O Que é um Transformador de Aterramento?
Um transformador de aterramento cria um ponto neutro artificial para sistemas trifásicos que não possuem neutro acessível, como redes conectadas em triângulo ou conectadas em estrela não aterradas em 6 kV, 10 kV, 12,47 kV, 13,8 kV, 24 kV, 33 kV ou 35 kV.
É mais comumente construído com uma conexão zigzag, porque cada enrolamento de fase é dividido em duas metades enroladas em diferentes colunas do núcleo.
Em condições normais, o transformador consome apenas uma pequena corrente de magnetização. Durante uma falta monofásica à terra, no entanto, a estrutura zigzag oferece baixa impedância de sequência zero, permitindo que a corrente de sequência zero flua através do ponto neutro e possibilitando a operação correta da bobina de supressão de arco, do resistor de aterramento do neutro ou do relé de proteção.
Os transformadores de aterramento são tipicamente dimensionados para operação prolongada em vazio e regime de falta de curta duração, como 10 s, 30 s ou 60 s.
Transformadores de Aterramento Imersos em Óleo vs. Tipo Seco
| Item de comparação |
Transformador de aterramento imerso em óleo |
Transformador de aterramento a seco |
| Isolamento e refrigeração |
O óleo do transformador fornece isolamento e refrigeração por circulação de óleo |
Refrigeração a ar com resina epóxi, isolamento VPI ou isolamento à base de Nomex |
| Segurança contra incêndio |
O óleo é combustível; os riscos de vazamento e incêndio devem ser gerenciados |
Sem óleo, baixo risco de incêndio; adequado para ambientes internos e áreas com grande concentração de pessoas |
| Capacidade de sobrecarga |
Forte sobrecarga de curto prazo e estabilidade térmica |
Limitada pelo aumento da temperatura do enrolamento; frequentemente requer ventilação ou refrigeração por ar forçado |
| Adaptabilidade ambiental |
Boa resistência à umidade, condensação e poluição; adequado para subestações externas |
Sensível a poeira, condensação e névoa salina, a menos que seja especialmente tratado; o grau de proteção IP e a classe ambiental devem ser verificados |
| Capacidade e tensão típicas |
Adequado para potências nominais maiores e tensões de sistema mais altas, incluindo aplicações de 33 kV e 66 kV |
Mais comum em potências nominais pequenas e médias; produtos típicos estão disponíveis até cerca de 3150 kVA, com potências nominais mais altas dependendo do fabricante e do método de refrigeração |
| Custo inicial |
Geralmente menor para a mesma potência nominal |
Geralmente maior devido ao isolamento sólido e ao processo de fabricação |
| Manutenção |
Requer verificação do nível de óleo, teste de óleo, inspeção de vazamentos e manutenção periódica |
Basicamente livre de manutenção; principalmente inspeção visual, monitoramento de temperatura e limpeza |
| Instalação |
Geralmente externa; pode exigir uma fossa de contenção de óleo ou dique |
Pode ser instalado em ambientes internos, frequentemente próximo aos quadros de distribuição ou dentro de subestações compactas |
| Aplicações típicas |
Subestações externas, usinas fotovoltaicas/eólicas, redes industriais, sistemas de 33/66 kV |
Salas de quadros internas, edifícios, centros de dados, hospitais, túneis, estações de metrô, plantas químicas |
Quando escolher um transformador de aterramento imerso em óleo?
Escolha o tipo imerso em óleo quando:
- A instalação é ao ar livre, como uma subestação convencional, usina fotovoltaica, parque eólico ou pátio de manobras industrial.
- A tensão do sistema é relativamente alta, por exemplo, 33 kV ou 66 kV.
- O transformador de aterramento deve suportar uma alta corrente de falta à terra de curta duração ou operar sob temperatura ambiente elevada.
- O projeto é sensível ao CAPEX e possui pessoal de manutenção qualificado.
- Longa vida útil, alta inércia térmica e confiabilidade comprovada ao ar livre são priorizadas.
Quando escolher um transformador de aterramento do tipo seco?
Escolha o tipo seco quando:
- O equipamento é instalado em ambiente interno, em um subsolo, edifício, túnel, estação de metrô, centro de dados, hospital ou planta química.
- As regulamentações de proteção contra incêndio restringem ou proíbem equipamentos preenchidos com óleo.
- Os requisitos ambientais são rigorosos e o risco de vazamento de óleo deve ser evitado.
- O local possui recursos de manutenção limitados.
