Transformadores usados ​​em minas (com diagrama)

Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre os tipos e a manutenção de transformadores usados ​​em minas.

Transformadores:

Transformadores são usados ​​extensivamente em minas, tanto na superfície quanto no subsolo. Para manter a queda de tensão em um valor baixo sem usar cabos grandes, a energia elétrica é distribuída em 3.300 volts ou 6.600 volts.

Essa voltagem, embora ideal para distribuição, é alta demais para uso em máquinas de face de carvão ou em máquinas menores em outros locais subterrâneos, de modo que transformadores são usados ​​para transformar essas altas voltagens em 550 volts ou 1100 volts.

A tensão mais comum nas minas é de 550 volts. Os painéis de perfuração e os painéis de iluminação também contêm transformadores para obter as tensões mais baixas exigidas pela alimentação de média tensão. Esses transformadores são chamados de transformadores reduzidos.

Nas minas, os transformadores elevadores não são de todo usados ​​para propósitos comuns. Um transformador, de fato, é um dispositivo para obter um suprimento de corrente alternada de uma voltagem requerida a partir de uma corrente alternada de outra voltagem.

Transformadores são de dois tipos:

(a) Transformadores monofásicos e

(b) Transformadores Polifásicos.

(a) Transformadores monofásicos:

Um transformador monofásico consiste em duas bobinas, completamente isoladas de uma outra bobina a um núcleo laminado de silicone de ferro macio. A fonte é conectada a um enrolamento, conhecido como primário, e a saída é tirada do outro, conhecida como secundária.

O enrolamento secundário é geralmente enrolado sobre o núcleo laminado, mas as bobinas são isoladas adequadamente do núcleo laminado. O enrolamento primário é enrolado no enrolamento secundário. Um cilindro isolante adequado é fornecido entre o enrolamento primário e o secundário.

Na Fig. 12.1, a representação elétrica de um transformador monofásico é mostrada:

(b) Transformadores Polifásicos:

Um transformador destinado a mudar a tensão de uma fonte com mais de uma fase deve estar equipado com um enrolamento primário e um enrolamento secundário para cada fase. Um transformador para um suprimento trifásico tem uma estrutura central similar àquela mostrada na Fig. 12.2. Um enrolamento primário é enrolado com seu enrolamento secundário correspondente, em cada braço do núcleo.

Em um transformador polifásico, todos os enrolamentos primários são interconectados para completar o circuito primário e, da mesma forma, todos os enrolamentos secundários são conectados para completar o circuito secundário. Os enrolamentos de um transformador trifásico podem ser conectados em estrela ou delta.

O princípio do transformador é baseado no princípio básico da indução mútua contínua. Quando uma fonte alternada é conectada ao enrolamento primário de um transformador (o secundário remanescente interconectado), uma corrente flui no circuito primário.

O enrolamento tem uma impedância indutiva muito alta, de modo que a corrente que flui é muito pequena. Como o enrolamento tem uma resistência baixa em comparação com essa indutância, a corrente fica quase 90 ° atrás da tensão aplicada. Essa corrente de atraso é chamada de corrente de magnetização, pois sua função é criar um campo magnético em constante mudança.

O enrolamento secundário do transformador está dentro deste campo magnético, de modo que um fem alternado é induzido nele. A fenda induzida fica 90 ° atrás da corrente de magnetização que a induz. Portanto, esta fem fica 180 ° atrás da tensão primária, isto é, a tensão secundária está em anti-fase com a tensão primária. A Fig. 12.3 explica isso.

Qualquer tensão aplicada ao enrolamento primário de um transformador induzido no secundário é proporcional a ele, a relação real entre eles depende do projeto do transformador.

Em um transformador monofásico, a relação entre as voltagens primária e secundária é a mesma que a relação entre o número de voltas no enrolamento primário e o número de voltas no enrolamento secundário. A relação é expressa pela fórmula

Todos os transformadores abaixadores, portanto, têm menos voltas no enrolamento secundário do que no enrolamento primário. Por outro lado, os transformadores elevadores têm mais voltas no enrolamento secundário do que no enrolamento primário. Se, por exemplo, o enrolamento primário tiver 50 voltas e o secundário tiver 100 voltas, a voltagem de saída será o dobro da voltagem de entrada.

O transformador seria então descrito como um transformador de 2: 1. Da mesma forma, se o primário tiver 200 voltas e o secundário tiver 100, então a voltagem de saída será metade da voltagem de entrada, fornecendo um transformador redutor de 2: 1.

