Transformadores industriais são os equipamentos que determinam se uma planta funcionará ou não. Eles também são o último equipamento em que alguém pensa até que apresentem falha. Transformadores industriais recebem a tensão da companhia elétrica e a convertem na tensão que os componentes da maquinaria requerem. Além disso, os transformadores determinam a corrente de falha, o esquema de proteção e grande parte do custo da eletricidade pelos próximos trinta anos.
Em resumo, um transformador industrial reduz e aumenta tensões entre o sistema de fornecimento e o sistema de distribuição de uma planta. Transformadores de tensão industriais são tipicamente classificados em 11 kV ou 33 kV para 400 V, 480 V ou 690 V. Os principais tipos de transformadores são imersos em óleo, tipo seco com resina fundida e subestações unitárias. Uma unidade única de transformador tipo seco de 1.000 kVA custará aproximadamente 18.000 a 45.000 no preço ex-works, enquanto uma unidade imersa em óleo com a mesma classificação será cerca de 25% a 40% mais barata para comprar, mas custará mais para instalar.
Haverá alguns princípios e regulamentos que você não poderá alterar posteriormente. Os mais importantes são a relação de tensão, impedância, grupo vetorial e elevação de temperatura. A última seção trata do local do fornecedor da fábrica e de outros casos em que fornecedores de fábrica não estão incluídos.
O que é Transformador Industrial?
É um dos dispositivos estáticos que funcionam sem partes móveis. Este dispositivo transfere energia elétrica de um circuito para outro utilizando campos magnéticos. No uso industrial, o termo transformador industrial envolve transformadores usados em fábricas, usinas e indústrias. Assim, difere do transformador de transmissão ou transformador de distribuição em poste.
A capacidade de carga começa em 100 kVA para um centro de máquinas até 20 MVA ou mais para transformador de subestação industrial. A tensão no lado primário depende da fornecida pela concessionária ou do anel interno de alimentação principal. Normalmente é cerca de 11, 13,8, 20, 22, 33 ou 34,5 kV. No lado secundário, a tensão será igual à tensão da concessionária, que normalmente varia em torno de 400 V para a maioria dos países, 480 V para os EUA e 690 V para sistemas de motores pesados.
O transformador industrial se distingue dos transformadores comerciais em relação a três fatores. Primeiro, ele foi criado para operação contínua sob carga semelhante. Segundo, inclui cargas harmônicas que criam certos requisitos para seu enrolamento e design do neutro. Finalmente, o transformador industrial deve possuir o fator K requerido para garantir sua plataforma contra violações harmônicas.
Como o Transformador funciona: 3 Funções-chave de um Transformador
À medida que o circuito da bobina primária recebe corrente alternada, a bobina primária cria um campo magnético flutuante dentro do núcleo, e devido a esse campo magnético, a tensão é induzida na bobina secundária. A bobina primária e a bobina secundária possuem um determinado número de voltas, o que cria uma relação de tensão específica no transformador. Por isso, é verdade que um transformador com 1000 voltas primárias e 100 voltas secundárias reduziria os 11 k volts para 1,1 k volts.
Ele converte tensão e corrente em proporção inversa. A potência nunca pode ser gerada através de um transformador. Quando falamos de um transformador de potência, com classificação de 1000 kVA e entrada de 11 k volts, ele pode puxar cerca de 52 amperes no lado primário e fornecer centenas de amperes a 400 volts.
Ele serve para isolamento entre os circuitos. Não há como estabelecer conexão elétrica entre os circuitos. Apenas o campo está presente entre eles. Por isso, a planta elétrica pode aterrar o neutro secundário de forma independente e, da mesma forma, pode ser usado com transformador de isolamento para suprimir ruídos de alta frequência.
Ele também estabelece a relação de fase. A forma de conexão das bobinas (tipo delta ou Y) estabelece o deslocamento de fase entre a tensão de entrada e saída.
O calor produzido no núcleo é devido à perda de energia pela reversão do fluxo e às perdas no enrolamento quando a corrente é puxada. As perdas acima são o tema da seção que discute eficiência e também são os principais contribuintes para o custo total de manutenção dos transformadores.
Os Tipos Usados na Indústria
Existem cinco tipos de transformadores usados na indústria, que dependem da condição onde o transformador é montado e operado.
- Transformadores imersos em óleo possuem o enrolamento colocado em óleo mineral, que circula por convecção, removendo assim o excesso de calor através do radiador. No entanto, esse tipo funciona melhor quando a exigência de tensão é superior a 500 kVA devido ao baixo custo de operação e melhores características térmicas. Deve-se ter em mente, porém, que esse tipo de transformador não pode ser colocado dentro de um edifício ocupado sem invólucro com classificação contra incêndio..
