Tanque de óleo do transformador: estrutura, requisitos e considerações de projeto

Quando as pessoas falam sobre um transformador-imerso em óleo, geralmente se concentram no núcleo, nos enrolamentos, no isolamento ou no sistema de resfriamento. Otanque de óleo do transformadornem sempre recebe a mesma atenção. Mas, na prática, é uma parte muito importante de todo o transformador.

O tanque contém o óleo isolante, protege a parte ativa, suporta equipamentos e acessórios de refrigeração e tem que suportar cargas mecânicas durante a operação e transporte. Para transformadores maiores, seu projeto pode tornar-se surpreendentemente complicado.

Dependendo da aplicação, os tanques de óleo do transformador podem ser usados para transformadores classificados a partir deTransformadores conversores de 6kV, 10kV, 35kV e 66kV a 110kV, 220kV, 330kV, 500kV e ±500kV. Princípios de projeto semelhantes também se aplicam a reatores paralelos de 330kV e 500kV.

Então, o que é um bom tanque de óleo de transformador? Vamos dar uma olhada mais de perto.

A tarefa mais óbvia de um tanque de óleo de transformador écontém o óleo do transformador e protege o núcleo e os enrolamentos. No entanto, isso é apenas parte da história.

O tanque também precisa fornecer resistência mecânica suficiente, manter uma vedação confiável, funcionar com o sistema de resfriamento selecionado e permanecer estável durante o levantamento e transporte.

Os requisitos tornam-se naturalmente mais exigentes à medida que a tensão e a capacidade do transformador aumentam.

Tensão do transformador	Considerações típicas de projeto de tanque de óleo
6kV–10kV	Estrutura compacta, vedação confiável, fabricação econômica e dissipação de calor eficaz
35kV–66kV	Maiores folgas de isolamento, maior resistência mecânica e arranjos de refrigeração adequados
110 kV	Requisitos mais elevados para vedação, resistência ao transporte, disposição das buchas e folgas internas
220 kV	Grande volume de óleo, estrutura de tanque mais forte, blindagem eletromagnética e design de resfriamento sofisticado
330kV–500kV	Construção-reforçada, alta resistência mecânica, deformação de soldagem controlada e blindagem avançada
Transformadores conversores de ±500kV	Construção de tanques em-grande escala, coordenação rigorosa de isolamento, gerenciamento-de fluxo de óleo de resfriamento e considerações de transporte
Reatores paralelos de 330kV/500kV	Alta resistência mecânica, design com-baixas perdas, vedação confiável e controle eficaz de vazamento magnético

Uma coisa que vale a pena ressaltar éresistência ao vácuo. Durante a fabricação do transformador, o tanque pode ser submetido a tratamento a vácuo para secagem e enchimento de óleo. Um tanque suficientemente forte sob pressão atmosférica normal pode não funcionar bem sob vácuo se sua estrutura não tiver sido projetada adequadamente.

É por isso que a rigidez do tanque, os reforços, a construção do flange e a qualidade da soldagem são importantes.

Existem várias maneiras de classificar os tanques de óleo de transformadores. Dois dos mais práticos são pormétodo de resfriamentoe porforma de tanque.

O sistema de refrigeração tem influência direta no projeto do tanque.

Em um transformador resfriado naturalmente, o calor do núcleo e dos enrolamentos é transferido para o óleo isolante e então liberado através da superfície do tanque, radiadores ou paredes onduladas.

Transformadores maiores costumam usar circulação forçada de óleo. Aqui, bombas e resfriadores externos são adicionados, e o tanque precisa de conexões de entrada e saída de óleo adequadamente projetadas. Dentro do tanque, o óleo também precisa passar pelas áreas certas, em vez de simplesmente circular aleatoriamente.

Os métodos comuns de resfriamento de transformadores incluem:

ONAN- Óleo Natural Ar Natural

ONAF- Óleo Natural Ar Forçado

OFAF- Óleo Forçado Ar Forçado

OFWF- Óleo Forçado Água Forçada

O tanque e o sistema de refrigeração devem ser projetados como um único sistema. Tentar tratá-los como componentes completamente separados pode levar a uma má distribuição do óleo, perdas desnecessárias de pressão ou pontos quentes locais.

O formato do tanque é outra forma comum de classificar tanques de óleo de transformador.

Tanques de parede-planasão comumente usados para transformadores-pequenos e médios. São relativamente simples e podem ser combinados com radiadores externos.

Tanques de parede-onduladause painéis de aço corrugado para aumentar a superfície de resfriamento. As paredes onduladas também podem acomodar alterações no volume de óleo causadas por variações de temperatura.

