Tipos de Transformadores: Óleo, Seco e Trifásico

O que é um transformador

O transformador tem dois enrolamentos de cobre ou alumínio em volta de um núcleo de chapas de aço-silício. A corrente alternada no primário cria um fluxo magnético no núcleo, e esse fluxo induz tensão no secundário. A relação entre as tensões é a relação entre o número de espiras.

A potência é dada em kVA, não em kW, porque o transformador aquece com a corrente total, inclusive a reativa. Ele só funciona em corrente alternada. Os de grande porte têm rendimento acima de 98 %, e as perdas que sobram viram calor no núcleo e nos enrolamentos.

Tipos de transformadores pelo isolamento

Transformador a óleo mineral

É o mais comum em cabine primária. O óleo isola as bobinas e leva o calor até as aletas do tanque. Custa menos que o seco e aguenta melhor sobrecarga curta e ambiente úmido. Instalado dentro de edificação, exige recinto próprio e contenção do óleo, como pede a ABNT NBR 14039. O óleo precisa de análise periódica.

Transformador a óleo vegetal (éster natural)

Tem o mesmo projeto do transformador a óleo, mas usa óleo de origem vegetal. O ponto de combustão passa de 300 °C, contra cerca de 170 °C do óleo mineral, e o óleo é biodegradável. Custa mais e é escolhido onde o risco de incêndio ou de vazamento pesa mais.

Transformador a seco

As bobinas ficam encapsuladas em resina epóxi e não há líquido inflamável. Por isso pode ficar perto da carga, dentro de prédio, hospital, shopping ou data center, sem bacia de óleo. Custa mais, ocupa mais espaço para a mesma potência e precisa de sala ventilada, limpa e seca. A classe térmica mais comum é a F (155 °C).

Transformador trifásico e monofásico

O transformador trifásico tem três enrolamentos no mesmo núcleo e atende indústria, comércio e prédio. Na distribuição, a ligação mais usada é triângulo no primário e estrela aterrada no secundário, indicada como Dyn1 ou Dyn11. O triângulo segura dentro do transformador os harmônicos de 3ª ordem das cargas. A estrela aterrada dá o neutro para os circuitos de 220 V ou 127 V.

O monofásico atende rede rural e cargas pequenas. Três monofásicos podem formar um banco trifásico, arranjo que hoje aparece mais em subestação de concessionária, onde facilita a reserva.

Transformador de distribuição e transformador de força

O transformador de distribuição recebe a média tensão e entrega a baixa tensão ao consumidor. Fica no poste da distribuidora, com potências de 15 a 300 kVA nos trifásicos, ou na cabine do consumidor, de 225 kVA a alguns MVA.

O transformador de força trabalha em alta tensão, de 69 kV para cima, nas subestações da concessionária e das grandes indústrias. Chega a dezenas ou centenas de MVA e tem comutador de derivações sob carga para regular a tensão.

Transformadores de instrumentos: TC e TP

O transformador de corrente (TC) e o de potencial (TP) não alimentam carga. Eles reduzem corrente e tensão a valores que o relé e o medidor conseguem ler, como 5 A e 115 V. Um TC saturado faz o relé enxergar menos corrente do que a falta tem, e a proteção atrasa. Ver dimensionamento e saturação do TC.

Outros tipos

• Autotransformador: um enrolamento só, com derivação. É menor e mais barato, mas não isola os circuitos. Usado na partida de motores e no ajuste de tensão.
• Transformador isolador: separa eletricamente dois circuitos de mesma tensão. É a base do sistema IT médico das salas cirúrgicas, exigido pela ABNT NBR 13534.
• Transformador de aterramento (zigue-zague): cria um neutro em sistema que não tem, para a proteção de terra funcionar.

Onde o transformador trabalha: a subestação

Subestação é o conjunto que recebe a energia numa tensão e a entrega em outra, com manobra, proteção e medição. Na subestação do consumidor, o transformador fica depois da chave seccionadora, do disjuntor e do relé de média tensão. Os tipos de subestação (abrigada, blindada, aérea e compacta) e a diferença entre média e alta tensão estão em projeto de subestação. A cabine em operação é tratada em cabine primária: projeto e manutenção.

Como escolher o transformador

• Potência: sai da demanda máxima medida ou calculada, não da soma das cargas instaladas. Uma demanda de 600 kW com fator de potência 0,92 pede 652 kVA. Com 15 % de folga, chega a 750 kVA.
• Local: área externa ou cabine isolada aceita óleo. Dentro de prédio ocupado, o seco ou o éster natural simplificam a instalação.
• Tensões e ligação: primário na tensão da distribuidora, com derivações para ajuste. Secundário em 380/220 V ou 220/127 V, conforme as cargas.
• Impedância: define o curto-circuito na baixa tensão. Um transformador de 1.000 kVA em 380 V, com 5 % de impedância, leva o curto da barra a cerca de 30 kA. Os disjuntores do QGBT precisam interromper esse valor.
• Perdas: o transformador fica ligado 8.760 horas por ano. A diferença de perdas entre dois modelos pesa na conta de energia ao longo da vida útil.

Esses dados entram no diagrama unifilar e no estudo de curto-circuito.

Ensaios e manutenção

A manutenção preventiva do transformador junta inspeção visual, termografia e ensaios elétricos. No transformador a óleo entra também a análise do óleo em laboratório:

• Análise de gases dissolvidos (cromatografia), que mostra aquecimento e descargas internas antes da falha;
• Análise físico-química do óleo: umidade, rigidez dielétrica e acidez;
• Resistência de isolamento dos enrolamentos;
• Relação de transformação, que acusa espiras em curto;
• Resistência ôhmica dos enrolamentos e dos contatos do comutador;
• Termografia das buchas e conexões com o transformador em carga.

Quando trocar o transformador

• Demanda acima da potência nominal por longos períodos, depois de aumento de carga;
• Gases de falha crescendo de uma análise de óleo para a seguinte;
• Isolamento que cai ensaio após ensaio, ou vazamento de óleo que volta depois do reparo;
• Mudança da tensão de fornecimento pela distribuidora;
• Transformador com ascarel (PCB): a Lei 14.250/2021 obriga a retirada e a destinação controlada.

A troca do transformador costuma vir junto com a revisão da proteção de média tensão e da cabine. Ver retrofit de subestação.

Perguntas Frequentes