Qual é a função do núcleo em um transformador imerso em óleo?

No sistema de energia, o transformador imerso em óleo é um dispositivo elétrico fundamental usado para obter conversão de energia entre diferentes níveis de tensão. Na estrutura interna do transformador, o núcleo de ferro é um dos principais componentes que determinam seu desempenho, eficiência e estabilidade.

1. A função básica do núcleo de ferro
A principal função do transformador imerso em óleo rasgou é transferir energia entre o enrolamento primário e o enrolamento secundário através do princípio da indução eletromagnética. O núcleo de ferro é o meio chave neste processo de conversão de energia.

1. Fornece um caminho de fluxo magnético
A função principal do núcleo de ferro é fornecer um canal de baixa resistência magnética para o fluxo magnético do transformador. Quando a corrente flui através do enrolamento primário, um campo magnético alternado é gerado, e esses fluxos magnéticos fluem através do núcleo de ferro e induzem tensão no enrolamento secundário. A existência do núcleo de ferro aumenta muito a eficiência do acoplamento magnético.

2. Reduza a perda de energia
Em comparação com o ar, a permeabilidade magnética do material do núcleo de ferro (como chapa de aço silício laminada a frio) é muito maior, o que pode efetivamente concentrar o fluxo magnético e reduzir o fenômeno magnético de vazamento, reduzindo significativamente a perda de energia e melhorando a eficiência do transformador.

3. Estabilidade da estrutura de suporte
O núcleo de ferro não é apenas um caminho de fluxo magnético, mas também uma estrutura de suporte mecânico para todo o enrolamento. Pode suportar a força eletromagnética durante curto-circuito e manter a estabilidade da estrutura interna do transformador.

2. Material e estrutura do núcleo de ferro

1. Seleção de materiais
O núcleo de ferro é geralmente feito de **chapas de aço silício orientado laminadas a frio (CRGO)** com alta permeabilidade magnética e baixa perda. O aço silício contém 2% a 3% de silício, o que pode aumentar significativamente a permeabilidade magnética e reduzir a perda de correntes parasitas.

2. Estrutura de laminação (laminação)
Para reduzir a perda por correntes parasitas (perda por correntes parasitas), o núcleo de ferro não é um bloco inteiro, mas é composto por camadas de folhas finas separadas por tinta isolante. A espessura típica é 0,23 mm ou 0,27 mm.

3. Forma estrutural
As formas comuns de núcleo de ferro de transformadores imersos em óleo são:

Estrutura do núcleo (Tipo de núcleo): O enrolamento envolve o núcleo de ferro;

Estrutura Shell (Tipo Shell): O núcleo de ferro envolve o enrolamento;

Estrutura trifásica de três colunas: comumente usada em transformadores trifásicos para reduzir o consumo de material e consumo de energia.

3. Propriedades eletromagnéticas do núcleo de ferro e eficiência do transformador
A qualidade do núcleo de ferro afeta diretamente o desempenho do transformador, principalmente nos seguintes aspectos:

1. Perda central
Inclui perda por histerese e perda por correntes parasitas, que são as principais fontes de perda quando o transformador está descarregado. Chapas de aço silício de alta qualidade podem reduzir bastante essa parte da perda.

2. Problema de saturação de fluxo magnético
O núcleo de ferro tem um certo limite de transporte de fluxo magnético. Quando este limite é excedido (isto é, saturação magnética), a tensão induzida não mudará mais linearmente e causará aumento de calor e falha elétrica. Portanto, uma densidade de fluxo magnético razoável (geralmente controlada em 1,5~1,7 T) deve ser considerada durante o projeto.

3. Controle magnético de vazamento
O vazamento do fluxo magnético levará à redução da eficiência da indução, ao superaquecimento local e até mesmo à interferência nos equipamentos adjacentes. Otimizar a forma do núcleo de ferro e a disposição dos enrolamentos pode ajudar a reduzir o impacto do fluxo magnético de vazamento.

4. Trabalho colaborativo de núcleo de ferro e sistema de resfriamento imerso em óleo
Em transformadores imersos em óleo, o óleo do transformador desempenha um papel isolante e é usado para resfriar componentes geradores de calor. O núcleo de ferro gerará muito calor devido às frequentes mudanças no fluxo magnético, portanto, é necessário óleo de transformador para eliminar o calor.

O óleo flui através da abertura do núcleo, eliminando efetivamente o calor;

Melhorar a eficiência do resfriamento através do sistema de circulação forçada de óleo;

Garanta total contato e isolamento entre o núcleo e o material de isolamento de óleo.

5. Tecnologias-chave na fabricação de núcleos

1. Tecnologia de corte e empilhamento
As peças centrais precisam ser cortadas com precisão para garantir consistência geométrica. O processo de empilhamento utiliza tecnologias como "step lap" e "empilhamento escalonado" para reduzir efetivamente a resistência magnética e as lacunas.

2. Design anti-ruído
O núcleo irá gerar ruído devido ao efeito magnetostritivo sob campos magnéticos alternados de alta frequência, que é chamado de "zumbido". Para reduzir o ruído é necessário:

Controle rigorosamente a lacuna entre os núcleos;

Utilize estrutura antivibração e pastilhas de óleo;

Use “juntas totalmente chanfradas” ou “sobreposição de 45°” para reduzir a vibração.

6. Falhas comuns e pontos de manutenção
Durante a operação de longo prazo, o núcleo de ferro pode apresentar os seguintes problemas:

Superaquecimento local: pode ser causado por mau contato ou curto-circuito do núcleo de ferro;

Núcleo de ferro solto: causa aumento de ruído e o suporte precisa ser apertado;

Descarga parcial ou avaria: geralmente causada por falha de isolamento ou poluição por óleo.

As medidas preventivas incluem:

Medição regular da temperatura infravermelha para verificar a distribuição da temperatura do núcleo de ferro;

Análise da qualidade do óleo para garantir a resistência do isolamento;

Detecção online de descarga parcial para compreender o status operacional.

Como componente central do transformador imerso em óleo, o núcleo de ferro tem mais funções do que apenas "condução magnética". Ele desempenha múltiplas funções, como conduzir fluxo magnético, reduzir perdas, suportar estruturas e melhorar a estabilidade. É um fator chave na determinação do desempenho, vida útil e segurança do transformador. À medida que o sistema de energia se desenvolve em direção à alta tensão, grande capacidade, economia de energia e proteção ambiental, o material e o design do núcleo de ferro também estão em constante evolução, fornecendo uma base sólida para a operação eficiente do transformador.