A Aplicação de Transformadores Caixa em Redes de Distribuição

Princípio Elétrico e Estrutura de Subestações Compactas

O diagrama esquemático elétrico da subestação compacta é mostrado na Figura 1.

Composição Estrutural:

Uma subestação compacta americana é composta principalmente por um transformador compacto, estruturado em seções frontal e traseira:

• Seção Frontal (Gaveta de Conexões): Contém terminais de alta/baixa tensão, um disjuntor de carga de alta tensão, fusíveis plug-in, uma alavanca de operação do reator de derivação de alta tensão, um manômetro, um indicador de nível de óleo, um termômetro de óleo, etc.

• Seção Traseira (Tanque de Óleo e Radiadores): Acomoda o núcleo, as bobinas, o disjuntor de carga de alta tensão e os fusíveis plug-in do transformador dentro de um tanque de óleo totalmente selado. O corpo do transformador geralmente adota um design de núcleo trifásico com cinco pernas, que pode ser um núcleo enrolado ou laminado feito de chapas de silício orientado de rolo frio de alta qualidade ou folhas de liga amorfa de alta eficiência. As bobinas de baixa tensão usam uma estrutura de fita, aumentando a resistência do transformador a curtos-circuitos, impulsos de raio e sobrecargas. O grupo de conexão é Dyn11.

• Estrutura Selada: O design totalmente selado do tanque garante proteção. Disjuntores de carga mergulhados em óleo estão disponíveis em vários tipos para atender aos requisitos de sistemas de distribuição radial ou anel.

Proteção e Estrutura de Subestações Compactas Americanas

As subestações compactas americanas são protegidas por uma conexão em série de um protetor de fusível de backup e um fusível plug-in. O protetor de fusível de backup opera apenas quando ocorre uma falha na subestação compacta, protegendo a linha de alta tensão. O fusível plug-in, com fusíveis duplamente sensíveis, dispara quando ocorrem falhas de curto-circuito, sobrecargas ou temperaturas excessivas de óleo no lado secundário. Este método de proteção é econômico, confiável e fácil de operar.

Os terminais de alta tensão da subestação compacta são equipados com soquetes de isolador, conectores de passagem única e conectores de cabo do tipo cotovelo capazes de suportar uma carga de 200 A. As partes vivas estão seladas dentro de isoladores, criando uma estrutura totalmente isolada onde a superfície do terminal não está eletrificada, garantindo a segurança pessoal. Além disso, um para-raios metálico-óxido compósito plug-in pode ser instalado no isolador do tipo cotovelo. Este para-raios é totalmente blindado, totalmente isolado e plug-and-play, garantindo segurança e facilitando a instalação. Acessórios como indicadores de presença de tensão e indicadores de falha também podem ser adicionados.

Características dos Transformadores Compactos

Os transformadores compactos, um novo tipo de transformadores amplamente utilizados nos últimos anos, são caracterizados por fornecimento de energia confiável, estrutura razoável, instalação rápida e flexível, operação conveniente, tamanho pequeno e baixo custo. Eles podem ser usados tanto ao ar livre quanto em ambientes internos, sendo assim amplamente aplicáveis em diversos cenários, como parques industriais, comunidades residenciais, centros comerciais e edifícios altos. Comparados com as subestações compactas nacionais, as subestações compactas americanas têm as seguintes vantagens e características:

• Tamanho Compacto: Seu volume é aproximadamente um terço do das subestações compactas nacionais de mesma capacidade.

• Totalmente Selado e Isolado: Com uma estrutura totalmente selada e isolada, não há necessidade de distâncias de isolamento, garantindo a segurança pessoal e tornando-as adequadas para ambientes de distribuição de energia subterrânea.

• Apliabilidade Versátil: Podem ser usados tanto em aplicações de anel quanto de extremidade, com conversão conveniente, aumentando a confiabilidade do fornecimento de energia.

• Capacidade de Sobrecarga Forte: Podem suportar uma sobrecarga de 2 vezes o valor nominal por 2 horas ou 1,6 vezes por 7 horas sem afetar sua vida útil.

• Baixas Perdas: Suas perdas são menores que as dos transformadores nacionais do tipo S₉.

• Conectores de Cabo Flexíveis: Os conectores de cabo podem suportar uma corrente de carga de 200 A. Em situações de emergência, eles podem funcionar como disjuntores de carga e também possuem as características de disjuntores de seccionamento, proporcionando operação conveniente e flexível.

• Proteção Dupla de Fusíveis: O uso de proteção dupla de fusíveis reduz os custos de operação. Os fusíveis nos fusíveis plug-in são duplamente sensíveis (à temperatura e à corrente).

• Óleo de Ponto de Fulgor Elevado: Usando óleo de ponto de fulgor elevado (óleo R-TEMP com ponto de fulgor de até 312°C), eles podem ser colocados dentro de edifícios sem risco de incêndio.

