As Principais Diferenças entre Transformadores a Óleo e a Seco – Parte 1 – Generalidades

Historicamente, os primeiros transformadores eram do tipo seco, ou “a seco”, como é comumente falado. Na verdade, esse termo ainda então não existia, pois, os primeiros transformadores (de baixa-tensão e muito rudimentares) utilizavam essencialmente materiais sólidos como isolantes dos condutores, tais como tubos de tecido de algodão impregnados em alcatrão e o papel. Ou seja, como não havia a opção do óleo como material isolante, todos os transformadores eram eminentemente secos.

Óleo e metal

O óleo isolante somente foi incorporado como material isolante mais tarde, quando os transformadores se popularizaram e começaram a atingir maiores valores de potência, bem como maiores valores de tensão nominal, exigindo materiais isolantes de maior rigidez dielétrica.

Nesse cenário, a adoção do óleo se deu ao mesmo tempo em que se adotou o tanque metálico, que possibilitou abrigar tanto a parte ativa do transformador quanto o seu isolante, o óleo, que também passou a exercer um papel importante na troca de calor, transportando-o desde as partes mais internas do transformador até o exterior, através de um circuito próprio, no qual canais internos e as aletas foram incorporados.

A propósito, as aletas acabaram caracterizando o aspecto externo do transformador a óleo, originando ainda o uso de radiadores. Daí em diante, com o crescente aumento da potência dos transformadores, vieram vários outros dispositivos e elementos auxiliares importantes, associados ao uso do óleo, dentre os quais convém citar o relé Buchholz e o conservador de óleo.

A adoção pelo óleo isolante, que era somente de origem mineral, naquela época, permitiu anular a presença do ar atmosférico, como material isolante, que limita a rigidez dielétrica de sistema isolante em que ele faça parte, ainda que com outros materiais como papel, tecidos e esmaltes.

Dessa forma, o óleo isolante ganhou grande aceitação e predominou quase que totalmente por longos anos, durante a vigorosa expansão dos sistemas elétricos, em todo o mundo.

Dentre os vários tipos de óleo utilizados, um marco negativo ficou por conta do temido Askarel (Tecnicamente, PCBs – Polychlorinated Biphenyl) e seus reconhecidos efeitos nocivos à saúde humana e ao meio ambiente. Não obstante, o mercado de óleos isolantes reagiu rapidamente e encontrou substitutos a altura, enquanto também os óleos minerais passaram a apresentar as opções de naftênicos e parafínicos.

Meio ambiente e impactos

Então, tudo ia relativamente bem, até que se percebeu, da maneira mais dolorida possível, que o óleo dos transformadores trazia (e traz) em si um certo perigo à vida humana daqueles que estiverem ao seu redor, durante sua operação, bem como uma ameaça ao meio ambiente.

Primeiramente, a combinação entre o óleo mineral, o calor do interior do transformador e os elevados valores de campo elétrico se mostrou como capaz de gerar gases inflamáveis e, ainda, a sua ignição, originando explosão e incêndios de grandes proporções, agravados pelo fato de que o óleo mineral propaga a chama.

Evidentemente, a maioria dos transformadores de potência são dotados de formas de proteção contra esse evento tão drástico.  Ocorre que, concomitantemente a essa crise, o desenvolvimento de novos materiais isolantes impregnantes colaborou decisivamente para o ressurgimento dos transformadores sem óleo e, por isso classificados como “a seco”.

Transformadores à Seco

Esses materiais, à base de resinas que, combinadas com materiais sintéticos de elevado desempenho térmico e técnicas inovadoras de cura, permitiram expandir os transformadores a seco para além da classe de transformadores de comando, chegando até 36 kV e cerca de 15 MW, hoje. Daí em diante, já há casos divulgados[1]. Mas não com uma produção em larga escala.

Há, então, uma tendência de aumentar essa possibilidade de se dispor de transformadores a seco com maiores valores de potência e de tensão nominal? Sem dúvidas.

Afinal, transformadores a seco podem ser empregados em locais de grande concentração e trânsito de público, como shopping centers, supermercados, estádios, arenas, dentre outros, sem o perigo de explodir e, além de jorrar óleo muito quente, de causar um incêndio de grandes proporções.

Mesmo no caso em que os transformadores a óleo forem mantidos em locais de acesso controlado, como em subestações, se deve ainda se preocupar com o vazamento do óleo sobre o solo e a consequente contaminação do lençol freático. Ainda, para evitar que propagação das chamas atinja transformadores e equipamentos sãos, que estejam próximos, as normas vigentes exigem a construção de paredes corta-fogo, nas laterais de cada transformador a óleo.

Enfim, um cenário muito favorável para o transformador a seco, que quase que instantaneamente passou a ser adotados nos locais de grande público. Mas, convém citar, existe uma ressalva importante quanto ao uso do transformador a seco, que é a necessidade de ele estar abrigado do tempo, o que não é, por sua vez, uma exigência para o transformador a óleo. E nesse caso, o fator espaço ocupado passa a ser um item muito importante.

Finalmente, convém considerar que, de certa forma, o mercado do transformador a óleo reagiu e muito bem às ações de concorrência, tomadas pelo mercado do transformador a seco.

Óleo vegetal

A maior novidade fica por conta da adoção do óleo isolante vegetal, que já se tornou atrativo para as grandes empresas do setor agrícola mundial e deverá fazer frente ao transformador a seco, já que, principalmente, o óleo vegetal não propaga chama e o seu derramamento no solo não é um problema, já que é biodegradável.

Com isso, a construção de poços de recolhimento de óleo vazado, bem como de paredes corta-fogo se torna desnecessária. Neste cenário, é importante citar que transformadores que hoje operam com óleo mineral isolante podem substituí-lo pelo óleo vegetal isolante.

Dessa forma, para os próximos anos se espera um acirramento dessa disputa, de forma que diferenças mínimas em fatores de desempenho, tais como características físico-químicas, suportabilidade a impulso atmosférico, dentre os principais, deverão ter papel decisivo na escolha por um tipo ou outro de transformador, além de fatores já conhecidos, como volume ocupado. Sobre todos esses itens, trataremos num próximo texto.

Referências

[1] – L. F. de Oliveira and S. H. L. Cabral, “Application of grounded metallic enclosing mesh for expanding rated voltage of dry-type transformer,” in IET Electric Power Applications, vol. 10, no. 5, pp. 411-418, 5 2016. (em inglês).

Sugestão de leituras:

Trabalhos de Conclusão de Curso – Engenharia Elétrica da FURB:

  • ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DA INSTALAÇÃO DA VENTILAÇÃO FORÇADA PARA AUMENTO DE POTÊNCIA EM TRANSFORMADORES A SECO SEM INVÓLUCRO DE PROTEÇÃO – CLEITO PODIATZKI.

Acessível em https://drive.google.com/open?id=1bOr5okDTsX_zafCNGZOBnuTNkUHTYycf

  • OTIMIZAÇÃO DA SEÇÃO DE NÚCLEOS DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA COM O DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE. NICHOLAS F. J. KLOCK.

Acessível em https://drive.google.com/open?id=1TlMj-ZtfJAgrk14v6a2bvXu7B5Gi5xlg

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