Uma relação similar se mantém entre a tensão de entrada e saída de transformadores trifásicos, desde que ambos os conjuntos de enrolamentos sejam conectados da mesma maneira, desde que ambos estejam conectados em estrela ou ambos sejam conectados em delta como mostrado na Fig. 12.4.

Se os dois conjuntos de enrolamentos estiverem conectados de maneira diferente, a relação se mantém entre as tensões nos enrolamentos correspondentes, mas a relação entre os terminais de entrada e saída é diferente, como mostrado na Fig. 12.4.

Mas em um transformador ideal, é assegurado que todo o fluxo gerado pela fem em alternância no primário, liga todas as voltas no enrolamento secundário. De fato, na prática, há um coeficiente de vazamento a ser considerado. No entanto, a relação estabelecida entre a tensão e o fluxo desenvolvido é

Circuito Equivalente do Transformador:

Agora vamos dar uma breve olhada no circuito equivalente real de um transformador que tem X ₁ e R ₁ como reatância primária e resistência, e X ₂ e R ₂ como reatância secundária e resistência. A Fig. 12.4 mostra um circuito equivalente simplificado com resistência R, e reatância X, referente ao primário. Os valores de R e X são dados como

A partir do teste de curto-circuito, (o que significa passar uma corrente de carga total através do transformador com curto-circuito primário ou secundário), os valores de R e X podem ser determinados. De fato, devido ao curto-circuito de um dos enrolamentos, uma tensão reduzida será necessária. Essa voltagem também é chamada de voltagem de impedância.

Agora, quando o transformador é carregado, haverá uma queda na tensão devido à resistência dos enrolamentos primário e secundário e também devido ao fluxo de vazamento magnético, o que de fato aumenta com o aumento da carga. De fato, a partir do raciocínio acima, a regulação aumenta com o aumento da carga.

Transformador atual:

Um transformador de corrente é um tipo de transformador projetado para fornecer uma saída de tensão proporcional à corrente que flui no enrolamento primário. O primário de tal transformador seria conectado em série com uma carga em um circuito de potência, como um motor, e a saída secundária usada com o propósito de usar um sistema de proteção contra sobrecarga.

A corrente que flui no primário é, portanto, determinada pela carga que está sendo fornecida, e o circuito de energia é virtualmente não afetado pela quantidade relativamente pequena de energia consumida pelo transformador.

O primário de um transformador de corrente geralmente consiste em uma ou duas voltas formadas a partir de um condutor de cobre pesado. O enrolamento secundário geralmente tem um número muito grande de voltas e ambos os enrolamentos são formados em um núcleo de laminação.

Alguns transformadores de corrente consistem em um enrolamento secundário que é fixado sobre o isolamento de um único núcleo. O campo magnético produzido pela corrente que flui pelo centro do núcleo é suficiente para induzir uma saída no secundário.

O transformador de corrente opera com o mesmo princípio do transformador de tensão comum, mas o princípio é aplicado de maneira diferente. Como a tensão e a frequência da alimentação do circuito como um todo são constantes, a corrente varia apenas se a impedância total do circuito variar.

Se a corrente aumenta, a impedância total diminuiu e a impedância do primário do transformador, embora muito pequena, representa uma proporção maior da impedância total do circuito. A diferença de potencial em todo o primário é, portanto, aumentada e a tensão da saída secundária é aumentada proporcionalmente. O sistema é explicado na Fig. 12.5 para fácil referência e realização.

Transformador Auto:

Um auto-transformador opera em um princípio semelhante a um transformador comum, mas possui apenas um enrolamento, o que é comum aos circuitos primário e secundário, como mostrado na Fig. 12.6. Geralmente é projetado como um transformador redutor com uma diferença relativamente pequena entre a tensão primária e a secundária.

Sua única utilização em collieries é para iniciar motores de corrente alternada. Nunca é utilizado para fornecer um fornecimento contínuo para circuitos de tensão mais baixa, porque existe o perigo de, no caso de uma conexão defeituosa, toda a tensão primária poder ser aplicada ao circuito secundário.

Transformador Subterrâneo:

Antigamente, todos os transformadores de potência usados ​​no subsolo eram do tipo cheio de óleo, variando de 75 KVA a cerca de 250 KVA, mas agora estão sendo substituídos por transformadores a seco com certificação de resistência à chama variando de 300 KVA a 750 KVA.

