Métodos de Refrigeração de Transformadores | De ONAN a ODWF Explicados
1. Resfriamento a Óleo Imerso Natural (ONAN)
O princípio de funcionamento do resfriamento a óleo imerso natural é transferir o calor gerado no interior do transformador para a superfície do tanque e dos tubos de resfriamento através da convecção natural do óleo do transformador. O calor é então dissipado no ambiente circundante por meio da convecção de ar e condutividade térmica. Este método de resfriamento não requer nenhum equipamento de resfriamento dedicado.
Aplicável a:
Produtos com capacidade até 31.500 kVA e nível de tensão até 35 kV;
Produtos com capacidade até 50.000 kVA e nível de tensão até 110 kV.
2. Resfriamento a Óleo Imerso Forçado por Ar (ONAF)
O resfriamento a óleo imerso forçado por ar baseia-se no princípio do ONAN, com a adição de ventiladores montados na superfície do tanque ou nos tubos de resfriamento. Esses ventiladores aumentam a dissipação de calor através da circulação forçada de ar, aumentando a capacidade e a capacidade de carga do transformador em cerca de 35%. Durante a operação, são geradas perdas como perda de ferro, perda de cobre e outras formas de calor. O processo de resfriamento é o seguinte: primeiro, o calor é transferido por condução do núcleo e das bobinas para suas superfícies e para o óleo do transformador. Em seguida, através da convecção natural do óleo, o calor é continuamente transferido para as paredes internas do tanque e dos tubos radiadores. Depois, o calor é conduzido para as superfícies externas do tanque e dos radiadores. Finalmente, o calor é dissipado no ar circundante através da convecção de ar e radiação térmica.
Aplicável a:
35 kV a 110 kV, 12.500 kVA a 63.000 kVA;
110 kV, abaixo de 75.000 kVA;
220 kV, abaixo de 40.000 kVA.
3. Resfriamento Forçado de Óleo Circulante Forçado por Ar (OFAF)
Aplicável a transformadores com capacidade de 50.000 a 90.000 kVA e nível de tensão de 220 kV.
4. Resfriamento Forçado de Óleo Circulante Forçado por Água (OFWF)
Principalmente usado para transformadores elevadores em usinas hidrelétricas, aplicável a transformadores com nível de tensão de 220 kV ou superior e capacidade de 60 MVA ou superior.
O princípio de funcionamento do resfriamento forçado de óleo circulante e do resfriamento forçado de óleo circulante por água é o mesmo. Quando um transformador principal adota o resfriamento forçado de óleo, bombas de óleo impulsionam o óleo pelo circuito de resfriamento. O resfriador de óleo é especialmente projetado para dissipar calor de forma eficiente, muitas vezes auxiliado por ventiladores elétricos. Ao triplicar a velocidade de circulação do óleo, este método pode aumentar a capacidade do transformador em aproximadamente 30%. O processo de resfriamento envolve bombas submersas de óleo direcionando o óleo para os dutos entre o núcleo ou as bobinas para levar embora o calor. O óleo quente do topo do transformador é então extraído por uma bomba, resfriado no resfriador e devolvido à parte inferior do tanque de óleo, formando um ciclo de circulação forçada de óleo.
5. Resfriamento Forçado de Óleo Dirigido Forçado por Ar (ODAF)
Aplicável a:
75.000 kVA e acima, 110 kV;
120.000 kVA e acima, 220 kV;
transformadores de classe 330 kV e 500 kV.
6. Resfriamento Forçado de Óleo Dirigido Forçado por Água (ODWF)
Aplicável a:
75.000 kVA e acima, 110 kV;
120.000 kVA e acima, 220 kV;
transformadores de classe 330 kV e 500 kV.
Componentes do Resfriador de Transformador com Resfriamento Forçado de Óleo Forçado por Ar
Transformadores de energia tradicionais são equipados com sistemas de ventilação controlados manualmente. Cada transformador geralmente tem seis conjuntos de motores de resfriamento que requerem controle centralizado. A operação dos ventiladores depende de relés térmicos, com seus circuitos de alimentação controlados por contatos. Os ventiladores são ligados ou desligados com base na temperatura do óleo do transformador e nas condições de carga através de julgamento lógico.
Esses sistemas de controle tradicionais requerem intervenção manual significativa e apresentam notáveis desvantagens: todos os ventiladores ligam e desligam simultaneamente, resultando em correntes de partida elevadas que podem danificar componentes do circuito. Quando a temperatura do óleo está entre 45°C e 55°C, é prática comum operar todos os ventiladores em capacidade total, levando a um desperdício significativo de energia e a desafios de manutenção. Os sistemas de controle de resfriamento tradicionais usam principalmente relés, relés térmicos e circuitos lógicos baseados em contatos. A lógica de controle é complexa, e a troca frequente de contatos pode causar queimaduras nos contatos. Além disso, os ventiladores frequentemente carecem de proteções essenciais, como sobrecarga, falta de fase e subtensão, reduzindo a confiabilidade operacional e aumentando os custos de manutenção.
Funções do Tanque do Transformador e do Sistema de Resfriamento
O tanque do transformador serve como a carcaça externa, abrigando o núcleo, as bobinas e o óleo do transformador, além de fornecer alguma capacidade de dissipação de calor.
O sistema de resfriamento do transformador cria a circulação de óleo impulsionada pela diferença de temperatura entre as camadas superior e inferior de óleo. O óleo quente flui através de um trocador de calor onde é resfriado e, em seguida, retornado à parte inferior do tanque, reduzindo efetivamente a temperatura do óleo. Para melhorar a eficiência do resfriamento, podem ser empregados métodos como resfriamento a ar, resfriamento forçado de óleo forçado por ar ou resfriamento forçado de óleo por água.
