Dimensionamento da parte ativa de um transformador trifásico imerso em óleo

Abstract

Considerando a crescente demanda por energia e a importância estratégica dos transformadores nas diferentes partes do sistema elétrico de potência, é crucial desenvolver equipamentos cada vez mais robustos e eficientes, capazes de lidar com os desafios enfrentados no fornecimento de energia elétrica para a sociedade. Este trabalho apresenta o dimensionamento analítico da parte ativa (núcleo e enrolamentos) de um transformador trifásico de distribuição com potência aparente trifásica de 2000 kVA, grupo de ligação Dyn1, tensões de 13,8 kV no primário e 4,16 kV no secundário. A metodologia aplicada permitiu dimensionar as geometrias do núcleo e dos enrolamentos da BT e da AT. Com esse dimensionamento foi possível calcular as resistências dos enrolamentos, as indutâncias de dispersão, as perdas no núcleo e nos enrolamentos, e a massa de material tanto do núcleo quanto dos enrolamentos. O transformador dimensionado foi simulado usando o método de elementos finitos em três dimensões. Com as simulações, calculou-se a indução no núcleo e as indutâncias de dispersão da BT e da AT. Verificou-se que a indução magnética obtida numericamente ficou com um valor bem próximo da indução prevista no projeto analítico. Todavia, para os valores de indutância de dispersão, notou-se discrepâncias em torno de 13%. Estas discrepâncias nas indutâncias de dispersão ocorreram devido as hipóteses simplicadoras utilizadas no método analítico.

Considering the growing demand for energy and the strategic importance of transformers in different parts of the electrical power system, it is crucial to develop increasingly robust and efficient equipment, capable of dealing with the challenges faced in supplying electrical energy to society. This work presents the analytical designing of the active part (core and windings) of a three-phase distribution transformer with three-phase apparent power of 2000 kVA, Dyn1 connection group, voltages of 13.8 kV in the primary and 4.16 kV in the secondary. The applied methodology allowed the design of the core and (LV and HV) winding geometries. With this design, it was possible to calculate the winding resistances, the leakage inductances, the core and winding losses, and the mass of material in both the core and the windings. The designed transformer was simulated using the finite element method in three dimensions. With the simulations, the magnetic flux density in the core and the leakage inductances of LV and HV were calculated. It was verified that the numerically obtained magnetic flux density has a value very close to the magnetic flux density foreseen in the analytical project. However, for the leakage inductance values, discrepancies around 13% were noted. These discrepancies in the leakage inductances occurred due to simplified assumptions used in the analytical method.