Desempenho da dissipação de calor: A "linha de vida" dos transformadores imersos em óleo

A importância do desempenho da dissipação de calor para transformadores a óleo reflete-se principalmente no seu impacto direto na vida útil operacional e na segurança do transformador elétrico. A vida útil do transformador é determinada, em grande parte, pelo grau de envelhecimento do sistema de isolamento óleo-papel, sendo o envelhecimento térmico o fator mais significativo que provoca a deterioração do isolamento. Por cada período de tempo em que o material isolante opera acima da temperatura projetada, a taxa de envelhecimento aumenta exponencialmente. Portanto, uma dissipação eficiente de calor pode controlar eficazmente a temperatura do ponto quente dos enrolamentos — este é um indicador-chave para avaliar o estado operacional e a vida útil remanescente do transformador.

Se a dissipação de calor for inadequada e a temperatura interna for excessivamente elevada, isso não apenas acelerará a deterioração do óleo isolante e dos materiais isolantes sólidos, reduzindo o desempenho isolante, como também poderá causar falhas nos equipamentos e até afetar a operação estável de toda a rede elétrica. Pode-se afirmar que uma boa dissipação de calor é o pré-requisito fundamental para garantir que o transformador opere com segurança e estabilidade sob carga nominal e atinja sua vida útil projetada (geralmente de 30 anos ou mais).

Fatores-chave que afetam a dissipação de calor de transformadores Imersos em Óleo

A eficiência de dissipação de calor dos transformadores distribuidores imersos em óleo resulta essencialmente da sinergia entre a circulação do óleo e a convecção do ar. Os fatores centrais que influenciam esse processo podem ser analisados a partir de dois aspectos principais: o estado interno do fluxo de óleo e as condições externas de resfriamento.

1. A circulação interna do óleo e o projeto estrutural constituem a base da dissipação de calor.

Durante a operação do transformador, o calor gerado pelos enrolamentos e pelo núcleo é transferido para o dissipador de calor por meio da convecção natural ou forçada do óleo isolante. Estudos demonstraram que a velocidade do fluxo de óleo tem um impacto significativo na elevação de temperatura: quando a velocidade do fluxo de óleo aumenta de 0,05 m/s para 0,20 m/s, a temperatura máxima do núcleo pode ser reduzida em 11,62 K. A estrutura interna dos canais de óleo também é crucial. Alargar os canais horizontais de óleo ou posicionar adequadamente placas de bloqueio de óleo pode melhorar eficazmente a circulação nas áreas de estagnação do fluxo de óleo, reduzindo a temperatura média dos enrolamentos.

2. O método de refrigeração externa e as condições ambientais determinam a eficiência da dissipação de calor.

Os métodos de refrigeração são classificados, em ordem de eficiência, como auto-refrigeração com óleo imerso (ONAN), refrigeração a ar com óleo imerso (ONAF) e refrigeração a ar com circulação forçada de óleo (OFAF). A refrigeração a ar pode melhorar o efeito de dissipação de calor em 150% a 200% em comparação com a auto-refrigeração. Além disso, quanto maior a temperatura ambiente, menor é a diferença de temperatura na dissipação de calor e pior é o desempenho. Projetos inovadores também estão continuamente superando limitações tradicionais, como a adição de estruturas salientes na parede do tanque de óleo para perturbar a camada limite térmica, reduzindo a temperatura do ponto quente em 10,6 K.

Em conclusão, otimizar a dissipação de calor do transformador exige uma abordagem coordenada que envolva a estrutura interna dos canais de óleo, a seleção do método de refrigeração e novas tecnologias avançadas de troca térmica, a fim de controlar eficazmente a elevação da temperatura no ponto quente e retardar o envelhecimento do isolamento.

Como determinar o desempenho de refrigeração de um transformador?

Para avaliar se o desempenho de refrigeração atende aos padrões, existe um conjunto de métodos que vão da verificação padrão à monitoração online:

1. Ensaio-padrão de elevação de temperatura (antes da saída da fábrica e da colocação em serviço):

Este é o critério principal de avaliação. De acordo com as normas nacionais, simula-se a carga nominal, medindo a elevação de temperatura de cada parte do transformador (diferença entre a temperatura e a ambiente) e garantindo que ela não exceda o limite especificado. O ensaio concentrar-se-á no monitoramento da elevação de temperatura do óleo na parte superior e da temperatura do ponto quente dos enrolamentos, sendo este último o fator-chave para determinar se o projeto de refrigeração é adequado.

2. Monitoramento do estado operacional (operação diária):

Para transformadores em operação, podem ser utilizados os seguintes métodos de avaliação:

• Monitoramento de temperatura: O monitoramento da temperatura do óleo na parte superior é o método mais direto. Temperaturas persistentemente elevadas do óleo geralmente indicam uma redução na eficiência do sistema de refrigeração.

• Avaliação da eficiência do dissipador de calor: Com base no princípio do balanço energético e utilizando algoritmos de engenharia, a eficiência real atual do dissipador de calor pode ser inferida a partir de dados operacionais, como perdas de carga e elevação da temperatura do óleo, permitindo assim avaliar se a capacidade de refrigeração se deteriorou.

• Detecção por imagem térmica infravermelha: A utilização de uma câmera térmica infravermelha para escanear a carcaça do transformador e os dissipadores de calor permite identificar diretamente áreas de superaquecimento local ou resfriamento desuniforme.

3. Ensaios especializados para indicadores específicos:

Quando se suspeita de um problema de refrigeração, podem ser realizados ensaios mais detalhados, como a medição da resistência térmica dos enrolamentos para calcular a elevação média de temperatura dos enrolamentos ou a instalação de sensores de fibra óptica para medir diretamente a temperatura do ponto quente mais crítico.

Por meio desses métodos sistemáticos de avaliação, é possível compreender integralmente o estado de refrigeração do transformador, permitindo a detecção oportuna de problemas e a implementação de medidas de manutenção.

Jiangsu Unita Electrical Equipment Co., Ltd. (JSZONMA): Antes de cada transformador entrar em produção, é implementado um sistema abrangente de inspeção de qualidade. Entre esses testes, o ensaio de elevação de temperatura e o ensaio de desempenho de isolamento são itens obrigatórios essenciais na inspeção de fábrica, com o objetivo de verificar rigorosamente a estabilidade térmica e a segurança elétrica do produto, garantindo que cada transformador imerso em óleo opere de forma segura, confiável e estável na rede elétrica por um longo período.