BRMU8502261Y1 - transformador trifásico de distribuição de energia elétrica com núcleo de culatras planas em suas faces interiores e isolamento a óleo vegetal biodegradável - Google Patents

Abstract

"transformador trifásico de distribuição de energia elétrica com núcleo de culatras planas em suas faces interiores e isolamento a óleo vegetal biodegradável". utilizado para transformar o nível de tensão primária de distribuição, aos níveis secundários, que são aqueles entregues às residências, comércios, industrias, ou qualquer estabelecimento consumidor em baixa tensão. a disposição geométrica do núcleo de aço silício(14), com as culatras(18) planas em suas faces interiores, aliado ao uso de fluido à base de óleo vegetal, totalmente biodegradável, papel isolante kraft, papelões isolantes, borrachas e vedações confere a esse transformador, características físico-químicas, mecânicas e elétricas mais adequadas que as tradicionalmente obtidas nos transformadores com isolamento a óleo mineral. esses aspectos construtivos possibilita a obtenção de um transformador de distribuição de energia elétrica com reduções de materiais, menores perdas no núcleo de aço silício(14), menor agressividade ambiental e maior durabilidade dos elementos que o constituem, resultando em prolongamento da vida útil do mesmo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Modelo de Utilidade para: TRANSFORMADOR TRIFÁSICO DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA COM NÚCLEO DE CULATRAS PLANAS EM SUAS FACES INTERIORES E ISOLAMENTO A ÓLEO VEGETAL BIODEGRADÁVEL.

Campo Técnico [0001] A presente concepção tem por objetivo um modelo de estrutura e o uso de diferentes materiais para transformador trifásico de energia elétrica para uso aéreo, abrigado e em pedestais com núcleo em aço silício e isolação com fluido à base de éster vegetal, biodegradável e papel isolante Kraft, para uso em sistemas de distribuição de energia elétrica instalados em postes, plataformas, cabines e cabines subterrâneas.

Antecedentes [0002] Transformadores trifásicos de energia elétrica para sistemas de distribuição de energia elétrica, há décadas são utilizados pelas concessionárias de energia elétrica para transformar o nível de tensão primária de distribuição, aos níveis secundários, que são aqueles entregues às residências, comércios, industrias, ou qualquer estabelecimento consumidor em baixa tensão. Os níveis de tensão primária mais utilizados são de 15 kV, 25,8 kV e 36,2 kV, e os níveis de tensão secundária são de 220/127 e 380/220 Volts, podendo existir outros níveis de tensão, como 440/254

2/30

Volts e ainda outros subentendidos na classe 1,2 kV. Tradicionalmente esses transformadores utilizam núcleo de aço silício, com degraus nas faces internas das culatras do núcleo e como isolante óleo mineral parafínico ou naftênico de difícil biodegradabilidade e papel isolante Kraft. Descrição do Estado da Técnica [0003] Embora há mais de um século, os transformadores de distribuição de energia elétrica utilizem óleos isolantes minerais oriundos do petróleo, esforços vem sendo feitos no sentido de substituí-los por óleos vegetais com os requisitos técnicos de isolamento elétrico e resfriamento, tendo em vista o contínuo aumento dos preços do petróleo ocorridos principalmente nas últimas décadas, os riscos de contaminação humana dos trabalhadores que os manipulam, e os riscos de contaminação ambiental gerados no armazenamento, transporte e principalmente no descarte dos mesmos no meio ambiente.

[0004] Há cerca de três décadas estudos e experimentos tiveram início para o uso dos óleos de girassol e canola como isolantes líquidos elétricos em substituição aos óleos minerais derivados do petróleo em equipamentos elétricos.

[0005] Um marco no uso dos óleos vegetais para uso em transformadores foi traçado no artigo 15-302 do CIGRÉ

3/30 (Oommem, T. V. e Claiborne, C. C., 1998) intitulado “Biodegradable Insulating Fluid from High Oleic Vegetable Oils”. Neste artigo são relatados os resultados dos testes físicos, elétricos e químicos do óleo comestível de canola RBD (refinado, branqueado e desodorizado) realizados em duas diferentes rotinas de laboratório e conclui que o uso deste fluido em transformadores de potência de alta tensão pode exigir alterações de design relacionados com a transferência de calor, bem como em modificações no bombeamento do fluido devido à sua viscosidade mais elevada do que a do óleo mineral; e para os transformadores de distribuição ecologicamente corretos o óleo parece ser uma escolha apropriada como fluido isolante.

