Desenvolvimento e Características Técnicas de Transformadores Secos em Diferentes Regiões

Antes dos anos 1960, os transformadores secos principalmente utilizavam isolamento da Classe B em designs de ventilação aberta, com o modelo de produto designado como SG. Naquela época, as bobinas de folha ainda não estavam disponíveis, então as bobinas de baixa tensão eram geralmente construídas usando condutores multicabos em configurações em camadas ou espirais, enquanto as bobinas de alta tensão adotavam um design do tipo disco. Os condutores usados eram fios duplamente envoltos em fibra de vidro ou fios simplesmente envoltos em fibra de vidro com revestimento de verniz alquidio.

A maioria das outras componentes de isolamento era feita de materiais de fibra de vidro fenólica. O processo de impregnação envolvia o uso de verniz de isolamento da Classe B para impregnar as bobinas de alta e baixa tensão em temperatura e pressão ambiente, seguido de secagem a temperatura média (com temperaturas não excedendo 130°C). Embora esse tipo de transformador seco representasse uma melhoria significativa na resistência ao fogo em comparação com os transformadores imersos em óleo, seu desempenho em termos de resistência à umidade e poluição era inadequado.

Como resultado, a produção deste tipo foi descontinuada. No entanto, o design bem-sucedido de seus cálculos elétricos, magnéticos e térmicos, juntamente com sua disposição estrutural, estabeleceu uma base sólida para o desenvolvimento subsequente de novos transformadores secos de ventilação aberta com isolamento da Classe H.

Nos Estados Unidos, certos fabricantes, como a FPT Corporation na Virgínia, desenvolveram transformadores secos usando o material aramida NOMEX® da DuPont como principal isolante. A FPT oferece dois modelos de produtos: o tipo FB, com sistema de isolamento classificado em 180°C (Classe H), e o tipo FH, classificado em 220°C (Classe C), com elevações de temperatura nas bobinas de 115K (125K na China) e 150K, respectivamente. As bobinas de baixa tensão usam bobinamento em folha ou em camadas multicabos, com isolamento entre voltas e camadas feito de NOMEX®.

As bobinas de alta tensão são do tipo disco, com condutores envoltos em papel NOMEX®. Em vez de blocos espaçadores convencionais entre os discos de bobina, são usados espaçadores em forma de pente, efetivamente reduzindo pela metade a tensão de pico entre os discos e aumentando significativamente a resistência a curto-circuito axial das bobinas de alta tensão — embora isso aumente a complexidade do enrolamento e o tempo de fabricação. As bobinas de alta e baixa tensão são enroladas concêntricamente para melhorar a resistência mecânica. Alguns designs também incorporam placas de isolamento de NOMEX® como espaçadores e blocos.

Os cilindros de isolamento entre os enrolamentos de alta e baixa tensão são feitos de papelão NOMEX® com espessura de 0,76 mm. O processo de impregnação utiliza múltiplos ciclos de impregnação sob vácuo e pressão (VPI) seguidos de secagem a alta temperatura (alcançando 180–190°C). Na FPT, esses transformadores são fabricados com uma tensão nominal máxima de 34,5 kV e uma capacidade máxima de 10.000 kVA. Essa tecnologia recebeu certificação UL nos Estados Unidos.

Na China, alguns fabricantes de transformadores adotaram os materiais de isolamento NOMEX® da DuPont e especificações de fabricação relevantes (como HV-1 ou HV-2) junto com padrões técnicos de transformadores Reliatran® para produzir transformadores secos do tipo SG com isolamento da Classe H, semelhantes ao tipo FB da FPT. No entanto, diferentemente da FPT, os fabricantes domésticos geralmente impregnam apenas as bobinas, e não o conjunto inteiro do transformador. Embora a impregnação total do corpo forneça um selo geral melhor, é menos atraente visualmente e requer que todos os testes de produto sejam concluídos antes do tratamento. Além disso, o verniz de impregnação é mais suscetível à contaminação, tornando a impregnação apenas das bobinas uma escolha mais prática e razoável no contexto chinês.

Na Europa, o desenvolvimento de transformadores secos tomou um caminho mais diversificado. Além das tecnologias de moldagem a vácuo com resina epóxi e enrolamento, outros tipos surgiram, incluindo transformadores encapsulados sólidos não moldados do tipo SCR e transformadores secos do tipo SG de ventilação aberta, semelhantes aos da China. Nos anos 1970, um fabricante sueco desenvolveu transformadores secos de ventilação aberta usando isolamento NOMEX®. Mais tarde, outro fabricante substituiu o NOMEX® por fibra de vidro e DMD, reduzindo os custos de material.

A estrutura da bobina lembrava os produtos iniciais com isolamento da Classe B, com bobinas de baixa tensão em camadas multicabos ou bobinadas em folha e bobinas de alta tensão do tipo disco. O isolamento entre voltas era feito de fibra de vidro, e os espaçadores eram cerâmicos. Outras componentes de isolamento usavam laminados de tecido de vidro com resina de éter difenil modificado (para cilindros) ou laminados de tecido de vidro com poliamida-imida modificado (para cilindros), DMD, SMC e materiais similares. O método de processamento da bobina empregava VI (impregnação a vácuo) sem aplicação de pressão durante a impregnação.

Aspectos técnicos-chave deste processo incluem a seleção adequada do verniz de impregnação (resina) e parâmetros de processo, bem como a produção de peças cerâmicas. Cerâmicas comuns são frágeis, não vitrificadas, suscetíveis à umidade e propensas a rachaduras sob tensões desiguais ou gradientes térmicos. Portanto, devem possuir densidade e dureza muito altas — qualidades atualmente alcançáveis apenas com materiais importados.