Transformador de potência de alta qualidade do fabricante chinês com padrões IEC

O que é um transformador?

Transformador é um dispositivo elétrico que utiliza o princípio da indução eletromagnética para alterar a tensão da corrente alternada, geralmente incluindotransformadores elevadores e abaixadores. No processo de ajuste e ajuste da tensão os transformadores manterão sua frequência inalterada, variando a relação de espiras entre os enrolamentos primário e secundário. Seu mecanismo operacional principal é que, quando a corrente alternada flui através do enrolamento primário, ela cria um campo magnético variável no núcleo, que por sua vez induz uma força eletromotriz no enrolamento secundário, permitindo assim a conversão entre tensão e corrente: aumentar a tensão reduz a corrente, diminuir a tensão aumenta a corrente e, idealmente, a potência total permanece constante. Esta característica permite reduzir significativamente as perdas de transmissão no fornecimento de energia de longa distância, ao mesmo tempo que fornece tensões adaptadas com segurança para vários dispositivos no ponto de utilização. As aplicações típicas variam de transformadores gigantes em subestações, transformadores de distribuição em postes de serviços públicos e transformadores em miniatura dentro de carregadores de telefones celulares. Contudo, é necessário notar especialmente queum transformador funciona apenas com corrente alternada e não pode converter corrente contínua.

Qual é o princípio de funcionamento de um transformador?

O princípio de funcionamento de um transformador é baseado nolei da indução eletromagnética. Quando uma corrente CA flui através do enrolamento primário, ela cria um fluxo magnético alternado no núcleo. Este fluxo alternado liga simultaneamente os enrolamentos primário e secundário, induzindo uma força eletromotriz (EMF) em cada enrolamento. Através desta indução eletromagnética, o transformador transfere energia elétrica e transforma a tensão, existindo apenas acoplamento magnético entre os dois enrolamentos e sem ligação elétrica direta.

A relação de transformação de tensão é:

U₁/U₂ = N₁/N₂ = k

onde U₁, U₂ são as tensões primária e secundária, N₁, N₂ são o número de voltas nos enrolamentos e k é a relação de espiras. Quando o secundário tem mais espiras que o primário, o transformadoravançatensão; quando tem menos voltas,descetensão.

Construção e componentes principais

Um transformador consiste principalmente na parte ativa, comonúcleo, enrolamentos, isolamento e condutores, tanque, sistema de refrigeração, dispositivos de proteção e buchas. O núcleo e os enrolamentos, também chamados de bobinas, são os componentes mais essenciais.

1. Núcleo (Circuito Magnético)

O núcleo fornece o caminho magnético e é composto por pernas do núcleo (seções verticais nas quais os enrolamentos são montados) e jugos (seções horizontais que fecham o caminho magnético). Para reduzir as perdas por correntes parasitas e as perdas por histerese, o núcleo é normalmente construído a partir delaminações de aço silício, cada um revestido com verniz isolante ou uma camada de óxido para isolá-los um do outro. As configurações principais são principalmentetipo de núcleo(enrolamentos circundam as pernas do núcleo, comuns em transformadores de potência) etipo concha(o núcleo envolve os enrolamentos, resultando em baixo fluxo de vazamento e alta resistência mecânica, frequentemente usado em instrumentos de precisão e pequenos dispositivos).

2. Enrolamentos (Circuito Elétrico)

Os enrolamentos são o circuito elétrico do transformador, dividido emenrolamento primário e enrolamento secundário. Eles são feitos de fio de cobre ou alumínio com isolamento de alta resistência. Os enrolamentos são geralmente dispostos concentricamente (enrolamento de baixa tensão colocado próximo à perna do núcleo, enrolamento de alta tensão enrolado na parte externa). Em relação ao isolamento, os transformadores imersos em óleo modernos utilizam principalmente umsistema de isolamento composto de barreira de óleo-papelconsistindo de cartão prensado, papel para cabos e óleo de transformador. A espessura do cartão prensado é normalmente de 2 a 5 mm, permitindo um isolamento confiável para altos níveis de tensão.

O texto acima descreve o sistema eletromagnético central, e os seguintes sistemas auxiliares também são muito importantes para transformadores imersos em óleo:

Tanque:Um recipiente externo usado para conter núcleos de ferro, enrolamentos e encher óleo de transformador. Transformadores de grande capacidade são geralmente equipados com radiadores externos ou tubos de resfriamento para melhorar a dissipação de calor.

Óleo do transformador:Serve tanto como meio isolante (com melhor desempenho de isolamento que o ar) quanto como meio de resfriamento (o calor gerado pelo núcleo do transformador e pelo enrolamento é transferido para a parede do tanque de óleo através da convecção do óleo). De acordo com os diferentes pontos de fluidez, o óleo do transformador é dividido em diferentes graus, como10, 25 e 45para se adaptar a diferentes condições climáticas.

