Oaumento de temperatura de um transformador-secoé um daqueles detalhes técnicos que podem parecer simples em uma folha de dados, mas na verdade dizem muito sobre o desempenho do transformador em operação real.

Sempre que um transformador é energizado, ele produz calor. Parte vem do núcleo magnético, enquanto mais calor geralmente é gerado nos enrolamentos à medida que a carga aumenta. Esse calor tem que sair. Se permanecer preso dentro do transformador, as temperaturas aumentam, o isolamento envelhece mais rapidamente e a confiabilidade pode ser prejudicada com o tempo.

Em termos básicos:

Aumento de temperatura=Temperatura do transformador - Temperatura ambiente

Portanto, se o ar circundante estiver a 40 graus e a temperatura média do enrolamento atingir 140 graus, o aumento da temperatura do enrolamento será de 100 K.

Transformadores-do tipo seco são resfriados porar em vezdo que óleo isolante. Isso torna o fluxo de ar, a ventilação, a construção do enrolamento, os materiais de isolamento e os dutos de resfriamento especialmente importantes. Na prática, o próprio transformador e a sala onde está instalado devem ser considerados como um sistema térmico.

O que causa o aumento de temperatura em um transformador-seco?

Existem diversas fontes de calor, masperda de núcleo e perda de enrolamentosão os grandes.

A perda do núcleo ocorre sempre que o transformador é energizado. Vem principalmente de histerese e correntes parasitas no núcleo magnético. Ao contrário da perda no enrolamento, ela não desaparece quando o transformador está levemente carregado.

A perda do enrolamento está mais intimamente ligada à corrente de carga. O componente resistivo é comumente expresso como:

P = I²R

Vale a pena prestar atenção porque a corrente é elevada ao quadrado. Se a corrente aumentar, o aquecimento do enrolamento pode aumentar muito mais rápido do que você imagina.A 80% da corrente nominal, por exemplo, o componente I²R da perda do enrolamento é aproximadamente 64% do valor da corrente nominal, assumindo que as outras condições permaneçam semelhantes.

Existem tambémperdas perdidas e adicionais. O fluxo de fuga pode induzir correntes em peças estruturais metálicas, criando aquecimento localizado. As correntes harmônicas também podem tornar a situação mais complicada. Equipamentos como sistemas UPS, inversores de frequência-variáveis, inversores solares, carregadores de veículos elétricos e outras cargas{4}eletrônicas de energia podem introduzir harmônicos e aumentar o aquecimento do transformador.

Então, a temperatura final é basicamente um equilíbrio:quanto calor o transformador produz versus quanto calor ele pode eliminar.

A temperatura ambiente também é importante. Um transformador operando em uma sala elétrica quente tem menos margem térmica do que o mesmo transformador instalado em um espaço mais fresco-ventilado.

Aumento de temperatura de transformadores do tipo não-resina seca-

Os transformadores do tipo-seco-sem resina usam sistemas de isolamento que não dependem de encapsulamento completo de resina epóxi. Dependendo do projeto, os enrolamentos podem utilizar verniz, fibra de vidro, Nomex, isolamento de ar ou outros materiais de isolamento sólido.

Como não há uma camada espessa de-resina fundida ao redor dos enrolamentos, o fluxo de ar pode desempenhar um papel particularmente importante. O projeto precisa fornecer espaço suficiente para que o calor se afaste das partes ativas sem criar gargalos térmicos desnecessários.

Superfície de dissipação de calor de transformadores do tipo não-resina seca-

Osuperfície de dissipação de calor de transformadores do tipo não-resina seca-é essencialmente a área disponível para transferir calor para o ar circundante.

O calor gerado no núcleo e nos enrolamentos precisa passar pelo isolamento e pelos componentes estruturais antes de atingir o ar. Um bom projeto térmico proporciona a esse calor um caminho razoavelmente direto para fora do transformador.