[0006] Em 2002, OOMMEN, T. V., no artigo “Vegetable Oils for Liquid-Filled Transformers” publicado na revista norte-americana “Electrical Insulation Magazine” faz um retrospecto sobre o uso dos óleos vegetais em transformadores elétricos e realça os teores de ácidos graxos contidos em 11 diferentes tipos de óleos vegetais que podem ser usados como fluídos para transformadores, cita o óleo comercial Biotemp^® desenvolvido e patenteado em 1999 pela empresa norteamericana ABB com cerca de 80% de teor de ácidos graxos insaturados; a patente da empresa norte-americana Waverly Light & Power que usa o óleo de soja normal como fluído para

4/30 transformadores, o óleo desenvolvido e patenteado americana Cooper Industries insaturados, e finalmente, comercial Envirotemp FR3^® em 2000 pela empresa nortecom alto teor de ácidos graxos uma segunda patente do óleo

comercial	Biotemp®	patenteado em 2001	pela	empresa norte-
americana	ABB.
[0007	] Em	relação aos núcleos	dos	transformadores

elétricos é importante citar que numa massa metálica sujeita a variação de fluxo geram-se forças eletromotrizes que produzem na mesma massa metálica condutora, correntes muito intensas

A., 1973 chamadas correntes parasitas. Conforme MARTIGNONI, a fim de se reduzir os efeitos destas correntes e reduzir a respectiva perda de potência no núcleo é necessário construir-se o núcleo dos transformadores elétricos com lâminas de ferro isoladas entre si.

[0008] Para reduzir as perdas no núcleo de ferro dos transformadores é que há décadas os mesmos são construídos com lâminas finas de aço silício de grão orientado, isoladas entre si, e com secções do núcleo ao longo das colunas e das culatras em formato cruciforme, de forma a inscrever, num círculo, uma seção escalonada, de área máxima para um dado número de degraus. A escolha do número de degraus para um dado diâmetro de núcleo é um compromisso que envolve custos

5/30 de materiais, custos de fabricação e vantagens advindas de um maior coeficiente de utilização da seção circular.

[0009] Em pesquisa no banco de patentes do Instituto Nacional da Propriedade Industrial - INPI destaca-se no campo técnico desta patente de modelo de utilidade a patente PI 9612097-5, depositada em 23/12/1996, denominada “Refrigerante Dielétrico à Base de Óleo Vegetal que descreve um fluído dielétrico isolante e refrigerante biodegradável para uso em transformadores de distribuição de energia elétrica a base de uma mistura de óleos vegetais, aditivos e antioxidante, capazes de proporcionar determinadas características físicas, elétricas e químicas ao fluído obtido, e um transformador incluindo tanque e um conjunto núcleo/bobina circundado pelo dito fluído a óleo vegetal, um material absorvedor de oxigênio alojado em um recipiente permeável a gás e impermeável a líquido, contido numa folga de fechamento e isolado do fluído dielétrico no dito tanque e em contato com os gases, que pode vir a ser substituído via uma abertura existente no tanque, e um material expulsador de oxigênio contido dentro de uma membrana permeável ao oxigênio e inserida no óleo vegetal e impermeável ao fluído dielétrico.

[0010] Em pesquisa no banco de patentes dos Estados Unidos da América destacam-se: a patente US 5,766,517,

6/30 depositada em 16/06/1998, denominada “Dielectric Fluid for Use in Power Distribution Equipment” que reporta a um método sobre o uso de fluidos moleculares em transformadores e aparelhos elétricos que possuem uma câmara expansível que é selada de forma permanente, na câmara está o núcleo do transformador, o conjunto de bobinas e o fluido dielétrico que enche a câmara permitindo o fluído expandir entre 10% e 15%, o fluido é filtrado, seco, desgaseificado e através de vácuo, preferencialmente entre 1 e 3 psi abaixo da pressão atmosférica externa, aspirado para a câmara quando então é selado de forma permanente, descreve circuitos de dutos radiadores que possibilitam o fluído quente subir e após resfriar-se descer de modo a tornar eficiente a refrigeração natural na câmara do transformador, o fluído de arrefecimento dielétrico possui uma formulação química com faixas percentuais em peso de misturas refrigerantes dielétricas relativamente puras de compostos selecionados a partir dos grupos que consistem em hidrocarbonetos aromáticos, polialfaolefinas, ésteres de poliol, e de óleos vegetais naturais; a patente US 5,949,017, depositada em 7/09/1999, denominada “Electrical Transformers Containing Electrical Insulation Fluids Comprising High Oleic Acid Oil Compositions” que descreve um transformador elétrico que contém um tanque, um conjunto com núcleo e bobinas, e um

