Materiais de Isolamento para Transformadores em Óleo-Mergulhado e Tipo Seco

Isolamento em Transformadores Imersos em Óleo

Nos transformadores imersos em óleo contemporâneos, o isolamento das bobinas de alta tensão segue uma abordagem amplamente adotada. Geralmente, o fio é revestido com esmalte, e papel kraft é inserido entre cada camada da bobina. Esta combinação fornece isolamento elétrico confiável e proteção mecânica para as bobinas de alta tensão, protegendo-as contra quebras elétricas e danos físicos.

Para as bobinas de baixa tensão, uma estratégia de isolamento diferente é empregada. Aqui, os condutores em fita podem ser deixados expostos, com isolamento de papel colocado entre as camadas. Este método equilibra a eficiência custo-benefício e os requisitos de isolamento necessários para aplicações de baixa tensão.

No entanto, o cenário dos materiais de isolamento para condutores em fita nas bobinas de baixa tensão está evoluindo. A prática tradicional de envolver condutores em fita com papel está sendo gradualmente substituída. Revestimentos e embalagens de polímeros sintéticos feitas de tecido sintético estão emergindo como alternativas preferenciais. Esses materiais modernos oferecem maior durabilidade, melhores propriedades de isolamento elétrico e resistência aprimorada a fatores ambientais, em comparação com o isolamento de papel tradicional.

A incorporação de fios, tiras e condutores em fita de alumínio, junto com revestimentos de esmalte, apresentou desafios únicos aos fabricantes de transformadores de distribuição. O alumínio possui uma propriedade distinta: quando exposto ao ar, forma espontaneamente uma camada de óxido isolante em sua superfície. Este revestimento de óxido autogerado pode impedir a condutividade elétrica. Portanto, sempre que são necessárias conexões elétricas usando condutores de alumínio, os fabricantes devem desenvolver métodos eficazes para remover esta camada de óxido ou evitar sua formação nos pontos de conexão. Isso requer uma seleção cuidadosa de materiais, processos de fabricação precisos e medidas rigorosas de controle de qualidade para garantir o funcionamento confiável de transformadores de distribuição com componentes baseados em alumínio.

Desafios e Soluções com Condutores de Alumínio em Transformadores, e Isolamento em Transformadores Secos

Desafios e Manejo de Condutores de Alumínio em Transformadores Imersos em Óleo

Além disso, o alumínio de grau para condutor elétrico possui uma textura notavelmente macia. Quando submetido a apertos mecânicos, é altamente suscetível a problemas como fluxo a frio e expansão diferencial. O fluxo a frio refere-se à deformação lenta do alumínio macio sob estresse mecânico ao longo do tempo, enquanto a expansão diferencial ocorre quando o alumínio se expande ou contrai a uma taxa diferente de outros componentes no conjunto, potencialmente levando a conexões soltas ou falhas mecânicas.

Para atender às necessidades de conectividade dos fios de alumínio, vários métodos especializados de emenda foram desenvolvidos. A soldagem pode ser usada, embora exija técnicas específicas de soldagem e fluxos para garantir uma boa ligação. Outra abordagem comum é a crimpagem, que envolve o uso de crimpas especiais. Estas crimpas são projetadas para penetrar tanto no revestimento de esmalte do fio quanto na camada de óxido naturalmente formada na superfície do alumínio. Ao fazer isso, elas estabelecem uma conexão elétrica confiável. Além disso, selam as áreas de contato do oxigênio, prevenindo a oxidação adicional e garantindo a integridade de longo prazo da conexão.

Para condutores em tira ou fita de alumínio, a soldagem TIG (tungstênio gás inerte) oferece uma solução de junção eficaz. Este processo de soldagem usa um eletrodo de tungstênio não consumível e um escudo de gás inerte para criar uma ligação forte e de alta qualidade entre os componentes de alumínio. Além disso, tiras de alumínio também podem ser unidas a conectores de cobre ou alumínio através de técnicas de soldagem a frio ou crimpagem. A soldagem a frio, em particular, cria uma ligação de estado sólido sem a necessidade de derreter os materiais, o que é benéfico para manter as propriedades mecânicas e elétricas dos condutores. Mesmo para fazer conexões por parafusos em alumínio macio, desde que a área de junção seja meticulosamente limpa para remover qualquer óxido ou contaminantes, pode-se alcançar uma conexão segura e condutiva eletricamente.

