento e continuar com fornecimento de energia mesmo quando aquele equipamento está em manutenção no caso do transformador não ele é crítico é o equipamento mais importante é o responsável pelo fornecimento de energia é dentro da subestação Oi e a partir desse momento nós vamos começar a estudar as principais características desse equipamento é com relação ao princípio de funcionamento dos transformadores né então nós temos esse recrutamento baseado no princípio da lei da indução eletromagnética que também é conhecida como a lei de faraday-neumann-lenz para de nenhuma lenço OK são os cientistas que contribuíram para a formalização desse conceito de indução eletromagnética né O que que diz a lei de indução eletromagnética diz que um circuito fechado atravessado pelas linhas de força de um campo magnético variável sofre a indução de uma tensão proporcional a variação do fluxo que o em Laço né então Eu imagino que nós temos aqui um transformador dado por esse modelo elétrico aqui né Nós temos de um lado uma bobina um conjunto de espiras aqui né conectado a uma fonte de tensão do outro lado nós temos também um conjunto de espiras né com o número de espiras diferente aqui nós temos um conjunto de n espiras e Aqui nós temos um conjunto de n2 espiras e dessa forma segundo a lei da indução eletromagnética né ao circular aqui nessas espinhas as correntes irão gerar um campo magnético esse campo magnético ele vai ser induzido na segunda inspira através desse núcleo aqui que é um núcleo ferromagnético né a função do núcleo ferromagnético é fazer o acoplamento magnético das duas bobinas porque porque por ser um material ferromagnético ele apresenta altíssima permeabilidade magnética de forma que as linhas de Campo geradas aqui por essa bobina pela circulação de corrente nessa bobina e elas tendem a se concentrar no material ferromagnético né se não houvesse aqui esse núcleo ferromagnético essas linhas de Campo elas iriam ficar dispersas no ar e em havendo esse material ferromagnético as linhas de Campos ficaram concentradas no material ferromagnético de forma que isso aqui forma o que a gente chama de circuito magnético né E aí essas mesmas circular por aqui passando também pela segundo conjunto de espiras né o número n dois aqui e ao passar por essas espinhas aí vindo aqui a lei da indução eletromagnética haverá a indução de uma tensão nos terminais da espira tá essa atenção ela é proporcional à quantidade de linhas de fluxo que passam por ela não seja quanto maior essa área que maior a tensão induzida e é proporcional também e a variação do fluxo que é em Laço né só que a variação do fluxo ela é constante ocorre a uma frequência de 60 Hertz né portanto a variação do fluxo não vai causar uma variação da atenção é o que vai definir Portanto o valor da tensão essa área né da espira E também o número de espiras que haverão Aqui tá o número de cipeiros e as duas áreas forem iguais portanto que vai definir atenção que vai sair induzida aqui é justamente a relação né do número de espiras em nenhum e n2 a gente pode dizer portanto que a tensão do primário sobre a tensão do secundário ela vai ser igual a número desse período primário número de espiras do secundário isso quer dizer que quanto maior número de espiras eu tiver no meu secundário maior vai ser atenção que eu vou obter aqui na saída do Trans o quê é porque a tensão do secundário vai ser igual a tensão do primário dividido pela quantidade de espiras do primário vezes o número de espiras do secundário é portanto quanto maior número de espiras do secundário maior atenção e obtém no terminal secundário Ok Esse é o princípio básico de funcionamento do transformador o tanta gente já percebe que esse transformadores só funciona com tensões alternadas né tensões contínuas não vão provocar nenhum efeito aqui no transformador Porque não haverá a o campo magnético variável né o campo magnético será estável e portanto não tem a transformação de pensão Essa é uma das razões para que a gente adote a corrente alternada no nosso sistema de distribuição né como nós já discutimos em outras aulas em é bom E aqui um pequeno exemplo né apenas para discutir essa questão da relação de espiras né Qual é a relação de espiras de um transformador de distribuição contenção primária de 13,8 quilómetros e tensão secundária de 380 volts que é o transformador mais comum que nós temos aí no sistema de distribuição né aquele transformador que conecta à rede primária a rede secundária ele tem essa relação de tensão e portanto nós podemos calcular sua relação de espiras né dada por essa forma Bastando substituir aqui atenção primária 3. 