Dentre as muitas diferenças existentes entre transformadores a óleo e a seco, convém considerar aquelas relativas à temperatura de operação como estando dentre as de maior importância.
Isso porque a temperatura é o fator determinante do tempo de vida útil do isolamento elétrico da máquina que, invariavelmente, se torna o mesmo tempo de vida dela, como um todo. Estruturalmente, a essas diferenças relativas à temperatura de operação explicam o fato de que os transformadores a óleo estão disponíveis em valores mais altos tanto para a potência quanto para a tensão nominal, se comparando com os transformadores a seco.
Pontos chave
O ponto chave neste contexto é que, conforme já mencionado em texto anterior, o uso do óleo, como elemento isolamento para os enrolamentos, retira totalmente o ar atmosférico de assumir qualquer participação, por mínima que possa ser, nessa tarefa. Ou seja, o óleo preenche totalmente o espaço entre o condutor e o potencial de terra, que é o do tanque que o confina.
Evidentemente, há uma certa “colaboração” com outros materiais isolantes. Principalmente, o papel e o verniz. Entretanto, o ar fica, literalmente, “do lado de fora” desse sistema isolante.
Por sua vez, no transformador a seco, se aplica resina, individualmente, nas bobinas de alta e de baixa tensão que, ao são instaladas de maneira concêntrica, em torno da coluna do núcleo, havendo uma distância radial entre elas, onde o ar desempenha importante parte da tarefa de isolamento elétrico, no espaço entre as bobinas de alta e de baixa tensão, conforme mostrado na Figura 1, abaixo. Inclusive, o ar se torna fator limitante, como comprovado em [1].
Figura 1 -Vista em corte de uma fase de um transformador a seco – Ênfase para a presença inevitável do ar como elemento isolante. Fonte: Autores
No que diz respeito à troca de calor, o “confronto” ar versus óleo se mantém, com diferenças de tarefa nos dois tipos de transformador. No transformador a óleo, a convecção do próprio óleo retira o calor advindo das entranhas dos enrolamentos, bem como do próprio núcleo, ganha energia e com isso sobe em direção à superfície quando adentra à parte superior do trocador de calor, seja com aletas ou com radiadores, entregando calor ao ar e descendo para o fundo do tanque, para assim permanecer ciclicamente, durante toda a operação do transformador.
Mais sobre transformadores a seco
Já no transformador a seco, é a camada de resina que retira e conduz para fora tanto o calor gerado nos enrolamentos quanto o calor vindo do núcleo. Nesse caso, é importante perceber a diferença de desempenho entre o óleo e a resina, na troca de calor já que o óleo, por ser líquido, tem mais facilidade de conduzir o calor, sendo ambos não-metálicos.
Desta forma, no canal formado entre as bobinas de alta e de baixa tensão, bem como nas cavidades formadas pela disposição em degraus das lâminas ao preencher o núcleo, o ar receberá esse calor e o levará para fora do transformador, pela parte superior. Esse é, por conta do reduzido espaço, um caminho crítico para a troca de calor e, invariavelmente, o uso de ventilação forçada é requerido.
Principalmente, quando o transformador for ainda confinado num armário. Nesse caso, é importante salientar que a adoção de sistemas de ventilação requer um extremo cuidado do projetista, já que não se aplica o princípio que quanto mais potente for o ventilador melhor será a troca de calor.
Isso porque o turbilhonamento do ar pode comprometer a troca de calor. Tanto que alguns fabricantes adotam cortinas de ar, em vez de ventilação dirigida, requerendo bem menor potência e apresentando melhor desempenho. Por sua vez, o calor que sai radialmente pela face externa da bobina de alta-tensão não apresenta nenhuma condição crítica.
Assim, ficam claras quais são as limitações impostas pelo ar ao transformador a seco, tanto quanto ao isolamento elétrico e à troca de calor.
Por isso, caberia confinar os enrolamentos de alta e de baixa tensão num mesmo bloco de resina? Certamente.
É o que se comprova em [1].
Inclusive, quanto às consequências no dimensionamento dos condutores. Entretanto, tal medida somente vai permitir se ampliar valores de tensão nominal do transformador a seco, mas ainda será incapaz de alcançar os valores adotados para transformadores a óleo.
Ventilação forçada
Finalmente, cabe considerar que transformadores a óleo também podem possuir sistemas de ventilação, mas será para permiti-lo operar com maior potência nominal.
Em casos mais específicos, o óleo poderá até ser forçado a circular, através de um sistema de próprio de bombeamento, para o qual se deve observar o perigo de formação de eletricidade estática, a partir do atrito do óleo com todos os materiais contidos no interior do tanque do transformador, que pode causar explosões com consequências gravíssimas.
Em ambos os casos, com ventilação forçada ou circulação forçada, o óleo em questão tem sido cada vez mais o óleo vegetal isolante, diante do ainda vastamente predominante óleo mineral.