Componentes Essenciais e Funcionamento de Transformadores

Enrolamentos e Bobinas (Primário e Secundário)

São condutores elétricos enrolados ordenadamente sobre um núcleo de ferro. O enrolamento primário está sempre conectado à fonte de energia, enquanto o enrolamento secundário é sempre conectado à carga, e sua fonte de energia é induzida a partir do primário.

Na prática, a relação de transformação depende exclusivamente do número de espiras na bobina primária (N1) e secundária (N2).

Núcleo

A importância do núcleo no transformador é fundamental, pois é através dele que circula o fluxo magnético do enrolamento primário para o secundário.

É composto de chapas laminadas de ferro-silício isoladas e sobrepostas, formando um bloco de ferro concentrado. A laminação é crucial para a diminuição das correntes de Foucault.

Tanto as bobinas quanto o núcleo devem estar isolados entre si. Para isso, são empregados materiais como papel, papelão e verniz; e para sua sustentação, madeira. Todo este material deve estar bem fixo e prensado para evitar ruídos e vibração.

Óleo Isolante

Em geral, os transformadores de média e alta tensão são imersos em óleo isolante, que tem a finalidade de proporcionar um meio isolante entre as partes energizadas e transferir calor do núcleo para o exterior do tanque.

Os principais líquidos usados como meio isolante são:

• Ascarel (hoje proibido devido à agressão que provoca ao meio ambiente);
• Silicone;
• Óleo isolante mineral derivado do petróleo.

Tanque Principal

É através do tanque que o calor, transferido do núcleo e do enrolamento pelo óleo isolante, é liberado. Os tanques são confeccionados em chapas de ferro reforçadas, pois sua função também é de sustentação da parte ativa do transformador.

Radiadores

Os radiadores são fixados na parte externa do tanque e têm como finalidade auxiliar na refrigeração do óleo isolante, transferindo o calor para fora do tanque.

São confeccionados em chapas, com aletas abertas em suas extremidades, o que possibilita o movimento do óleo em seu interior: recebem o óleo com temperatura mais elevada na parte superior e o retornam com temperatura menor pela parte inferior.

Tanque de Expansão (Conservador)

Utilizado com a finalidade de compensar as variações do volume do óleo no tanque, em decorrência da mudança de temperatura no interior do transformador, em função das variações na carga.

Instalado na parte externa e no ponto mais alto do transformador, ele recebe o volume de óleo após sua dilatação e o libera após sua contração (geralmente, o volume do óleo no tanque de expansão deve ficar em torno de 25% a 50% de sua capacidade total).

Indicador de Nível de Óleo

Tem a finalidade de indicar o volume de óleo no interior do tanque. Pode ser instalado na extremidade do tanque de expansão ou no próprio tanque principal (quando o transformador não possuir conservador).

Em transformadores com tanque de expansão, o indicador de nível de óleo vem acompanhado de um contato (tipo micro-chave), com a finalidade de sinalizar com alarme caso o volume do óleo atinja um ponto crítico para a operação do transformador.

Secador de Ar (Sílica-Gel)

O ar que entra e sai do tanque de expansão, acompanhando as variações do volume de óleo, passa pelo secador de ar, deixando nele a umidade.

O secador de ar é um tubo que vai até a parte superior do conservador, contendo cristais de sílica-gel, que possuem a propriedade de absorver a umidade.

Quando em condições normais, a sílica-gel é de cor azul; após sua saturação, pela absorção da umidade, ela muda de cor, adquirindo a tonalidade rosa, podendo ser recuperada após ser aquecida em estufas.

Termômetro de Óleo

Como o óleo é um elemento de transmissão de temperatura no interior do transformador, este controle é feito através do termômetro de óleo.

O termômetro consiste em um bulbo contendo mercúrio que, ao sofrer aquecimento, se expande através de um tubo capilar, pressionando os ponteiros que registram a temperatura. Normalmente, no termômetro de temperatura do óleo, existe um ponteiro para registrar a temperatura e outro com contato, para acionar os ventiladores (caso o transformador tenha refrigeração forçada).

Imagem Térmica (Termômetro do Enrolamento)

O enrolamento é o ponto mais quente do equipamento e o que mais rapidamente se aquece (esta temperatura está diretamente relacionada à carga do transformador). A temperatura elevada deteriora o material isolante.

A leitura é feita de forma indireta através da relação carga/temperatura. É instalado um Transformador de Corrente (TC) em série com o enrolamento principal do transformador. Seus terminais secundários estão ligados também em série com uma resistência. A resistência fica dentro de uma cuba com óleo. Com o aumento de carga no transformador, a corrente elétrica que circula no enrolamento tende a aumentar, aumentando também no TC, que, por sua vez, aquece a resistência e o óleo da cuba, dilatando o mercúrio do tubo capilar, provocando, portanto, o deslocamento do ponteiro no termômetro. Quando esta temperatura atinge valores elevados, um contato é acionado, emitindo alarmes. Caso a temperatura persista em aumentar, o transformador é desligado através de um outro contato, que aciona o sistema de proteção, desligando o disjuntor e isolando o transformador.

Tubo de Explosão / Válvula de Alívio de Pressão

O tubo de explosão tem como finalidade proteger o transformador contra sobrepressões excessivas que possam ocorrer no seu interior, devido à formação de um arco elétrico ou queima de isolante. Consiste em um tubo curvo montado na tampa superior do transformador que, ao sofrer a pressão interna, rompe uma membrana de vidro, despressurizando o tanque. Atualmente, nos transformadores de alta tensão, estes tubos estão sendo substituídos por válvulas de segurança (válvulas de alívio).

Relé de Gás Buchholz

Dispositivo com a finalidade de proteger os transformadores imersos em óleo e com tanque de expansão, contra defeitos internos que se manifestam por movimento brusco do óleo ou curto-circuito. No curto-circuito, há uma queima do material isolante, dentro do transformador, gerando bolhas de gases (algumas vezes inflamáveis).

Localizado entre o tanque e o conservador, o relé é equipado com duas boias:

• Uma para registrar baixo e passageiro fluxo de gases (a qual aciona um alarme sonoro ou luminoso).
• Outra boia (acionada pelo alto e constante fluxo de gases) que desliga o transformador através do disjuntor, isolando-o e evitando sua queima.

Buchas e Isoladores

A função básica das buchas ou isoladores nos equipamentos elétricos é proporcionar um isolamento elétrico entre o condutor energizado e a carcaça do equipamento. Os materiais mais empregados na sua construção são a porcelana e o vidro.

Características e Formas

Quanto às características: podem ser rígidos e de suspensão.

Quanto à forma: isolador de pino, pedestal, suporte e de passagem.

Sistema de Refrigeração

Para evitar que a temperatura nos transformadores atinja valores perigosos para os isolamentos, utilizam-se diversos processos de resfriamento:

• Refrigeração Natural (ONAN): Circulação natural do óleo.
• Ventilação Forçada (OFAF): Existem ventiladores fixos nos radiadores, com a finalidade de aumentar a circulação do ar, aumentando a transferência do calor do óleo para o exterior do tanque.
• Circulação Forçada do Óleo (ODAF/ODWF).
• Refrigeração à Água.