Um transformador de subestação é um componente crucial no sistema de energia elétrica, desempenhando um papel vital no intensificação ou desativando os níveis de tensão para garantir a transmissão e distribuição de energia eficiente e segura. Como fornecedor de transformador de subestação líder, estou animado para compartilhar com você como esses dispositivos notáveis funcionam.
O princípio básico de um transformador
No coração de um transformador de subestação está o princípio da indução eletromagnética, que foi descoberta por Michael Faraday em 1831. Segundo esse princípio, um campo magnético em mudança pode induzir uma força eletromotiva (EMF) em um condutor próximo. Em um transformador, esse princípio é usado para transferir energia elétrica de um circuito para outro através de um campo magnético, sem qualquer conexão elétrica direta entre os dois circuitos.
Um transformador consiste em duas ou mais bobinas de fio, conhecidas como enrolamentos, que são enrolados em torno de um núcleo comum feito de um material magnético como o ferro. O enrolamento conectado à fonte de energia é chamado de enrolamento primário, enquanto o enrolamento conectado à carga é chamado de enrolamento secundário. Quando uma corrente alternada (CA) flui através do enrolamento primário, cria um campo magnético em mudança no núcleo. Esse campo magnético em mudança induz um EMF no enrolamento secundário, o que faz com que uma corrente alternada flua no circuito secundário.
Etapa - Up and Step - Down Transformers
Os transformadores de subestações podem ser classificados em transformadores de etapa e degrau - os transformadores para baixo com base em sua função.
Etapa - Up Transformers
Em uma usina de geração de energia, a eletricidade é normalmente gerada com uma tensão relativamente baixa, geralmente na faixa de 11 kV a 33 kV. No entanto, para a transmissão de energia de distância longa, é mais eficiente transmitir eletricidade em altas tensões, normalmente na faixa de 110 kV a 765 kV. Isso ocorre porque a perda de energia em uma linha de transmissão é proporcional ao quadrado da corrente que flui através dela (p = i²r, onde p é a perda de energia, i é a corrente e r é a resistência da linha). Ao aumentar a tensão e reduzir a corrente, a perda de energia pode ser significativamente reduzida.
Um transformador de etapa - é usado para aumentar a tensão da tensão do gerador à tensão de transmissão. O número de voltas no enrolamento secundário de um transformador de etapa é maior que o número de voltas no enrolamento primário. De acordo com a equação do transformador, v₁/v₂ = n₁/n₂, onde v₁ e v₂ são as tensões nos enrolamentos primário e secundário, respectivamente, e n₁ e n₂ são o número de voltas nos enrolamentos primário e secundário, respectivamente. Então, quando n₂> n₁, v₂> v₁.
Etapa - Transformadores Down
Na extremidade receptora da linha de transmissão, a eletricidade de alta tensão precisa ser deixada de renunciar a uma tensão mais baixa para distribuição para os consumidores. A tensão é levada pela primeira vez da tensão de transmissão para uma tensão de transmissão sub -transmissão (por exemplo, 33 kV ou 66 kV) em uma subestação primária. Em seguida, em uma subestação de distribuição, a tensão é reduzida ainda mais para uma tensão de utilização, como 400 V para aplicações industriais e comerciais de três fases ou 230 V para aplicações residenciais de fase única.
Um transformador de etapa - Down tem menos voltas no enrolamento secundário do que no enrolamento primário. Usando a equação do transformador novamente, quando n₂ <n₁, v₂ <v₁.
Componentes de um transformador de subestação
Um transformador de subestação é um dispositivo complexo composto por vários componentes -chave:
Essencial
O núcleo é feito de um material magnético, geralmente lençóis de aço de silício laminado. Laminar o núcleo ajuda a reduzir as perdas de corrente de Foucault, causadas pelas correntes induzidas que circulavam dentro do núcleo. O núcleo fornece um caminho de baixa relutância para o fluxo magnético, garantindo uma transferência eficiente de energia entre os enrolamentos primário e secundário.
Enrolamentos
Os enrolamentos são feitos de condutores de cobre ou alumínio de alta condutividade. Eles são cuidadosamente projetados e isolados para suportar as altas tensões e correntes. Os enrolamentos primários e secundários são enrolados ao redor do núcleo em uma configuração específica para atingir a taxa de transformação de tensão desejada.
Tanque
Os enrolamentos e o núcleo do transformador estão imersos em um tanque cheio de óleo isolante. O óleo isolante serve a dois propósitos principais: fornece isolamento elétrico entre os enrolamentos e o núcleo e ajuda a dissipar o calor gerado durante a operação do transformador. O tanque geralmente é feito de aço e é projetado para ser vazamento - prova.
Sistema de resfriamento
Durante a operação, um transformador gera calor devido às perdas nos enrolamentos e no núcleo. Para evitar superaquecimento, é necessário um sistema de refrigeração. Existem vários tipos de sistemas de resfriamento, incluindo o petróleo - ar natural - natural (ONAN), óleo - ar natural - forçado (ONAF), óleo - ar forçado - forçado (OFAF) e água forçada - forçada (OFWF). A escolha do sistema de refrigeração depende do tamanho e da classificação do transformador.
Toque em trocador
Um trocador de torneira é usado para ajustar a taxa de tensão do transformador. Permite o ajuste fino da tensão de saída para compensar variações na tensão de entrada ou alterações na carga. Existem dois tipos de trocadores de torneira: ON - Carregar Changers (OLTC) e Off - Carregar Changers Tap (OLTC). ON - Os trocadores de tapa de carga podem ser operados enquanto o transformador é energizado, enquanto desligado - os trocadores de tapa de carga exigem que o transformador seja energizado para ajuste.
O processo de trabalho de um transformador de subestação
Quando o enrolamento primário de um transformador de subestação é conectado a uma fonte de energia CA, uma corrente alternada flui através do enrolamento primário. Essa corrente cria um campo magnético no núcleo, que varia em magnitude e direção com a frequência do suprimento CA.
A mudança de campo magnético no núcleo induz uma EMF no enrolamento secundário, de acordo com a lei de indução eletromagnética de Faraday. A magnitude do EMF induzido no enrolamento secundário depende do número de voltas no enrolamento secundário, da taxa de mudança do fluxo magnético e das propriedades magnéticas do núcleo.
Como o enrolamento secundário é conectado a uma carga, o EMF induzido faz com que uma corrente alternada flua no circuito secundário. A energia transferida do circuito primário para o circuito secundário é dada por p₁ = p₂ (negligenciando perdas), onde P₁ é a potência no circuito primário e P₂ é a energia no circuito secundário. Como P = VI, se a tensão for intensificada no enrolamento secundário, a corrente no enrolamento secundário será proporcionalmente reduzida e vice -versa.
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Referências
- Sistemas de energia elétrica: análise e controle de Claudio A. Cañizares
- Engenharia do sistema de energia por Nagrath e Kothari
- Transformers: Design, Tecnologia e Aplicação de Badrul H. Chowdhury