• Resistência à Corrosão: O corpo do transformador é projetado para resistir à corrosão e tratado com tinta especial, tornando-o adequado para diversos ambientes adversos, como áreas com tempestades frequentes e alta poluição.

• Desempenho Elétrico Superior: Graças à conexão Δ/Y e estrutura trifásica com cinco pernas, eles possuem vantagens notáveis, como alta qualidade de tensão, ponto neutro estável, ausência de aquecimento do corpo, baixo ruído e bom desempenho de proteção contra raios.

• Economia de Terra: Geralmente colocados em cinturões verdes, economizam espaço que seria usado para construir salas de distribuição de energia, melhorando efetivamente a utilização da terra.

Aplicações de Transformadores Compactos
Seleção de Transformadores Compactos

• Seleção de Capacidade: Determinar a capacidade envolve fatores como carga, investimento, perdas e vida útil. Geralmente, com base em atender à máxima carga com margem, uma comparação econômica e técnica é feita entre transformadores de capacidades similares para selecionar o transformador de distribuição com o menor custo total de propriedade. As capacidades nominais das subestações compactas americanas incluem 150, 225, 300, 500, 750, 1000, 1500 e 2000 kVA.

• Seleção de Tipo: As subestações compactas são classificadas em tipo terminal e tipo anel, principalmente determinadas pelo tipo de disjuntor de carga.

• Local de Instalação: Existem dois tipos de óleo isolante nas subestações compactas. Um é o óleo mineral comum, como o óleo de transformador nº 25 doméstico; o outro é o óleo R-TEMP (óleo de ponto de fulgor elevado com ponto de fulgor de 312°C). Subestações compactas preenchidas com óleo R-TEMP (com marcação clara no lado de baixa tensão) podem ser usadas dentro de edifícios, enquanto as preenchidas com óleo comum não podem.

• Personalização do Lado de Baixa Tensão: As subestações compactas americanas geralmente não vêm com proteção de ramificação e medição de baixa tensão. No entanto, interruptores de proteção de ramificação, instrumentos de medição e dispositivos de compensação podem ser adicionados no lado de baixa tensão conforme as necessidades do usuário.

Exemplo de Aplicação Engenhosa

Uma unidade na área urbana de Kunming, que construiu novos edifícios residenciais e de escritórios, selecionou um transformador compacto da empresa americana COOPER. O modelo do transformador é PMT-LO-500, com capacidade nominal de 500 kVA e tensão nominal de 10 kV/0,4 kV. No lado de baixa tensão, foram adicionados três transformadores de corrente, um voltímetro, três amperímetros e quatro chaves de carga de saída de ar, conforme as exigências dos usuários e do departamento de fornecimento de energia. Foram instaladas caixas de ramificação de cabos totalmente isoladas e sem manutenção da COOPER, que podem suportar qualquer ambiente adverso e permitem a inserção e extração sob carga, em ambos os lados da subestação compacta para fornecer energia a cada edifício. A subestação compacta e as caixas de ramificação foram colocadas no cinturão verde, harmonizando bem com o ambiente. Após mais de um ano de operação, tanto o departamento de fornecimento de energia quanto os usuários relataram bons resultados.

Precauções de Uso

Ao selecionar e usar subestações compactas, deve-se prestar atenção ao tipo de subestação compacta, ao tipo de disjuntor de carga e às necessidades do usuário para medidores de baixa tensão.

• Tipos de Subestações Compactas: Existem tipos de anel e de extremidade. Para subestações compactas de anel, o disjuntor de carga pode ser alternado para fornecer energia de alta tensão para a outra extremidade.

• Tipos de Disjuntores de Carga: Os disjuntores de carga são divididos em tipos de 2 posições, 3 posições e 4 posições. Cada tipo de posição tem várias formas. Por exemplo, o tipo de 4 posições inclui o tipo T e o tipo Y, ambos podendo ser usados para alimentação dual. O tipo T pode ser usado em subestações compactas de anel, enquanto o tipo Y só pode ser usado em subestações compactas de extremidade.

• Inspeção de Fusíveis Plug-in em Subestações Compactas Novamente Instaladas: Ao verificar os fusíveis plug-in de subestações compactas recém-instaladas, é necessário observar se o manômetro da subestação compacta indica zero. Se o manômetro não indicar zero, a válvula de exaustão deve ser acionada para liberar o ar antes de inserir ou remover os fusíveis. Caso contrário, o óleo do transformador pode ser pulverizado.

Conclusão

Os transformadores compactos são equipamentos elétricos essenciais para a renovação da rede elétrica urbana, desenvolvimento imobiliário e construção de fornecimento de energia residencial. As subestações compactas americanas tornaram-se a primeira escolha para transformadores de distribuição urbana devido a suas características únicas e preços comparáveis aos dos produtos nacionais. Com seu uso conveniente e inúmeras vantagens, receberam altos elogios da sociedade e dos usuários, tornando-se a direção de desenvolvimento para subestações urbanas de pequena escala.