No mundo dos transformadores, os termos “loop feed” e “radial feed” são mais comumente associados ao layout da bucha de alta tensão para transformadores padmount compartimentados. Esses termos, entretanto, não se originaram com transformadores. Eles vêm do conceito mais amplo de distribuição de energia em sistemas (ou circuitos) elétricos. Um transformador é chamado de transformador de alimentação de circuito porque sua configuração de bucha é adaptada para um sistema de distribuição de circuito. O mesmo se aplica aos transformadores que classificamos como alimentação radial – seu layout de bucha é normalmente adequado para sistemas radiais.
Dos dois tipos de transformadores, a versão loop feed é a mais adaptável. Uma unidade de alimentação de loop pode acomodar configurações de sistema radial e de loop, enquanto os transformadores de alimentação radial quase sempre aparecem em sistemas radiais.
Sistemas de distribuição de alimentação radial e circular
Os sistemas radial e de loop visam realizar a mesma coisa: enviar energia de média tensão de uma fonte comum (geralmente uma subestação) para um ou mais transformadores abaixadores que atendem a uma carga.
A alimentação radial é a mais simples das duas. Imagine um círculo com várias linhas (ou radianos) partindo de um ponto central, conforme mostrado na Figura 1. Este ponto central representa a fonte de energia, e os quadrados no final de cada linha representam transformadores abaixadores. Nesta configuração, cada transformador é alimentado a partir do mesmo ponto do sistema, e se a fonte de alimentação for interrompida para manutenção, ou se ocorrer uma falha, todo o sistema fica inativo até que o problema seja resolvido.
Figura 1: O diagrama acima mostra transformadores conectados em um sistema de distribuição radial. O ponto central representa a fonte de energia elétrica. Cada quadrado representa um transformador individual alimentado pela mesma fonte de alimentação.
Figura 2: Em um sistema de distribuição de alimentação em loop, os transformadores podem ser alimentados por múltiplas fontes. Se ocorrer uma falha no cabo alimentador contra o vento da Fonte A, o sistema poderá ser alimentado pelos cabos alimentadores conectados à Fonte B sem perda significativa de serviço.
Em um sistema em loop, a energia pode ser fornecida por duas ou mais fontes. Em vez de alimentar os transformadores a partir de um ponto central como na Figura 1, o sistema de circuito mostrado na Figura 2 oferece dois locais separados a partir dos quais a energia pode ser fornecida. Se uma fonte de energia ficar off-line, a outra poderá continuar a fornecer energia ao sistema. Essa redundância proporciona continuidade de serviço e torna o sistema de loop a escolha preferida para muitos usuários finais, como hospitais, campi universitários, aeroportos e grandes complexos industriais. A Figura 3 dá uma visão aproximada de dois transformadores representados no sistema de loop da Figura 2.
Figura 3: O desenho acima mostra dois transformadores configurados com alimentação de loop conectados juntos em um sistema de loop com a opção de serem alimentados por uma das duas fontes de alimentação.
A distinção entre sistemas radiais e de loop pode ser resumida da seguinte forma:
Se um transformador recebe energia de apenas um ponto do circuito, então o sistema é radial.
Se um transformador for capaz de receber energia de dois ou mais pontos de um circuito, então o sistema é um loop.
Um exame minucioso dos transformadores em um circuito pode não indicar claramente se o sistema é radial ou em circuito; como apontamos no início, os transformadores de alimentação de loop e de alimentação radial podem ser configurados para funcionar em qualquer configuração de circuito (embora, novamente, seja raro ver um transformador de alimentação radial em um sistema de loop). Um projeto elétrico e de linha única é a melhor maneira de determinar o layout e a configuração de um sistema. Dito isto, com uma análise mais detalhada da configuração da bucha primária dos transformadores de alimentação radial e de circuito, muitas vezes é possível tirar uma conclusão bem informada sobre o sistema.
Configurações de buchas de alimentação radial e em loop
Em transformadores padmount, a principal distinção entre alimentação radial e de loop está na configuração da bucha primária/HV (o lado esquerdo do gabinete do transformador). Em um primário de alimentação radial, há uma bucha para cada um dos três condutores de fase de entrada, conforme mostrado na Figura 4. Este layout é mais frequentemente encontrado onde apenas um transformador é necessário para alimentar um local ou instalação inteira. Como veremos mais adiante, os transformadores de alimentação radial são frequentemente usados para a última unidade de uma série de transformadores conectados entre si com primários de alimentação de loop (veja a Figura 6).
Figura 4:As configurações de alimentação radial são projetadas para uma alimentação primária de entrada.
As primárias de alimentação em loop têm seis buchas em vez de três. O arranjo mais comum é conhecido como V Loop com dois conjuntos de três buchas escalonadas (veja a Figura 5) - três buchas à esquerda (H1A, H2A, H3A) e três à direita (H1B, H2B, H3B), conforme descrito em IEEE Std C57.12.34.
