Os transformadores de teste de alta tensão (AT) são dispositivos dedicados projetados para gerar alta tensão na frequência da rede elétrica, também chamados simplesmente de transformadores de teste. Classificados como transformadores elevadores, suas principais funções incluem testes de desempenho de isolamento de produtos elétricos, testes de tensão suportável na frequência da rede elétrica e medição de descargas parciais, apresentando uma característica de operação de curto prazo.
A faixa de tensão de operação abrange 0.4 kV a 10 kV no lado primário e pode atingir 100 a 2000 kV ou mais no lado secundário, com capacidade variando de 3 kVA a 9000 kVA. Os transformadores adotam uma estrutura com resfriamento próprio por imersão em óleo ou com isolamento a gás SF₆.
O enrolamento de alta tensão adota um design de bobina em torre multicamadas, geralmente com uma extremidade aterrada, enquanto o enrolamento de baixa tensão é montado externamente. Os modelos com capacidade acima de 10 kVA são equipados com rodas de ferro móveis, apresentando características de tamanho compacto e peso leve. A impedância de tensão de uma única unidade varia de 4.5% a 10%, podendo atingir de 30% a 40% quando várias unidades são usadas em cascata. A forma de onda da tensão de saída é quase senoidal. Os materiais de isolamento do enrolamento utilizam fio de poliéster esmaltado e materiais compósitos resistentes a alta tensão. O corpo do transformador passa por tratamento de secagem a vácuo, e o enchimento com óleo a vácuo é obrigatório para produtos com tensão nominal acima de 100 kV.
- Classificação por Tipo Estrutural
- Transformadores de teste de alta tensão imersos em óleo
Sendo o tipo mais comum, o corpo do transformador é imerso em óleo isolante, que serve tanto como meio isolante quanto como meio de dissipação de calor.
Vantagens: Excelente desempenho de isolamento, grande capacidade, alto nível de resistência à tensão. Adequado para testes de tensão suportável em frequência industrial e amplamente utilizado em usinas de energia, subestações e fabricantes de equipamentos elétricos de alta tensão.
Desvantagens: Grande volume, peso elevado, transporte e instalação relativamente inconvenientes.
- Transformadores de teste de alta tensão do tipo seco
Encapsulados por meio de moldagem ou enrolamento de materiais isolantes sólidos, como resina epóxi, eles não contêm óleo isolante.
Vantagens: Tamanho compacto, leve, não poluente, fácil manutenção, alta resistência à umidade e contaminação. Adequado para testes em laboratório, testes em ambientes internos ou ambientes úmidos.
Desvantagens: Capacidade e tensão nominal limitadas em comparação com os modelos imersos em óleo; custo ligeiramente superior ao dos produtos imersos em óleo com as mesmas especificações.
- Transformadores de teste de alta tensão isolados a gás
Gases isolantes como o hexafluoreto de enxofre (SF₆) ou o nitrogênio são usados como isolantes e meios de refrigeração, selados em um invólucro metálico.
Vantagens: Alto poder de isolamento, boa dissipação de calor, estrutura compacta, sem risco de vazamento de óleo. Adequado para ambientes especiais, como áreas de alta altitude e locais à prova de explosão.
Desvantagens: Requisitos rigorosos para a vedação de gás; é necessário monitoramento regular da pressão do gás durante a operação, o que acarreta custos de manutenção relativamente altos.
- Transformadores de teste de alta tensão do tipo cascata
Composto por múltiplos transformadores de teste individuais conectados em série, uma tensão de saída ultra-alta é alcançada através do aumento gradual da tensão.
Vantagens: Capaz de gerar tensões de saída ultra-altas, variando de centenas de milhares a milhões de volts, atendendo aos requisitos de teste de equipamentos de ultra-alta tensão.
Desvantagens: Estrutura complexa, alta dificuldade na regulação e controle de tensão e requisitos rigorosos para isolamento e projeto de equalização de tensão.
| Alta tensão imersa em óleo Transformador de teste | Transformador de teste de alta tensão a seco | Transformador de teste de alta tensão isolado a gás | Transformador de teste de alta tensão tipo cascata |
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- Classificação por Modo de Regulação de Tensão
Transformadores de teste regulados por autotransformador
Equipados com um autotransformador embutido, eles ajustam a tensão de entrada alterando o número de espiras no enrolamento primário, variando assim a alta tensão de saída.
Vantagens: Estrutura simples, operação fácil e baixo custo. Adequado para cenários de teste com capacidade pequena a média e níveis de tensão baixos.
