Requisitos Gerais e Funções dos Sistemas de Resfriamento de Transformadores Elétricos

Requisitos Gerais para Sistemas de Refrigeração de Transformadores

• Todos os dispositivos de refrigeração devem ser instalados de acordo com as especificações do fabricante;

• O sistema de refrigeração com circulação forçada de óleo deve ter duas fontes de alimentação independentes com capacidade de comutação automática. Quando a fonte de alimentação de trabalho falhar, a fonte de alimentação de reserva deve ser ativada automaticamente, emitindo sinais sonoros e visuais;

• Para transformadores com circulação forçada de óleo, quando um refrigerador defeituoso for desconectado, sinais sonoros e visuais devem ser emitidos, e o refrigerador de reserva deve ser ativado automaticamente (manualmente para refrigeração a água);

• Os motores auxiliares de ventiladores, bombas d'água e bombas de óleo devem ter proteção contra sobrecarga, curto-circuito e falta de fase; devem existir dispositivos para monitorar a direção de rotação dos motores das bombas de óleo;

• Para trocadores de calor resfriados a água, a bomba de óleo deve ser instalada no lado de entrada de óleo do refrigerador, garantindo que a pressão do óleo no refrigerador seja maior que a pressão da água em aproximadamente 0,05 MPa em todas as condições (exceto onde especificado de outra forma pelo fabricante). Um plugue de drenagem deve ser fornecido no lado de saída de água do refrigerador;

• Para transformadores com refrigeração a água e circulação forçada de óleo, uma válvula de retenção deve ser instalada na saída de cada bomba de óleo submersa nos refrigeradores;

• Transformadores com refrigeração por circulação forçada de óleo devem ser capazes de controlar a ligação e desligamento dos refrigeradores com base na temperatura e/ou carga.

Função dos Refrigeradores de Transformadores

Quando existe uma diferença de temperatura entre o óleo superior e inferior em um transformador, é formada uma convecção de óleo através do refrigerador. Após ser resfriado no refrigerador, o óleo retorna ao tanque, reduzindo assim a temperatura do transformador.

Métodos de Refrigeração para Refrigeradores de Transformadores

• Método de arrefecimento natural a ar com imersão em óleo;

• Método de arrefecimento forçado a ar com imersão em óleo;

• Método de arrefecimento forçado a água com circulação forçada de óleo;

• Método de arrefecimento forçado a ar com circulação forçada de óleo;

• Método de arrefecimento direcionado com circulação forçada de óleo.

Em subestações de 500 kV, transformadores grandes geralmente adotam o método de arrefecimento forçado a ar com circulação forçada de óleo, enquanto transformadores extra-grandes usam o método de arrefecimento direcionado com circulação forçada de óleo.

Princípio de Funcionamento dos Refrigeradores de Transformadores

Transformadores de energia tradicionais utilizam ventiladores controlados manualmente, com cada transformador geralmente tendo 6 grupos de motores de arrefecimento a ar que precisam ser controlados. Cada grupo de ventiladores opera com relés térmicos, com os circuitos de alimentação dos ventiladores controlados por contatos. Os ventiladores iniciam e param com base em julgamentos lógicos feitos a partir das medições da temperatura do óleo do transformador e das condições de sobrecarga.

Os contatos mecânicos são principalmente acionados por contatos mecânicos manuais. Tal controle tradicional depende exclusivamente da operação manual. No entanto, sua maior desvantagem é que todos os ventiladores devem iniciar e parar simultaneamente, gerando correntes de partida significativas que frequentemente danificam componentes no circuito. Quando as temperaturas variam entre 45 e 55 graus Celsius, todos os ventiladores geralmente operam em capacidade total, resultando em enorme desperdício de energia e criando grandes dificuldades para a manutenção do equipamento.

Sistemas de controle de refrigeração convencionais empregam principalmente componentes como relés, relés térmicos e diversos sistemas de controle lógico baseados em contatos, com lógica de controle altamente complexa. Durante a operação real, os contatadores frequentemente queimam devido à repetida abertura e fechamento de contatos. Além disso, os ventiladores carecem de proteções necessárias, como proteção contra sobrecarga, falta de fase e sobrecorrente, reduzindo a confiabilidade operacional e aumentando os custos de operação na prática.

Componentes dos Refrigeradores de Transformadores com Circulação Forçada de Óleo e Arrefecimento Forçado a Ar

O refrigerador consiste em trocadores de calor, ventiladores, motores, dutos de ar, bombas de óleo e indicadores de fluxo de óleo. Os ventiladores de arrefecimento são usados para exaurir o ar quente emitido pelos trocadores de calor. A bomba de óleo é instalada na parte inferior do refrigerador para circular o óleo do topo do trocador de calor para baixo. O indicador de fluxo de óleo é instalado em uma posição proeminente na parte inferior do refrigerador para facilitar a observação do estado operacional da bomba de óleo pelos operadores.

Funções do Tanque do Transformador e Dispositivos de Refrigeração

O tanque do transformador serve como a carcaça externa do transformador, contendo o núcleo de ferro, as bobinas e o óleo do transformador, além de proporcionar certa dissipação de calor.

A função do dispositivo de refrigeração do transformador é criar uma circulação de óleo através do radiador quando existe uma diferença de temperatura na camada superior de óleo do transformador. Isso permite que o óleo seja resfriado no radiador antes de fluir de volta para o tanque, efetivamente reduzindo a temperatura do óleo do transformador. Para melhorar a eficiência de refrigeração, podem ser adotadas medidas como arrefecimento a ar, arrefecimento forçado a ar com circulação forçada de óleo ou arrefecimento forçado a água com circulação forçada de óleo.