Um transformador de distribuição liga dois níveis de tensão de CA. Numa rede local típica, recebe eletricidade de média tensão e fornece uma tensão mais baixa adequada para edifícios, fábricas ou outros equipamentos. Num projeto convencional de dois enrolamentos, transfere energia através de um campo magnético sem uma ligação elétrica direta entre os enrolamentos primário e secundário.
1. O que altera um transformador?
Um transformador pode reduzir ou aumentar a tensão. Não gera energia elétrica nem modifica a frequência do sistema. Com a mesma potência aparente, um enrolamento de menor tensão tem uma corrente nominal maior que um enrolamento de maior tensão. A corrente de carga real continua a ser determinada pela carga conectada.
2. O que contém um transformador de distribuição?
As finas chapas de aço elétrico formam um percurso controlado para o fluxo magnético. Estas chapas reduzem as perdas por correntes parasitas em comparação com um bloco de aço maciço.
Numa unidade convencional de dois enrolamentos, os condutores isolados de cobre ou alumínio são enrolados em torno do núcleo. O primário recebe energia; o secundário a fornece a outra tensão.
O papel, o cartão prensado, o esmalte, a resina, o líquido e o ar — consoante o projeto — separam as espiras, os enrolamentos e as partes ativas do metal ligado à terra.
Fornecem pontos de ligação seguros e permitem que os condutores atravessem um tanque ou invólucro ligado à terra sem contacto elétrico com ele.
As ligações de enrolamento alternativas modificam ligeiramente a relação de espiras para que a tensão de saída se ajuste às condições reais do sistema.
Estes elementos protegem as partes ativas e dissipam o calor. As unidades com líquido podem utilizar paredes de tanque corrugadas ou radiadores; as unidades de tipo seco dependem do fluxo de ar e, em alguns casos, de ventiladores.
Segundo o tamanho e o projeto, os acessórios podem indicar a temperatura, o nível de líquido ou a pressão, e podem ativar um alarme ou provocar um disparo em caso de falha.
3. Como a indução eletromagnética modifica a tensão
A corrente alternada no enrolamento primário cria um fluxo magnético alterno no núcleo. Este fluxo variável passa através do enrolamento secundário e induz nele uma tensão. A relação entre a tensão primária e secundária é aproximadamente igual à relação entre o número de espiras dos dois enrolamentos.
Tensão primária / Tensão secundária ≈ Número de espiras primárias / Número de espiras secundárias.Se um enrolamento primário tem muito mais espiras que o secundário, a unidade é redutora. Inverter esta relação a converte em elevadora. Os transformadores reais também apresentam perdas no núcleo, perdas nos enrolamentos e fluxo de dispersão, pelo que a potência de saída é ligeiramente inferior à potência de entrada e a tensão de saída varia ligeiramente com a carga.
4. Transformadores imersos em óleo e de resina moldada
Ambos os tipos utilizam o mesmo princípio eletromagnético. A principal diferença reside no isolamento dos enrolamentos e na dissipação do calor.
| Imersão em óleo | Tipo seco com resina moldada | |
|---|---|---|
| Isolamento e arrefecimento | O núcleo e os enrolamentos estão imersos em líquido isolante, que transfere o calor ao tanque e às superfícies de arrefecimento. | Os enrolamentos estão encapsulados em resina sólida. O ar disipa o calor de forma natural ou através de ventiladores; não se utiliza líquido isolante. |
| Motivo típico para a escolha | Desempenho térmico verificado, construção compacta e amplo uso em exteriores, tanto em serviços públicos como em aplicações industriais. | Reduz os problemas de fugas e contenção de líquidos, o que é útil perto de cargas interiores ou em lugares com requisitos ambientais e de segurança contra incêndios mais rigorosos. |
| Perguntas sobre a instalação | Tipo de fluido, disposições contra incêndios, contenção, ventilação, acesso e proteção ambiental. | Ventilação da sala, classificação do invólucro, poeira, humidade, condensação, distâncias de segurança e monitorização da temperatura. |
| Atenção de rotina | Fugas, nível e estado do líquido, temperatura, buchas, vedantes, respiradores e dispositivos de proteção. | Poeira e humidade, condutas de arrefecimento, ventiladores, sensores de temperatura, ligações e estado do isolamento. |
A resina moldada é uma forma de construção em seco; nem todos os transformadores em seco são de resina moldada. Nenhuma construção é automaticamente a melhor. A escolha correta depende da tensão, da potência aparente (kVA), o ambiente de instalação, a estratégia contra incêndios, a carga, a capacidade de manutenção, as perdas e os requisitos do projeto.