Geometria de enrolamentoimporta aqui. Canais de ar radiais e axiais podem ajudar o ar mais frio a entrar nas seções inferiores do transformador, enquanto o ar mais quente sobe e sai pelas seções superiores. Nos transformadores resfriados naturalmente, esta circulação acontece principalmente atravésconvecção.

Parece simples, mas a instalação pode facilmente atrapalhar.

Se um transformador for instalado muito próximo de uma parede, as aberturas de ventilação estiverem bloqueadas ou a sala elétrica tiver má circulação de ar, a temperatura operacional real poderá ser muito mais alta do que o esperado.

Para unidades maiores, o resfriamento-de ar forçado pode ser usado para aumentar o fluxo de ar e fornecer capacidade adicional. Mas simplesmente colocar um ventilador próximo ao transformador não é suficiente. O ar precisa alcançar os caminhos de resfriamento pretendidos dentro do transformador.

Carga térmica de transformadores do tipo não-resina seca-

Ocarga térmica de transformadores do tipo não-resina seca-está principalmente relacionado às suas perdas totais em condições reais de operação.

A perda no núcleo está presente sempre que o transformador é energizado, enquanto a perda no enrolamento muda com a carga. À medida que a corrente se aproxima do valor nominal, o aquecimento do enrolamento aumenta consideravelmente devido à relação I²R.

A própria carga conectada também merece atenção. Um transformador que alimenta uma carga linear simples pode ter um perfil térmico bastante previsível. Um transformador que alimenta equipamentos UPS, inversores-de velocidade variável, retificadores ou outras cargas não lineares pode ser uma história diferente.

As correntes harmônicas podem aumentar perdas adicionais e causar aquecimento extra nos enrolamentos e peças metálicas. Isto é particularmente relevante em centros de dados, instalações industriais, projetos de energias renováveis ​​e instalações de carregamento de veículos elétricos.

Para estas aplicações, a seleção do transformador não deve ser baseada apenas na placa de identificação kVA. O conteúdo harmônico, o perfil de carga, as horas de operação esperadas e o crescimento futuro da carga podem precisar ser considerados.

Aumento de temperatura de transformadores do tipo não-resina seca-

Oaumento de temperatura de transformadores do tipo-seco-sem resinaé determinado pelo equilíbrio entre geração e dissipação de calor.

Quando um transformador é energizado pela primeira vez, sua temperatura aumenta gradualmente. À medida que a diferença de temperatura entre o transformador e o ar circundante aumenta, a dissipação de calor também aumenta. Eventualmente, o transformador atinge uma condição térmica relativamente estável.

Mas a temperatura não é a mesma em todos os lugares.

O núcleo, os enrolamentos, o isolamento, as braçadeiras e os componentes estruturais podem operar em diferentes temperaturas. Algumas seções do enrolamento podem ficar consideravelmente mais quentes que a temperatura média do enrolamento. Essas áreas são geralmente chamadas de pontos quentes.

Esta distinção é importante porque o envelhecimento do isolamento é fortemente influenciado pelas áreas mais quentes. Medir a parte externa do transformador pode fornecer informações úteis durante a manutenção, mas não informa necessariamente o que está acontecendo dentro do enrolamento.

A IEC 60076-11 fornece requisitos para testes de aumento-de temperatura de transformadores do tipo seco. Valores de referência comuns incluem aproximadamente80 K para isolamento Classe B, 100 K para Classe F e 125 K para Classe H, dependendo do padrão aplicável e do projeto do transformador.

Aumento de temperatura de transformadores de resina seca-

Transformadores do tipo-seco de resina, especialmentetransformadores-de resina fundida, use resina epóxi como uma parte importante do sistema de isolamento do enrolamento.

A resina fornece isolamento elétrico e suporte mecânico, ao mesmo tempo que ajuda a proteger os enrolamentos contra umidade, poeira e outros contaminantes ambientais. Ao mesmo tempo, torna-se parte do caminho-de transferência de calor.

