Os transformadores são componentes fundamentais em sistemas de energia elétrica, responsáveis por aumentar ou diminuir os níveis de tensão para uma transmissão e distribuição de energia eficiente. A imersão de um transformador, normalmente num fluido especial como o óleo do transformador, serve múltiplos propósitos cruciais que são essenciais para o seu bom funcionamento e fiabilidade a longo prazo.

Melhoria do desempenho de isolamento

Aumento da força dielétrica

Uma das principais razões para mergulhar um transformador é melhorar as suas capacidades de isolamento. O óleo de transformador, que é um meio de imersão comum, tem uma alta resistência dielétrica. Quando os enrolamentos e o núcleo do transformador são imersos neste óleo, ele fornece uma camada adicional de isolamento entre as partes condutoras. Por exemplo, em transformadores de alta tensão, a diferença de potencial entre os enrolamentos primários e secundários pode ser extremamente alta. Sem o isolamento adequado, o arco elétrico pode ocorrer, levando a curto-circuitos e danos significativos ao transformador. O óleo do transformador, com sua resistência dielétrica muitas vezes na faixa de 60 - 70 kV/mm para óleo mineral, impede efetivamente o fluxo de corrente elétrica através de caminhos indesejados. Preenche as lacunas e vazios entre os enrolamentos, criando uma barreira isolante contínua e eficaz.

Exclusão de Umidade e Contaminantes

A imersão também ajuda na exclusão de umidade e contaminantes dos componentes internos do transformador. A humidade pode ser altamente prejudicial para o desempenho de um transformador, uma vez que reduz a resistência dielétrica dos materiais de isolamento. Ao serem submersos em óleo, os enrolamentos e outras peças são protegidos do ambiente externo, minimizando o risco de entrada de umidade. Além disso, o óleo pode atuar como uma barreira contra poeira, sujeira e outros contaminantes particulados. Estes contaminantes, se se deixarem acumular nos enrolamentos, podem causar avaria elétrica ou corrosão ao longo do tempo. A capacidade do óleo de manter os componentes internos limpos e secos contribui significativamente para manter a integridade do isolamento do transformador.

Melhoria da Dissipação de Calor

Meio de transferência de calor eficiente

Os transformadores geram calor durante a operação devido a perdas resistivas nos enrolamentos (perdas I²R) e perdas no núcleo (histerese e perdas por corrente parasita). A imersão do transformador em óleo proporciona uma maneira eficiente de dissipar esse calor. O óleo do transformador tem boa condutividade térmica, permitindo absorver o calor dos hotspots dentro do transformador, como os enrolamentos e o núcleo. À medida que o óleo aquece, circula naturalmente através do transformador. Esta circulação pode ser melhorada pelo projeto do transformador, que pode incluir canais ou defletores para direcionar o fluxo do óleo. O óleo aquecido então se move para as partes mais frias do transformador, muitas vezes passando por radiadores ou aletas de resfriamento. Aqui, o calor é transferido para o ar circundante e o óleo arrefecido regressa ao transformador para repetir o ciclo. Este processo contínuo de transferência de calor ajuda a manter a temperatura do transformador dentro de uma faixa aceitável, evitando o superaquecimento e danos subsequentes ao isolamento e outros componentes.

Expansão Térmica e Arrefecimento

Outro aspeto relacionado à dissipação de calor é a expansão térmica do óleo. Quando o transformador aquece, o óleo expande-se. Esta expansão é um processo natural que ajuda na circulação do óleo. À medida que o óleo se expande, cria uma diferença de pressão dentro do transformador, o que impulsiona ainda mais o fluxo do óleo. Quando o transformador arrefece, o óleo contrai-se e o ciclo continua. Este mecanismo de autorregulação baseado na expansão térmica e contração do óleo contribui para a eficiência global do processo de dissipação de calor no transformador.

Prevenção da Oxidação Interna

Barreira de Oxigénio

A imersão do transformador em óleo também serve como proteção contra a oxidação interna. O oxigênio no ar pode reagir com os componentes metálicos do transformador, como os enrolamentos e o núcleo, levando à oxidação e corrosão. O óleo atua como uma barreira física, impedindo que o oxigênio chegue a esses componentes. Sem esta barreira, o processo de oxidação poderia enfraquecer gradualmente a integridade estrutural do transformador e também afetar o seu desempenho elétrico. Por exemplo, enrolamentos oxidados podem ter maior resistência, levando a maiores perdas de energia e eficiência reduzida. Ao excluir o oxigénio, o óleo ajuda a manter a fiabilidade e o desempenho a longo prazo do transformador.

Propriedades antioxidantes de alguns óleos

Além de atuarem como barreira física, alguns tipos de óleos transformadores, especialmente aqueles com aditivos, possuem propriedades antioxidantes. Estes antioxidantes podem reagir com quaisquer moléculas de oxigénio que possam ter entrado no sistema, neutralizando-as e impedindo-as de causar oxidação. Esta proteção adicional aumenta ainda mais a capacidade do processo de imersão de óleo para proteger o transformador contra a oxidação interna.

Em conclusão, mergulhar um transformador em um fluido adequado como o óleo do transformador é uma prática multifacetada que oferece vantagens significativas em termos de isolamento, dissipação de calor e proteção contra oxidação. Esses benefícios são cruciais para garantir a operação confiável e eficiente dos transformadores, que são a espinha dorsal da infraestrutura de energia elétrica.