5. Porque transformadores semelhantes têm um desempenho diferente?
| Escolha de projeto ou capacidade | Que altera |
|---|---|
| AT e BT nominais | Sistemas que podem ser ligados. A tensão nominal de um transformador deve coincidir tanto com a fonte como com a carga. |
| KVA nominal | Carga aparente que pode suportar dentro dos seus limites térmicos. Trata-se de capacidade, não da relação de tensão nem é o mesmo que kW. |
| Fase e frequência | Compatibilidade com sistemas monofásicos ou trifásicos e funcionamento a 50 ou 60 Hz. |
| Grupo vetorial | Ligação do enrolamento, disponibilidade do neutro e desfasamento de fase; afeta a ligação à terra, a proteção e o funcionamento em paralelo. |
| Percentagem de impedância | Queda de tensão, comportamento de arranque do motor, corrente de curto-circuito prevista e repartição de carga em funcionamento em paralelo. |
| Faixa de derivações | Ajuste limitado da relação de tensão. Permite ajustar a tensão do sistema; não aumenta a capacidade do transformador. |
| Classe de arrefecimento | Como se disipa o calor do transformador. Os ventiladores ou as bombas apenas podem suportar uma capacidade adicional se o fabricante a especificar. |
| Projeto do núcleo e do enrolamento | Perdas em vazio, perdas em carga, tamanho, nível de ruído e custo. Um núcleo amorfo é utilizado frequentemente para reduzir as perdas em vazio, enquanto que a escolha de condutores e enrolamentos afeta as perdas em carga. |
| Invólucro e ambiente | Proteção contra a intempérie, poeira, sal, humidade ou acesso não autorizado, por vezes com uma compensação na dissipação de calor. |
Porque a eficiência depende do uso da unidade
Perdas em vazio Está presente sempre que o transformador esteja energizado, mesmo sem carga útil. Perda de carga As perdas ocorrem principalmente nos enrolamentos e aumentam aproximadamente com o quadrado da corrente de carga. Um transformador que permanece energizado com carga ligeira beneficia muito de baixas perdas em vazio; para uma unidade com carga elevada, as perdas de carga adquirem maior importância. Compare as perdas garantidas com o perfil de carga previsto em vez de avaliar a eficiência apenas pelo nome da série.
6. Como ler a placa de características
A placa de características identifica o transformador e regista a sua potência nominal. Comece com estes campos:
| Campo | Explicação em linguagem simples |
|---|---|
| Tensões nominais de AT/BT | Tensões nominais de entrada e saída e, quando apresentada, a configuração de ligação do sistema. |
| KVA nominal | Capacidade de carga térmica sob as condições indicadas. |
| Fase/frequência | Se a unidade é monofásica ou trifásica e está concebida para 50 ou 60 Hz. |
| Grupo vetorial ou diagrama de ligação | Como se ligam os enrolamentos e a relação de fase entre os lados. |
| Tensões de derivação | Ajustes pequenos disponíveis à relação nominal. |
| Impedância | Valor utilizado nos cálculos de corrente de falha, queda de tensão e operação em paralelo. |
| Arrefecimento e aumento de temperatura | Método de arrefecimento e base térmica da potência nominal indicada. |
| Nível de isolamento / BIL | Capacidade especificada do sistema de isolamento para suportar sobretensões ou impulsos. |
| Norma, número de série e massa | Referência de fabricação necessária para documentos, peças sobresselentes, serviço e substituição. |
7. Quanto tempo pode funcionar um transformador?
Não existe um prazo de validade universal. Os transformadores são tratados geralmente como ativos com uma vida útil de várias décadas, mas a sua vida útil real varia consideravelmente segundo a carga, a temperatura, a humidade, o estado do isolamento, o arrefecimento e o histórico de falhas. CIGRE indica que muitos transformadores ultrapassaram os 40 anos; isto se refere ao contexto do sector, não a uma garantia, promessa de projeto nem previsão para uma unidade individual.
As normas e guias de carga estimam o envelhecimento do isolamento em função da temperatura e das condições de funcionamento. A vida útil restante real é determinada pelo estado e pelo histórico, não apenas pela idade. Um transformador também pode ser substituído por razões económicas ou do sistema, embora ainda possa funcionar.
Que acelera o envelhecimento?
8. Aspetos que pode observar um não especialista
Se as normas do local o permitem, uma pessoa sem conhecimentos técnicos pode informar sobre alterações visíveis ou detetadas remotamente sem abrir o invólucro nem aproximar-se das partes com tensão. Entre as observações úteis incluem-se:
- Um zumbido, ruído mecânico ou vibração novos ou consideravelmente diferentes.
- Odor anormal, fumo, descoloração ou sinais de sobreaquecimento.
- Aumento da temperatura, alarmes repetidos ou falha do ventilador/bomba de arrefecimento.
- Fugas de óleo, alterações inesperadas no nível de líquido ou funcionamento de um dispositivo de pressão.
- Buchas fissuradas ou contaminadas, caixas de cabos danificadas, corrosão ou coberturas externas soltas.
- Entrada de água, condensação, poeira intensa ou aberturas de ventilação obstruídas.
Estes sinais não diagnosticam a falha. Registe a hora, a carga, as condições ambientais e a indicação de alarme, mantenha uma distância segura e notifique a equipa elétrica responsável.
9. Limite de segurança
- Não abra o invólucro do transformador, não toque os terminais, não limpe as partes internas, não aperte as ligações, não tome amostras de óleo nem efetue ensaios elétricos a menos que esteja qualificado e autorizado.
- Antes de começar o trabalho, o pessoal qualificado deve isolar o equipamento, aplicar o procedimento de bloqueio exigido, verificar a ausência de tensão e seguir o procedimento de ligação à terra e descarga do projeto.
- Não utilize um comutador de derivações com base em conselhos gerais em linha. Muitas derivações de transformadores de distribuição estão fora de circuito e devem ser alteradas apenas com o transformador desenergizado; os comutadores de derivações sob carga têm um projeto diferente.
- Nunca contorne os alarmes, a proteção, as distâncias de ventilação nem os limites operacionais do fabricante para manter uma unidade em serviço.