7/30 fluido isolante no interior do referido tanque que cobre o conjunto com núcleo e bobinas e é composto de percentuais mínimos de ácidos graxos monoinsaturados de cadeia longa, um aditivo para redução do ponto de fluidez, um aditivo desativador de cobre, combinação de um ou mais aditivos antioxidantes, um aditivo desativador ativo de metais, e um dado percentual de óleo mineral, ésteres sintéticos e/ou de hidrocarbonetos sintéticos que lhe confere determinadas características físicas, químicas e elétricas para uso em transformadores elétricos; e a patente US 6,726,857, depositada em 27/04/2004, denominada “Dielectric Fluid Having Defined Chemical Composition for Use in Electrical Apparatus” que descreve uma mistura de hidrocarbonetos com uma composição química bem definida, que compreende misturas de refrigerantes dielétricos relativamente puros de compostos selecionados a partir do grupo que consiste de hidrocarbonetos aromáticos, polialfaolefinas, ésteres de poliol, e de óleos vegetais naturais, juntamente com um aditivo para melhorar o ponto de fluidez, um aditivo para aumentar a estabilidade e um antioxidante, os óleos vegetais podem ser selecionados do grupo que consiste de óleo de soja, óleo de girassol, óleo de colza, óleo de semente de algodão, óleo de milho, azeite, óleo de cártamo, óleo de jojoba e óleo de Lesquerella, bem como suas combinações, o líquido de

8/30 arrefecimento dielétrico assim obtido pode ser utilizado em equipamentos elétricos em geral, e especificamente em transformadores selados, não ventilados, de forma a melhorar seus desempenhos, incluindo diminuição da degradação dos papéis usados nas camadas isolantes, um maior grau de segurança e aceitabilidade ambiental, o enchimento dos tanques dos transformadores devem ser de forma a permitir um volume de expansão do fluido dielétrico entre 10% e 15%.

[0011] Em pesquisa no Escritório de Patentes da Europa destaca-se a patente EP 1 365 420, depositada em 23/12/1996, denominada “Vegetable Oil Based Dielectric Coolant” que é a mesma que a patente PI9612097-5 depositada em 23/12/1996 no INPI e que já foi resumidamente descrita anteriormente.

[0012] Todas as patentes encontradas nos bancos de patentes do INPI, dos Estados Unidos da América e no Escritório de Patentes da Europa referem-se a diferentes formulações químicas de fluídos dielétricos isolantes elétricos e refrigerantes a base de óleos vegetais, com diferentes características físicas, elétricas e químicas, bem como seus respectivos modos de usos em transformadores de distribuição de energia elétrica.

[0013] As patentes PI 9612097-5 e EP 1 365 420 são similares e referem-se a um fluído a base de óleo vegetal

9/30 refrigerante que para operar adequadamente necessita de um material absorvedor de oxigênio junto ao óleo e um material expulsador de oxigênio contido num compartimento que após saturado deve ser substituído, gerando preocupações e procedimentos de substituição aos serviços de manutenção das concessionárias de energia elétrica que operam os transformadores de distribuição instalados em suas redes.

[0014] As patentes norte-americanas embora apresentem formulações químicas diferentes, podem substituir os óleos minerais atualmente em uso com vantagens, não necessitando quaisquer adaptações construtivas e de design nos transformadores existentes.

[0015] Em que pese a larga utilização dos óleos minerais atualmente em uso nos transformadores alguns inconvenientes podem lhe ser atribuídos, como a significativa degradação ambiental gerada por vazamentos do óleo mineral usado na isolação, quando da possibilidade de acidentes ambientais por ocasião do transporte do óleo mineral, possibilidade de acidente ambiental por ocasião da estocagem do óleo mineral e possibilidade de acidentes por ocasião do manuseio do óleo e até no transporte dos próprios transformadores. Além disso, o óleo mineral tem suas propriedades de isolação comprometidas quando a quantidade de água atinge cerca de 40 ppm, possibilitando o aparecimento

10/30 de descargas elétricas internas no transformador, motivadas pela queda do isolamento do óleo, bem como, vulnerabilidade às descargas atmosféricas.

[0016] Outros problemas com o transformador trifásico de distribuição em uso é a perda de energia no núcleo de ferro, a possibilidade do óleo mineral vir a tornar-se combustível em um incêndio devido seu ponto de fulgor ser da ordem de 140°C, e um peso próprio que necessariamente demanda uma estrutura reforçada para sustentá-lo.

[0017] Os processos apresentados nos artigos e patentes anteriormente apresentadas mostram ineditismos nas diferentes formulações dos ésteres vegetais obtidos e substituem com vantagens os óleos minerais derivados do petróleo atualmente em uso; principalmente por possuírem ponto de fulgor em torno de 330°C enquanto que dos óleos minerais é de 140°C, ponto de combustão em torno de 360°C enquanto que dos óleos minerais é de 160°C e teor de água aceitável inferior a 400 ppm para uso contínuo, enquanto que dos óleos minerais é inferior a 40 ppm. Devido a todas estas características o transformador verde pode operar normalmente em temperaturas superiores às dos transformadores com óleo mineral, fato que implica diretamente na redução de volume de óleo por eles utilizados

11/30 e consequentemente redução de tamanho, materiais e peso. Além disso, a operação proporcionada pelos ésteres vegetais em temperaturas mais altas confere aos transformadores verdes maior vida útil devido a menor deterioração do óleo; no entanto, o aumento da vida útil dos mesmos, de nada valerá, se as mesmas forem reduzidas devido às fadigas que ocorrem nas fôrmas de suas bobinas devido aos choques destas contra os degraus existentes nas culatras quando dos esforços dinâmicos nos momentos de curto-circuitos. As culatras planas são elementos de projeto que necessariamente estão vinculadas às características superiores do transformador verde.