800 pela atenção secundária 380 e nós vamos ter uma relação de espiras de aproximadamente 36 vezes né ou seja atenção vai ser reduzida a tensão do primário vai ser reduzido em aproximadamente 36 vezes em relação a tensão do secundário que é É pô e quanto à classificação dos transformadores tá nós temos aí vários tipos de transformadores nós podemos classificá-los de acordo com a sua utilidade né com a sua finalidade de uso nas seguintes classes né Nós temos o transformador de potência e o transformador de instrumentos transformador de potência Como o próprio nome já diz ele é o equipamento de potência tem o principal objetivo a transformação elevação ou abaixamento do livro de tensão de uma de uma parte para outra dentro do sistema elétrico mais também fornecendo potência ao seu secundário né então a carga que será conectada ao secundário do transformador de potência é uma carga de potência ela vai consumir potência dentro da consumir energia né do secundário do transformador por causa dos transformadores de instrumento eles não têm tem como finalidade fornecer potência a carga que está conectado ao secundário por quê Porque a carga vai ficar conectado ao secundário desse transformador Como o próprio nome sugere são instrumentos né Então vão ser medidores vão ser relés vão ser equipamentos que tem baixíssima potência então o transformador de instrumentos ele não tem objetivo de fornecer energia a uma carga e tem o objetivo simplesmente de transformar os níveis de corrente e tensão do sistema né para permitir operações de medição por que você tem no caso por exemplo tensões de 69 mil volts você teria que tem um medidor né Muito robusto com um isolação muito robusta para conseguir fazer a medição diretamente em 69 mil volts então que a gente faz é utilizar um transformador de potencial o que vai é transformar essa atenção da através de uma relação de transformação para uma atenção secundária aí na casa dos 120 volts E aí você utiliza um vendedor convencional para fazer essa medição tá por causa das correntes a mesma coisa a gente usa um transformador de corrente nesse momento nós vamos falar especificamente sobre o transformador de força que é o transformador utilizado em subestações de energia né transformado potência ele se dividem em transformadores de força são aqueles utilizados em subestações de energia e transformadores de distribuição que são aqueles que estão utilizados aí na rede de distribuição é o equipamento que faz o rebaixamento do nível de tensão entre a Rede primária de Distribuição e a rede secundária tá pessoalmente Vamos estudar aqui as principais características do transformador de força o bom é com relação à as partes constituintes do transformador né então nós temos aqui e há os transformadores de força são aqueles localizados nas subestações de Distribuição e tem como principal função rebaixar o nível de tensão do sistema de subtransmissão para o nível da rede primária tá então uma subestação de distribuição que é que nós vamos ter nós vamos ter linhas de subtransmissão entrando na subestação e linhas da rede primária de distribuição saindo da subestação né então na rede de subtransmissão Geralmente eu tenho níveis de 69 kv ou superiores e nas redes na rede primária de distribuição eu vou ter níveis de média tensão 13. 8 kv11.

4 22 caveira 34 e meio e etc aqui na Paraíba são todas as linhas de 3. 8 kv Oi e aí a transformação desse nível de alta tensão para o nível de média tensão é feita justamente pelo transformador de força que são equipamentos de grande porte né equipamentos são os maiores equipamento da subestação Os mais caros mais importantes e Aqui nós temos um exemplo é de um transformador de força com apresentação e das principais partes componentes ok então nós temos o tanque do transformador né que essa parte externa aqui que fica o que dá o formato equipamento Esse é o tanque principal é esse tanque aqui ele é um tanque de óleo né então a parte interna do transformador ela está cheia de óleo ok nós temos aqui ainda um tanque de expansão do óleo que daqui a pouco nós vamos verificar para que ele certo tá nós temos aqui no tanque ainda os radiadores que tem o objetivo de promover o resfriamento do Óleo nós vamos falar um pouco sobre eles também e nós temos aqui dentro né dentro do tanque nós vamos ter o que a gente chama de parte ativa do transformador que é o que que é um núcleo ferromagnético e os enrolamentos basicamente né a parte onde efetivamente ocorre a transformação de tensão através da lei de indução eletromagnética e nós temos as buchas né as buchas de que conectam aqui os condutores dos circuitos externos as bobinas internas nessas buchas elas são compostas aqui por uma cadeia de isoladores aqui por quê Porque o tanque do transformador está Aterrado e aqui eu vou conectar um condutor que tá sobre o nível de alta tensão então a gente já viu que não pode haver essa alta tensão não pode ficar próximo aqui da do tanque que tá até errado porque pode haver um arco elétrico aqui e aí para que isso no cor né para que haja essa distância de isolamento adequada nós utilizamos portanto as buchas O isolamento não é para fazer a conexão uma das da dos condutores energizados com o transformador tá percebam que as buchas da alta tensão são bem maiores que as buchas da baixa ou média tensão aqui na justamente porque ela é proporcional ao nível de tensão quanto maior tensão mais difícil ele promover o isolamento Então essas são as principais partes do transformador de força nós vamos estudar um pouco agora é algumas delas ok e com relação ao sistema de resfriamento do transformador né a elevação da temperatura é um fator limitante