Sumário

• O que é um transformador de potência?
• Qual é função de um transformador de potência?
• Componentes de um transformador de potência
• Como funciona um transformador de potência?
• Referências

O que é um transformador de potência?

Segundo a norma NBR 5356-1 (2007), um transformador de potência é um equipamento estático com dois ou mais enrolamentos que, por indução eletromagnética, transforma um sistema de tensão e corrente alternadas em outros sistemas de tensão e corrente, de valores geralmente diferentes, mas de mesma frequência, com objetivo de transmitir potência elétrica.

Fonte: Autoria própria

Qual é função de um transformador de potência?

Os transformadores de potência são utilizados tanto para aumentar quanto para diminuir a tensão fornecida a eles, assim transmitindo energia de um circuito para outro em qualquer nível de tensão. Dessa forma, quando operado em alta tensão, é possível transmitir energia elétrica da geradora até as unidades consumidoras a qualquer distância com perdas relativamente baixas. Suas operações se distinguem em níveis de transmissão, subtransmissão e distribuição e podem ser divididos em dois grupos. (CARVALHO; MENDES; CORREIA, 2013)

Fonte: FREITAS (2017, p.17)

• Transformadores de potência: Esse equipamento é a ligação entre os geradores e linhas de transmissão e entre linhas de diferentes níveis de tensão (subtransmissão) e atendem de 5 a 300 MVA de potência e operam em tensão de até 765 kV;

• Transformadores de distribuição: Esse equipamento é a ligação entre as linhas de subtransmissão e linhas de distribuição, normalmente são instalados em postes ou em câmaras subterrâneas, sua função é diminuir a tensão para uso residencial ou industrial de 380/220 ou 220/127 V. Possuem potência de 30 a 300 kVA e em alta tensão atende em 15 ou 24,2 kV.

Transformadores também podem ser utilizados para o casamento de impedâncias. Esse tipo de ligação consiste em modificar o valor da impedância vista pelo lado primário do valor do transformador. São em geral de baixa potência. (CARVALHO; MENDES; CORREIA, 2013)

Componentes de um transformador de potência

Fonte: Scotech

Enrolamento

Fonte: Jara transformadores

São condutores geralmente feitos de cobre eletrolítico com uma camada de verniz sintético como isolante, esses condutores são enrolados em forma de bobinas cilíndricas, que são dispostas coaxialmente nas colunas do núcleo, em ordem crescente de tensão, conectados em série ou em paralelo para formar um enrolamento. Bobinas com condutores em paralelo, na direção radial, devem ter transposição, para minimizar as perdas adicionais e os esforços mecânicos provenientes de curtos-circuitos. As bobinas desse enrolamento podem ser empilhadas no núcleo alternadamente com as bobinas do outro enrolamento.(CARVALHO; MENDES; CORREIA, 2013)

Núcleo

Fonte: Tessin

O núcleo é constituído de chapas de aço-silício, laminadas a frio, cobertas por película isolante. A laminação a frio, seguida de tratamento térmico, orienta os domínios magnéticos no sentido da laminação, permitindo alcançar altas densidades de fluxo com perdas reduzidas e baixas correntes de magnetização. As chapas são sustentadas por uma estrutura constituída de vigas metálicas, interligadas por tirantes, e por faixas de fibra de vidro impregnadas com resina. O núcleo dos transformadores trifásicos tem, em geral, três colunas. O núcleo de cinco colunas permite uma redução na altura, sendo empregado quando essa redução é necessária por restrições de transporte. Nesse caso, as reatâncias de sequências zero e positivas são iguais, como ocorre também nos bancos formados por unidades monofásicas. (CARVALHO; MENDES; CORREIA, 2013)

Isolação

Fonte: Autoria própria

O isolamento do transformador é constituído, basicamente, de celulose (papel ou presspan) e óleo que usado tanto para a isolação quanto para resfriar o equipamento. Os condutores (cobre e em certos casos, alumínio) são envolvido em tiras de papel, que formam o isolamento entre espiras, Os condutores são enrolados em cilindros de presspan, que proporcionam fixação mecânica e isolamento entre enrolamentos de fase e entre estes e o núcleo. Tiras de presspan, fixadas nesses cilindros, no sentido axial, formam canais de óleo que além de contribuírem para o isolamento, facilitam a refrigeração. (CARVALHO; MENDES; CORREIA, 2013)

Buchas

Fonte: Direct Industry

As buchas são utilizadas para isolar as bobinas do tanque, normalmente são feitas de porcelana e seu interior possui uma envoltória de papel e filme metálicos, imersos em óleo isolante. A diversos tipos de buchas com diferentes tipos de isolação, mas o caso de transformadores de potência as mais utilizadas são as buchas sólidas (ou bucha seca) e buchas capacitivas (HENRIQUE; BONFANTE; BOURGANOS; VERONA; SILVA, 2022)

• Bucha Sólida: Sua isolação é o próprio material de porcelana, em alguns casos a bucha é combinada com óleo do transformador, fazendo parte do elemento isolante da bucha.

