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IEC 60076-15: transformadores de potência isolados a gás

Essa norma internacional, editada pela IEC em 2015, aplica-se aos transformadores de potência monofásicos isolados a gás (incluindo os autotransformadores), com exceção de certas categorias de transformadores de pequenas potências ou especiais.

13/04/2016 - Equipe Target

Transformadores isolados a gás

A IEC 60076-15:2015 - Power transformers - Part 15: Gas-filled power transformers aplica-se aos transformadores de potência monofásicos isolados a gás (incluindo os autotransformadores), com exceção de certas categorias de transformadores de pequenas potências e especiais, Isso inclui os transformadores monofásicos com potência nominal inferior a 1 kVA e trifásicos com menos de 5 kVA, os transformadores que não têm enrolamentos com tensão nominal superior a 1.000 V; os transformadores instrumentais; os transformadores de tração montados em material circulante; os transformadores de partida; os transformadores de ensaio; e os transformadores para soldagem.

Esta segunda edição da IEC 60076-15 anula e substitui a primeira edição publicada em 2008 e se constitui em uma revisão técnica. Houve várias alterações, como a modificação em conformidade com as normas revisadas relacionadas, como a IEC 60076-1, a IEC 60076-2, a IEC 60076-3 e itens relacionados ao gás SF6. Igualmente, foi adicionada a cláusula de potência mínima em módulos de refrigeração alternativos, uma cláusula de segurança, meio ambiente e outros requisitos.

Se não existem normas IEC para algumas categorias de transformadores (especialmente os desprovidos de enrolamentos para mais de 1.000 V e para aplicações industriais), esta parte pode ser aplicada, na totalidade ou em parte. Esta norma não especifica requisitos que podem fazer um transformador adaptado para ser instalado em uma posição acessível ao público.

A demanda crescente de energia elétrica em grandes cidades fez com que as subestações de grande escala fossem enterradas no subsolo em áreas urbanas superpovoadas, levando à grande demanda por transformadores isolados a gás de alta capacidade não combustíveis e não explosivos, a partir do ponto de vista da prevenção de acidentes e compacidade do equipamento. Alinhado com esta exigência, vários tipos de transformadores isolados a gás de alta capacidade foram desenvolvidos.

O tipo com resfriamento com gás forçado foi considerado disponível para aproximadamente 60 MVA, enquanto todos os outros transformadores isolados a gás com classificações mais altas são resfriados com líquido. Mas o tipo com resfriamento com líquido possui a desvantagem de uma estrutura complexa para o resfriamento.

O gás usado é o hexafluoreto de enxofre (SF6), transparente, inodoro, não inflamável e quimicamente estável. Isto significa que à temperatura de quarto não reage com qualquer outra substância. A estabilidade vem do arranjo simétrico dos seis átomos de fluoreto em torno do átomo central de enxofre.

É esta estabilidade que faz este gás útil em equipamentos elétricos. O SF6 é um isolador elétrico muito bom e pode efetivamente extinguir os arcos eléctricos nos aparelhos de alta e media tensão enchidos com SF6.

O SF6 é formado por uma reacção química entre enxofre fundido e fluoreto. O fluoreto é obtido pela eletrólise de ácido de fluorídrico (HF). O SF6 puro não é venenoso. O gás não é perigoso ao inalar, uma vez que o conteúdo de oxigénio é bastante alto.

Em princípio, pode-se inalar sem perigo uma mistura de 80% de oxigénio e 20% de SF6. O SF6 é aproximadamente seis vezes mais pesado do que o ar. Isso significa que pode concentrar-se em canalizações de cabos ou no fundo de depósitos. O gás não é perigoso ao inalar mas se há uma acumulação importante do gás, há um risco de sufocação devido à falta de oxigénio.

Os transformadores imersos SF6 apresentam aspectos construtivos próprios. O núcleo magnético é formado pelo empacotamento da chapa magnética, sem pinos de aperto e sustentado por uma estrutura de perfilado de ferro. Os enrolamentos são isolados com materiais sintéticos e podem ser do tipo bobina ou do tipo em banda de cobre, conforme a intensidade da corrente elétrica que os atravessa.

O material isolante elétrico e o condutor de calor utilizado para promover o isolamento elétrico e o arrefecimento do transformador é SF6. Trata-se de um gás que, como isolante elétrico, tem um valor de rigidez 2,5 vezes superior à rigidez do ar à pressão atmosférica, e que apresenta uma boa regeneração da rigidez dielétrica, depois de submetido a ruptura pelo arco elétrico.

Este gás, como condutor térmico, apresenta um elevado calor especifico, o que facilita o transporte do calor dos enrolamentos onde se desenvolve para a superfície da cuba onde se dissipa. O SF6 não é solúvel em água e não liberta elementos tóxicos ou perigosos quando aquecido, pelo que não apresenta agressividade ambiental.

Todo o gás utilizado no transformador está contido na cuba, com um valor de pressão pequeno (1 a 4 bar). Por isso, a cuba não necessita de respeitar as normas construtivas para recipientes submetidos a elevadas pressões, registrando-se mesmo casos de utilização do alumínio na construção dessa cuba. Como o gás tem uma dupla função de isolante elétrico 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 do gás pode traduzir por uma maior potência nominal ou por um menor atravancamento do transformador.

O arrefecimento do transformador pode ser feito por convecção natural do gás ou por circulação forçada de outro líquido refrigerante, que pode estar ou não estar em contacto direto com o hexafluoreto de enxofre. Devido à utilização do hexafluoreto de enxofre e de lâminas de isolantes sintéticos no isolamento dos enrolamentos do transformador, que são materiais isolantes com constante dielétrica diferente das habituais, as distâncias entre os enrolamentos e entre subenrolamentos e as dimensões dos calços de separação dos enrolamentos vêm alteradas, o que, sendo uma particularidade construtiva, não chega a influenciar o valor das dimensões globais do transformador.

FONTE: Equipe Target

Baseado nos documentos visitados

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