- Transformadores de resina fundida possuem o enrolamento encapsulado em resina epóxi, de modo que não há contenção líquida nem risco de incêndio. Esse tipo é usado em países tropicais e subtropicais. A desvantagem dos transformadores de resina é o custo inicial mais alto e limites térmicos baixos. Um exemplo da série é um transformador de resina fundida de 10 kV com núcleo e capacidade de bobina construídos em fábrica usando ferramentas, e seu invólucro é desenvolvido no momento do pedido.
- Tipo seco ventilado. Os enrolamentos são abertos e resfriados por ar. Eles são mais baratos que os transformadores de resina fundida em níveis de potência baixos; são muito populares em salas de máquinas ventiladas. São suscetíveis a poeira e umidade; portanto, devem ser mantidos limpos em um espaço seco, longe de qualquer área de lavagem.
- Subestação unitária. Um transformador que é fixado diretamente à seção para receber energia da linha de média tensão e da seção de distribuição de baixa tensão em uma única unidade. Isso é bom para economizar cabos e espaço e é preferível quando todas as cargas estão localizadas em uma área e também não há problema de coordenação na instalação.
- Montado em base. Este tipo consiste em um transformador a óleo em uma unidade fechada, que fica no nível do solo com conexões separáveis e fusíveis no tanque, que não requerem abertura. Ao usar este tipo de unidade, não há necessidade de ter uma área cercada. É usado principalmente quando uma planta recebe suprimento em alta potência e necessita de distribuição externa.
Todos os cinco tipos possuem uma característica comum, nomeadamente o escudo eletrostático entre o primário e o secundário, que permite usar qualquer tipo de unidade como transformador de isolamento, de modo que o impacto do ruído de alta frequência devido aos drives/retificadores seja reduzido. O fator K, que geralmente é dado como K-4 ou K-13, significa que a unidade está equipada com a capacidade adequada para lidar com o aquecimento harmônico.
Classificações de Tensão e Aplicações
As entidades usam classificações de tensão para determinar o uso de água e eletricidade em sua planta. A classificação de tensão determinará a magnitude da capacidade útil elétrica e hídrica para sua instalação antes de encomendar qualquer transformador para equipamentos dentro da sua instalação.
| Aplicações de classificação | Uso na indústria | Relações típicas |
|---|---|---|
| 11 kV | Anéis de planta de 11 kV e suprimento de entrada usados pela maioria das concessionárias no mundo. | 11/0,4 kV, 11/0,415 kV |
| 13,8 kV e 12,47 kV | Uso em ambientes industriais na América do Norte. | 13,8/0,48 kV, 13,8/4,16 kV |
| 20 kV e 22 kV | Retirado de aplicações densas na Europa e China. | 20/0,4 kV ou 22/0,4 kV |
| 33 kV e 35 kV | Subtransmissão para grandes fábricas onde a relação de carga de tensão não afetará suas operações. | 33/11 kV ou 33/0,4 kV. |
| 66 kV e acima | Operações muito grandes, como usinas de geração cativas. | 66/11 kV ou 110/33 kV. |
Pode ser demonstrado que a fábrica recebe a energia elétrica necessária em um nível de tensão, distribui a eletricidade de acordo com sua classe de tensão inferior, que está abaixo da classificação de tensão fornecida pela concessionária, e a tensão final usada para as tensões que alimentam as cargas.
A corrente flui de forma semelhante, mas em sentido inverso. Por exemplo, um transformador de 2.000 kVA absorverá aproximadamente 105 A a 11 kV e entregará aproximadamente 2.887 A a 400 V a partir dos barramentos de baixa tensão, não dos cabos. Se uma especificação indicar apenas o kVA sem a relação de tensão, a declaração estará incompleta porque não fornece a potência em kW necessária.
Onde as classificações de tensão são 20 kV ou 22 kV, a unidade transformadora imersa em óleo de 20 kV tende a ser o modelo especificado para a maioria das instalações porque essa classificação cobre tanto o fornecimento de alimentação quanto o circuito interno em uma única tensão.
Perdas, Eficiência e Custo ao Longo da Propriedade
Uma vez que um transformador é energizado, independentemente de a produção estar ocorrendo ou não, ele incorrerá em perdas, sendo a diferença entre as duas perdas indicativa de qual sistema será mais econômico ao longo de vinte anos.
Perda sem carga está sempre presente assim que a primeira linha é conectada em plena potência. É resultado da magnetização do núcleo, bem como das correntes parasitas que fluem pelas laminações, e permanecerá inalterada pelos níveis de carga. Perda de carga por outro lado, ocorre devido à resistência nos enrolamentos e aumenta com o quadrado da corrente. Por exemplo, a operação de uma unidade com apenas 25% da carga será ditada pela perda sem carga, enquanto uma unidade operando em plena capacidade será governada pela perda de carga.
