Metodologia para dimensionamento do projeto dielétrico de transformadores

Abstract

Transformadores de potência são equipamentos importantes do sistema de transmissão e distribuição de energia porque são responsáveis por transferir grandes quantidades de energia no Sistema Interligado Nacional. Considerando esta condição, este trabalho propõe uma metodologia de projeto dielétrico de elementos da parte ativa do transformador para que seja possível a operação com elevada confiabilidade através de uma margem de segurança adequada. Para isto, esta metodologia é baseada na análise do comportamento dielétrico dos sistemas de isolamento de transformadores utilizando ferramentas de mapeamento de distribuição do campo elétrico interno ao transformador. Com os valores de campo elétrico disponíveis, obtidos analítica ou numericamente dependendo da complexidade da geometria analisada, é implementado o método de estresse elétrico cumulativo. Este método identifica o ponto de máxima amplitude e reordenas os demais valores de campo elétrico da linha de provável ruptura em ordem decrescente. Depois, compara estes valores reordenados com uma curva de estresse elétrico limite pré-determinada, a qual foi definida estatisticamente com fundamentação empírica. A relação entre os valores obtidos na análise com os valores limite definidos pela curva estabelece a margem de segurança da configuração analisada. A metodologia proposta neste trabalho foi aplicada no projeto de um transformador de potência trifásico isolado a óleo. Foram mapeados e avaliados os principais pontos de estresse elétrico nos elementos potencializados da parte ativa para obter um projeto dielétrico do transformador com uma margem de segurança otimizada.

Abstract: Power transformers are important equipment of the power transmission and distribution system because they are responsible for transferring large amounts of energy into the National Interconnected System. Considering this condition, this work proposes a dielectric design methodology of elements of the active part of the transformer so that it is possible to operate with high reliability through an adequate safety margin. For this, this methodology is based on the analysis of the dielectric behavior of transformer isolation systems using mapping tools of distribution of the electric field internal to the transformer. With the available electric field values, obtained analytically or numerically depending on the complexity of the analyzed geometry, the cumulative electric stress method is implemented. This method identifies the maximum amplitude point and reorders the other electric field values of the likely break line in descending order. It then compares these reordered values with a predetermined limit electrical stress curve, which was statistically defined on an empirical basis. The relationship between the values obtained in the analysis and the limit values defined by the curve establishes the safety margin of the analyzed configuration. The methodology proposed in this work was applied to the design of an oil insulated three phase power transformer. The main electrical stress points were mapped and evaluated in the active part of the potentialized elements to obtain a transformer dielectric design with an optimized safety margin.