transformadores de potência aumentam ou diminuem a tensão e a magnitude da corrente em um sistema de energia. Essa transformação ocorre por causa do princípio de indução de Faraday e da variação em amperes-voltas (ou voltas sinuosas). Observe que a energia transferida permanece a mesma (menos poucas perdas de núcleo e cobre).
um transformador de potência contém 6 componentes-chave.
Core
Enrolamento
Buchas
Load tap changer
Tanque
Refrigeração
Como um poder engenheiro, entender o design do componente significa que você pode especificar transformadores corretamente.
projeto do núcleo
que é a finalidade do núcleo do transformador?
o núcleo serve como intermediário. Como os enrolamentos primário e secundário são isolados eletricamente, o núcleo suporta o processo de indução, fornecendo um caminho para o fluxo magnético se mover do enrolamento primário para o secundário. Para apoiar esta missão, ele deve executar duas coisas certas – Minimize o vazamento de fluxo. isto é realizado utilizando folhas laminadas do aço orientado (CRGO) da grão laminada.
núcleo do transformador-aço CRGO. As laminações impedem correntes parasitas.
Qual é a diferença entre o tipo de núcleo e o transformador do tipo shell?
as folhas laminadas são formadas em um tipo de núcleo ou tipo de shell. Observe suas diferenças nas imagens abaixo.
Figura 1: Formas de construção. Imagem cortesia-Electric T & D Livro de referência por engenheiros Westinghouse.
Core-tipo de transformador. Observe como os enrolamentos encapsulam o núcleo (folhas laminadas).
outro transformador do tipo núcleo de 5 membros.
por que o transformador do tipo shell é melhor do que o transformador do tipo core?
o transformador do tipo shell, embora caro de fazer (por causa de material adicional) é melhor do que o tipo de núcleo pelas seguintes razões 1. Fornece alta corrente de curto-circuito suportar capacidades. Essencialmente, as folhas laminadas de metal ao redor dos enrolamentos o prendem quando flexionam ou torcem durante o curto-circuito. 2. Os membros externos fornecem o trajeto extra para que o fluxo do escapamento flua. Sem essa rota de fuga, como no tipo core, ocorre superaquecimento local. 3. Pode suportar um impulso da tensão melhor devido aos enrolamentos intercalados do disco (explicados abaixo).
projeto de enrolamento
como os enrolamentos do transformador são projetados?
os enrolamentos conduzem a corrente. Como tal, você pode aumentar a tensão induzida aumentando as voltas ao redor do núcleo e diminuir a tensão diminuindo as voltas.
para enrolamentos primários e secundários, o emprego de um condutor transposto continuamente (CTC) proporciona alta estabilidade mecânica (devido à forma como os campos magnéticos se cancelam). Para enrolamentos terciários ou estabilizadores, o condutor de cobre plano é usado.
Contínua transposta condutor CTC
Plano de condutor de cobre
enrolamento do Transformador sua vez método. Enrolamentos de camada e helicoidal comumente usados para enrolamentos terciários. Enrolamentos de disco comumente usados em enrolamentos primários e secundários.
como intercalar os enrolamentos do transformador ajuda?
embora os enrolamentos possam ser simplesmente girados helicoidalmente ao redor do núcleo, intercalar as voltas (ver imagem) cria Mini-capacitores que ajudam a quebrar a onda de tensão de entrada e enterrá-la nos enrolamentos. Inserir um fio de blindagem (cobre plano) entre as voltas é outro método de canalizar a onda.
instalação do enrolamento do transformador para enterrar o impulso da tensão
como o isolamento é aplicado aos enrolamentos do transformador?
para canalizar a corrente, cada polegada de cobre é papel (kraft) isolado: turn-to-turn, entre o enrolamento do LV e o núcleo, entre o enrolamento do HV e do LV, entre o enrolamento do HV e o núcleo.
