Projeto e Implementação de Transformador Especial com Regulação Automática de Capacidade

1. Introdução

A energia é essencial para o funcionamento e desenvolvimento da sociedade. Para atender às políticas nacionais de conservação de energia e redução de emissões, é necessário melhorar a utilização de recursos, que é crucial para as empresas de energia. As atualizações em várias etapas das redes rurais impulsionam o desenvolvimento dos transformadores de distribuição. Apesar de sua alta eficiência, os transformadores amplamente utilizados ainda enfrentam perdas significativas no geral devido a problemas de capacidade e uso; 70% das perdas nas redes de média e baixa tensão vêm dos transformadores de distribuição. As redes rurais têm cargas concentradas e afetadas pela estação, com grandes diferenças entre pico e vale, o que reduz as taxas de carga média dos transformadores. O uso de transformadores com regulagem de capacidade nessas áreas ajuda a ajustar a capacidade à carga, garantindo operação econômica e segura, reduzindo sobrecargas e desperdício de energia. O design de um transformador especial com auto-regulação de capacidade oferece avanços técnicos e valor prático/teórico.

2. Mecanismo de Geração de Perdas nos Transformadores

Os transformadores, fundamentais nas redes de distribuição para a distribuição de energia e ajuste de tensão/corrente, sofrem grandes perdas de potência durante a operação normal, compreendendo perdas de curto-circuito (carga) e perdas sem carga.

A perda de curto-circuito (perda de carga) ocorre quando a corrente nominal flui pelos enrolamentos sob carga. Detectada por meio de testes de curto-circuito (aplicando uma tensão baixa ao primário, medindo a corrente nominal no secundário, ignorando a perda do núcleo), ela aproxima-se da perda de cobre. Essa perda varia com a carga, limitada pelos coeficientes de carga e pela perda de curto-circuito nominal.

3. Design e Implementação do Transformador Especial com Auto-Regulação de Capacidade
3.1 Estrutura do Transformador com Regulação de Capacidade

O transformador de distribuição com mudança de derivação D - Y adotado utiliza diferentes modos de enrolamento para operações de grande e pequena capacidade: delta (D) para grande capacidade, estrela (Y) para pequena capacidade (chamado de conversão estrela-delta). Seus enrolamentos de baixa tensão combinam fios de 27% de voltas e 73% de voltas, com a seção transversal deste último sendo ~1/2 daquele.

3.2 Realização da Auto-Regulação de Capacidade

Transformadores com auto-regulação de capacidade sob carga dependem de módulos de controle automático: aquisição de dados, armazenamento, transformadores, interação homem-máquina, alimentação de energia e loops de E/S. Os transformadores de tensão e corrente coletam sinais; circuitos analógicos com microprocessadores os processam. Os dados processados são armazenados na memória para interfaces externas ou futuras trocas. A Figura 1 mostra a composição do sistema de controle automático.

3.3 Processo de Controle do Sistema de Controle Automático

A corrente analógica do transformador com regulação de capacidade e a tensão do lado secundário são coletadas pelo controlador de regulação de capacidade sob carga. Combinado com a quantidade de estado do interruptor de regulação de capacidade, pode-se implementar julgamento numérico de acordo com as características e parâmetros operacionais do objeto controlado. Em seguida, determina-se se as condições para executar a tarefa estão atendidas com base nas condições de controle reais.

Se as condições forem atendidas e for necessária a ajuste da capacidade do transformador de distribuição, o programa mudará para o módulo de tarefas para ajuste da capacidade do transformador. Após completar a tarefa de ajuste de capacidade, ele entrará em outros módulos de funções auxiliares. Se as condições para a execução da tarefa não forem atendidas, ou não houver necessidade imediata de ajustar a capacidade do transformador, o programa entrará diretamente em outros módulos de funções auxiliares. A Figura 2 mostra o diagrama de fluxo do sistema de controle automático.

3.4 Estrutura de Hardware do Sistema de Controle Automático de Regulação de Capacidade Sob Carga

A estrutura de hardware do sistema de controle automático de regulação de capacidade sob carga consiste principalmente em uma unidade de aquisição de sinal, uma unidade de comunicação de dados, uma unidade de entrada, uma unidade de saída, um sistema de painel de controle, um cristal de oscilação de energia e um circuito de relógio.

O sistema de regulação de capacidade automática sob carga tem alta resistência a interferências e confiabilidade de hardware, principalmente porque todos os seus componentes são selecionados com chips de grau industrial. Além disso, a compatibilidade eletromagnética dos componentes e circuitos é considerada durante o design do circuito. Isso garante que o sistema de regulação de capacidade automática sob carga tenha um alto nível de confiabilidade operacional e segurança elétrica, e possa atender aos requisitos de uso mesmo em ambientes elétricos adversos.

4. Conclusão

Nas redes de distribuição, o uso generalizado de um grande número de transformadores de distribuição significa que as perdas atuais nesses transformadores representam uma proporção relativamente alta das perdas totais na rede de distribuição. As cargas elétricas rurais são restritas por condições desfavoráveis, como mudanças sazonais, períodos anuais de utilização curtos e ocorrências frequentes de estados sem carga ou com carga leve. Como resultado, a situação em que a taxa de carga dos transformadores permanece dentro de um intervalo operacional razoável é relativamente rara.

Transformadores com regulação de capacidade podem ajustar-se de acordo com as flutuações de carga e o estado do interruptor de regulação de capacidade. Ao alterar o modo de conexão dos enrolamentos do transformador, eles conferem ao transformador a característica de capacidade ajustável. Portanto, a instalação adequada de transformadores com regulação de capacidade em áreas de redes rurais com grandes cargas e flutuações de tensão frequentes tem um efeito relativamente óbvio na conservação de energia e no controle de perdas no circuito.

Com o desenvolvimento contínuo e progresso das tecnologias de uso de eletricidade, as melhorias funcionais dos transformadores com regulação de capacidade automática sob carga também estão se tornando cada vez mais perfeitas. Acredita-se que os transformadores especiais com regulação de capacidade automática alcançarão novos avanços na direção da conservação de energia e redução de perdas em futuras redes de distribuição.