Conservador (tanque de oscilação de óleo):Um tanque de combustível horizontal instalado acima do tanque de combustível principal, conectado por tubos. Separa o óleo do ar através de um diafragma. Com base nas características de expansão e contracção do óleo com as mudanças de temperatura, armazena óleo a temperaturas mais elevadas e fornece óleo a temperaturas mais baixas, reduzindo assim o contacto entre o óleo e o ar e evitando a absorção de humidade e o envelhecimento.

Buchas:Conduza os fios de alta e baixa tensão para fora dos terminais isolados da caixa do transformador; Eles fornecem isolamento elétrico e suporte mecânico.

Dispositivos de proteção:Incluindo comutadores de derivação sob carga ou sem carga, relés Bucher (relés de gás), portas de exaustão à prova de explosão (portas de exaustão de segurança), respiradores de desidratação (respiradores de silicone), elementos sensores de temperatura e instrumentos relacionados. Esses dispositivos geralmente podem fornecer monitoramento em tempo real e proteção abrangente.

Tipos de transformadores

Os transformadores podem ser classificados em vários aspectos abaixo:

1. De acordo com a aplicação

Transformadores de potência:Os transformadores de potência são usados ​​principalmente para conversão de tensão e transmissão/distribuição de energia em sistemas de energia, representando mais de 80% de todos os transformadores.

Transformadores de distribuição:Os transformadores de distribuição geralmente se referem a transformadores abaixo de 35 kV (principalmente 10 kV/0,4 kV) que fornecem energia diretamente aos usuários finais.

Transformadores Especiais:Incluindo transformadores de teste para testes de resistência de tensão, transformadores de instrumentos (incluindo transformadores de tensão, transformadores de corrente para medição e proteção), transformadores retificadores de CA para CC, usados ​​para eletrólise, galvanoplastia, acionamento CC, transformadores de forno, transformadores de mineração, etc.

2. De acordo com o meio de resfriamento e isolamento

Transformadores imersos em óleo:O núcleo de ferro e o enrolamento do transformador imerso em óleo estão completamente imersos em óleo isolante mineral, que possui excelente dissipação de calor e desempenho de isolamento, alta eficiência e custo relativamente baixo. Os transformadores imersos em óleo são amplamente utilizados em subestações externas e parques industriais, mas requerem medidas de prevenção contra incêndio e explosão.

Transformadores do tipo seco:O núcleo de ferro e o enrolamento dos transformadores do tipo seco não estão imersos em óleo; Eles usam materiais de isolamento de ar ou sólidos, como fundição de resina epóxi. Os transformadores do tipo seco são resistentes ao fogo e livres de vazamentos, adequados para locais internos com regulamentações rígidas de prevenção de incêndio, como arranha-céus, data centers, shopping centers e hospitais.

Transformadores isolados a gás:Os transformadores isolados a gás são relativamente raros no mercado e geralmente utilizam gases sintéticos como o SF₆ como meio de resfriamento e isolamento, adequados para condições operacionais especiais.

3. De acordo com o número de enrolamentos

Transformador de dois enrolamentos:Transformadores de dois enrolamentos são bastante comuns em sistemas de energia, que possuem um enrolamento de alta (média) tensão e um enrolamento de baixa tensão (um enrolamento primário e um enrolamento secundário).

Transformador de três enrolamentos:Um transformador de três enrolamentos possui três enrolamentos por fase, conectados a diferentes níveis de tensão (por exemplo, lado de alta tensão, lado de média tensão, lado de baixa tensão). Este transformador é comumente usado em subestações que requerem múltiplos níveis de tensão.

4. De acordo com a configuração do núcleo/enrolamento

Transformador tipo núcleo:O enrolamento do transformador tipo núcleo envolve as pernas do núcleo de ferro (o núcleo de ferro é circundado pelo enrolamento). Este produto possui estrutura simples, baixo custo e é amplamente utilizado em sistemas de energia.

Transformador tipo Shell:O núcleo de um transformador tipo shell envolve o enrolamento (o enrolamento envolve o núcleo). Possui características como baixo fluxo de vazamento, alta resistência mecânica e tamanho compacto e comumente usado em instrumentos de precisão e pequenos equipamentos.

5. De acordo com o número de fases

Transformadores monofásicos utilizados para cargas monofásicas ou para formação de grupos trifásicos e transformadores trifásicos.

6. De acordo com o método de regulação de tensão

Comutador fora de circuito (sem carga) (requer desenergização) e comutador sob carga (regulação automática de tensão sob carga).

7. De acordo com o tipo de conexão elétrica

Transformador de isolamento (isolamento):O enrolamento primário e o enrolamento secundário do transformador de isolamento são isolados eletricamente um do outro, apenas através de acoplamento magnético. Este tipo de transformador possui segurança extremamente alta e é comumente utilizado em equipamentos médicos e instrumentos de precisão para evitar choques elétricos e interferências eletromagnéticas.

Autotransformador:O primário e o secundário compartilham uma parte do enrolamento, possuindo acoplamento magnético e conexão elétrica direta. Compacto, tamanho pequeno, baixas perdas, mas sem isolamento entre primário e secundário. Usado para partida de motores e regulação de tensão (por exemplo, variac de laboratório).