Praticamente todos os equipamentos de superfície livre recebem suprimento desses transformadores à prova de chamas, usados ​​para fornecer circuitos intrinsecamente seguros, como circuitos de sinalização. Eles são especialmente construídos com uma blindagem aterrada entre os enrolamentos primário e secundário, para garantir que a tensão primária não possa ser conectada ao circuito secundário, mesmo se houver uma falha completa de isolamento.

Transformadores Cheios de Óleo:

Transformadores projetados para passar cargas pesadas de potência são normalmente preenchidos com um óleo isolante, de modo que todos os enrolamentos e núcleo sejam imersos. O óleo evita a entrada de umidade (o que reduz bastante a rigidez dielétrica do isolamento do ar) e, portanto, mantém uma maior resistência de isolamento entre os enrolamentos e entre as partes energizadas e a terra.

O óleo também auxilia no resfriamento do transformador. Correntes elétricas pesadas que fluem através dos enrolamentos causam um aumento considerável na temperatura. Quando o óleo circundante se aquece, correntes de convecção são instaladas no óleo, o que ajuda a conduzir o calor para longe dos enrolamentos.

Alguns transformadores são construídos com tubos de resfriamento que se projetam dos lados da caixa ou do tanque. O óleo que circula pelos tubos é mais rapidamente resfriado, para que o resfriamento do transformador seja mais eficiente. Transformadores maiores cheios de óleo são equipados com respiro para que o ar possa entrar e sair conforme o óleo se expande ou se contrai quando é aquecido ou resfriado.

Um respirador normalmente conterá um produto químico absorvente de umidade, como sílica gel, para evitar a entrada de umidade e contaminar o óleo. A sílica gel, quando seca, será de cor azul, e quando hidratada a cor muda para rosa.

Transformadores à prova de chama e resfriados a ar:

Com a introdução da mecanização de face de carvão, o número e o tamanho das máquinas de face de carvão aumentaram tremendamente e tornou-se necessário ter transformadores maiores instalados próximos à face de carvão para manter a queda de tensão entre o transformador e o motor ao mínimo.

Esses transformadores são do tipo seco, ou seja, o tanque está cheio de ar. Os tanques são de construções de aço soldado e são certificados à prova de fogo. O equipamento de alta tensão que controla o transformador também é à prova de chamas e é montado no transformador.

Existe uma câmara à prova de explosão no LV e no transformador que aloja a fuga à terra e o equipamento de proteção contra curto-circuito. Se o sistema de proteção de fuga à terra ou o sistema de proteção contra curto-circuito detectar a falha no circuito LV de saída, ele desarmará automaticamente a chave HV. O switch HV também fornece proteção contra sobrecarga e falta à terra para transformadores.

Poder no transformador:

Se o enrolamento secundário estiver conectado a um circuito com uma carga, a tensão induzida acionará uma corrente através da carga. O secundário do transformador, portanto, fornece energia ao seu circuito. A energia fornecida pelo secundário só pode ser derivada da fonte de suprimento no circuito primário. Assim que a corrente flui no circuito secundário, uma corrente correspondente flui no primário.

A energia é transferida do circuito primário para o circuito secundário por meio do campo magnético em constante mutação que liga os dois. O núcleo laminado intensificou o campo e o entrelaçamento do enrolamento torna o elo o mais próximo possível. Em um transformador bem projetado, muito pouca energia é dissipada dentro do próprio transformador.

A energia retirada do transformador pelo circuito secundário é, portanto, quase igual à energia tomada pelo transformador do circuito primário. Com efeito, a energia passa da fonte primária de suprimento através do transformador para o aparelho que a utiliza. O efeito do transformador é apenas alterar a tensão na qual a energia é fornecida.

A potência transmitida por um circuito é determinada tanto pela tensão aplicada a ela quanto pela corrente que flui nela. Como a energia tomada pelo circuito secundário é igual à potência fornecida pelo circuito primário, a corrente necessária para transmitir uma determinada quantidade de energia nos dois circuitos depende das tensões nas quais o circuito opera.

A relação entre a corrente primária e a secundária é, portanto, o inverso da razão entre as tensões. A corrente de magnetização é tão pequena em relação às correntes de transmissão de energia que, para a maioria dos efeitos, seus efeitos podem ser ignorados.

Embora os enrolamentos do transformador sejam altamente indutivos, a corrente que flui neles quando o transformador está em carga não fica necessariamente atrás de suas tensões. Se, por exemplo, a carga no circuito secundário fosse capacitiva, então as correntes nos dois circuitos levariam suas tensões.