Figura 5: Uma configuração de alimentação em loop oferece a possibilidade de ter duas alimentações primárias.
A aplicação mais comum para um primário de seis buchas é conectar vários transformadores de alimentação de loop. Nesta configuração, a alimentação da rede elétrica de entrada é trazida para o primeiro transformador da linha. Um segundo conjunto de cabos vai das buchas do lado B da primeira unidade até as buchas do lado A do próximo transformador da série. Este método de encadeamento em série de dois ou mais transformadores em uma fileira também é conhecido como “loop” de transformadores (ou “loop de transformadores juntos”). É importante fazer a distinção entre um “loop” (ou ligação em série) de transformadores e alimentação de loop no que se refere a buchas de transformadores e sistemas de distribuição elétrica. A Figura 6 descreve um exemplo perfeito de um circuito de transformadores instalados em um sistema radial. Se houver perda de energia na fonte, todos os três transformadores ficarão off-line até que a energia seja restaurada. Observe que um exame minucioso da unidade de alimentação radial na extrema direita indicaria um sistema radial, mas isso não ficaria tão claro se olhássemos apenas para as outras duas unidades.
Figura 6: Este grupo de transformadores é alimentado por uma única fonte começando pelo primeiro transformador da série. A alimentação primária é repassada através de cada transformador da linha até a unidade final onde é terminada.
Fusíveis de baioneta internos do lado primário podem ser adicionados a cada transformador, conforme mostrado na Figura 7. Os fusíveis primários adicionam uma camada adicional de proteção ao sistema elétrico - especialmente quando vários transformadores conectados entre si são fundidos individualmente.
Figura 7:Cada transformador é equipado com sua própria proteção interna contra sobrecorrente.
Se ocorrer uma falta lateral secundária em uma unidade (Figura 8), o fusível primário interromperá o fluxo de sobrecorrente no transformador em falta antes que seja capaz de alcançar o restante das unidades, e a corrente normal continuará a fluir pela unidade em falta para os transformadores restantes no circuito. Isto minimiza o tempo de inatividade e restringe a falha a uma única unidade quando várias unidades são conectadas juntas em um circuito derivado. Esta configuração com proteção interna contra sobrecorrente pode ser usada em sistemas radiais ou em circuito – em ambos os casos, o fusível de expulsão isolará a unidade em falha e a carga que ela atende.
Figura 8: No caso de uma falta no lado da carga em uma unidade de uma série de transformadores, o fusível do lado primário isolará a unidade em falta dos outros transformadores no circuito – evitando maiores danos e permitindo a operação ininterrupta para o resto do sistema.
Outra aplicação da configuração da bucha de alimentação em loop é conectar duas fontes de alimentação separadas (Alimentação A e Alimentação B) a uma única unidade. Isto é semelhante ao cenário anterior na Figura 2 e Figura 3, mas com uma única unidade. Para esta aplicação, uma ou mais chaves seletoras rotativas imersas em óleo são instaladas no transformador, permitindo que a unidade alterne entre as duas alimentações conforme necessário. Certas configurações permitirão alternar entre cada alimentação de fonte sem perda momentânea de energia para a carga atendida – uma vantagem crucial para usuários finais que valorizam a continuidade do serviço elétrico.
Figura 9: O diagrama acima mostra um transformador de alimentação de loop em um sistema de loop com a opção de ser alimentado por uma das duas fontes de alimentação.
Aqui está outro exemplo de transformador de alimentação de loop instalado em um sistema radial. Nesta situação, o gabinete primário possui apenas um conjunto de condutores instalados nas buchas do lado A, e o segundo conjunto de buchas do lado B termina com tampas isoladas ou pára-raios de cotovelo. Este arranjo é ideal para qualquer aplicação de alimentação radial onde apenas um transformador é necessário em uma instalação. A instalação de dispositivos de proteção contra surtos nas buchas do lado B também é a configuração padrão para o último transformador em uma cadeia ou série de unidades de alimentação de circuito (convencionalmente, a proteção contra surtos é instalada na última unidade).
Figura 10: Aqui está um exemplo de um primário de alimentação de loop com seis buchas onde as três buchas do lado B terminam com pára-raios de cotovelo frontais mortos. Esta configuração funciona para um único transformador por si só e também é usada para o último transformador de uma série de unidades conectadas.
Também é possível replicar esta configuração com um primário de alimentação radial de três buchas usando insertos de passagem rotativa (ou feedthru). Cada inserção de passagem oferece a opção de instalar uma terminação de cabo e um pára-raios de cotovelo frontal morto por fase. Esta configuração com inserções de passagem também possibilita o assentamento de outro conjunto de cabos para aplicações de sistema de loop, ou as três conexões adicionais podem ser usadas para alimentar energia para outro transformador em uma série (ou loop) de unidades. A configuração de passagem com transformadores radiais não permite a opção de seleção entre um conjunto separado de buchas do lado A e do lado B com interruptores internos no transformador, o que a torna uma escolha indesejável para sistemas de loop. Tal unidade poderia ser usada como uma solução temporária (ou alugada) quando um transformador de alimentação de circuito não estiver prontamente disponível, mas não é uma solução permanente ideal.