enrolamento Secundário em laminado folhas do núcleo do metal
Observe que o isolamento entre os turnos, entre as bobinas, e entre a bobina e o quadro (no topo). Além disso, observe o fio do escudo.
projeto de bucha
Qual é o propósito de uma bucha no transformador?As buchas fornecem um caminho para a corrente fluir do condutor energizado (de alta tensão) para os enrolamentos dentro do tanque (sem energizar o tanque). Você deve se preocupar com dois pontos de contato. Um, no topo, onde o condutor pousa. O isolador da porcelana mantém o afastamento Fase-à-terra. Em segundo lugar, dentro da bucha, os mini-capacitores criados por papel e papel alumínio mantêm a folga (os capacitores quebram a tensão). Esse tipo de bucha é chamado de bucha de capacitância ou condensador. Isso é típico para transformadores em tensões HV, EHV, & UHV. Em tensões médias e Abaixo de buchas de resina (secas) são uma alternativa.
bucha do condensador do transformador. Observe como mais camadas aparecem ao se aproximar do flange no tanque do transformador. É a razão pela qual há uma pequena protuberância na base.
bucha da resina (seca). Saiba mais na ABB.
projeto do cambiador da torneira da carga
que é a finalidade de um cambiador da torneira da carga?
à medida que a carga aumenta ou diminui, a tensão na subestação diminui ou aumenta respectivamente. Para manter a tensão estável, o número de voltas de enrolamento pode ser adicionado ou removido (lembre-se, adicionar voltas secundárias aumenta a tensão ou vice-versa). Esta é a função de um trocador de torneira on-load – estabilizar a tensão por voltas variadas. Os enrolamentos OLTC permanecem no tanque principal (ao redor do núcleo), enquanto o operador e seus acessórios são montados em um compartimento separado.
o que o trocador de toque de carga contém?Há centenas de volts de diferença de potencial entre cada toque dentro do transformador. Assim, quando você faz ou quebra uma conexão da torneira, o arco é segurado pelos interruptores do vácuo. Quando você Ponte duas posições de toque, a diferença de potencial impulsiona a corrente circulante. O autotransformador preventivo atua como indutor, limitando o in-rush associado à corrente circulante. Este é o seu tipo reativo OLTC. Outra variação é o OLTC resistivo.
interruptores a Vácuo (branco garrafas) sobre o CFJ
Toque do mecanismo de mudança de
Preventiva autotransformer regula a corrente de irrupção quando a ponte de dois toque posições
a ABB VRLTC reativa loadtap changer. Mais informações sobre como isso funciona: URL.
Design Do Tanque
o design do tanque é onde você é criativo, para suportar os requisitos de localização e projeto. Você pode especificar buchas de qualquer lado, instalar sistemas de resfriamento, reduzir o som usando um painel de tanque exclusivo, escolher dutos de barramento de fase isolados – dutos de barramento segregados ou não segregados, etc.
outra decisão crítica de projeto é escolher um transformador trifásico ou trifásico. Transformadores step-up do gerador em grandes centrais elétricas, transformadores em subestações de EHV vão a rota trifásica.
três transformadores trifásicos têm cada banco isolado do outro e, assim, oferecem continuidade de serviço quando um banco falha. Um único transformador trifásico, seja do tipo core ou shell, não funcionará mesmo com um banco fora de serviço. Este transformador trifásico, no entanto, é mais barato de fabricar, tem uma pegada menor e opera relativamente com maior eficiência.
projeto de sistema de Refrigeração
Como o calor é gerenciado dentro do tanque?
o fluxo de corrente no enrolamento de cobre gera calor. A corrente de redemoinho & corrente emocionante no núcleo gera calor. O óleo mineral extrai esse calor. Normalmente, o fluxo de convecção natural do óleo remove o calor: o óleo quente sobe para o topo – > move-se para radiadores- > o óleo esfria, se instala e se move para o tanque principal – > o óleo aquece novamente e sobe (o processo se repete).
para melhorar o resfriamento, conecte um banco de ventiladores aos radiadores ou trocadores de calor. Para melhorar ainda mais, force o movimento do óleo (através do tanque ou enrolamentos) usando bombas.
porque o óleo pode coletar umidade/oxigênio/detritos, preservação de óleo ou sistema de filtração ajuda a prolongar a vida útil de um transformador.