- A potência é pequena ou média, tipicamente para sistemas de distribuição de 6 kV, 10 kV, 12,47 kV, 13,8 kV ou 35 kV.
- A unidade do tipo seco é especificada com uma classe ambiental apropriada, como C2 para baixa temperatura, E2 para umidade/poluição e F1/F0 para desempenho contra incêndio.
Nota: Transformadores de aterramento do tipo seco podem ser usados em ambientes costeiros ou corrosivos, mas somente quando o sistema de isolamento, a carcaça, a distância de fuga e o tratamento anticorrosivo forem devidamente especificados. Eles não são automaticamente superiores às unidades imersas em óleo em áreas com névoa salina.
Equívocos Comuns
- “O tipo seco é sempre mais caro.”
Não necessariamente. As unidades do tipo seco geralmente têm um preço de compra mais alto, mas podem reduzir obras civis, custos de proteção contra incêndio, requisitos de espaço interno e carga de trabalho de manutenção. Para projetos internos, o custo total de propriedade pode ser competitivo.
- “Transformadores imersos em óleo não podem ser usados em ambientes internos.”
Podem, mas geralmente são necessárias proteções adicionais contra incêndio, contenção de óleo, ventilação e distância de segurança. Em muitos projetos de edificações, o tipo seco continua sendo a escolha mais simples.
- “Qualquer transformador pode ser usado como transformador de aterramento.”
Não. Um transformador de distribuição padrão não fornece a mesma baixa impedância de sequência zero que um transformador de aterramento em ziguezague. Usar um transformador normal para conectar uma bobina de supressão de arco geralmente limita a capacidade utilizável a cerca de 20% da potência do transformador, enquanto um transformador de aterramento em ziguezague pode utilizar 90%–100% de sua capacidade para fins de aterramento.
Principais Parâmetros a Especificar
Ao preparar uma folha de dados ou consulta, estes parâmetros devem ser claramente definidos:
- Tensão do sistema e tensão máxima do equipamento, por exemplo, 12 kV, 13,8 kV, 24 kV, 33 kV ou 36 kV.
- Frequência do sistema, 50 Hz ou 60 Hz.
- Tipo de ligação, tipicamente ZNyn ou ZN, dependendo se um enrolamento auxiliar secundário é necessário.
- Impedância de sequência zero, que deve ser determinada por estudo de sistema, limitação de corrente de falta e coordenação de aterramento do neutro. Transformadores de aterramento em ziguezague são projetados para baixa impedância de sequência zero, mas o valor exato deve ser especificado caso a caso.
- Corrente nominal de falta à terra, por exemplo, 200 A, 400 A, 600 A ou 1200 A.
- Duração da falta, como 10 s, 30 s ou 60 s.
- Potência contínua em kVA, se o transformador de aterramento também fornecer uma carga auxiliar da subestação.
- Método de aterramento do neutro, incluindo bobina de supressão de arco, resistor de aterramento do neutro ou aterramento direto/por reatância.
- Nível de isolamento / BIL, de acordo com os requisitos da IEC, IEEE ou da concessionária local.
- Relação X/R do sistema e capacidade de curto-circuito, para garantir a correta capacidade de suportabilidade térmica e dinâmica.
- Altitude, especialmente para instalações acima de 1000 m.
- Harmônicos ou condições de carga não linear, se o transformador de aterramento também suportar carga auxiliar.
- Grau de proteção IP da carcaça e nível de ruído, particularmente para instalações internas.
- Classe ambiental, especialmente para unidades do tipo seco: classe de temperatura, classe de umidade, classe de poluição e grau de proteção IP.
- Normas aplicáveis, como IEC 60076-6, IEC 60076-11, IEEE C57.32-2015 (inativa-reservada a partir de março de 2026), IEEE C62.92, GB/T 1094.6 e GB/T 10228.
Fornecedor de transformadores de aterramento
Regra geral de seleção
- Locais internos, com restrições de incêndio, de baixa manutenção ou ambientalmente sensíveis → transformador de aterramento do tipo seco.
- Locais externos, de alta tensão, alta corrente de curto-circuito, uso intensivo ou sensíveis a CAPEX → transformador de aterramento imerso em óleo.
A decisão final não deve ser baseada apenas no preço de compra. Deve considerar o ambiente de instalação, o código de incêndio, a coordenação da impedância de sequência zero, a duração da falha, a capacidade de manutenção e o custo total de propriedade.
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