Como os transformadores de potência são classificados?

Capacidade Nominal (Sn, em kVA ou MVA):A potência aparente que um transformador pode fornecer continuamente na tensão e corrente nominais. É o parâmetro mais importante para selecionar um transformador. As classes de capacidade chinesas seguem a série R10, aumentando por um fator de 1,26 (100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 kVA, etc.). Uma seleção de capacidade razoável calcula primeiro a carga composta máxima e, em seguida, escolhe a próxima capacidade mais alta, de modo que o fator de carga seja de cerca de 60-70%, garantindo operação segura e economia a longo prazo.

Tensão nominal (kV):A tensão primária corresponde à tensão da rede; a tensão secundária é normalmente 5% ou 10% maior que a tensão do barramento do lado inferior (dependendo da tensão e capacidade da impedância) para compensar a queda de tensão da linha e garantir a qualidade da tensão do usuário final.

Impedância de curto-circuito (Tensão de impedância, Reino Unido%):A porcentagem de tensão primária necessária para circular a corrente nominal através do secundário quando o secundário está em curto-circuito. É uma característica crítica que afeta os níveis de corrente de curto-circuito e a regulação de tensão.

Perda sem carga (Po, kW):A potência ativa consumida do lado secundário de um transformador em estado de circuito aberto na frequência nominal e na tensão nominal é composta principalmente por perdas no núcleo (perdas magnéticas), que dependem da qualidade de fabricação e das características do material de aço silício. Se forem usados ​​aço silício de alto desempenho e núcleos enrolados tridimensionais, as perdas sem carga podem ser significativamente reduzidas.

Perda de carga (Pk, kW):A potência ativa consumida quando o secundário está em curto-circuito e a corrente nominal flui no primário. Consiste principalmente na perda de cobre nos enrolamentos e é proporcional ao quadrado do fator de carga.

Eficiência (η):Potência ativa de saída dividida pela potência ativa de entrada. Grandes transformadores de potência têm eficiência muito alta; por exemplo, um transformador elevador de gerador de 380 MVA/500 kV pode atingir η ≥ 99,75%.

Grupo de vetores (por exemplo, Dyn11, Yyn0):Indica o método de conexão (Y -- estrela, D -- delta, Z -- ziguezague) dos enrolamentos de alta e baixa tensão e seu deslocamento de fase. Afeta o método de aterramento do neutro do sistema e o caminho da corrente de seqüência zero.

Método de resfriamento:Por exemplo, ONAN (Óleo Natural Ar Natural), ONAF (Óleo Natural Ar Forçado), OFWF (Óleo Forçado Água Forçada). Os códigos de quatro letras especificam o meio de resfriamento e o método de circulação (ON: circulação natural de óleo; OF: circulação forçada de óleo; OD: circulação forçada dirigida de óleo; AN: ar natural; AF: ar forçado; WF: água forçada).

Como escolher os transformadores adequados?

Ao selecionar um transformador adequado, além de determinar a capacidade nominal e os níveis de tensão, os seguintes fatores também devem ser considerados:

Características de carga:Para cargas industriais e residenciais típicas, geralmente usamos transformadores de potência de enrolamento duplo padrão. Se forem necessários vários níveis de tensão, um transformador de três enrolamentos deverá ser selecionado e a capacidade nominal de cada enrolamento deverá ser alocada de forma razoável. Para locais com requisitos rigorosos de segurança contra incêndio, como data centers e edifícios altos, os transformadores do tipo seco devem ter prioridade.

Ambiente de instalação:Transformadores imersos em óleo com divisórias à prova de fogo são geralmente preferidos para subestações externas, enquanto transformadores do tipo seco devem ser preferidos para ambientes internos.

Limites de capacidade:Em subestações internas, a capacidade máxima de um único transformador imerso em óleo não deve exceder 1250 kVA; Nas subestações pré-fabricadas, a capacidade máxima dos transformadores imersos em óleo não deve ultrapassar 630 kVA, e a capacidade dos transformadores do tipo seco não deve ultrapassar 800 kVA.

Requisitos de regulação de tensão:Para ambientes com grandes flutuações de tensão ou ajustes frequentes, são necessários transformadores com comutadores em carga; Para aplicações com tensão estável, pode ser utilizado um transformador com comutador de derivação sem carga.

Eficiência Energética e Requisitos Ambientais:Devido às políticas de economia de energia, os produtos de transformadores de alta eficiência e economia de energia estão gradualmente se tornando a escolha principal. Atualmente, a participação de mercado de transformadores de núcleo de ferro enrolado 3D (com perdas sem carga 15%-25% menores do que os núcleos de ferro laminado tradicionais) e transformadores de liga amorfa está aumentando ano a ano.

Aplicações Especiais:Quando for necessária regulação de tensão, um autotransformador deverá ser selecionado; É mais apropriado escolher um transformador de isolamento quando os requisitos de segurança elétrica são mais elevados.