Figura 11: Inserções de passagem rotativas podem ser usadas para adicionar pára-raios ou outro conjunto de cabos de saída a uma configuração de bucha de alimentação radial.
Conforme mencionado no início, os transformadores de alimentação de loop são amplamente utilizados em sistemas radiais, uma vez que podem ser facilmente equipados para operação independente, como mostrado acima na Figura 10, mas são quase sempre a escolha exclusiva para sistemas de loop devido às suas seis buchas. layout. Com a instalação do seletor imerso em óleo, as alimentações de múltiplas fontes podem ser controladas a partir do gabinete primário da unidade.
O princípio das chaves seletoras envolve interromper o fluxo de corrente nas bobinas do transformador, como uma simples chave liga/desliga, com a capacidade adicional de redirecionar o fluxo de corrente entre as buchas do lado A e do lado B. A configuração da chave seletora mais fácil de entender é a opção de chave seletora de três posições. Como mostra a Figura 12, uma chave liga/desliga controla o próprio transformador e as duas chaves adicionais controlam as alimentações do lado A e do lado B individualmente. Esta configuração é perfeita para configurações de sistema de loop (como na Figura 9 acima) que exigem a seleção entre duas fontes separadas a qualquer momento. Também funciona bem para sistemas radiais com múltiplas unidades encadeadas em série.
Figura 12:Um exemplo de transformador com três chaves individuais de duas posições no lado primário. Este tipo de comutação seletora também pode ser empregado com uma única chave de quatro posições, no entanto, a opção de quatro posições não é tão versátil, pois não permite a comutação liga/desliga do próprio transformador, independentemente do lado A e Feeds do lado B.
A Figura 13 mostra três transformadores, cada um com três chaves de duas posições. A primeira unidade à esquerda possui todos os três interruptores na posição fechada (ligada). O transformador no meio tem as chaves do lado A e do lado B na posição fechada, enquanto a chave que controla a bobina do transformador está na posição aberta (desligada). Neste cenário, a energia é fornecida à carga atendida pelo primeiro transformador e pelo último transformador do grupo, mas não à unidade intermediária. Os interruptores liga/desliga individuais do lado A e do lado B permitem que o fluxo de corrente seja passado para a próxima unidade da linha quando o interruptor liga/desliga da bobina do transformador está aberto.
Figura 13: Utilizando múltiplas chaves seletoras em cada transformador, a unidade no centro pode ser isolada sem perda de energia para as unidades adjacentes.
Existem outras configurações de chave possíveis, como uma chave de quatro posições – que de certa forma combina as três chaves individuais de duas posições em um dispositivo (com algumas diferenças). As chaves de quatro posições também são chamadas de “chaves de alimentação de loop”, pois são usadas exclusivamente com transformadores de alimentação de loop. As chaves de alimentação de loop podem ser usadas em sistemas radiais ou de loop. Em um sistema radial, eles são usados para isolar um transformador de outros em um grupo, como na Figura 13. Em um sistema de loop, essas chaves são mais frequentemente usadas para controlar a energia de uma das duas fontes de entrada (como na Figura 9).
Uma análise mais aprofundada das chaves seletoras de loop está além do escopo deste artigo, e a breve descrição delas aqui é usada para mostrar o papel significativo que as chaves seletoras internas do transformador desempenham em transformadores de alimentação de loop instalados em sistemas radiais e de loop. Para a maioria das situações em que é necessário um transformador de substituição em um sistema de alimentação de circuito, será necessário o tipo de comutação discutido acima. Três interruptores de duas posições oferecem maior versatilidade e, por esse motivo, são uma solução ideal em um transformador de substituição instalado em um sistema de loop.
Resumo
Como regra geral, um transformador montado em almofada de alimentação radial geralmente indica um sistema radial. Com um transformador montado em bloco de alimentação de loop, pode ser mais difícil determinar a configuração do circuito. A presença de chaves seletoras internas imersas em óleo geralmente indica um sistema de loop, mas nem sempre. Conforme mencionado no início, os sistemas de loop são comumente usados onde a continuidade do serviço é necessária, como hospitais, aeroportos e campi universitários. Para instalações críticas como essas, quase sempre será necessária uma configuração específica, mas muitas aplicações comerciais e industriais permitirão alguma flexibilidade na configuração do transformador montado em bloco fornecido - especialmente se o sistema for radial.
Se você é novo no trabalho com aplicações de transformadores montados em bloco de alimentação radial e de loop, recomendamos manter este guia à mão como referência. Sabemos que não é abrangente, portanto, sinta-se à vontade para entrar em contato conosco se tiver outras dúvidas. Também trabalhamos duro para manter nosso estoque de transformadores e peças bem abastecido, então informe-nos se você tiver uma necessidade de aplicação específica.
Horário da postagem: 08 de novembro de 2024