Conexões comuns do enrolamento do transformador e suas aplicações

Os transformadores são componentes cruciais nos sistemas de energia, e suas conexões de enrolamento afetam diretamente seu desempenho e os cenários de aplicação. As conexões comuns do enrolamento do transformador são a conexão delta (D) e a conexão estrela (Y ou Yn). Este artigo fornecerá uma visão geral detalhada desses dois tipos de conexão, seus métodos de notação, grupos de conexão e as vantagens e aplicações de cada um.

I. Método de notação para grupos de conexão de transformadores

1. Significado das letras maiúsculas e minúsculas

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

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

Os números usam 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 de 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 conexão estrela do lado primário com uma linha neutra, uma conexão delta do lado secundário e uma tensão de linha secundária defasada em 330 graus em relação à tensão de linha primária (ou adiantada em 30 graus). Nessa notação, 11 significa que quando o fasor de tensão da linha primária está na posição 12 horas, o fasor de tensão da linha secundária está na posição 11 horas.

Saiba mais sobre: Transformador Delta Wye

II. Grupos comuns de conexão de transformadores

A combinação de dois enrolamentos em um transformador forma os quatro grupos de conexão a seguir:

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

Os grupos de conexão comumente usados são "Y, y" e "Y, d".

Grupo de Conexão Yyn0

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

Grupo de Conexão Dyn11

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

III. Análise de desempenho dos grupos de conexão

1. Perda sem carga

• Grupo de Conexão Yyn0: A conexão em estrela do lado de alta tensão gera uma corrente de excitação senoidal, mas, devido à não linearidade da curva de magnetização, o fluxo do núcleo contém componentes de terceira harmônica significativos, aumentando a histerese e as perdas por correntes parasitas.
• Grupo de Conexão Dyn11: A terceira corrente harmônica pode circular dentro do enrolamento de alta tensão, tornando o fluxo do núcleo sinusoidal e reduzindo as perdas. A perda sem carga das conexões Dyn11 pode ser cerca de 10% menor do que a das conexões Yyn0.

2. Corrente de sequência zero

• Grupo de Conexão Yyn0: A carga secundária desequilibrada gera fluxo de sequência zero, aumentando as perdas adicionais. Os transformadores de grande capacidade não são adequados para esse método de conexão.
• Grupo de Conexão Dyn11: A corrente de sequência zero no enrolamento primário pode circular dentro do enrolamento, enfraquecendo o fluxo de sequência zero do enrolamento secundário e reduzindo o superaquecimento. A perda de carga das conexões Dyn11 pode ser cerca de 20% menor do que a das conexões Yyn0.

3. Curto-circuito monofásico

• Grupo de Conexão Dyn11: Baixa impedância de sequência zero, resultando em alta corrente de curto-circuito monofásico no lado de baixa tensão e alta sensibilidade de proteção.
• Grupo de Conexão Yyn0: Alta impedância de sequência zero, resultando em alta tensão de sequência zero e assimetria significativa na tensão de fase.

IV. Seleção de métodos de conexão na prática

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

• Motivo: Elimina os terceiros harmônicos e evita a distorção harmônica na forma de onda da tensão da rede elétrica. A corrente de sequência zero forma uma corrente circulante na conexão delta, mantendo a qualidade da energia.

2. Princípios para a escolha de métodos de conexão

• Conexão Y-D: Normalmente usado para transformadores redutores, pois a conexão em estrela do lado de alta tensão reduz as perdas na linha.
• Conexão D-Y: Normalmente usado para transformadores elevadores, mas também comum em transformadores de distribuição em que o lado de baixa tensão é aterrado.

3. Tratamento de casos especiais

• Conexão Y-Y: Geralmente não é usado devido à falta de caminhos harmônicos, que podem causar distorção significativa na saída.
• Problemas com transformadores de vários estágios: Por exemplo, um transformador de 10/0,4 kV que fornece energia para um prédio de escritórios precisa garantir que a linha neutra seja aterrada ao transformar 400 V ou 380 V em 110 V para equipamentos específicos.

V. Conclusão

A escolha do método adequado de conexão do transformador é fundamental para a operação segura e estável dos sistemas de energia. Métodos de conexão adequados podem reduzir perdas, melhorar a eficiência, suprimir harmônicos e garantir a qualidade da energia. Em aplicações práticas, o método de conexão adequado deve ser selecionado com base em necessidades específicas, aproveitando as vantagens de cada método para garantir a confiabilidade e a eficiência econômica do sistema de energia.