Ligações comuns do enrolamento do transformador e suas aplicações

Os transformadores são componentes cruciais nos sistemas de energia e as suas ligações de enrolamento afectam diretamente o seu desempenho e cenários de aplicação. As ligações comuns do enrolamento do transformador são a ligação delta (D) e a ligação em estrela (Y ou Yn). Este artigo fornece uma visão detalhada destes dois tipos de ligação, os seus métodos de notação, grupos de ligação e as vantagens e aplicações de cada um.

I. Método de notação para grupos de ligação de transformadores

1. Significado das letras maiúsculas e minúsculas

O grupo de ligação de um transformador é indicado por letras maiúsculas e minúsculas: as letras maiúsculas indicam o tipo de ligação do lado primário (ou lado de alta tensão) e as letras minúsculas indicam o tipo de ligação do lado secundário (ou lado de baixa tensão). Especificamente:

• Y (ou y): Ligação em estrela
• D (ou d): Ligação delta

Os números utilizam a notação de relógio para representar a relação de fase entre as tensões de linha primária e secundária, em que o fasor de tensão de linha primária é o ponteiro dos minutos fixado na posição das 12 horas e o fasor de tensão de linha secundária é o ponteiro das horas.

2. Exemplo de um grupo típico

Por exemplo, "Yn, d11" indica uma ligação em estrela do lado primário com uma linha neutra, uma ligação em delta do lado secundário e uma tensão de linha secundária com 330 graus de atraso em relação à tensão de linha primária (ou 30 graus de avanço). Nesta notação, 11 significa que, quando o fasor da tensão da linha primária está na posição das 12 horas, o fasor da tensão da linha secundária está na posição das 11 horas.

Saiba mais sobre: Transformador Delta Wye

II. Grupos comuns de ligação de transformadores

A combinação de dois enrolamentos num transformador forma os quatro grupos de ligação seguintes:

1. Y, y
2. D, y
3. Y, d
4. D, d

Os grupos de ligação normalmente utilizados são "Y, y" e "Y, d".

Grupo de ligação Yyn0

• Lado da alta tensão: Ligação em estrela (Y) com ligação à terra do neutro
• Lado de baixa tensão: Ligação em estrela (y) com ligação à terra do neutro
• Os fasores de tensão da linha primária e secundária sobrepõem-se, indicados por "0" no relógio.

Grupo de ligação Dyn11

• Lado da alta tensão: Ligação delta (D)
• Lado de baixa tensão: Ligação em estrela (y) com uma linha neutra
• Os fasores da tensão de linha primária e secundária diferem em 330 graus (11 horas no relógio).

III. Análise do desempenho dos grupos de ligação

1. Perda em vazio

• Grupo de ligação Yyn0: A ligação em estrela do lado de alta tensão gera uma corrente de excitação sinusoidal, mas devido à não linearidade da curva de magnetização, o fluxo do núcleo contém componentes de terceira harmónica significativas, aumentando a histerese e as perdas por correntes de Foucault.
• Grupo de ligação Dyn11: A corrente de terceira harmónica pode circular no enrolamento de alta tensão, tornando o fluxo do núcleo sinusoidal e reduzindo as perdas. A perda em vazio das ligações Dyn11 pode ser cerca de 10% inferior à das ligações Yyn0.

2. Corrente de sequência zero

• Grupo de ligação Yyn0: A carga secundária desequilibrada gera um fluxo de sequência zero, aumentando as perdas adicionais. Os transformadores de grande capacidade não são adequados para este método de ligação.
• Grupo de ligação Dyn11: A corrente de sequência zero no enrolamento primário pode circular no interior do enrolamento, enfraquecendo o fluxo de sequência zero do enrolamento secundário e reduzindo o sobreaquecimento. A perda de carga das ligações Dyn11 pode ser cerca de 20% inferior à das ligações Yyn0.

3. Curto-circuito monofásico

• Grupo de ligação Dyn11: Impedância de sequência zero baixa, resultando numa corrente de curto-circuito monofásica elevada no lado de baixa tensão e numa elevada sensibilidade de proteção.
• Grupo de ligação Yyn0: Impedância de sequência zero elevada, resultando numa tensão de sequência zero elevada e numa assimetria significativa na tensão de fase.

IV. Seleção de métodos de ligação na prática

1. Ligação delta no lado de baixa tensão do transformador principal

• Motivo: Elimina os terceiros harmónicos e evita a distorção harmónica na forma de onda da tensão da rede eléctrica. A corrente de sequência zero forma uma corrente circulante na ligação delta, mantendo a qualidade da energia.

2. Princípios para a seleção dos métodos de ligação

• Ligação Y-D: Normalmente utilizado para transformadores abaixadores, uma vez que a ligação em estrela do lado de alta tensão reduz as perdas na linha.
• Ligação D-Y: Normalmente utilizado para transformadores elevadores, mas também comum em transformadores de distribuição em que o lado de baixa tensão está ligado à terra.

3. Tratamento de casos especiais

• Ligação Y-Y: Geralmente não é utilizado devido à falta de caminhos harmónicos, que podem causar distorção significativa na saída.
• Problemas com transformadores multiestágio: Por exemplo, um transformador de 10/0,4kV que fornece energia a um edifício de escritórios precisa de garantir que a linha neutra está ligada à terra quando transforma 400V ou 380V em 110V para equipamento específico.

V. Conclusão

A escolha do método de ligação do transformador adequado é crucial para o funcionamento seguro e estável dos sistemas de energia. Os métodos de ligação adequados podem reduzir as perdas, melhorar a eficiência, suprimir os harmónicos e garantir a qualidade da energia. Em aplicações práticas, o método de ligação adequado deve ser selecionado com base em necessidades específicas, tirando partido das vantagens de cada método para garantir a fiabilidade e a eficiência económica do sistema de energia.