• Bucha Capacitiva: Constituída de materiais isolantes com camadas condutoras (ou semicondutoras) para formar uma superfície equipotencial melhorando a distribuição de tensão e causando o efeito capacitivo.

Dispositivo de absorção de umidade

Fonte: Indubras

Um dispositivo de absorção de umidade destinado apenas para transformadores que possuem tanque de expansão. O dispositivo é constituído de um recipiente contendo uma determinada quantidade de sílica-gel (SiO2) que tem a função de reter a umidade que atravessa em direção ao interior do tanque de expansão. O SiO2 é um composto químico quase neutro e altamente higroscópico podendo absorver água até 40 % do seu próprio peso. O composto é formado por silício impregnado com cloreto de cobalto, tendo uma cor azul. Quando a sílica-gel absorve uma quantidade de água que atinja o seu nível de saturação o composto atinge uma tonalidade rosa, devendo então ser substituída. A sílica-gel pode ser regenera e reutilizada por diversas vezes através do processo de secagem.

Tanque principal (tanque de contenção)

Fonte: Autoria própria

É a parte onde são colocados o núcleo e as bobinas, imerso por óleo isolante, para controlar o aumento de temperatura disseminado por eles. O tanque pode ser dotado de blindagens nas paredes internas, para minimizar o aumento de temperatura do aço.

Tanque de expansão

Fonte: Autoria própria	Fonte: Urkraft

Esse tanque permite a expansão do volume de óleo isolante, quando passa a ter variação de temperatura no transformador. Na maioria das vezes utiliza uma bolsa de borracha como isolação entre óleo e ar.

Painel de comando

Fonte: Autoria própria

O painel é onde é feito o controle e monitoramento da temperatura, descargas e corrente do transformador.

Comutador

Fonte: Maschinenfabrik Reinhausen

O comutador aumenta e diminui o número de espiras que compõem o enrolamento permitindo variar os níveis de tensão do transformador. Podem ser do tipo comutação em carga on load tap changer (OLTC) sem necessidade de interrupção do transformador ou comutação sem carga, necessitando a interrupção de corrente.

Radiador e ventiladores

Fonte: Autoria própria

São utilizados para dissipar o calor gerado pelo transformador, resfriando o óleo e o enrolamento.

Como funciona um transformador de potência?

Em um transformador ideal sem perdas, constituído de um núcleo com uma permeabilidade infinita e dois enrolamentos dispostos um em cada lado do núcleo como mostrado na figura.

Fonte: HENRIQUE; BONFANTE; BOURGANOS; VERONA; SILVA (2022, p. 38)

Como a potência é dada pelo produto entre tensão e corrente, pode dizer que o produto é igual nos dois lados do transformador:

Seu funcionamento se baseia em dois princípios:

• Via lei de Biot-Savart: que afirma corrente elétrica produz campo magnético;

• Via lei da indução de Faraday-Neumann-Lenz e da lei de Lenz: que afirma que um campo magnético variável no interior de um circuito induz, nos terminais deste, tensão elétrica de magnitude diretamente proporcional à taxa temporal de variação do fluxo magnético no circuito.

É por necessitar dessa variação no fluxo magnético que esse dispositivo só funciona em corrente alternada.