Qual é o propósito de um tanque conservador?
o óleo se expande e se contrai com o carregamento do transformador. Como o tanque é selado e sob vácuo, o volume de óleo é controlado por dois métodos. Método 1: Use um tanque conservador. O tanque principal fica completamente cheio. O excesso de óleo é derramado neste tanque. Método 2: o tanque principal não está completamente cheio (mas o núcleo e os enrolamentos estão submersos). Um “cobertor” de gás nitrogênio enche o vazio no topo. À medida que o petróleo se expande, o gás é liberado. À medida que se contrai, uma garrafa de nitrogênio externa recarrega o gás.
o transformador pode operar além de sua classificação de placa de identificação?
a capacidade de potência dos transformadores é limitada pela Classificação térmica. Isso significa que o transformador pode ser operado além de sua classificação MVA, desde que a temperatura de seu óleo superior permaneça dentro do aumento de temperatura de 65ºC acima da temperatura ambiente (consulte o padrão IEEE C57.12.00-2015). Por exemplo, se a temperatura ambiente for 45ºC, o transformador pode ser empurrado para um valor inferior a 45ºC + 65ºC = 110ºC.
a sobrecarga prolongada do transformador não é recomendada por saturar seu núcleo (maiores perdas), perda de expectativa de vida e deterioração do isolamento do enrolamento.
transformador com tanque conservador. À medida que o óleo se expande, ele aperta o saco, deixando o ar sair. À medida que se contrai, o ar desidratado enche o saco. Desta forma, o transformador pode “respirar” enquanto estiver completamente selado.
conexão de enrolamento do transformador
uma vez que as bobinas estão no lugar, os três enrolamentos primários e três enrolamentos secundários podem ser amarrados como um delta ou um wye (ou estrela). Uma dessas configurações é mostrada abaixo.
conexão do transformador estrela-Delta. Observe que os núcleos são representados como quadrados. Isso é feito para visualizar as conexões estrela-delta. Na realidade, os enrolamentos primário e secundário estão na mesma perna.
embora possa parecer que você está em curto-circuito, amarrando uma extremidade da bobina a terra neutra (em uma estrela) e amarrando uma bobina a outra (em um delta), este não é o caso. Essas conexões funcionam por causa da lei de Lenz.
o uso de qualquer combinação: delta-estrela, estrela-delta, estrela-estrela ou delta-delta causa um enorme impacto no design do sistema de energia. Portanto, a escolha da conexão é crítica.
vantagens do transformador Wye-ground wye-ground
fornece economia de isolamento, levando a economias de custos no transformador.
Fase simplificada, ou seja, nenhuma mudança de fase ocorre-simplifica o paralelismo do transformador.
wye-ground Wye-ground transformer desvantagens
harmônicos (frequências indesejadas) se propagam através do transformador, potencialmente causando interferência de rádio.
a corrente de sequência zero flui através do transformador.
falhas externas de linha para terra Irão tropeçar no transformador (se a conexão neutra permitir a entrada de corrente de falha, então em uma zona de proteção diferencial, a entrada de corrente não é a mesma que a saída de corrente).
existe a possibilidade de carregar as fases de forma diferente, levando a um sistema de alta tensão desequilibrado.
vantagens do transformador do Wye-terra do Delta
porque o enrolamento do delta prende a corrente zero da sequência, o relé ascendente no transformador do delta-wye pode ser assumido para pegarar para somente falhas à terra do alto-lado. Isso permite configurações de coleta muito sensíveis. Em contraste, a combinação wye-wye permite a passagem da Corrente de sequência zero-dificultando a avaliação da localização da falha. Em suma, a proteção do relé é melhorada.