para a potência do transformador de força então quando a gente tem é o transformador é operando nas tempo circulação de grandes valores de corrente nas suas bobinas de tanto primária quanto secundária naturalmente a circulação de corrente nessas bobinas gera o efeito térmico conhecido como efeito Joule né que gera ali um aquecimento daqueles enrolamentos tem também um aquecimento no núcleo do transformador devido às correntes de fucou o correntes parasitas né que vão circular ali dentro do ferro do núcleo ferromagnético e que também geram aquecimento portanto eu tenho ali uma fonte de calor né a parte ativa do transformador é uma fonte de calor e aí se essa temperatura subir a um determinado num determinado o valor eu posso ter e a deteriorização da parte ativa do transformador né e para que isso não aconteça existe um sistema de resfriamento desses enrolamentos que é feito através praticamente quase sempre através do Óleo isolante o óleo que fica dentro do tanque do transformador ele tem duas funções ali ele tem uma função isolantes né que é para promover o isolamento entre as espiras do enrolamento enrolamento ele é metálico e cobra ele fica enrolado a uma camada de papel e depois é mergulhar dentro do Óleo de forma que esse papel fica impregnado de óleo a aumentando a sua rigidez dielétrica e aumentando a sua capacidade do isolamento entre espiras essa é a primeira função do Óleo a segunda função é justamente promover o resfriamento da parte ativa do transformador né já que o óleo é um fluido à medida que ele aquece e ele tende a parte quente tende a subir EA parte esfria atender até sentam ao movimento de convecção do Óleo dentro do transformador tá esse óleo quente que sobe e ele vai passar pelos radiadores que nós mostramos a pouco né os radiadores eles ficam no formato externo né o tanque do transformador e forma que permitisse Uma ventilação ali nos radiadores atuando como resfriador para o óleo que esfria e desce na parte de baixo do tanque do transformador então o óleo fica fazendo esse movimento de convecção né fica circulando é de fumar auxiliar na no no resfriamento do transformador né então ele age e tirando o calor do núcleo do transformador né da parte ativa do transformador jogar nesse calor para fora do transformador para o ambiente externo Ok então ele tem essa função o óleo junto com o os radiadores tem essa função de resfriamento e existe também sistemas de ventilação forçada nos transformadores né que podem ampliar a potência de operação do transformador tá significa que eu vou não só contar com a ventilação natural que tem ali nos radiadores mas eu vou forçar Uma ventilação os radiadores para que eles esfriam mais rapidamente né ou seja aumenta a minha capacidade de resfriamento do transformador e assim eu consigo fazer com que uma corrente maior circule pelo equipamento sem causar sobre aquecimento se vai circular uma corrente maior significa dizer que ele vai atender uma potência maior também né então sistemas de ventilação forçada tem o objetivo de aumentar a capacidade de potência do transformador que e Aqui nós temos uma ilustração de tudo isso que nós falamos agora tá então você tem aqui a parte ativa do transformador não é a parte do núcleo com os enrolamentos a parte que gera calor efetivamente e essa parte aqui é tá em nessa do Óleo o óleo vai aquecer né o óleo que tá aqui ao redor dos enrolamentos lá que ser E à medida que ele quer ele fica menos denso e portanto tende a subir ele vai subir por aqui ele vai entrar nos canais do radiador né ao entrar no radiador ele vai circular que nesses canais de óleo que vão ficar sendo ventilados naturalmente de maneira forçada né eles resfriam e ao resfriar ele entra aqui na parte de baixo do transformador e portanto olha vai ficar fazendo esse movimento de circulação aqui tirando o calor da parte ativa do transformador e levando esse calor para parte externa né às vezes forma de resfriação e o tanque né quando a gente tem um transformador que tem o tanque auxiliar né aqui em cima ele tem o objetivo de fazer o seguinte né o óleo quente ele vai subir para o tanque também né para esse tanque aqui e no tanque eu vou ter uma é uma peça lá que é o desumidificador por quê Porque Um dos problemas que eu tenho no meu transformador é quando esse óleo por alguma razão né seja o transformador não tá bem selado né ele acaba que só vendo umidade o óleo acaba absorvendo umidade e ao absorver umidade ele a unidade ela tem uma condutividade alta né então a água tem um controle da de alta então ele vai perder parte das suas propriedades isolantes né O que pode causar a perda do isolamento interno e aí provocar curto-circuitos entre espiras né que a gente chama esse de descargas parciais é para evitar isso existe portanto esse sistema aqui de desumidificação do Óleo né que é um filtro um filtro desse like o geralmente né que vai fazer com que o óleo quando Sobe aqui passa por esse filtro e o filtro vai absorver essa as moléculas de água que estão dissolvidos no óleo né vai fazer essa desumidificação do olha para isso que serve aquele tanque de expansão do Óleo ok é bom aqui a gente tem um exemplo da