Ficha prática n.º13: máquinas elétricas estáticas

FORMAÇÃO

revista técnico-profissional

o electricista

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Manuel Teixeira e Paulo Peixoto Formadores da ATEC - Academia de Formação

ficha prática n.º 13

{MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS}

Na ficha anterior foi apresentada a teoria de transformadores, a sua constituição, onde se pôde destacar os núcleos de transformadores monofásicos. Nesta, tal como enunciado, faremos uma breve abordagem acerca de núcleos de transformadores trifásicos, disposição de enrolamentos, transformadores secos e em sf6.

NÚCLEO PARA TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS Usam-se, como nos monofásicos, núcleos de colunas e couraçados.

Um núcleo de colunas pode considerar-se realizado pela reunião de três núcleos monofásicos. Para manter a simetria do circuito magnético, aparecem como formas as exemplificadas a seguir.

A desigualdade dos trajectos dos fluxos da coluna central em relação às colunas laterais, dá lugar a que, para se manterem simétricos os fluxos, as forças magnetomotrizes não o serão. A assimetria é porém pequena. Note-se que, por outro lado, independentemente de os fluxos serem simétricos a sua soma é sempre nula, dado não haver colunas de retorno e o fluxo magnético ser conservativo. Daí a designação de núcleo de fluxos ligados. Na seguinte figura, mostrase como se realiza o empilhamento das camadas sucessivas de chapas quando se usam juntas imbricadas.

b)

Sendo os fluxos devidos a cada fase simétricos, a sua soma é:

b’)

b) camadas ímpares b’) camadas pares

φ1+φ2+φ3 = 0 Pelo que a coluna central da figura acima (esquerda) é dispensável, justificando-se a da direita por ser mais simples de realizar, dada a construção laminada. Além disso esta construção aligeira o peso em relação a três núcleos monofásicos distintos.

Qualquer das duas construções indicadas é, porém, laboriosa em relação à dos núcleos monofásicos. No intuito de simplificar a construção, o núcleo de colunas trifásico tem a seguinte forma:

O núcleo couraçado trifásico resulta da reunião de três monofásicos:

Camadas ímpares

Camadas pares

Os enrolamentos neste caso, são montados nas colunas centrais pelo que os trajectos dos fluxos são os seguintes:

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PRÁTICAS DE ELECTRICIDADE 37

O risco de explosão dos óleos minerais torna-os inconvenientes para o uso em transformadores que se destinam a locais onde esse risco possa agravar-se devido a qualquer factor ambiente.

Para substituir o óleo, nestes casos, existem líquidos sintéticos da família dos hidrocarbonetos clorados. Estes compostos não são voláteis, nem combustíveis, nem explosivos e são suficientemente fluidos para circular livremente à volta dos enrolamentos. Têm grande rigidez dieléctrica e podem como o óleo, desempenhar funções isolantes e refrigerantes. Têm várias designações comerciais como as de piranol, inerteen, clorextol.

TRANSFORMADORES EM SF6 Durante a última década foram publicados nas mais diversas revistas vários artigos sobre os problemas de desenvolvimento dos transformadores imersos em gás. Surgiram, assim, vários artigos apresentados por equipas de investigação japonesas tratando dos problemas ligados aos transformadores imersos em hexafluoreto de enxofre (SF6). Recentemente, surgiu o anúncio do fabrico e da venda deste tipo de transformadores na Europa.

Em certos países o aumento do consumo de energia eléctrica obrigou ao aumento de redes existentes, e criou a necessidade de colocar o transformador mais perto do centro de consumo, ou seja, em áreas densamente habitadas e onde o preço do terreno é muito elevado.

Esta localização aumentou, também, as exigências de segurança, principalmente quanto ao comportamento do transformador durante um incêndio: tornou-se necessário que os materiais constituintes do transformador não contribuíssem para a combustão durante o incêndio, e que o aquecimento desses materiais não libertasse produtos que originassem dificuldades à actuação dos bombeiros.

Como solução para estes novos problemas, procurou-se um liquido isolante incombustível que aquecido não libertasse gazes agressivos para o ambiente ou para a saúde dos técnicos que com eles tivessem de contactar. Na superação das dificuldades encontradas surgiram e desenvolveram-se os transformadores de isolantes secos como os transformadores encapsulados em resina e os transformadores imersos em gás.

Os transformadores encapsulados em resina apresentam várias vantagens, mas têm os inconvenientes de não terem isolamento autoregenerador e de não apresentarem segurança ao toque acidental.

Tais inconvenientes são ultrapassados pelos comportamentos do transformador imerso em SF6.

Como todo o transformador hermético, os órgãos activos e o fluido isolante encontram-se contidos numa cuba, não sendo necessário um conservador. Mas, como a pressão do gás é pequena (1 a 4 bar), não é necessário que a cuba tenha uma construção resistente a altas pressões; registando-se mesmo casos de utilização do alumínio na construção dessa cuba. Também todo o gás contido na cuba, não

sendo necessário um conservador como nos transformadores imersos em óleo, o que reduz o atravancamento do transformador. Como o gás tem dupla função de isolante eléctrico e de condutor térmico, através do valor da respectiva pressão e do método de refrigeração consegue-se uma grande variedade de soluções construtivas e características nominais: um aumento da pressão pode traduzir-se por uma maior potência nominal ou por um menor atravancamento do transformador.

Muitas das vantagens deste tipo de transformador hermético são inerentes à utilização do SF6 como gás isolante. O SF6 apresenta uma boa regeneração da rigidez dieléctrica e um calor específico elevado.

Este gás não é agressivo para o ambiente, nem na fase de fabrico nem durante o funcionamento do transformador. No fim da vida útil, os materiais constituintes do transformador podem ser reciclados.

O tempo de vida útil pode ser grande, porque os materiais isolantes utilizados neste tipo de transformador são quimicamente estáveis e não apresentam problemas de envelhecimento.

Devido à utilização do SF6 e de lâminas isolantes sintéticas no isolamento dos enrolamentos do transformador, materiais isolantes com constantes dieléctricas diferentes das habituais, as distâncias entre enrolamentos e entre sub-enrolamentos e as dimensões dos calços de separação dos enrolamentos vêm alteradas, mas sem influenciar o valor das dimensões globais do transformador.

Qualquer produto resultante da decomposição do gás devido a descargas será neutralizado no interior da cuba do transformador. Mesmo que ocorra uma falha interna será de esperar apenas um ligeiro aumento da pressão do gás, o que pode ser resolvido pela válvula de sobrepressão existente na cuba do transformador. Os transformadores em SF6 são apresentados como isentos de manutenção.

Estes transformadores são aplicados numa vasta gama de potência de 100 kVA e 10 kV até 63 MVA e 110 kV, podendo ter arrefecimento por convexão natural ou por circulação forçada através de um líquido refrigerante. Aconselha-se a aplicação de transformadores em SF6 em áreas densamente povoadas e com pouco espaço disponível, reabilitação com aumento de potência de instalações existentes, em instalações que exijam uma boa capacidade de sobrecarga, em ambientes agressivos (indústria química e metalúrgica), e em instalações com manutenção reduzida.

Atendendo a que um transformador em SF6 ocupa menos 30% de espaço apresenta-se como valor típico da sua aplicação uma redução de 15% no custo global de uma subestação, apesar deste tipo de transformador ser mais caro que o tradicional transformador imerso em óleo.

Na próxima Ficha Prática serão deduzidas as equações de funcionamento de um transformador monofásico, evidenciados os vários ensaios que podem ser feitos com máquinas estáticas e aprofundado o estudo sobre transformadores trifásicos.