desvantagens do transformador Delta Wye-ground
devido à mudança de fase associada a esses transformadores, mais atenção precisa ser dada ao projeto. Possíveis armadilhas de erro ocorrem durante o paralelismo e fiação CT.
alto custo de isolamento levando a um transformador caro.
detalhes adicionais sobre os prós e contras de várias configurações de enrolamento podem ser encontrados no artigo da General Electric intitulado The Whys of the Wyes.
para capturar os prós de cada combinação, um transformador de potência pode ser fabricado com três conjuntos de enrolamento (em vez de apenas dois), tipicamente primário-wye, secundário-wye e terciário-delta.
Delta terciário e sua aplicação
em um transformador wye-wye-delta de três enrolamentos, o enrolamento terciário delta permite conectar um:
banco de capacitores-para correção de tensão ou fator de potência
reatores – para evitar que a tensão abaule (efeito Ferranti) nas linhas EHV durante condições levemente carregadas.
Transformador de Serviço de Estação – alimentação CA para equipamentos dentro da subestação
do ponto de vista de proteção e controle, ele retém a corrente de sequência zero (falha no solo). Se você inserir um CT neste enrolamento terciário, poderá medir essa corrente. Como esse enrolamento também retém 3º harmônicos, é chamado de enrolamento estabilizador.
os terciários Delta induzem uma corrente apenas em uma direção, independentemente de onde a falha ocorre – lado alto ou lado baixo. Assim, um relé direcional pode ser polarizado usando os TC terciários delta.
como o aterramento do transformador afeta o design do sistema de energia
sem entrar em muitos detalhes, para economia de custos e segurança, a conexão em estrela é a conexão preferida para transmissão de alta tensão. Nesse cenário, o ponto comum – o neutro, é aterrado ou aterrado. Fazer isso faz com que a tensão de fase a Neutro ou a tensão de fase a terra seja reduzida por um fator de 1/sqrt(3). Você não obterá essa redução com uma conexão delta (não aterrada).
só faz sentido usar um transformador delta-star perto da estação geradora onde o delta está conectado aos terminais do gerador e a estrela está conectada às linhas de transmissão de alta tensão. Com conexão em estrela aterrada no lado de alta tensão, o enrolamento do transformador pode ser isolado para tensões mais baixas (fase a terra). O sistema de transmissão também terá um menor requisito de isolamento. Estes fornecem economias de custo tremendas no projeto e na construção do sistema de transmissão.
caminho atual da falha à Terra
há, no entanto, uma desvantagem no aterramento do transformador neutro. Quando uma linha ou todas as três linhas no lado da estrela curto-circuitos para o solo, o neutro aterrado do transformador serve como um caminho de retorno para a corrente de falha. Essas correntes de falha, quando não limpas em frações de segundo, podem danificar gravemente o transformador e todo o equipamento conectado a ele. As correntes de falha do solo também são ricas em correntes de terceiro harmônico. O terceiro harmônico na linha de transmissão interrompe todos os canais de comunicação (por exemplo, retransmissão do piloto do transportador da linha de energia) nas proximidades.
mas nem tudo está perdido com a combinação estrela-delta/delta-estrela (por causa do aterramento neutro). A conexão delta oferece alta impedância a terceiros harmônicos e retém a corrente de falha no solo, impedindo-a de se propagar de um lado para outro.
resumo
transformadores Delta-star: aplicados em estações geradoras e centros de carga.Transformadores estrela-estrela-delta: aplicados em subestações de transmissão (765kV, 500kv, 345kV).Aterramento o neutro fornece correntes de falha de aterramento mais altas, no entanto, a economia de custos realizada por requisitos de isolamento mais baixos torna o aterramento neutro aceitável.
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