ventilação forçada né então você tem aqui transformadores os radiadores do transformador tão aqui e vejam que tem trânsito ventiladores é acoplada que os radiadores né grudados nos radiadores para fazer o que a gente chama de ventilação forçada né tá esse ventilador são ventiladores bastante potentes que vão quando são ligados né Isso pode o transformador pode operar com eles ligados ou desligados quando os transformadores estão ligados você consegue fazer um resfriamento mais rápido né um medicamento mais eficaz do óleo e assim você consegue ampliar em até 25 porcento a potência do transformador seja você consegue fazer com corrente maior circule né sem que seja causado sobre aquecimento tá certa bom então é isso é muito comum principalmente em transformadores de grande porte nessa estacionada de maior porte é Necessito aí de sistema de ventilação forçada que a gente tem uma ideia é só transformado desse né um transformado de força Ele pode ser ocupar o tamanho de uma sala né Isso é correntes enorme Estação Mais equipamentos aqui da subestação de energia tá é bom a gente tá falando do resfriamento né então é muito importante o resfriamento é uma das partes críticas da operação do transformador é garantir que ele vai ser resfriado adequadamente por quê Porque se ele sobre aquecer ele tende a explodir porque o óleo ele tem um ele é isolante né mas ele pode tornar-se combustível tá o óleo quando ele atinge uma determinada temperatura para o óleo isolante dos transformadores a temperatura um pouco maior do que 100 graus então quando olha assim essa temperatura ele ele ele torna-se um combustível né então ele atende o seu ponto de fulgor e ele vai entrar em combustão né como transformar do time medicamente fechado à medida que o óleo entra em combustão ele vai começar a soltar gases né Vamos vai dissolver gases Ale é uma vez pressurizados vão forçar uma pressão interna que vai causar a explosão do transformador né com sua panela de pressão então é muito importante garantir que o transformador os esteja sendo resfriado adequadamente né nos transformadores de grande porte existem termômetros que são acoplados alarme de temperatura para que seja feito o controle garante que o transformador tá sendo resfriado se não pode acontecer acidentes como esse que a gente vai vir no vídeo agora tá vendo em combustão né esquentar vendo pegando fogo é justamente o óleo né ontem o patrocinador atingir uma temperatura igual ao seu ponto de fulgor quer dizer que ele entrou em combustão a entrar em combustão ele causa explosão de transformador então é um acidente que é muito grave não é considerado grave acidente destrutivo e destrói completamente a equipamentos nem que pode ser evitado fazendo se o controle adequado né do sistema de resfriamento dos transformadores ok tá bom um outro um outro é uma outra é parte importante dos transformadores são os apps tá status os comutadores de carga são conhecidos como Tap ou comutadores de carro o que é que é seis equipamentos fazem eles regulam o nível de tensão que a gente tem no secundário do transformador porque eles vão fazer pequenos ajustes na relação de transformação dos transformadores na gente viu a pouco um exemplo em que a gente calculou a relação de transformação de um transformador lá pouco mais 36 vezes na prática é um transformador ele não tem uma relação de transformação única ele tem várias reler tem uma relação de transformação principal mas essa relação ela pode ser ajustada para mais ou para menos a depender da Necessidade né então que a gente tem na prática é isso aqui ó Imagino que esse é o enrolamento secundário É né só que você pode tomar o enrolamento secundário em diferentes pontos aqui do enrolamento você pode tomar aqui em cima aqui aqui aqui ou até aqui embaixo né se você toma o enrolamento aqui nesse terminal 8 quer dizer que você vai tem um número menor de espírito que você teria ao tomar o enrolamento aqui embaixo no terminal né ou seja na prática você regula o número de espiras do enrolamento do transformador né quanto maior número de espiras maior atenção a gente já viu isso e quanto menor o número de espiras menor atenção então é o transformador geralmente ele vem dessa forma tá E aí essa essa mudança de chave ela essa mudança né do tap que a gente chama de Tap e ela ocorre através de Chaves né que são abertas e fechadas isso aqui é um exemplo de uma chave né A medida que ela vai rodando aqui tem uns contatos internos que vão que vão fechando e abrindo e vai alterando a relação de espiras do enrolamento tá esse aí são os computadores de carga e eles servem para que serve para regular a tensão do transformador então às vezes você tem um transformador que tá atendendo é vamos supor a atenção secundária nominal dele é de 13. 8 kv é né Ele é um transformador que vai ter aí de fornecer uma tensão secundária 3.

8 Porém esse alimentador que sai do transformado é muito longo e lá na ponta do alimentador Você tem uma atenção baixa né que está infringindo aí os limites de fornecimento aí o que fazer uma das opções é você alterar o Tap do transformador para que ao invés sai 13. 8 caveira vamos supor saia 14.