Transformadores de teste com regulação independente
O corpo do transformador é separado do regulador de tensão, que geralmente adota um regulador de tensão elétrico ou um regulador de tensão por indução.
Vantagens: Alta precisão na regulação de tensão, tensão de saída estável e suporte para controle remoto. Adequado para testes de precisão com grande capacidade e altos níveis de tensão.
III. Classificação por forma de onda/frequência de teste
Transformadores de teste de frequência de potência
Eles geram corrente alternada senoidal de 50Hz/60Hz e são usados para testes de tensão suportável em frequências de rede de equipamentos elétricos. São o tipo mais básico de transformadores de teste.
Transformadores de teste ressonantes em série de frequência variável
Como equipamentos elevadores ressonantes, eles consistem em um transformador de teste, um transformador de excitação, um reator, um divisor de tensão capacitivo e outros componentes para formar um circuito ressonante.
Vantagens: Tamanho compacto, peso leve e alta taxa de utilização da capacidade. Adequado para testes de tensão suportável de objetos capacitivos, como cabos longos, capacitores e geradores, podendo reduzir efetivamente a demanda de capacidade do equipamento de teste.
Transformadores de teste de impulso
Projetados especificamente para gerar tensão de impulso de raio ou tensão de impulso de manobra, eles simulam surtos de sobretensão em sistemas de energia.
Características: Alto pico de tensão de saída instantânea e curta duração. Necessitam ser utilizados com um gerador de tensão de impulso e são aplicados em testes de tensão suportável a impulsos de equipamentos como transformadores e para-raios.
- Outros tipos especiais
Transformadores portáteis de teste de alta tensão: Em sua maioria do tipo seco ou de pequeno porte imersos em óleo, são compactos, leves e fáceis de transportar para testes em campo. Adequados para detecção em campo de linhas de energia e equipamentos de distribuição.
Transformadores de teste CA/CC de dupla função: Capazes de gerar alta tensão CA ou alta tensão CC, comutável por meio de um retificador. Um único dispositivo serve a múltiplos propósitos, economizando investimento em equipamentos.
Introdução básica
Os equipamentos elétricos devem ser submetidos a testes de tensão suportável CA após saírem da fábrica, serem entregues ou passarem por manutenção importante, para avaliar o nível de isolamento do equipamento contra sobretensões na prática. Portanto, os equipamentos de tensão suportável CA devem ser instalados em laboratórios de alta tensão ou locais de teste, tanto nos departamentos de fabricação quanto nos de operação.
Os transformadores de teste de alta tensão, também chamados simplesmente de transformadores de teste, são geralmente transformadores elevadores. Esses transformadores utilizam a alta tensão de frequência industrial induzida em seu lado secundário para realizar testes de desempenho de isolamento em diversos produtos elétricos e materiais isolantes.
Os transformadores de teste são equipamentos elétricos indispensáveis para testes de tensão suportável na manutenção e fabricação de motores, transformadores e produtos elétricos.
As principais aplicações de transformadores de teste incluem testes de tensão suportável em frequência industrial de produtos elétricos, medição de descargas parciais , testes de estabilidade térmica de meios isolantes, etc. Para equipamentos elétricos de média e alta frequência, transformadores de teste com frequências especiais também podem ser usados para testes de tensão suportável e medição de parâmetros elétricos relevantes.
Os transformadores de teste possuem uma grande relação de tensão entre os enrolamentos primário e secundário. A tensão primária varia de 0.4 kV, 3 kV, 6 kV a 10 kV, enquanto a tensão secundária pode ser projetada para 100–2000 kV ou mais, com uma capacidade que varia de 3 kVA a 9000 kVA.
Para testes de equipamentos de energia em campo, geralmente são utilizados transformadores de teste leves; transformadores elevadores de 50 kV são aplicados para testes de tensão suportável de equipamentos de energia, como transformadores de 6 kV e 10 kV; para testes de tensão suportável de equipamentos de energia de alta e ultra-alta tensão com níveis de tensão acima de 35 kV, são adotados transformadores de teste de ultra-alta tensão com tensão superior a 5 vezes a tensão nominal primária do equipamento testado, como transformadores elevadores de 500 kV, 700 kV e 800 kV com níveis de capacidade específicos.
O princípio de funcionamento dos transformadores de teste é o mesmo dos transformadores de potência. As diferenças residem no fato de os transformadores de teste apresentarem alta tensão de operação, curto tempo de serviço e pequena elevação de temperatura, e geralmente não serem equipados com dissipadores de calor. Além disso, os transformadores de teste possuem cargas pequenas, em sua maioria capacitivas, e sua capacitância é relativamente menor do que a dos transformadores de potência.