Conhecer esses princípios tem implicações práticas para a estrutura de preços. Quando uma planta opera ligeiramente acima da perda sem carga, deve-se especificar uma configuração com baixa perda sem carga, embora a um preço mais alto. Por outro lado, em plena capacidade, será necessária uma configuração com baixa perda de carga, caracterizada por maior quantidade de cobre.
Por exemplo, uma unidade com capacidade em torno de 1.000 kVA consome cerca de 1,21% e 1,81% de sua capacidade em perdas sem carga, o que equivale a 105.000 kWh e 158.000 kWh, respectivamente, em um ano baseado em 8.760 horas de operação. Se um consumidor industrial paga o kVA na tarifa real, o comprador terá um período de retorno de cerca de quatro a sete anos apesar de pagar um preço premium de 10% a 15% por seus projetos que permitem uma redução de 20% nas perdas sem carga. Essa é a razão pela qual concessionárias e grandes consumidores possuem fórmulas de avaliação de perdas, enquanto pequenos consumidores incorrem em custos mais elevados de suas unidades sem considerar as perdas sem carga.
Aplicações Industriais
A aplicação fornece informações sobre tipos, invólucros e impedâncias para seis setores do mercado.
| Setor | Estrutura regular | Justificativa |
|---|---|---|
| Produção e montagem | Transformadores 11/0,4 kV, isolados em resina para uso interno | Diferentes locais para diferentes centros de carga na planta. Carga de incêndio a ser considerada. |
| Aço, cimento e extração de minerais | 33/11 kV e 11/0,69 kV, imersos em óleo externo | Carga de motor grande, alto nível de falhas e ambiente com poeira. |
| Centros de dados | Unidades múltiplas de transformadores isolados em resina em paralelo, N+1 | Redundância, baixas cargas de incêndio e correspondência de impedância. |
| Óleo e gás e petroquímica | Imersos em óleo com segurança aprimorada; um fator k onde há predominância de acionamentos | Classificação de área perigosa e carga harmônica. |
| Água e esgoto | Transformadores a óleo montados em base, 11/0,4 kV | Para plantas externas com cargas periódicas de bombeamento e para manutenção à distância. |
| Geração de energia renovável e/ou cativa | Transformadores elevadores 0,69/33 kV ou 11/33 kV; montagem de geração. |
Há uma tendência clara de uso de transformadores isolados a seco no caso de instalação interna, enquanto as plantas externas geralmente usam transformadores isolados a óleo por razões de custo. Exceção é uma instalação envolvendo carga harmônica alta que requer o uso de transformadores com fator k.
Em uma instalação que requer o fornecimento do sistema completo de distribuição de média tensão em vez de apenas um transformador, a conversa começará no sistema de distribuição de energia de média tensão. Provavelmente será no contexto de uma nova planta, já que as interfaces entre transformadores, cubículos e relés tornam-se o foco das questões de comissionamento.
Qual é o preço de um transformador industrial?
Os preços fornecidos aqui são preços ex works no ano de 2026 e são influenciados pelo tipo de condutor, impedância, invólucro e regimes de teste. As diferenças de preço entre diferentes fabricantes tendem a refletir as variações que ocorrem entre suas cotações para as mesmas especificações. Em geral, fabricantes ocidentais cobram de 30 a 50 por cento a mais que fabricantes asiáticos.
As especificações do transformador influenciarão o preço das seguintes maneiras:
| Especificações do transformador | Faixa de Preço |
|---|---|
| Transformador de resina fundida 500kVA, 11/0,4 kV | $12,000 to $22,000 |
| Transformador de resina fundida 1000kVA, 11/0,4 kV | $18,000 to $45,000 |
| Transformador a óleo 1000kVA, 33/0,4 kV | $14,000 to $30,000 |
| Transformador a óleo ou resina fundida 2500kVA | $45,000 to $95,000 |
| Transformador a óleo 5000kVA, 33/11 kV | $90,000 to $180,000 |
Os componentes da instalação surpreendem os compradores. Quando o custo das terminações de cabos de média tensão, relés de proteção, transformadores de corrente, sistemas de proteção contra raios, sistemas de aterramento e serviços de construção são somados, pode-se adicionar de 40 a 80 por cento ao preço dos outros equipamentos elétricos adquiridos.
Existem dois itens que devem ser precificados durante a fase de proposta. O primeiro componente é o tipo de comutador de derivação utilizado. Um comutador de derivação fora de circuito está incluído em todas as unidades padrão, mas um comutador de derivação sob carga terá um custo adicional que varia entre 15 a 30 por cento do custo do gerador. O segundo item é o procedimento de teste realizado no transformador. Um programa completo de testes tipo realizado no transformador novo custará mais do que os testes rotineiros que seriam realizados nas unidades subsequentes produzidas.
Fabricantes Especificados
Devido a considerações logísticas para o transporte de uma unidade de três toneladas, o mercado é regionalmente limitado, e os fabricantes listados abaixo refletem essa limitação.