Para grandes transformadores de potência,tanques-do tipo sino ou com tampa-removívelsão amplamente utilizados. A seção superior do tanque pode ser levantada da seção inferior, dando aos engenheiros acesso ao núcleo e aos enrolamentos durante a montagem, inspeção e manutenção.

Não existe um formato de tanque melhor para cada transformador. A escolha certa depende da capacidade, tensão, método de resfriamento, limites de transporte e requisitos de manutenção.

A estrutura de uma empresa-pequena ou médiatanque de óleo do transformadorgeralmente é bastante simples.

Pode consistir em placas de aço soldadas, tampa do tanque, alças de içamento, pontos de aterramento, conexões do radiador, componentes de drenagem e enchimento de óleo, interfaces de termômetros e aberturas de buchas.

Para transformadores de distribuição compactos, o próprio tanque também pode contribuir significativamente para a dissipação de calor. Paredes onduladas, por exemplo, fornecem área de resfriamento adicional sem exigir um grande número de painéis radiadores externos.

Ainda assim, simples não significa sem importância.

Soldagem inadequada, deformação do flange ou superfícies irregulares podem causar problemas de vedação. Um pequeno vazamento de óleo pode não parecer sério à primeira vista, mas pode eventualmente permitir a entrada de umidade no transformador ou reduzir o nível de óleo.

Grandes transformadores de potência são uma história diferente.

Um tanque grande pode incluir o corpo do tanque principal, a tampa do tanque, a seção superior-do tipo sino, radiadores, bombas de óleo, resfriadores, conexões do conservador, dispositivos de alívio-de pressão, torres de buchas, caixas de cabos, estruturas de elevação e acessórios de transporte.

E todas essas partes precisam funcionar juntas.

O tanque deve suportar uma massa muito grande, mantendo a precisão dimensional. Ele também deve suportar vibrações durante o transporte, forças de elevação durante a instalação e condições de pressão ou vácuo durante a fabricação e operação.

Para transformadores de 220kV, 330kV e 500kV, o tanque não é, portanto, apenas uma caixa de aço fabricada. É uma estrutura mecânica cuidadosamente projetada.

Vários detalhes podem afetar a confiabilidade de um tanque transformador. Alguns são fáceis de ignorar durante o estágio inicial de design.

As bordas do tanque, especialmente ao redor do flange, são importantes tanto para resistência quanto para vedação.

Um flange precisa de rigidez suficiente para evitar deformação excessiva quando os parafusos são apertados. Se o flange dobrar, a compressão da junta poderá tornar-se irregular e poderá ocorrer vazamento.

Tanques grandes podem precisar de bordas reforçadas ou reforços adicionais. Os procedimentos de soldagem também devem ser controlados cuidadosamente porque o calor da soldagem pode causar deformação.

Grandes transformadores precisam de estruturas de elevação e suspensão fortes e confiáveis.

Os olhais de elevação e os pontos de elevação devem ser posicionados de acordo com o centro de gravidade do transformador e as cargas de elevação esperadas. O projeto não deve considerar apenas o peso estático. Cargas dinâmicas durante o manuseio e transporte também precisam ser levadas em consideração.

Para transformadores muito grandes, o transporte pode ser uma parte importante do trabalho de engenharia. O tanque pode sofrer vibração e aceleração durante o transporte rodoviário ou ferroviário, portanto a estrutura precisa ser projetada de acordo.

Os flanges são usados para tampas de tanques, radiadores, válvulas, conservadores, buchas e outros componentes.

Uma conexão de flange bem-projetada deve fornecer resistência adequada e, mais importante, manter a compressão uniforme da gaxeta ao longo do tempo.

O projeto do flange geralmente considera:

Resistência mecânica

Capacidade do parafuso

Compressão da junta

Precisão de soldagem

Tolerâncias de usinagem

Desempenho de vedação-de longo prazo

A própria junta também deve ser compatível com o óleo do transformador e a temperatura operacional esperada.

O vazamento de óleo é uma das coisas que os fabricantes de transformadores definitivamente desejam evitar.

Possíveis pontos de vazamento incluemflanges da tampa-do tanque, conexões do radiador, válvulas, interfaces de buchas, tampas de inspeção e juntas de tubos.

Por esse motivo, a vedação deve ser considerada desde o início do processo de projeto do tanque. Não deve ser tratado como um detalhe de montagem final.

A qualidade da soldagem também é importante aqui. Soldas ruins podem se tornar pontos de vazamento, especialmente quando o tanque está sujeito à pressão do óleo, mudanças de temperatura ou condições de vácuo.

Uma boa vedação também ajuda a manter a umidade fora do transformador. Isso é especialmente importante para transformadores de alta-tensão porque a umidade pode ter um efeito significativo no desempenho e no envelhecimento do isolamento.