Sumário [0018] Tendo em vista esses problemas e no propósito de superá-los foi desenvolvida uma disposição geométrica do núcleo de aço silício laminado, com as faces internas planas nas culatras, aliado ao uso de fluido à base de éster vegetal, com características totalmente biodegradáveis em até 45 dias, papel isolante Kraft, papelões isolantes, borrachas e vedações para o transformador verde, objeto da presente patente, que consiste em agregar as novas disposições geométricas a elementos com diferentes materiais para serem utilizados em conjunto, conferindo ao produto, características físico-químicas, mecânicas e elétricas que

12/30 garantem o prolongamento da vida útil do transformador, proteção contra contaminações do meio ambiente e suportabilidade aos esforços dinâmicos de curto-circuitos.

[0019] Esses aspectos construtivos possibilitam a obtenção de um transformador de distribuição de energia elétrica com reduções de materiais, menores perdas no núcleo de aço silício, menor agressividade ambiental e maior durabilidade dos elementos que o constitui, resultando em vida útil mais longa.

Descrição das Figuras [0020] Os desenhos anexos mostram a disposição dos componentes na constituição do transformador trifásico verde para uso em sistemas de distribuição de energia elétrica, objeto da presente patente, nos quais.

[0021] A figura 1 mostra a disposição dos componentes de um transformador trifásico verde para instalação em plataforma.

[0022] A figura 2 mostra a disposição dos componentes de um transformador trifásico verde para instalação em poste.

[0023] A figura 3 mostra a disposição dos componentes de um transformador trifásico verde para uso em cabines, para esse uso normalmente o transformador apresenta as buchas de alta e de baixa tensão instaladas lateralmente e rodas na estrutura do tanque para facilitar o deslocamento do mesmo.

13/30 [0024] A figura 4 mostra a disposição dos componentes de um transformador trifásico verde para uso em cabines com caixa flangeada para as buchas de baixa tensão.

[0025] A figura 5 mostra a disposição dos componentes de um transformador trifásico verde para uso em cabines com caixa flangeada para as buchas de alta tensão.

[0026] A figura 6 mostra a disposição dos componentes de um transformador trifásico verde para uso em cabines com caixas flangeadas para as buchas de baixa e de alta tensão.

[0027] A figura 7 mostra a disposição dos componentes de um transformador trifásico verde tipo pedestal para uso ao tempo e montagem sobre base de concreto.

[0028] A figura 8 mostra as culatras em degraus utilizada tradicionalmente nos transformadores trifásicos de energia elétrica; enquanto que a figura 9 mostra as culatras com faces planas utilizadas no transformador trifásico verde.

[0029] A figura 10 mostra uma bobina de baixa tensão utilizada no transformador trifásico verde.

[0030] A figura 11 mostra uma bobina de alta tensão montada sobre uma bobina de baixa tensão.

[0031] A figura 12 mostra a parte ativa do transformador trifásico verde.

14/30

[0032]

A figura 13 mostra os tipos de radiadores que

podem ser utilizados no transformador trifásico verde.

[0033]

A figura 14 mostra uma chave comutadora de

tapes de alta tensão que pode ser usada no transformador trifásico verde.

[0034]	A figura 15 mostra o tanque do protótipo do
transformador	trifásico verde onde é armazenado o óleo

vegetal.

[0035]	A figura 16 mostra um croqui do protótipo do
transformador	trifásico verde montado e fechado.
[0036]	A figura 17 mostra os possíveis esquemas

elétricos passíveis de serem assumidos pelo transformador trifásico verde.

[0037]

A figura 18 mostra uma vista de corte lateral

do transformador trifásico verde mostrando a conexão existente entre o núcleo e o restante do conjunto.

[0038] De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, o transformador trifásico verde para uso em sistemas de distribuição de energia elétrica, objeto da presente patente, consiste de um invólucro metálico denominado tanque (1) construído de chapas metálicas soldadas e formada em sua parte superior por uma tampa (2) também metálica; no tanque (1) são soldadas as orelhas de

suspensão (3)

utilizadas para o deslocamento do conjunto, o

15/30 suporte para fixação (4) quando for instalado em poste, as estruturas de apoio (5), o dispositivo de aterramento (6), os conjuntos radiadores (7), as buchas de baixa tensão (8), as marcas dos terminais de baixa tensão (9) e a placa de identificação (10); normalmente na tampa (2) metálica são fixadas as buchas de alta tensão (11), as marcas dos terminais de alta tensão (12) e a abertura para inspeção do óleo (13), porém em alguns casos as buchas de alta tensão (11) e as marcas dos terminais de alta tensão (12) podem estar localizados no tanque. Na parte interna do transformador existe um núcleo (14) de aço silício, com superfícies planas nas faces internas das culatras (18), sobre o núcleo (14) de aço silício são instaladas as três bobinas de baixa tensão (16) e as três bobinas de alta tensão (15); pode existir ainda na parte interna a chave comutadora (17) de tapes de alta tensão com sua tampa cuja função é protegê-la contra choques mecânicos.

