Transformadores de potência elevada (maiores que algumas centenas de MVA) demandam uma análise criteriosa no quesito perdas em partes metálicas. O projeto exige cuidados específicos para possibilitar um controle efetivo dos intensos campos magnéticos derivados da corrente de carga a fim de evitar o surgimento de pontos quentes concentrados em qualquer anteparo metálico magnético, dentre eles, as paredes do tanque do equipamento.
Neste sentido, o objetivo de utilizar blindagens no tanque é controlar as perdas em função do campo magnético disperso dos enrolamentos que atingem esta região. Comumente se usa o aço silício para a blindagem do tipo shunt, que tem excelente permeabilidade magnética, atraindo o campo magnético disperso e oferecendo um caminho alternativo de baixa relutância protegendo o tanque das perdas parasitas geradas.
Mas, quando o formato do transformador exige que a blindagem utilizada tenha flexibilidade mecânica para ser conformada à lateral do tanque, pode ser usada blindagem do tipo shield fabricada de material bom condutor elétrico, como por exemplo, o alumínio ou cobre.
O funcionamento da blindagem de alumínio shield é diferente da blindagem shunt. Neste caso, quando o campo magnético disperso atinge a blindagem shield, são induzidas correntes parasitas nesta blindagem e o campo magnético gerado por estas correntes repelem o próprio campo magnético que as gerou, protegendo a região do tanque onde esta blindagem foi instalada. A corrente induzida na blindagem também deve ser avaliada, mas, normalmente, as perdas parasitas não têm potencial danoso ao equipamento. Outro detalhe importante é que as blindagens do tipo shield de material condutor elétrico repelem o campo magnético disperso para outro ponto do transformador, podendo, muitas vezes, deslocar o problema de aquecimento para outra região como fundo, tampa e ferragens de fixação da parte ativa.
Estudo de Caso
Foi simulado um caso mostrando o comportamento do aquecimento do tanque em função do campo magnético disperso dos enrolamentos de um determinado transformador. O primeiro estudo foi realizado com o tanque otimizado em curvatura para diminuir o uso de óleo isolante e sem uso de blindagem magnética, conforme figura que segue.
Para contornar esse aquecimento, como primeira opção foi utilizado o padrão de blindagem do tipo shunt de aço silício. Este conceito de blindagem é instalado somente nas paredes planas do tanque e os resultados da elevação da temperatura pode ser visto nas imagens que segue.
O que é possível perceber é que como a blindagem só protege a parte reta do tanque e uma região na parte superior fica exposta aos efeitos do campo magnético disperso e os resultados da elevação da temperatura nesta região são ainda mais críticos. Esse fenômeno ocorre porque o campo magnético se concentra na sua extremidade superior e atinge o tanque antes de retornar aos enrolamentos.
Para contornar essa dificuldade pode ser usada uma blindagem em conformação com a geometria do tanque, neste caso usando material condutor elétrico, como por exemplo, o alumínio. Os resultados desta mesma configuração usando blindagem do tipo shield podem ser vistos na figura a seguir.
Conclusão: Os valores da elevação de temperatura que estavam próximos a 20 °C na parede do tanque sem blindagem acabaram ficando ainda piores quando se utilizou blindagem do tipo shunt aço silício (os valores de elevação atingiram 25 °C). Para contornar essas situação utilizou-se de blindagem do tipo shield construídas de material condutor elétrico (alumínio) aplicadas e protegendo inclusive a parte curva da geometria do tanque.
Estes pontos de aquecimento têm potencial de formação de gases que são dissolvidos no óleo isolante e, podem ainda, causar degradação rápida da pintura e das juntas (gaxetas) aplicadas na vedação do fluido isolante do equipamento. Este problema, que ainda pode ser agravado durante eventuais sobrecargas de emergência, é resolvido com o uso de blindagens adequadamente projetadas.
Este texto foi escrito por Odirlan Iaronka.
Engenheiro da TRINSE – Consultoria e Serviços de Engenharia em Transformadores.
Contatos aqui:
Clique aqui para contato direto Equipe Técnica