Isso significa que as propriedades térmicas da resina são importantes. O mesmo acontece com o arranjo do enrolamento, o tamanho do condutor, a espessura da resina, os dutos de resfriamento e as perdas totais do transformador.

Os transformadores-de resina fundida são comumente usados ​​em edifícios comerciais, plantas industriais, instalações de energia renovável, infraestrutura de transporte e outras aplicações onde a proteção ambiental e o isolamento confiável são importantes.

Aumento de temperatura do núcleo do transformador do tipo-seco de resina

Oaumento de temperatura de um núcleo de transformador-seco de resinavem principalmente deperdas principais.

Histerese e perdas por correntes parasitas-ocorrer sempre que o núcleo estiver energizado. Seu nível depende do material magnético, frequência operacional, densidade de fluxo, espessura da laminação e design geral do núcleo.

Usar aço elétrico de alta{0}}qualidade e manter a densidade do fluxo magnético dentro de uma faixa apropriada pode ajudar a reduzir as perdas no núcleo. Mas reduzir as perdas é apenas parte do trabalho. O calor que resta ainda precisa de um bom caminho para sair do transformador.

Fluxo parasita excessivo ou design magnético deficiente também podem criar aquecimento localizado no núcleo e nos componentes metálicos próximos. É por isso que o design eletromagnético e térmico precisa ser considerado em conjunto e não separadamente.

Durante o teste de aumento de temperatura-de fábrica, o transformador é operado até atingir uma condição térmica estável. Os resultados medidos ajudam a confirmar que ele pode operar nas condições nominais sem exceder os limites especificados.

Aumento de temperatura dos enrolamentos do transformador do tipo-seco de resina

Oaumento de temperatura de enrolamentos de transformadores-secos de resinaé uma das considerações térmicas mais importantes no projeto de transformadores de-resina fundida.

A corrente que flui através dos condutores produz calor. Esse calor precisa então viajar através do isolamento e da resina antes de atingir o ar circundante.

Como resultado, o tamanho do condutor, a densidade da corrente, o arranjo do enrolamento, a espessura do isolamento, as propriedades térmicas da resina, os caminhos de resfriamento e as perdas de carga afetam a temperatura final do enrolamento.

E, novamente, a temperatura dentro de um enrolamento não é perfeitamente uniforme. Um ponto quente interno pode ser significativamente mais quente que a superfície externa da resina.

É por isso que um termômetro infravermelho é útil para verificar as condições externas durante a manutenção, mas não pode, por si só, determinar a temperatura-real do ponto quente interno.

Isto se torna ainda mais importante com cargas exigentes. Maquinários industriais, data centers, equipamentos de energia renovável e sistemas{1}eletrônicos de energia podem criar níveis de carga relativamente altos ou em rápida mudança. Um transformador selecionado para essas aplicações deve ser avaliado com base em seu perfil operacional real e não apenas em sua classificação nominal em kVA.

Aumento de temperatura e classe de isolamento

A classe térmica do isolamento é outra parte importante do cenário-de aumento de temperatura.

Por exemplo, se a temperatura ambiente for 40 graus e o aumento de temperatura especificado for 100 K, a temperatura média do enrolamento seria de aproximadamente 140 graus.

Isso não significa que todos os pontos do enrolamento tenham exatamente 140 graus. Os pontos quentes internos podem ser maiores.

Uma classe de isolamento mais alta proporciona maior capacidade térmica, mas não deve ser interpretada como uma razão para operar deliberadamente o transformador mais quente. Manter as temperaturas operacionais sob controle ainda ajuda a reduzir o envelhecimento do isolamento e proporciona maior margem térmica.

Aumento de temperatura do transformador tipo resina versus não{1}}resina seca-

Os transformadores do tipo-seco-de resina e sem resina podem fornecer desempenho térmico confiável quando projetados corretamente.

Não existe uma regra simples que diga que um tipo sempre apresenta um aumento de temperatura menor.