[0039] Da figura 1 à figura 7 pode-se observar os diferentes tipos de montagem do transformador trifásico verde para os diferentes tipos de aplicação, na figura 1 para uso em plataformas, na figura 2 para uso em plataformas e em postes, na figura 3 para uso em cabines, na figura 4 para uso em cabines com os terminais secundários flangeados, na figura 5 para uso em cabines com os terminais primários

16/30 flangeados, na figura 6 para uso em cabines com os terminais secundários e primários flangeados e na figura 7 tipo

pedestal para	uso em redes de distribuição subterrâneas.
[0040]	A figura 9 mostra as faces internas das
culatras(18)	do núcleo (14) de aço silício usado no
transformador	trifásico verde; conforme pode-se observar o
núcleo (14) é	constituído de chapas de aço silício de grão

orientado, com alta permeabilidade magnética, o corte AA mostra que as faces interiores das culatras (18) são planas de forma a permitir uma maior superfície de apoio às fôrmas das bobinas, principalmente às bobinas de baixa tensão (16), e a vista lateral do núcleo (14) mostra que o mesmo é construído com secções ao longo das colunas em formato cruciforme, de forma a inscrever num círculo uma seção

escalonada de	área máxima para um dado número de degraus.
[0041]	A maior superfície de apoio proporcionada
pela culatra	(18) plana melhora a resistência mecânica das
bobinas aos	esforços dinâmicos de curto-circuitos, que

tentam movê-las através do núcleo (14) devido as forças

mecânicas que	aparecem sobre estas devido as altas correntes
e frequências	que surgem nos momentos dos curto-circuitos.
Para obter a	maior superfície de apoio, foram eliminados

degraus das partes internas das culatras (18) do núcleo (14) de aço silício, sem diminuição da secção transversal do

17/30 mesmo. A figura 8 mostra as faces internas das culatras (18) tradicionalmente utilizadas em transformadores trifásicos; como pode-se observar no corte AA as mesmas apresentam degraus.

[0042] Na figura 10 temos uma bobina de baixa tensão (16) do transformador verde construída sobre a fôrma de papelão isolante, e na figura 11 temos uma bobina de alta tensão (15) do protótipo do transformador trifásico verde montada sobre uma fôrma de papelão isolante, observe que a bobina de baixa tensão (16) é montada concentricamente sobre a bobina de alta tensão (15). Conforme pode-se observar as bobinas de alta tensão (15) e de baixa tensão (16), são semelhantes às dos enrolamentos utilizados tradicionalmente nos transformadores de distribuição, são constituídas de cobre ou alumínio, papéis isolantes tipo Kraft e papelões isolantes. No transformador trifásico verde, devido à combinação do óleo vegetal, dos papéis isolantes e papelões isolantes, e consequentemente da maior suportabilidade térmica deste conjunto, os cálculos para dimensionamento dos enrolamentos apontaram uma redução na massa de cobre ou alumínio utilizadas.

[0043] Na figura 12 é apresentada a parte ativa (19), onde encontram-se montadas as três bobinas de alta tensão

18/30 (15), as três bobinas de baixa tensão (16) e o núcleo (14) de aço silício.

[0044] Na figura 13 pode-se visualizar os tipos mais comuns de conjuntos radiadores (7) que podem ser utilizados no transformador verde, estes visam a dissipar o calor gerado pelas três bobinas de baixa tensão (16), as três bobinas de alta tensão (15) e o núcleo (14) de aço silício. Os conjuntos radiadores (7) podem ser construídos com tubos elípticos ou aletas planas. Embora esses conjuntos podem apresentar diferentes formas, ambas têm a mesma finalidade. O volume de óleo, bem como o número de tubos elípticos ou aletas que fazem parte do conjunto de radiadores (7) são definidos em função da potência do transformador verde e das perdas elétricas, normalmente expressas em Watt que o mesmo gera. Na figura 16 temos um croqui do protótipo do transformador verde com dois conjuntos de radiadores em aletas.

[0045] A figura 14 mostra uma chave comutadora (17) de tapes de alta tensão com sua respectiva tampa que pode ou não ser utilizada no transformador trifásico verde. Esta chave pode ser manobrada internamente, tendo seu acesso pela abertura para inspeção do óleo (13), ou manobrada externamente, através de manopla de comutação que poderá estar na tampa (2) ou na lateral do tanque (1) do transformador.