A parte ativa deve ficar na posição correta dentro do tanque.

Isto se torna particularmente importante durante o transporte. Grandes transformadores podem sofrer vibrações, aceleração e cargas de impacto, e o núcleo e o conjunto do enrolamento não devem se mover desnecessariamente.

As estruturas de posicionamento proporcionam restrição mecânica, evitando estresse excessivo na parte ativa.

A estrutura também precisa ser prática. Deve permitir a montagem e manutenção sem dificultar desnecessariamente o trabalho no transformador.

Para transformadores que utilizam circulação forçada de óleo, o óleo precisa chegar aos locais certos.

Não basta instalar uma bomba e presumir que o problema de refrigeração está resolvido.

A má distribuição interna do óleo pode deixar certas áreas do enrolamento insuficientemente resfriadas, criando pontos quentes locais mesmo quando a taxa geral de fluxo do óleo parece aceitável.

Placas guia, divisórias e canais de fluxo podem ser usados para direcionar o óleo através das regiões necessárias. Seu projeto deve ser coordenado com os cálculos térmicos do transformador.

Idealmente, o sistema deve proporcionar uma boa distribuição de óleo, mantendo as perdas de pressão sob controle.

O fluxo magnético de vazamento dos enrolamentos pode entrar no tanque de aço. Isso pode criar correntes parasitas nas paredes do tanque, levando a perdas adicionais e aquecimento localizado.

O problema se torna mais perceptível em transformadores de grande-capacidade.

A blindagem magnética pode ser instalada em áreas onde o fluxo de fuga é particularmente forte. A blindagem adequada ajuda a reduzir perdas parasitas e a evitar o aumento excessivo da temperatura do tanque.

No entanto, a blindagem não é simplesmente uma questão de adicionar placas metálicas onde quer que haja vazamento de fluxo. A geometria, o material, a posição e o arranjo de aterramento precisam ser considerados cuidadosamente.

A blindagem eletromagnética está intimamente relacionada à blindagem magnética, mas as duas não são exatamente a mesma coisa.

Cabos-de alta corrente, buchas, extremidades de enrolamentos e outros componentes podem produzir campos eletromagnéticos concentrados. Esses campos precisam ser considerados ao projetar o tanque e seu sistema de blindagem.

Para grandes transformadores de potência, a simulação eletromagnética pode ser útil para identificar áreas com alta densidade de fluxo e possíveis problemas de perda-parasita.

A análise-de elementos finitos, por exemplo, pode ajudar os engenheiros a fazer ajustes antes da fabricação do tanque. Geralmente isso é muito mais fácil do que tentar consertar um problema de aquecimento depois que o transformador já foi construído.

O ruído do transformador vem de diversas fontes, incluindo magnetostrição do núcleo, forças eletromagnéticas e vibração mecânica.

O tanque pode transmitir essa vibração e irradiá-la como ruído audível.

Isso pode se tornar uma preocupação real quando os transformadores são instalados perto de edifícios residenciais, hospitais, instalações comerciais, data centers ou outras áreas-sensíveis a ruído.

A rigidez do tanque, a disposição dos reforços e os caminhos de transmissão de vibração devem, portanto, ser considerados durante a fase de projeto.

A redução de ruído não significa necessariamente tornar o tanque extremamente espesso. Em muitos casos, um projeto estrutural mais inteligente pode controlar a vibração sem adicionar peso desnecessário.

Buchas e juntas de tubos são interfaces importantes entre o tanque do transformador e o equipamento externo.

Um riser de bucha precisa fornecer suporte mecânico adequado enquanto mantém as distâncias de isolamento elétrico necessárias. Também precisa levar em conta as tolerâncias de instalação e a expansão térmica.

As juntas de tubos para radiadores, conservadores, resfriadores e válvulas devem ser dispostas de modo que a instalação e a manutenção permaneçam práticas.

Em grandes transformadores, este layout também afeta as dimensões de transporte. Uma conexão que funcione perfeitamente dentro da fábrica pode criar problemas quando o transformador tiver que passar por uma rota de transporte estreita.

Assim, novamente, os requisitos mecânicos, elétricos e de transporte devem ser considerados em conjunto.

O desenho de umtanque de óleo do transformadorenvolve muito mais do que selecionar a espessura correta da chapa de aço.

Resistência mecânica, desempenho térmico, fluxo de óleo, vedação, efeitos eletromagnéticos, vibração e processos de fabricação estão todos conectados.