Diferenciais
Alta tensão: A tensão primária dos transformadores de teste é de 220 V ou 380 V, enquanto a tensão secundária de um único transformador de teste geralmente atinge vários milhares a dezenas de milhares de volts. Transformadores de teste com tensão secundária superior a 750 kV geralmente adotam uma estrutura em cascata com múltiplas unidades.
Baixa corrente: A corrente nominal dos transformadores de teste é, na verdade, a corrente capacitiva do objeto de teste, sendo geralmente inferior a 1 A. No entanto, transformadores de teste utilizados para testes de cabos e motores de grande porte, testes de contaminação do isolamento externo, testes de corona em linhas de transmissão e outros projetos podem apresentar uma corrente secundária de vários amperes.
Tempo de operação reduzido: Devido ao curto tempo de resistência à tensão dos produtos testados, os transformadores de teste adotam um sistema de operação de curta duração de 0.5 h ou 1 h em geral, exceto aqueles usados em testes de poluição do isolamento externo, testes de efeito corona em linhas e testes de cabos.
Monofásico e para Instalação Interna: Os transformadores de teste são geralmente dispositivos monofásicos para uso interno (alguns são projetados para uso externo). Todos adotam uma estrutura auto-refrigerada imersa em óleo com espessas camadas de isolamento nos enrolamentos, e o enrolamento de alta tensão geralmente é aterrado em uma das extremidades.
Nível de isolamento desigual do enrolamento secundário: A extremidade inicial do enrolamento secundário está em alto potencial, enquanto a extremidade final está aterrada diretamente ou aterrada através de um amperímetro.
Requisitos elevados de projeto e fabricação: Devido à alta tensão de operação, a estrutura de isolamento tem um impacto decisivo no tamanho total do transformador de teste. O corpo do transformador geralmente requer secagem a vácuo e o enchimento com óleo a vácuo é necessário para produtos acima de 100 kV.
Classificação
Por estrutura: transformadores de teste com revestimento de ferro e transformadores de teste com invólucro isolado.
Por frequência de potência: Teste transformadores com níveis de frequência como frequência de potência, frequência multiplicada, média frequência e alta frequência.
Por nível de tensão: transformadores de teste de baixa tensão, alta tensão e ultra-alta tensão.
Por meio de formulário de inscrição: transformadores leves, móveis e fixos; transformadores de teste para uso em unidade única e para uso em cascata de duas ou mais unidades.
Os transformadores de teste são geralmente dispositivos monofásicos para uso interno, com estrutura auto-refrigerada imersa em óleo. Devido à sua alta tensão de trabalho, as camadas de isolamento dos enrolamentos são relativamente espessas e uma extremidade do enrolamento de alta tensão é aterrada.
Os tipos estruturais específicos de transformadores de teste geralmente incluem três tipos: tipo com bucha simples, tipo com bucha dupla e tipo com cilindro isolante.
Requerimentos técnicos
Forma de onda da tensão de saída: A forma de onda da tensão de saída dos transformadores de teste deve ser o mais próxima possível de uma onda senoidal. Para reduzir a distorção da forma de onda da tensão causada pela tensão harmônica gerada quando os componentes harmônicos da corrente de vazio passam pela impedância do regulador de tensão e do transformador, a densidade de fluxo magnético deve ser selecionada no segmento linear da curva de magnetização do núcleo de ferro. Além disso, deve-se adotar equipamentos de regulação de tensão com baixa distorção da forma de onda e, se necessário, adicionar dispositivos de filtragem.
Tensão de Impedância: A corrente secundária dos transformadores de teste é geralmente capacitiva. Quando a corrente secundária flui através da impedância do regulador de tensão e do transformador de teste, a tensão de saída excederá o valor determinado pela relação de tensão. Portanto, a tensão de impedância dos transformadores de teste não deve ser muito alta, caso contrário, pode afetar a precisão dos resultados do teste e reduzir a capacidade de curto-circuito do equipamento de teste. Por outro lado, se a tensão de impedância for muito baixa, a corrente de curto-circuito pode aumentar quando o objeto de teste entrar em curto-circuito ou sofrer um arco voltaico. A tensão de impedância de um único transformador de teste é geralmente de 4.5% a 10%, podendo chegar a 30% a 40% quando várias unidades são conectadas em cascata.
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