19/30 [0046] Os materiais usados nos terminais acoplados às buchas de baixa tensão (8) e às buchas de alta tensão (11), as respectivas buchas, as guarnições e as juntas, são as mesmas utilizadas nos transformadores trifásicos de energia elétrica tradicionalmente utilizados nos sistemas de distribuição. A aplicação destes componentes combinados aos materiais isolantes, papel isolante Kraft e papelão isolante, aos fios de cobre ou alumínio e ao óleo vegetal, possibilitam operar todo o conjunto formado pelo transformador trifásico verde a uma temperatura de até 135°C, tomando-se por base uma temperatura ambiente de 40°C, uma elevação de 85°C e uma margem de segurança de 10°C. Tal condição térmica não afeta as matérias primas utilizadas, conforme poder ser visto nas tabelas 1 a 10 desse relatório.

[0047] A figura 15 mostra o tanque (1) do protótipo do transformador trifásico verde com óleo vegetal, estes ésteres apresentam esta denominação por serem constituídos de fluidos isolantes à base de óleos de sementes vegetais que se biodegradam com maior rapidez e mais intensamente do que os óleos de petróleo. As principais diferenças entre os ésteres vegetais utilizados no transformador trifásico verde e os óleos minerais tradicionalmente utilizados em transformadores de distribuição é que o ponto de fulgor dos óleos minerais é de 140°C e dos ésteres vegetais 330°C; o

20/30 ponto de combustão dos óleos minerais é de 160°C e dos ésteres vegetais 360°C e o teor de água aceitável para uso contínuo dos óleos minerais é inferior a 40ppm enquanto que nos ésteres vegetais é inferior a 400ppm.

[0048] Fato não menos importante a ser considerado, é que os papéis e papelões isolantes usados nos isolamentos das bobinas dos transformadores trifásicos tradicionais são higroscópicos em relação ao óleo mineral; absorvendo água contida no óleo mineral ao longo da vida ou durante as manutenções do transformador causa que os levam a se degradarem.

Já no caso do uso do óleo vegetal no transformador trifásico verde ocorre o contrário como o óleo vegetal é mais higroscópico que os papéis e papelões isolantes, a água não os contamina garantindo maior vida a esses isolantes e consequentemente ao transformador trifásico verde.

[0049]

Todas essas características agregadas à geometria do núcleo

14) de aço silício, permite que nos cálculos do projeto do transformador trifásico verde, objeto da presente patente, seja explorada uma maior elevação de temperatura, que faz com que esse apresente em relação aos transformadores de distribuição tradicionalmente utilizados, menores dimensões físicas, perdas elétricas em vazio

21/30 menores, maior suportabilidade aos esforços dinâmicos de curto-circuitos e uma maior vida útil.

[0050] A figura 17 mostra os tipos possíveis de ligações elétricas que podem ocorrer com o transformador trifásico verde; as bobinas de alta tensão (15) podem ser conectadas à rede primária de distribuição em configuração “delta e “estrela, e as bobinas de baixa tensão (16) podem estar conectadas à rede secundária de distribuição em configuração “delta, “estrela e “ziguezague.

[0051] A figura 18 mostra uma vista do corte BB lateral do transformador trifásico verde mostrando a conexão existente entre o núcleo (14) e o restante do conjunto. Nela pode-se visualizar o tanque (1) construído de chapas metálicas soldadas e formada em sua parte superior por uma tampa (2) também metálica; o dispositivo de aterramento (6), os conjuntos radiadores (7), as buchas de baixa tensão (8), as buchas de alta tensão (11). Na parte interna do transformador existe um núcleo (14) de chapas de aço silício, sobre as quais são instaladas as três bobinas de baixa tensão (16). Entre a parte ativa (19) composta pelo núcleo (14), as três bobinas de alta tensão (15) e as três bobinas de baixa tensão (16) e o tanque (1) o isolamento elétrico e a refrigeração é feita pelo óleo vegetal cujo nível (20) deve cobrir os dutos dos radiadores (7).

22/30

Princípio de Operação [0052] O princípio de operação do transformador trifásico verde é similar ao dos transformadores de distribuição tradicionais; a alta tensão da rede primária de distribuição disponibilizada pela concessionária de energia elétrica é conectada aos terminais das buchas de alta tensão (11) que fazem circular uma corrente elétrica nas três bobinas de alta tensão (15). Esta tensão, ao alimentar as três bobinas de alta tensão (15) magnetiza o núcleo (14) de aço silício, que promove nas três bobinas de baixa tensão (16) uma força eletromotriz induzida. Esta força eletromotriz irá proporcionar nos terminais das buchas de baixa tensão (8) uma tensão elétrica proporcional à relação direta do número de espiras do conjunto de bobinas. A parte ativa (18) do transformador verde, esta imersa no óleo vegetal. A função principal do óleo é promover o isolamento da parte ativa (18) em relação ao tanque (1) e a tampa (2). Importante observar é que todo o calor gerado pelo núcleo (14) de aço silício, pelas três bobinas de baixa tensão (16) e pelas três bobinas de alta tensão (15), é transferido para o óleo que por sua vez faz a troca de calor com o ambiente através das superfícies do tanque (1), da tampa (2) e dos conjuntos radiadores (7).

