Dentro de um transformador de potência: todos os componentes que você precisa conhecer

Quando você trabalha com transformadores de potência por tempo suficiente, você percebe que eles não são apenas uma única caixa pesada apoiada em uma base de concreto. Eles são um sistema cuidadosamente montado com dezenas de peças individuais, cada uma com uma função específica. Se você já se perguntou o que realmente há dentro daquele tanque de aço cheio de óleo ou como uma unidade seca sobrevive sem qualquer líquido, aqui está um tour prático.

Vou me concentrar primeiro no tipo imerso em óleo (o mais comum que você vê em subestações ou postes de serviços públicos) e, em seguida, abordarei rapidamente as diferenças entre os transformadores do tipo seco.

O coração absoluto – partes magnéticas e elétricas

Não importa o tamanho, todo transformador começa com as mesmas duas coisas: um núcleo e enrolamentos. O núcleo é construído a partir de finas folhas de aço silício empilhadas. Sua única função é transportar fluxo magnético. Pense nisso como o esqueleto que torna possível a transferência de energia.

Em torno desse núcleo, você encontrará os enrolamentos – geralmente bobinas de cobre ou alumínio. Um conjunto é para alta tensão, outro para baixa tensão. Estes são os verdadeiros “fios” por onde a corrente flui. Entre o núcleo e os enrolamentos, e também entre as diferentes camadas dos enrolamentos, existem peças de isolamento (cartão, papel ou materiais sintéticos). Sem eles, a eletricidade saltaria para onde não deveria.

Finalmente, os condutores internos conectam diferentes seções dos enrolamentos e levam o caminho elétrico até as buchas (que veremos mais tarde). Esses cabos são cuidadosamente roteados e isolados, pois dentro do tanque tudo fica bem embalado.

Óleo isolante e sistema de refrigeração

Em um transformador cheio de óleo , todo o conjunto núcleo e bobina é submerso em óleo de transformador. Este óleo não é combustível; é um óleo mineral altamente refinado que faz três coisas: isola, resfria e ajuda a extinguir qualquer arco interno. Você pode chamá-lo de força vital da unidade.

O próprio tanque mantém tudo unido – óleo, núcleo, enrolamentos e cabos. Mas um tanque de aço simples não libera calor com rapidez suficiente. É por isso que você vê aqueles painéis com nervuras ou radiadores aparafusados ​​do lado de fora. Algumas unidades maiores utilizam resfriadores de ar forçado ou de óleo forçado, mas a ideia é a mesma: livrar-se do calor gerado pelos enrolamentos e pelo núcleo.

À medida que o óleo aquece, ele se expande. Para lidar com essa expansão sem estourar o tanque, existe um conservador (muitas pessoas o chamam de tanque de preservação de óleo ou simplesmente “almofada de óleo”) montado acima do tanque principal. Ele inspira e expira conforme o volume do óleo muda, mantendo o tanque principal sempre cheio.

Segurança e proteção

Os transformadores podem viver décadas, mas precisam de cães de guarda. O mais famoso é o relé Buchholz (relé de gás). Ele fica no tubo entre o tanque principal e o conservador. Se uma falha menor produzir bolhas de gás, o relé as captura e envia um alarme. Se uma falha grave criar um aumento repentino de óleo, o relé desarma o disjuntor instantaneamente.

O ar externo que entra no conservador carrega umidade e poeira. É aí que entra o respirador de sílica gel – um recipiente transparente cheio de gel azul ou laranja que absorve a umidade do ar que entra. Quando o gel fica rosa ou branco, você sabe que está saturado.

Para eventos de sobrepressão (digamos, um curto-circuito que vaporiza o óleo), uma válvula de alívio de pressão se abre por uma fração de segundo e depois fecha novamente. Sem ele, o tanque poderia literalmente se abrir.

Você também encontrará um termômetro (geralmente com mostrador e tubo capilar) medindo a temperatura superior do óleo e, às vezes, simuladores de temperatura do enrolamento. Os operadores confiam nessas leituras para decidir se o transformador está sobrecarregado ou tem problema de resfriamento.

Alguns transformadores maiores incluem um purificador de óleo – um pequeno tanque cheio de material adsorvente que filtra continuamente a água e o lodo do óleo. Não é chamativo, mas prolonga a vida útil do isolamento em anos.

Onde a eletricidade entra e sai – buchas e muito mais

Os condutores internos têm que passar através da parede do tanque para alcançar o mundo exterior. É isso que as buchas de porcelana ou compósito fazem. Eles se parecem com grandes copos ou pilares isolantes. Dentro de cada bucha, um condutor desce até o enrolamento, enquanto o corpo de porcelana mantém a alta tensão longe do tanque aterrado.

No topo do tanque, a placa de identificação é sua única fonte confiável de verdade – ela informa a classificação MVA, tensões, grupo de conexão (como Dyn11 ou Yyn0), impedância e número de série. Nunca confie em marcações pintadas de dez anos atrás.

Para manutenção, todo tanque cheio de óleo possui pelo menos uma válvula de drenagem de óleo na parte inferior. E você sempre verá um terminal de aterramento claramente marcado e soldado ao tanque – é onde você conecta a rede de aterramento da estação para proteger as pessoas contra correntes de falha.

O comutador de derivação – ajuste fino de tensão

A maioria dos transformadores de potência inclui um comutador. É um mecanismo de comutação conectado ao enrolamento de alta tensão que adiciona ou remove algumas voltas. Isso ajusta ligeiramente a tensão de saída quando a tensão da rede de entrada varia. Os comutadores de derivação desenergizados (DETC) só podem ser operados quando o transformador estiver completamente desconectado da energia. Os comutadores de derivação em carga (OLTC) funcionam enquanto o transformador está energizado, mas são muito mais complexos, com um compartimento de óleo separado e um acionamento motorizado.

Uma nota rápida sobre transformadores do tipo seco

Se o transformador estiver dentro de casa (como dentro de um edifício ou torre de turbina eólica), você frequentemente encontrará unidades do tipo seco. Nenhum óleo. O núcleo e os enrolamentos são fundidos em resina epóxi ou envoltos em múltiplas camadas de isolamento e depois deixados expostos ao ar. O resfriamento acontece naturalmente ou com ventiladores integrados.

Como não há óleo, todas as peças relacionadas ao óleo desaparecem: sem conservador, sem relé Buchholz, sem respiro de sílica gel, sem válvula de drenagem de óleo e sem purificador de óleo. Mas o núcleo elétrico – núcleo de ferro, enrolamentos, isolamento interno, condutores, buchas, placa de identificação e terminal de aterramento – permanece exatamente o mesmo. O comutador, se presente, também é do tipo seco.

Então, quando alguém pergunta “o que há dentro de um transformador de potência?”, a resposta honesta é: depende se ele é imerso em óleo ou do tipo seco. Mas para os burros de carga da rede cheios de óleo, a lista é longa – e cada peça, desde a junta mais pequena até ao núcleo principal, tem um propósito. Depois de duas décadas na área, aprendi que pular qualquer um deles é causar problemas.