Quando um transformador tem dor de estômago e quer…

Forças dos enrolamentos do transformador devido às forças magnéticas (foto da ALSTOM)

Sobre dor de estômago

Durante a operação normal, as estruturas internas e os enrolamentos do transformador estão sujeitos a forças mecânicas devido ao forças magnéticas. Essas forças são ilustradas figura 1.

Ao projetar a estrutura interna muito forte para resistir a essas forças por um longo período de tempo, a vida útil pode ser estendida. No entanto, em um grande transformador durante um “por culpa”(Corrente de falha passando através de um transformador), as forças podem atingir milhões de libras, puxando as bobinas para cima e para baixo e separando-as 60/50 vezes por segundo.

Ao mesmo tempo, a parte direita da figura mostra que as bobinas de alta e baixa tensão estão sendo forçadas a se separar.

Figura 1 - Forças Internas do Transformador

Tenha em mente que essas forças estão revertendo 50/60 vezes por segundo. É óbvio por que estruturas internas de transformadores devem ser construídas incrivelmente fortes.

Muitas vezes, se as correntes de falta são altas, essas forças podem rasgar um transformador e causar falhas elétricas dentro do transformador em si. Isso normalmente resulta em arco dentro do transformador que pode resultar em falha explosiva do tanque, lançando óleo em chamas em uma área ampla.

tem sistemas de relés de proteção para proteger contra essa possibilidade, embora falhas explosivas ocorram ocasionalmente.

Como evitar a dor

Através de falhas - curto-circuito suportar considerações

Os enrolamentos estão sujeitos a forças radiais e axiais relacionadas às interações corrente e fluxo. Forças radiais no enrolamento interno (normalmente o enrolamento do VE) estão em compressão enquanto o enrolamento externo (normalmente o enrolamento de alta tensão) forças estão em tensão.

A figura abaixo é um exemplo de falha mecânica de um enrolamento interno resultante de forças radiais em compressão no enrolamento. Note que, embora haja falha mecânica, não houve falha dielétrica deste enrolamento.

Livre falha mecânica de um enrolamento interno resultante de forças radiais em compressão no enrolamento

Os campos de fluxo são dependentes do equilíbrio da distribuição de voltas de amperagem dos enrolamentos HV e LV. Quando os amperes dos enrolamentos HV e LV são iguais e balanceados, as únicas forças são radiais.

Torneiras DETC (Comutador de derivação energizado) nos enrolamentos de alta tensão e LTC (Carregar comutador) resultado da operação em mudanças no turno do amperedistribuição resultando em forças axiais. Se os enrolamentos HV e LV não estiverem alinhados axialmente ou se um enrolamento for fisicamente mais curto do que o outro, o equilíbrio de giro do amperímetro será afetado significativamente e as forças axiais serão ampliadas.

Força e fluxo do núcleo do transfómero

Autotransformadores, baixa impedância, partida do motordever, transformadores com múltiplas tensões reconectando os enrolamentos do transformador em configurações série e paralela, três transformadores de enrolamento com enrolamentos secundários duplos para partida ou serviço auxiliar de unidade em usinas - todos podem resultar em forças axiais e radiais aumentadas durante um curto-circuito e exigem consideração especial.

Construção de transformador de potência (VIDEO)

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Processo primário e de montagem (VIDEO)

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Referências:

• Apresentação sobre as Forças de Curto-Circuito por H. Jin Sim, CTO da SPX-Waukesha
• Noções Básicas, Manutenção e Diagnóstico de Transformadores - Dpt. do Bureau de Reclamação do Interior
• O Desenho e Desempenho de Discos Circulares, Enroladores Helicoidais e de Camada para Aplicações de Transformadores de Potência - David L. Harris, P.E.