Exemplo de Desempenho.

23/30 [0053]

Nas tabelas 1 a abaixo estão os relatórios dos ensaios dos diversos materiais utilizados no transformador verde, objeto da presente patente, e embebidos no óleo vegetal por

4.000 horas. Conforme pode-se observar os valores encontrados nos quesitos fator de potência à

100°C, rigidez dielétrica, índice de neutralização, tensão interfacial, cor e aparência após o contato com o óleo vegetal, indicam que todos os materiais não sofreram alterações de suas características físico-químicas suficientes para inviabilizar seus usos no transformador trifásico verde.

Nestes ensaios as variações máximas permitidas do óleo vegetal que nunca foram atingidas eram:

fator de dissipação com aumento de

0,5%, rigidez não especificado, índice com aumento de até

0,02 mgKOH/g, tensão com diminuição de 5mN/m, cor aumento de

0,5 e aparência com inexistência de turvação, alteração de cor ou presença de sedimentos.

Material: aço silício
Ensaio	Unidade	Valor Especific ado	Valor Encontrado antes do contato	Valor Encontrado após o contato
Fator de Potência	%	<=3,00	1,80	1,80

24/30

Rigidez Dielétrica	KV	>=40	46, 00	45,33
Índice Neutralização	mgKOH/g	<=0,07	0,036	0,036
Tensão Interfacial	mN/m	>=20	30,50	30,50
Cor	-	<=0,5	0,5	0,5
Aparência		Obs .	claro- límpido	claro- límpido
Obs.: Aparência com inexistência de cor ou presença de sedimentos.	turvação, alteração de

Tabela 1

Material: juntas de vedação
Ensaio	Unidade	Valor Especific ado	Valor Encontrado antes do contato	Valor Encontrado após o contato
Fator de Potência	o_ %	<=3,00	1,80	1,83
Rigidez Dielétrica	KV	>=40	46, 00	45, 47
Índice Neutralização	mgKOH/g	<=0,07	0,036	0,038
Tensão Interfacial	mN/m	>=20	30,50	30,11
Cor	-	<=0,5	0,5	0,5
Aparência		Obs .	claro- límpido	claro- límpido
Obs.: Aparência com inexistência de turvação, alteração de cor ou presença de sedimentos.

25/30

Tabela 2

Material: chave comutadora
Ensaio	Unidade	Valor Especific ado	Valor Encontrado antes do contato	Valor Encontrado após o contato
Fator de Potência	o_ %	<=3,00	1,80	1,83
Rigidez Dielétrica	KV	>=40	46, 00	45, 89
Índice Neutralização	mgKOH/g	<=0,07	0,036	0,038
Tensão Interfacial	mN/m	>=20	30,50	30,40
Cor	-	<=0,5	0,5	0,5
Aparência		Obs .	claro- límpido	claro- límpido
Obs.: Aparência com inexistência de turvação, alteração de cor ou presença de sedimentos.

Tabela 3

Material: fio de cobre nú
Ensaio	Unidade	Valor Especific ado	Valor Encontrado antes do contato	Valor Encontrado após o contato
Fator de Potência	o_ %	<=3,00	1,80	1,90
Rigidez Dielétrica	KV	>=40	46, 00	45,50

26/30

Índice Neutralização	mgKOH/g	<=0,07	0,036	0,038
Tensao Interfacial	mN/m	>=20	30,50	28,00
Cor	-	<=0,5	0,5	0,5
Aparência		Obs .	claro- límpido	claro- límpido
Obs.: Aparência com inexistência de turvação, alteração de cor ou presença de sedimentos.

Tabela 4

Material: fio de cobre esmaltado
Ensaio	Unidade	Valor Especific ado	Valor Encontrado antes do contato	Valor Encontrado após o contato
Fator de Potência	o_ %	<=3,00	1,80	1,83
Rigidez Dielétrica	KV	>=40	46, 00	45,50
Índice Neutralização	mgKOH/g	<=0,07	0,036	0,038
Tensão Interfacial	mN/m	>=20	30,50	30,02
Cor	-	<=0,5	0,5	0,5
Aparência		Obs .	claro- límpido	claro- límpido
Obs.: Aparência com inexistência de turvação, alteração de cor ou presença de sedimentos.

Tabela 5

Material: papelao isolante sem cola

27/30

Ensaio	Unidade	Valor Especific ado	Valor Encontrado antes do contato	Valor Encontrado após o contato
Fator de Potência	o_ %	<=3,00	1,80	1,86
Rigidez Dielétrica	KV	>=40	46, 00	45,33
Índice Neutralização	mgKOH/g	<=0,07	0,036	0,037
Tensão Interfacial	mN/m	>=20	30,50	30,17
Cor	-	<=0,5	0,5	0,5
Aparência		Obs .	claro- límpido	claro- límpido
Obs.: Aparência com inexistência de turvaçao, alteração de cor ou presença de sedimentos.

