Metodologia baseada em simulações para determinação dos esforços eletromecânicos em transformadores de potência
Fecha
2020-02-28Primeiro membro da banca
Bender, Vitor Cristiano
Segundo membro da banca
Chagas, Natalia Braun
Metadatos
Mostrar el registro completo del ítemResumen
Os transformadores de potência, responsáveis por adequar os níveis de tensão, são equipamentos essenciais para o funcionamento de sistemas elétricos como um todo. Expostos a diferentes situações, estão sujeitos a diversas falhas que podem acarretar em uma indisponibilidade operativa destes. Entre as falhas, pode haver o rompimento da isolação dielétrica, devido a deformações dos enrolamentos por esforços eletromecânicos oriundos de elevadas correntes, como curtos-circuitos, levando a prejuízos técnicos e financeiros. Este trabalho apresenta uma metodologia para determinação dos esforços eletromecânicos e sua distribuição nos enrolamentos de transformadores de potência através de simulações empregando o Método de Elementos Finitos. Após uma visão geral dos esforços, apresentando situações operativas de elevadas correntes e possíveis deformações, métodos analíticos de cálculo são abordados, expondo suas simplificações e dificuldades de aplicação, com a exemplificação do uso das equações de Waters sobre três arranjos de bobinas concêntricas: mesma altura, tap na cabeceira e tap central. Diante disso, são apresentadas modelagens 3D e simulações dos mesmos arranjos em software de elementos finitos, mostrando a praticidade e aplicabilidade da metodologia de simulação. Após comparar os resultados das simulações com as equações, análises dos esforços radiais e axiais são apresentadas, com detalhamento em divisões modeladas ao longo da altura dos enrolamentos e no entorno da coluna do núcleo, incluindo uma variação paramétrica do tamanho do tap. A partir das simulações, verificou-se que as equações analíticas, mesmo com simplificações, são precisas. Adicionalmente, a ferramenta de simulação em elementos finitos mostrou-se bastante eficiente, principalmente por permitir a modelagem e análise de geometrias e arranjos mais complexos, onde a aplicação de equações torna-se limitada. Ainda, com as modelagens em simulação, verificou-se detalhadamente a distribuição dos esforços, além de pontos críticos e características que podem ser levadas em conta em projetos de transformadores mais confiáveis.
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