Um transformador sem-resina bem{0}projetado pode dissipar o calor de maneira eficaz por meio de estruturas de enrolamento abertas e bom fluxo de ar. Enquanto isso, um transformador de{3}resina fundida pode combinar forte proteção mecânica e ambiental com bom desempenho térmico quando sua resina e seu projeto de enrolamento são projetados adequadamente.

A melhor escolha depende da aplicação, ambiente de instalação, sistema de isolamento necessário, condições de carga e especificações do projeto.

Como controlar o aumento da temperatura do transformador do tipo-seco

A ideia básica é bastante direta:gerar menos calor e remover o calor gerado de forma mais eficaz.

Materiais de núcleo-de baixas perdas, condutores dimensionados adequadamente, estruturas de enrolamento otimizadas e canais de resfriamento eficazes podem ajudar a reduzir o aumento de temperatura durante a fase de projeto.

O dimensionamento correto do transformador é igualmente importante. Um transformador que opera continuamente em plena carga ou próximo a ela experimentará naturalmente maior estresse térmico do que um com alguma capacidade disponível.

O ambiente de instalação também é importante. Deve haver espaço suficiente ao redor do transformador para circulação de ar e as aberturas de ventilação devem permanecer desobstruídas. Se o transformador for instalado dentro de uma sala elétrica, o sistema de ventilação ou ar-condicionado da sala deverá ser responsável pelo calor liberado pelo transformador.

Para transformadores projetados para operação AN/AF, o resfriamento com ar-forçado pode fornecer capacidade extra durante períodos de alta demanda. Ventiladores e controles devem ser verificados regularmente para que o resfriamento adicional esteja realmente disponível quando necessário.

A manutenção de rotina pode evitar muitos problemas térmicos evitáveis. O acúmulo de poeira pode restringir o fluxo de ar, enquanto conexões elétricas soltas podem criar pontos quentes localizados. Onde houver presença de cargas não lineares, a verificação das correntes harmônicas também pode ajudar a identificar fontes inesperadas de aquecimento do transformador.

Por que o aumento da temperatura é importante para a vida útil do transformador

A temperatura tem uma relação direta com o envelhecimento do isolamento. A operação contínua em temperaturas excessivas pode acelerar a deterioração do isolamento e eventualmente reduzir a vida útil do transformador.

Ainda assim, o aumento da temperatura não deve ser considerado por si só. Classe de isolamento, temperatura ambiente, carregamento, método de resfriamento e projeto do transformador trabalham juntos.

Ao selecionar um transformador do tipo-seco, é melhor olhar além das classificações básicas de tensão e kVA. Especificações térmicas importantes incluem aumento de temperatura, classe de isolamento, método de resfriamento, perda-sem carga, perda de carga, temperatura ambiente, altitude de instalação, carga harmônica e perfil de carga esperado.

Conclusão

Oaumento de temperatura de transformadores-secosé uma parte importante da avaliação do desempenho e da confiabilidade do transformador. Perdas no núcleo, no enrolamento, parasitas e adicionais criam calor, enquanto a construção do transformador e o ambiente de instalação determinam a eficácia com que esse calor é removido.

Paratransformadores do tipo-seco-sem resina, a superfície de dissipação de calor, o fluxo de ar e os dutos de resfriamento sinuosos desempenham um papel particularmente importante. Paratransformadores-de resina seca, as propriedades térmicas da resina e o design dos enrolamentos encapsulados são igualmente significativos.

O valor do-aumento da temperatura nunca deve ser visto como um valor isolado. Faz muito mais sentido quando considerado juntamente com a classe de isolamento, temperatura ambiente, carga do transformador, método de resfriamento, perdas, altitude e conteúdo harmônico.

Para plantas industriais, edifícios comerciais, projetos de energia renovável, data centers e outras aplicações exigentes, a escolha de um transformador-do tipo seco com o projeto térmico correto pode ajudar a manter as temperaturas operacionais sob controle, retardar o envelhecimento do isolamento e oferecer suporte à operação confiável durante a vida útil do transformador.

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