Características e aplicações do transformador a seco

Atualmente, os transformadores a seco na China são, em sua maioria, transformadores trifásicos de núcleo sólido da série SC, como: transformadores trifásicos com enrolamento da série SCB9, transformadores trifásicos com folha metálica da série SCB10 e transformadores trifásicos com folha metálica da série SCB9. Sua tensão geralmente varia de 6 a 35 kV, com capacidade máxima de até 25 MVA. Os transformadores a seco são divididos principalmente em transformadores a seco impregnados e transformadores a seco resinados.

1. Transformador a seco impregnado

Na China, o fio do transformador a seco impregnado é revestido com fibra de vidro, e a almofada é prensada a quente com o material isolante correspondente. É utilizado principalmente em usinas hidrelétricas e edifícios altos, apresentando boa resistência ao fogo.

Devido à diferença na tinta de impregnação, o isolamento do transformador é dividido em isolamento B, F, H, C, principal e vertical (isolamento principal entre enrolamentos e isolamento entre enrolamentos e núcleo).

O isolamento vertical refere-se ao isolamento entre diferentes pontos e partes do enrolamento do transformador com potenciais diferentes, incluindo principalmente o desempenho do isolamento entre espiras, camadas e seções do enrolamento. O ar é usado como meio isolante.

Este tipo de transformador é mais afetado pelo ambiente do que o transformador a seco de resina, além de apresentar maior tamanho e peso, o que resulta em uma tendência de redução na produção, tanto nacional quanto internacional.

Existem selos nas extremidades do enrolamento, não temem a maré, possuem forte resistência ao fogo, prevenção de incêndio em fogo aberto a 750 ℃, sendo um tipo relativamente novo de transformador a seco. 1.2 Os transformadores a seco com revestimento de resina, que representam os principais produtos nacionais de transformadores com revestimento de resina atualmente, podem ser divididos nas três categorias a seguir.

O primeiro tipo, denominado transformador de fundição com enrolamento de fio, utiliza alta tensão com enrolamento de fio em cilindros rompidos e baixa tensão com enrolamento de fio em cilindros (ou cilindros segmentados); Li Qian, Shaanxi provincial Electric Power (group) Co., LTD. Observação: sem material de enchimento na fundição.

O segundo tipo, denominado transformador fundido com enrolamento em folha, possui alta tensão em enrolamento segmentado em folha, enquanto a baixa tensão utiliza enrolamento em folha de cobre (ou folha de alumínio); a fundição é feita com material de enchimento.

O terceiro tipo, de alta pressão para enrolamento de fio com quebra por vazamento em cilindro, e de baixa pressão para enrolamento em folha de cobre (ou folha de alumínio); a fundição é feita sem material de enchimento.

Os três tipos de produtos acima mencionados possuem características próprias em termos de fabricação e desempenho, e atualmente detêm uma parcela significativa do mercado. Neste artigo, focaremos na discussão dos transformadores com núcleo fundido por enrolamento de fio.

2. Transformador fundido com enrolamento de fio

2.1. Características estruturais

Na segunda usina de energia de Baoji, província de Shaanxi, os transformadores a seco utilizados na fábrica são todos transformadores de núcleo fundido com revestimento de fio, com tensão nominal de 6 kV, capacidade de 100 kVA a 1600 kVA e instalação interna.

Os enrolamentos de alta e baixa tensão do produto são feitos de fio de cobre, totalmente enrolados, reforçados com fibra de vidro, com isolamento fino, resina sem enchimento, impregnados por vazamento a vácuo e curados de acordo com a curva de cura de temperatura específica.

O enrolamento de alta tensão adota uma estrutura especial de cilindro segmentado, enquanto o enrolamento de baixa tensão adota um tipo de cilindro multicamadas, um tipo de cilindro segmentado ou um tipo de cilindro segmentado especial, dependendo do nível de tensão.

