Transformadores de potência: modos e valores de operação nominais

Modo nominal de operação

O modo operacional nominal do transformador é o modo para o qual o transformador foi projetado pelo fabricante. As condições determinantes para o modo nominal de operação do transformador são: tensão nominal, potência, correntes e frequência indicadas em sua placa de identificação, bem como as condições nominais do meio refrigerante.

Tensão nominal dos enrolamentos

As tensões nominais dos enrolamentos do transformador são aquelas tensões nas quais eles são projetados para operação normal. Para transformadores abaixadores, as tensões nominais dos enrolamentos primários são iguais às tensões nominais das redes elétricas correspondentes, ou seja, receptores elétricos.

Para transformadores elevadores e abaixadores conectados diretamente aos barramentos ou terminais do gerador, as tensões nominais dos enrolamentos primários são 5% maiores que as tensões nominais das redes correspondentes.Nos enrolamentos secundários, nominal é a tensão de fase obtida nos terminais dos enrolamentos secundários do transformador quando este está sem carga e quando a tensão primária nominal é aplicada aos terminais do enrolamento primário.

Exceder a tensão fornecida aos terminais da saída principal ou qualquer ramo do enrolamento primário é permitido não mais que + 5% da tensão indicada na placa de identificação do transformador para a saída principal ou para este ramo.

força nominal

A potência nominal de um transformador é a potência na qual o transformador pode ser carregado continuamente ao longo de sua vida útil, geralmente considerada na ordem de 20 a 25 anos.

A potência nominal do transformador está relacionada às condições de temperatura, ou seja, depende da temperatura admissível de aquecimento de seus enrolamentos, das condições de resfriamento do transformador, etc. Vamos nos familiarizar com essas condições de temperatura com mais detalhes.

A maioria dos transformadores são resfriados a óleo (transformadores de "óleo"). Nesses transformadores, os núcleos magnéticos com enrolamentos estão localizados em tanques de aço preenchidos com óleo de transformador, que é um óleo isolante mineral derivado do petróleo. O calor liberado nos enrolamentos e no núcleo magnético do transformador durante sua operação é transferido com a ajuda do óleo para o meio que resfria o transformador - ar (resfriamento a ar) ou água (resfriamento a água).

Para transformadores a óleo refrigerados a ar instalados em áreas onde a temperatura máxima do ar atinge + 35 ° C, o aumento médio da temperatura dos enrolamentos acima da temperatura do ar não deve exceder + 70 ° C (medido pelo método de resistência).Para transformadores domésticos, o aumento de temperatura dos enrolamentos, igual a + 70 ° C, corresponde à sua carga nominal. A uma temperatura do ar de + 35 ° C, a temperatura média de aquecimento dos enrolamentos do transformador é de 70 ° + 35 ° = 105 ° C.

Se durante a operação a temperatura de aquecimento dos enrolamentos do transformador for mantida constantemente a + 105 ° C, então, como mostram os estudos dos fabricantes, sua vida útil não excederá vários anos. Porém, na carga nominal do transformador, a temperatura de aquecimento dos enrolamentos + 105 ° C será constante somente se a temperatura do ar for constante, igual a + 35 ° C.

Na realidade, a temperatura do ar ambiente nunca é constante, mas muda tanto durante o dia quanto ao longo do ano, razão pela qual a temperatura de aquecimento dos enrolamentos do transformador varia na faixa de + 105 ° C a algum valor inferior. Isso naturalmente prolonga a vida útil do transformador. Portanto, a temperatura máxima do enrolamento acima mencionada + 105 ° C deve ser entendida como o limite superior da temperatura média, medida por resistência, admissível para operação segura do transformador por várias horas por dia durante aqueles relativamente poucos dias em que a temperatura ambiente atinge o máximo de + 35 ° C.

Em transformadores sem circulação forçada de óleo, o maior aumento de temperatura das camadas superiores de óleo (na tampa) acima da temperatura ambiente não deve ultrapassar 60 ° C. Em uma temperatura ambiente de + 35 ° C, isso corresponde ao mais alto temperatura do óleo observada (por termômetro) + 95 ° C.Para transformadores com circulação forçada de óleo, por exemplo, com resfriamento óleo-água, a temperatura do óleo na entrada do resfriador de óleo não é permitida superior a 70 ° C. Para transformadores com resfriamento óleo-ar, a temperatura máxima permitida do óleo é determinada a partir de O manufatureiro.

Dito isto, a potência nominal do transformador deve ser entendida como a potência até a qual um transformador instalado ao ar livre pode ser permanentemente carregado, em condições de temperatura nominal do meio refrigerante, com refrigeração do ar, definida como a temperatura do ar que varia naturalmente durante o ano. Para outros tipos de resfriamento, as condições nominais de temperatura do meio de resfriamento são determinadas pelos fabricantes de transformadores.

Observe que anteriormente a potência nominal dos transformadores instalados ao ar livre era recalculada em função da temperatura média anual do ar de resfriamento. Como resultado do recálculo, a uma temperatura ambiente média anual inferior a + 5 ° C, a potência nominal do transformador aumenta, e a uma temperatura média anual superior a + 5 ° C, pelo contrário, é reduzida.

Estudos sobre o efeito da viscosidade do óleo no resfriamento de transformadores mostram que tal recálculo não é necessário, pois em baixa temperatura do ar a viscosidade do óleo aumenta, com o que a transferência de calor dos enrolamentos se deteriora e em temperatura elevada do ar , ao contrário, a viscosidade do óleo diminui e a transferência de calor dos enrolamentos do transformador aumenta.

Além das instalações externas, os transformadores refrigerados a ar são frequentemente colocados em salas fechadas sem aquecimento - câmaras, nas quais a ventilação natural é geralmente fornecida com o fornecimento de ar frio e a remoção de ar aquecido por meio de orifícios de ventilação especiais nas partes inferior e superior do câmara, respectivamente. Apesar da ventilação, as condições de resfriamento dos transformadores nas câmaras ainda são piores do que as instaladas ao ar livre, o que reduz um pouco sua vida útil. No entanto, os transformadores instalados em câmaras com ventilação natural podem ser carregados continuamente em sua potência nominal em temperaturas médias anuais do ar da câmara de até 20 °C.

As correntes nominais dos enrolamentos primário e secundário do transformador são chamadas de correntes determinadas pelas potências nominais dos respectivos enrolamentos.

Sob carga nominal entendendo a carga igual à corrente nominal.

No modo de operação do transformador sem sobrecarga em qualquer posição da chave, bem como para quaisquer valores da tensão fornecida ao enrolamento primário (mas não superior a + 5% do valor da tensão deste tap), o enrolamento secundário do transformador não pode ser carregado acima da corrente nominal.