As correntes primária e secundária, como as voltagens primária e secundária, estão em fase anti-estática. Qualquer fem posterior induzida no enrolamento secundário pela corrente secundária é cancelada por fem frontal induzida mutuamente nesse enrolamento pela corrente primária. Da mesma forma, qualquer fem posterior induzida no enrolamento primário é cancelada por fem direta induzida mutuamente pela corrente secundária.

Se, no entanto, a carga secundária tiver um fator de potência atrasado ou principal, esse fator de potência é levado de volta do circuito secundário para o primário. As correntes primárias e secundárias permanecem em anti-fase, e cada uma fica atrasada ou conduz sua voltagem na mesma quantidade.

É importante notar que a corrente de magnetização no circuito primário, sendo uma corrente indutiva, tem um efeito pequeno, pois faz com que a corrente primária total fique ligeiramente menor em comparação com a corrente secundária. Os transformadores, portanto, contribuem para o fator de potência retardado em um sistema de poço, mas o efeito de um transformador no fator de potência é muito pequeno comparado com o efeito do motor de indução que ele fornece.

Manutenção do transformador:

Ao contrário dos motores, uma vez que os transformadores não têm partes móveis, exigem muito pouca manutenção, se forem adequadamente adaptados à aplicação da carga, e o sistema de alimentação e controle é eficiente. No entanto, as principais tarefas envolvidas na manutenção do transformador estão descritas abaixo.

O cronograma de manutenção para cada transformador, com a freqüência de inspeção, e as verificações a serem feitas em cada ocasião serão estabelecidos pelo engenheiro elétrico da mina de carvão, e isso deve ser seguido de perto.

1. Geral:

Inspecione cuidadosamente o transformador de tempos em tempos para garantir que as conexões, os enrolamentos e o núcleo estejam em boas condições. O caso de um transformador à prova de chamas deve ser verificado quanto a rachaduras e a manutenção de lacunas de juntas corretas.

2. Temperatura:

Registre a temperatura dos enrolamentos para garantir que o transformador não esteja superaquecendo. A verificação de temperatura é mais confiável se for realizada após o transformador estar em carga total por um período de várias horas.

É mais provável que o superaquecimento seja causado por uma sobrecarga elétrica, mas também pode ser causado por falha do isolamento entre a laminação do núcleo ou, em um transformador cheio de óleo, pela deterioração do óleo ou falha de isolamento entre o camadas ou as voltas do enrolamento do transformador.

3. Isolamento:

Inspecione o isolamento regularmente para garantir que ele não se deteriorou fisicamente, por exemplo, que ele não se tornou frágil. Meça a resistência de isolamento entre os enrolamentos primário e secundário, e entre cada enrolamento e terra, com um testador adequado.

Para testar a resistência de isolamento do enrolamento secundário à terra, é necessário remover o elo de terra do ponto neutro, se houver um. É importante garantir que o link de aterramento seja substituído após o teste.

4. Resistência ao Enrolamento:

Meça a resistência dos enrolamentos com uma ponte e compare as leituras de tempos em tempos com os valores dados na especificação. Uma divergência acentuada em relação ao valor esperado e especificado, particularmente se ocorrer em uma fase de um enrolamento, indica uma falha, por exemplo, um curto-circuito entre as voltas.

5. Nível de Óleo:

Observe o nível do óleo e adicione óleo novo, se necessário, para manter o nível correto. A caixa ou o tanque devem ser inspecionados quanto a possíveis vazamentos de óleo.

6. Condição do Óleo:

Examine o óleo em busca de sinais de trenó. O lodo será visto como um depósito pegajoso nos enrolamentos e nas laterais ou no fundo do tanque. Sua presença cobre os enrolamentos e impede que o óleo os resfrie. Se for encontrado lodo, o transformador deve ser drenado, completamente limpo de óleo e reabastecido com óleo novo e testado.

7. Ensaios de Óleo:

Uma vez por ano, ou mais frequentemente se necessário ou duvidado, uma amostra de óleo é retirada do transformador e enviada para um laboratório para teste. Os testes destinam-se a garantir que o óleo não tenha absorvido água e que não tenha se tornado ácido. A presença de umidade no óleo diminui sua rigidez dielétrica e pode levar a uma quebra do isolamento. A acidez causa corrosão no interior do enrolamento do transformador.

8. Respiro:

Se o transformador estiver cheio com um respiro, observe a condição do gel de sílica e renove o produto químico quando saturado. A sílica gel é geralmente colorida para indicar sua condição, ela muda de azul para rosa, uma vez que absorve a umidade.