2.2 Características técnicas

2.2.1 O enrolamento de alta tensão com fio resistente a impactos adota uma estrutura cilíndrica seccionada especial. Essa estrutura é baseada no enrolamento em bobina de seção comum, e o tipo cilíndrico de seção comum herda as vantagens da resistência a impactos do enrolamento em bobina, além de resolver a contradição entre as camadas de alta tensão do enrolamento em bobina. É uma estrutura de enrolamento ideal, frequentemente chamada de estrutura de enrolamento não ressonante.

Em comparação com o cilindro segmentado comum, o cilindro segmentado especial pode reduzir ainda mais a tensão entre as camadas, melhorar a distribuição da tensão e aumentar significativamente a resistência ao impacto para suportar sobretensões atmosféricas e sobretensões de operação.

A resistência ao impacto não está relacionada apenas à estrutura do enrolamento, mas também depende da qualidade da fundição do enrolamento e das propriedades elétricas do material isolante.

Após a conclusão do enrolamento do produto, ele é preenchido com resina pura em estado de vácuo, sem adição de qualquer carga, para que o desempenho de fluxo da resina não seja reduzido.

E como o enrolamento é feito com fio, a resina consegue saturar completamente o enrolamento, tanto na direção axial quanto na radial, e não há bolhas no interior.

Resumo: Este artigo apresenta a classificação e as características dos transformadores a seco, com foco nas características estruturais dos transformadores de fio enrolado fundido, suas características técnicas, sistema de refrigeração, sistema de controle de temperatura, entre outros, e resume as perspectivas de desenvolvimento dos transformadores a seco. Palavras-chave: transformador a seco; classificação de transformadores de fio enrolado fundido.

Isolamento sólido composto por resina e fibra de vidro, que não só apresenta boa resistência ao impacto, como também descarga localizada muito pequena.

2.2.2. Boa resistência mecânica e alta resistência a curto-circuito. Para o enrolamento de fio cilíndrico segmentado, após a moldagem a vácuo, a resina pode ser absorvida entre as camadas, espiras e seções do enrolamento de uma só vez.

Após a cura, a resina, o fio e a fibra de vidro são combinados firmemente para formar uma estrutura rígida e resistente. As elevadas propriedades mecânicas dessa estrutura conferem aos produtos de fundição com fio enrolado uma boa resistência a curto-circuito.

O coeficiente de expansão térmica do material isolante composto formado pela cura da resina e fibra de vidro é de (18 ~ 20)×10⁻⁶/K, e o coeficiente de expansão do cobre usado no enrolamento é de 17×10⁻⁶/K, valores bastante próximos. Isso elimina a tensão mecânica entre o condutor do enrolamento e o material isolante causada pela expansão térmica e contração a frio durante a operação do transformador, prevenindo, assim, o fenômeno de fissuração.

Como o produto é moldado com resina sob alta e baixa pressão e o núcleo de ferro é revestido com resina, ele possui forte resistência à umidade e à corrosão. Mesmo com umidade relativa do ar de 100%, ele pode continuar funcionando por um longo período.

Graças ao isolamento composto de resina pura e fibra de vidro, que possui altíssima rigidez dielétrica, a espessura da camada isolante do produto é de apenas 1,5 a 2 mm, o que melhora significativamente a eficiência de dissipação de calor da superfície de enrolamento.

2.3. Sistema de refrigeração e proteção

Os transformadores a seco são resfriados por ar natural e por circulação forçada de ar. O resfriamento por ar natural é adotado para garantir o funcionamento normal do transformador sob carga nominal. Os transformadores a seco utilizados na usina termelétrica de Baoji nº 2 são todos resfriados por ar forçado através de ventiladores radiais.

Após o resfriamento por circulação forçada de ar, a capacidade de transformadores a seco com potência de até 800 kVA pode ser aumentada em 40%, e a de transformadores a seco com potência igual ou superior a 800 kVA pode ser aumentada em 50%, podendo operar continuamente.

Os transformadores a seco geralmente possuem proteção IP00, ou seja, não possuem invólucro e são adequados para uso interno. A segunda usina de energia de Baoji utiliza esse modo de proteção. Além disso, conforme a necessidade do usuário, pode-se adicionar um invólucro protetor.