Pode se dizer que o produto da corrente I1 com o número de voltas N1 no enrolamento primário fornece a força magneto motriz, que produz o fluxo magnético  dentro do núcleo. O núcleo é feito de um material com alta permeabilidade magnética, significativamente maior em comparação ao do ar, consequentemente concentrando todo o fluxo magnético para dentro de si. A variação desse fluxo magnético (força eletromotriz) é induzida no enrolamento do secundário, no qual flui então corrente I2 de valor determinado pela impedância a ele conectada. A força eletromotriz é proporcional ao número de voltas N2 no enrolamento secundário ao redor do núcleo. Se tanto o primário quanto o secundário tem a mesma quantidade de voltas, a tensão é a mesma em ambos os lados do transformador. De forma a aumentar a tensão, quantidade de voltas do secundário deve ser superior à do primário e vice-versa.(CARVALHO; MENDES; CORREIA, 2013) 

Se tratando de um transformador ideal, as tensões e1 e e2 induzidas pela variação do fluxo são iguais as tensões nos terminais V1 e V2 respectivamente. Pela Lei de Faraday:

Uma vez que o fluxo  foi considerado senoidal, pode se converter as tensões para forma fasorial, dividindo-se as duas equações, de forma que:

Onde o quociente  é denominado como a relação de espiras ou relação de transformação.

Uma vez que a potência é conservada e desde que potência é igual ao produto de corrente e tensão, a corrente através de cada enrolamento é inversamente proporcional ao número de voltas, como a seguir:

Referências

FRONTIN, Sergio O. Equipamentos de Alta Tensão Prospecção e Hierarquização de Inovações Tecnológica. 1 ed. Brasília: 2013

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5356-1: Transformadores de potência Parte 1: Generalidades. Rio de Janeiro. 2007.

HENRIQUE, Anthony. BONFANTE, Charles Pierini. BOURGANOS, Fernando Facio. VERONA, João Pedro Plaça. SILVA, Raphael Binder da. Execução de testes em transformador de distribuição e estruturação do ensaio de relação de transformação para utilização no curso de graduação em engenharia elétrica. Orientador: Kleber Hashimoto. 2022. 96 f. TCC (Graduação) - Engenharia Elétrica, Centro Universitário UNIFAAT, Atibaia, 2022.

Fornecedor de transformador de potência. Fontes de Energia.  Disponivel em: <https://www.fontesdeenergia.com.br/fornecedor-de-transformador-de-potencia> Acessado em 19/07/2023

FREITAS, Augusto Fonseca de Fritas. Software Baseado em MATLAB® para Cálculo e Análise Tridimensional de Campos Elétricos e Magnéticos em Linhas de Transmissão. Orientador: Prof. Dr. Helon Davídeo de Macêdo Braz.  2017. 62 f. TCC (Graduação) Engenharia Elétrica, Universidade Federal da Paraiba, João Pessoa, 2017 -  Disponivel em:
<https://www.researchgate.net/publication/331074300_Software_Baseado_em_MATLABR_para_Calculo_e_Analise_Tridimensional_de_Campos_Eletricos_e_Magneticos_em_Linhas_de_Transmissao> Acessado em 19/07/2023

Lâmina de aço silício para transformadores. Tessin Industria e Comércio ltd. Disponível em: <https://www.tessin.com.br/laminas-aco-silicio-transformadores> Acessado em 19/072023

Reparación y modificación de tranformadores. Jara transformadore. Disponivel em: <http://trafojara.com/que-ofrecemos/> Acessado em 20/07/2023

Bucha para transformador de óleo DMB-OA. Direct Industry. Disponível em: <https://www.directindustry.com/pt/prod/abb-ag/product-70728-2529202.html > Acessado em 19/07/2023

Cambiador de tomas bajo carga de transformadores OILTAP® M. Direct Industry. Disponível em: <https://www.directindustry.es/prod/messko-gmbh/product-103203-1916869.html> Acessado 20/07/2023

STP – Bolsa Separadora. Urkraft. Disponível em: <https://urkraft.com.br/stp-bolsa-separadora/> Acessado em 19/07/2023

100 MVA 220KV 3 Fase De alta tensão General Electric Power Transformer. Sotech. Disponivel em: <http://pt.scotech-electrical.com/transformer/power-transformer/100-mva-220kv-3-phase-high-voltage-general.html> Acessado em 19/07/2023

Instruções de serviço VACUTAP® VM®. Comutador de derivação em carga. Maschinenfabrik Reinhausen. Disponível em: < https://www.reinhausen.com/fileadmin/downloadcenter/products/oltc/vm/ba/4338368_pt.pdf > Acessado em: 16/08/2023

Secador de ar. Indubras. Disponivel em: < https://www.indubras.com.br/secador-de-ar.html > Acesso em: 01/02/2024

FILHO, João M. Manual de Equipamentos Elétricos. Grupo GEN, 2019. E-book. ISBN 9788521636434. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521636434/. Acesso em: /02/2024.