Fator de projeto	Objetivo principal
Resistência mecânica	Suportar cargas de operação, elevação e transporte
Rigidez do tanque	Reduza a deformação sob pressão de óleo e vácuo
Selagem	Evite vazamento de óleo do transformador e entrada de umidade
Projeto térmico	Fornece dissipação de calor e resfriamento adequados
Fluxo de óleo	Garanta o resfriamento eficaz dos enrolamentos e do núcleo
Blindagem magnética	Reduza as perdas parasitas e o aquecimento local do tanque
Projeto eletromagnético	Controle o fluxo de vazamento e os efeitos eletromagnéticos
Controle de ruído	Reduza a vibração e o ruído irradiado do transformador
Projeto de flange	Mantenha uma vedação confiável-de longo prazo
Estrutura de elevação	Fornece manuseio e instalação seguros
Estrutura de posicionamento	Proteja a parte ativa durante o transporte
Layout de tubo e riser	Atenda aos requisitos mecânicos, elétricos e de manutenção
Fabricação	Controle a deformação da soldagem e as tolerâncias dimensionais

Para transformadores de alta-tensão, esses fatores ficam ainda mais intimamente conectados. Uma alteração na estrutura do tanque pode afetar o fluxo de óleo. Uma alteração na disposição das buchas pode afetar as folgas de isolamento e as dimensões de transporte. Uma mudança no arranjo de blindagem pode afetar perdas parasitas.

Em outras palavras, o projeto do tanque faz parte do projeto do transformador-e não é uma reflexão tardia.

À medida que a capacidade e a tensão do transformador aumentam, o tanque de óleo se torna um componente de engenharia mais exigente.

Um transformador de 500kV, por exemplo, pode conter uma grande quantidade de óleo isolante e ter dimensões muito substanciais. O tanque pode precisar acomodar vários radiadores ou resfriadores, bombas de óleo, buchas, equipamentos-de alívio de pressão, conexões do conservador e acessórios de transporte.

Ao mesmo tempo, altos níveis de corrente podem aumentar o fluxo de fuga e as perdas parasitas. Áreas próximas às extremidades dos enrolamentos e aos condutores de{1}}alta corrente podem, portanto, precisar de análise eletromagnética e blindagem adicionais.

ParaTransformadores conversores de ±500kV, os requisitos são ainda mais exigentes. Esses transformadores são normalmente muito grandes e o projeto do tanque precisa levar em consideração a coordenação do isolamento, o desempenho do resfriamento, a carga térmica, a resistência mecânica e as condições de transporte.

O mesmo se aplica aReatores paralelos de 330kV e 500kV. Seus tanques de óleo devem suportar efeitos eletromagnéticos, vibração, resfriamento, vedação e cargas de transporte, mantendo a resistência mecânica necessária.

Mesmo um tanque bem{0}}projetado pode causar problemas se a qualidade de fabricação não for boa o suficiente.

A qualidade da chapa de aço, a precisão do corte, os procedimentos de soldagem, a usinagem de flanges, as tolerâncias dimensionais, os testes de vazamento e o tratamento de superfície têm um impacto direto no produto acabado.tanque transformador.

A soldagem merece atenção especial. Muito calor pode causar deformação, enquanto a penetração inadequada ou a má qualidade da solda podem causar vazamentos.

Após a fabricação, os tanques do transformador podem passar por testes de vazamento, inspeções dimensionais e outras verificações de qualidade. Estas inspeções ajudam a verificar se o tanque é adequado para a parte ativa, radiadores, buchas e outros componentes.

Para grandes transformadores de exportação, as dimensões de transporte também devem ser verificadas cuidadosamente. Os pontos de içamento, pontos de elevação e acessórios de transporte precisam ser projetados para a rota real e o método de manuseio-e não simplesmente adicionados no final da produção.

Transformador Yaweiprojeta e fabrica transformadores-imersos em óleo e estruturas de tanques de suporte para diferentes níveis de tensão e aplicações.

Otanque de óleo do transformadorpode ser projetado de acordo com a capacidade do transformador, classe de tensão, método de resfriamento, ambiente de instalação, condições de transporte e requisitos do cliente.

Para transformadores de distribuição menores, o foco normalmente está na construção compacta, no resfriamento eficaz e na vedação confiável. Para grandes transformadores de potência, o projeto se torna mais abrangente, abrangendo resistência mecânica, fluxo de óleo, blindagem eletromagnética, controle de ruído, elevação e transporte.

Desde tanques de transformadores padrão até estruturas personalizadas para transformadores de alta-tensão e grande{1}}capacidade, o tanque precisa funcionar como parte do sistema completo de transformadores.

Para o seu próximotanque de óleo do transformador, transformador{0}}imerso em óleo ou projeto de transformador de potência-de alta tensão, o Yawei Transformer pode fornecer suporte de engenharia e fabricação com base nos requisitos técnicos específicos da aplicação.

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