Materiais de Isolamento em Transformadores Secos

No campo dos transformadores secos, uma prática padrão é aplicar um selante ou revestimento protetor nas bobinas usando resina ou verniz. Isso serve como proteção contra diversos fatores ambientais adversos, como umidade, poeira e gases corrosivos, todos os quais podem degradar gradualmente as propriedades de isolamento das bobinas do transformador e comprometer o desempenho e a vida útil geral do transformador.

Os meios de isolamento utilizados para as bobinas primária e secundária de transformadores secos podem ser classificados nas seguintes categorias distintas:

• Bobina Moldada: Neste tipo, a bobina é embutida em resina moldada, o que proporciona uma estrutura de isolamento robusta e durável. A resina moldada não apenas encapsula os condutores, mas também oferece excelente resistência mecânica e isolamento elétrico, tornando-a adequada para aplicações onde são necessários alta confiabilidade e proteção.

• Encapsulado sob Vácuo-Pressão: Este método envolve o encapsulamento das bobinas sob condições de vácuo-pressão. Ao remover o ar e outros contaminantes do processo de isolamento, garante uma camada de isolamento mais uniforme e sem vazios, melhorando o desempenho elétrico e térmico do transformador.

• Impregnado sob Vácuo-Pressão: Aqui, as bobinas são imersas em resina isolante sob vácuo-pressão. Este processo permite que a resina penetre profundamente na estrutura da bobina, preenchendo todas as lacunas e poros. Como resultado, fornece isolamento aprimorado e capacidades de dissipação de calor, contribuindo para o funcionamento eficiente do transformador.

• Revestido: Técnicas simples de revestimento envolvem a aplicação de uma camada de material isolante, como verniz ou um composto de revestimento especializado, diretamente sobre as bobinas. Este tipo de isolamento é relativamente simples e econômico, adequado para aplicações onde são necessários requisitos de isolamento menos rigorosos.

Bobina Moldada

No método de isolamento de bobina moldada, a bobina é primeiro reforçada conforme necessário ou posicionada em um molde. Em seguida, é moldada em resina sob condições de vácuo-pressão. Este processo oferece várias vantagens significativas. Como a bobina está totalmente encoberta por isolamento sólido, reduz efetivamente os níveis de som durante a operação. Além disso, o processo de moldagem sob vácuo-pressão preenche a bobina com resina, eliminando completamente qualquer vazio. Esses vazios, se presentes, poderiam levar a descargas de coroa, que podem degradar o isolamento e causar problemas elétricos ao longo do tempo. Com seu sistema de isolamento sólido, a bobina moldada possui resistência mecânica excepcional, permitindo-lhe suportar estresses mecânicos. Também tem grande resistência a curto-circuito, garantindo desempenho confiável durante falhas elétricas. Além disso, este tipo de bobina é altamente resistente à umidade e contaminantes, protegendo os componentes internos do transformador e prolongando sua vida útil.

Encapsulado sob Vácuo-Pressão

Para o isolamento encapsulado sob vácuo-pressão, a bobina é embutida em resina sob vácuo-pressão. Semelhante ao processo de bobina moldada, o encapsulamento da bobina com resina desta maneira remove efetivamente quaisquer vazios que poderiam dar origem a descargas de coroa. Como resultado, a bobina beneficia de excelente resistência mecânica, permitindo-lhe suportar choques mecânicos e vibrações. Também exibe alta resistência a curto-circuito, garantindo operação estável durante condições elétricas anormais. Este método de isolamento fornece proteção robusta contra a intrusão de umidade e contaminantes, mantendo a integridade da bobina e o desempenho geral do transformador.

Impregnado sob Vácuo-Pressão

Na técnica de isolamento impregnado sob vácuo-pressão, a bobina é permeada com verniz sob vácuo-pressão. O processo de impregnação reveste a bobina completamente, criando uma camada protetora que a protege da umidade e contaminantes. Isso ajuda a preservar as propriedades elétricas e mecânicas da bobina, garantindo o funcionamento confiável do transformador em várias condições ambientais. Embora o nível de proteção possa ser relativamente menos abrangente em comparação com alguns outros métodos, ainda oferece suficiente proteção para muitas aplicações.

Revestido

A abordagem de isolamento revestido envolve mergulhar a bobina em verniz ou resina. Uma bobina revestida fornece um nível básico de proteção contra umidade e contaminantes, tornando-a adequada para uso em ambientes moderados onde o risco de exposição a elementos severos é relativamente baixo. Embora não ofereça o mesmo nível de proteção que métodos de isolamento mais elaborados, é uma solução econômica e direta para aplicações com requisitos de isolamento menos exigentes.