A classificação IP20 impede a entrada de corpos sólidos estranhos com mais de 12 mm e oferece uma barreira para as partes energizadas. Quando a proteção IP23 é adotada, além da função de proteção IP20, ela também oferece a função de impedir respingos de água.

2.4. Sistema de controle de temperatura

A operação segura e confiável, bem como a vida útil de um transformador de potência, dependem em grande parte do isolamento seguro e confiável do enrolamento do transformador. A temperatura do enrolamento acima da temperatura de isolamento é uma das principais causas de deterioração do isolamento e consequente mau funcionamento do transformador.

O transformador de bobina de fio fundido da série SC adota o sistema de proteção de controle automático de temperatura XMTB. Um elemento de medição de temperatura por resistência térmica de platina é embutido na primeira espira do fio do enrolamento de baixa tensão para detectar automaticamente o aumento de temperatura do enrolamento, exibir a temperatura do enrolamento trifásico de baixa tensão e fornecer proteção térmica para o mesmo.

Com a variação da temperatura ambiente e da carga, quando o enrolamento atinge a temperatura limite, o controlador de temperatura enviará automaticamente um sinal para controlar o acionamento do ventilador (110 ℃), a parada do ventilador (90 ℃), o alarme (120 ℃) ​​e o desligamento (145 ℃), garantindo assim uma proteção confiável contra sobrecarga durante a operação do produto.

Os transformadores de bobina móvel da série SC3 adotam a tecnologia patenteada da M&C para detecção e controle de temperatura dos enrolamentos do transformador, e produzem um controlador de temperatura que pode detectar diretamente a temperatura dos enrolamentos e realizar o controle de resfriamento por ar forçado (AF), alarme de sobretemperatura e desligamento por sobretemperatura do transformador.

Após a depuração normal do controlador de temperatura, o transformador é inicialmente colocado em operação na rede e, em seguida, o controlador de temperatura é energizado para funcionar. O controlador de temperatura entra em modo de controle automático, realizando a detecção e proteção da temperatura do transformador. Quando a temperatura do enrolamento ultrapassa 110 °C, o controlador de temperatura aciona o ventilador para resfriamento forçado; se a temperatura do enrolamento cair abaixo de 90 °C sob resfriamento forçado, o ventilador para.

Se a temperatura do enrolamento aumentar ainda mais, o controlador de temperatura emitirá um alarme de sobretemperatura (155 °C) e um sinal de desligamento por sobretemperatura (170 °C). Quando o controlador de temperatura falhar e não puder ser removido temporariamente, remova-o. O transformador poderá continuar a operar, bastando monitorá-lo e garantir que esteja em condições normais de funcionamento.

3. Comparação entre transformador a seco e transformador imerso em óleo

As vantagens significativas e o baixo custo dos transformadores imersos em óleo são difíceis de serem substituídos por outros tipos de transformadores. Em ambientes externos e com requisitos de proteção contra incêndio em locais de uso geral, tanto no presente quanto no futuro, os transformadores imersos em óleo continuarão sendo os principais equipamentos utilizados.

Mas, para locais com altos requisitos de proteção contra incêndio, são utilizados transformadores a seco ou imersos em líquido não inflamável. O transformador a seco possui uma capacidade de sobrecarga maior do que o transformador imerso em óleo, principalmente porque a densidade de corrente do transformador a seco é menor, a capacidade térmica é maior e a constante de tempo de enrolamento é maior.

Em comparação com transformadores imersos em óleo, as condições de isolamento e operação dos transformadores a seco são aprimoradas. Os transformadores imersos em óleo são mais utilizados em diversos locais, sendo mais comuns instalações externas.

O alcance de alimentação de transformadores a seco é pequeno, sendo mais indicado para uso interno. Comparado com transformadores imersos em óleo, apresenta menor amplitude de tensão de raio, menor velocidade de propagação da onda e menor probabilidade de incidência de raios.

Os transformadores a seco são frequentemente protegidos por para-raios de óxido metálico, que não apenas limitam a sobretensão atmosférica, mas também limitam a sobretensão interna.