Tabela 6

Material: papel isolante com cola
Ensaio	Unidade	Valor Especific ado	Valor Encontrado antes do contato	Valor Encontrado após o contato
Fator de Potência	o_ %	<=3,00	1,80	1,89
Rigidez Dielétrica	KV	>=40	46, 00	45, 10
Índice Neutralização	mgKOH/g	<=0,07	0,036	0,038

28/30

Tensão Interfacial	mN/m	>=20	30,50	29, 79
Cor	-	<=0,5	0,5	0,5
Aparência		Obs.	claro- límpido	claro- límpido
Obs.: Aparência com inexistência de turvaçao, alteração de cor ou presença de sedimentos.

Tabela 7

Material: papel isolante Kraft neutro sem cola
Ensaio	Unidade	Valor Especific ado	Valor Encontrado antes do contato	Valor Encontrado após o contato
Fator de Potência	o_ %	<=3,00	1,80	1,83
Rigidez Dielétrica	KV	>=40	46, 00	45, 41
Índice Neutralização	mgKOH/g	<=0,07	0,036	0,038
Tensão Interfacial	mN/m	>=20	30,50	30,11
Cor	-	<=0,5	0,5	0,5
Aparência		Obs .	claro- límpido	claro- límpido
Obs.: Aparência com inexistência de turvação, alteração de cor ou presença de sedimentos.

Tabela 8

Material: papel isolante Kraft neutro com cola

29/30

Ensaio	Unidade	Valor Especific ado	Valor Encontrado antes do contato	Valor Encontrado após o contato
Fator de Potência	o_ 0	<=3,00	1,80	1,87
Rigidez Dielétrica	KV	>=40	46, 00	45,23
Índice Neutralização	mgKOH/g	<=0,07	0,036	0,038
Tensão Interfacial	mN/m	>=20	30,50	28,89
Cor	-	<=0,5	0,5	0,5
Aparência		Obs .	clarolímpido	clarolímpido
Obs.: Aparência com inexistência de turvação, alteração de cor ou presença de sedimentos.

Tabela 9 [0054] Na tabela 10 abaixo, pode-se observar que os valores encontrados para o óleo vegetal após 4.000 horas de uso no protótipo, nos quesitos fator de potência à 100°C, teor de água, rigidez dielétrica, densidade à 20°C, índice de neutralização e tensão interfacial, não sofreram alterações de suas características físico-químicas suficientes para inviabilizar seu uso no transformador trifásico verde.

Material: óleo vegetal após contato com o protótipo

30/30

Ensaio	Unidade	Valor Especifica do	Valor Encontrado após o contato
Fator de Potência (100°)	o_ 0	<=3,00	1,97
Teor de água	Ppm	<=200	37, 00
Rigidez dielétrica	kV	>=40	47,50
Densidade à 20°C		0,900 - 0,920	0,92
Índice de neutralização	mgKOH/g	<=0,07	0,04
Tensão interfacial	mN/m	>=20	29,00

Tabela 10 [0055] Logicamente, o transformador trifásico verde com tal construção pode ser obtido em tamanhos e capacidades diversas para atender diferentes necessidades.

Claims (3)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Transformador a óleo trifásico de distribuição de energia elétrica, compreendido por um invólucro metálico denominado tanque (1) construído de chapas metálicas soldadas e formada em sua parte superior por uma tampa (2) também metálica, orelhas de suspensão (3), suporte para fixação (4), dispositivo de aterramento (6), conjuntos radiadores (7), buchas de baixa tensão (8), marcas dos terminais de baixa tensão (9), placa de identificação (10), buchas de alta tensão (11), marcas dos terminais de alta tensão (12), abertura para inspeção do óleo (13), na parte interna do transformador existe um núcleo (14) de aço silício, sobre o núcleo (14) de aço silício são instaladas as três bobinas de baixa tensão (16) e as três bobinas de alta tensão (15), o transformador a óleo sendo caracterizado por as faces internas das culatras (18) serem planas.
2. 2. Transformador trifásico de distribuição de energia elétrica com núcleo de culatras planas em suas faces interiores e isolamento a óleo vegetal biodegradável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir estruturas de apoio (5) quando o mesmo for utilizado em plataformas.
3. 3. Transformador trifásico de distribuição de energia elétrica com núcleo de culatras planas em suas faces

   Petição 870180150795, de 12/11/2018, pág. 42/201

   2/2 interiores e isolamento a óleo vegetal biodegradável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ter a opção de possuir na parte interna uma chave comutadora (17) de tapes de alta tensão com acionamento interno ou externo.