Grupo SGB-SMIT detém o título de ser o maior grupo independente de transformadores na Europa. Possui instalações de fabricação na Alemanha, Holanda, República Tcheca, Índia e Estados Unidos e produz produtos que vão desde pequenas unidades de distribuição até grandes transformadores de potência. É forte porque pode fornecer uma lista muito longa de combinações de tensão.
A espanhola Ormazabal oferece a rede de média tensão como um pacote que inclui equipamentos de manobra, transformadores e subestações que funcionam em conjunto quando instalados em conjunto. Essa integração torna sua proposta atraente para proprietários de plantas que desejam um único ponto de contato para toda a instalação.
Hammond Power Solutions é o especialista norte-americano em transformadores secos cujo design publicado e rede de distribuição permitem que unidades de resina fundida sejam adquiridas a partir de um catálogo, em vez de serem projetadas sob medida para um projeto específico.
Hitachi Energy e Siemens Energy fornecem o segmento superior do mercado e o setor de utilidades com instalações de teste tipo e organizações de serviço que o suportam. Para equipamentos de 132 kV, eles representam um fornecedor de alto nível; também atuam para transformadores de distribuição até 1000 kVA.
Os fabricantes chineses são responsáveis por mais da metade do mercado global de produção de transformadores hoje, e aproximadamente ¥64,6 bilhões em exportações foram registrados para 2025, representando um crescimento massivo de 36% em relação ao ano passado. As empresas renomadas possuem certificados de teste tipo IEC e, quando aplicável, certificações UL ou CSA e cartas de referência dentro do país de destino.
Ao Escolher: Um Quadro de Seleção de Acordo com a Especificação
| Se você está nesta posição | O tipo de transformador necessário | A faixa de preço |
|---|---|---|
| Transformador localizado dentro de uma planta industrial, considerações de carga de incêndio | resina fundida, tipo seco, IP31 a IP54 | $18.000 a $45.000 para 1.000 kVA |
| Transformador instalado ao ar livre, classificação acima de 1.000 kVA – | Imerso em óleo, montado em base | 25-40 por cento menos que tipo seco |
| Planta nova e carga concentrada e deseja uma única entrega | Subestação unitária com aplicação de MT e distribuição de BT | 30-60 por cento mais que um transformador nu |
| Carga pesada com distorção acima de 15 por cento | Transformador de isolamento classificado K-13 ou blindado | 10-25 por cento mais |
| Centro de dados com redundância N+1 | Vários transformadores de resina fundida com impedância combinada | Mínimo de dois transformadores com impedância dentro de 10 por cento |
| Grande grupo motor em 690 V | Imerso em óleo 11kV/0,69kV com alta impedância | precificação excede 2.500 kVA |
É melhor ler este gráfico começando primeiro com instalações que necessitam de especificação, depois passar para a classificação, porque a decisão do tipo de transformador geralmente é feita devido à instalação e não devido à carga. A discussão de transformador de potência versus transformador de distribuição mostra as diferentes razões pelas quais essas unidades são dimensionadas e precificadas de forma diferente, o que se torna essencial quando uma planta deve decidir se compra uma unidade grande ou várias unidades menores.
De longe, o maior erro de especificação com transformadores nesta categoria é dimensionar para a soma das placas de identificação conectadas em vez de para uma carga diversificada. Transformadores ligados dessa forma funcionarão a 30 por cento da carga constantemente, desperdiçando perdas sem carga a cada hora. Por causa disso, a escolha adequada geralmente deve ser um tamanho abaixo e um plano para outro transformador quando a carga aumentar.
Where SUBIAN Fits
Fabricamos transformadores de distribuição e potência que variam de 10kVA a cerca de 20MVA, com a maioria na faixa de 30kVA a 2.500kVA em 10, 20, 33 e 35kV, e com tipos imersos em óleo e de resina fundida. Os clientes finais utilizam nossos transformadores como contratante EPC, distribuidor ou planta que requer um produto padrão.
Para fins de discussão de nossos produtos, nossa produção neste setor é o extremo interno desse espectro em resina fundida e trabalho externo em produtos imersos em óleo; mantemos designs padrão de núcleo e bobina em estoque; no entanto, o invólucro, classificação IP, elevação de temperatura e grupo vetorial são baseados nas especificações do cliente. Os transformadores imersos em óleo incluirão unidades montadas em base e externas para valores acima de 500 kVA.
Existem três razões específicas pelas quais os compradores estarão inclinados a trabalhar conosco:
- sempre forneceremos cotações de acordo com um diagrama unifilar, que indicará o grupo vetorial, faixa de taps e impedância.
- Forneceremos o relatório de teste rotineiro antes do envio, que inclui todas as informações, incluindo perdas sem carga e com carga
- informaremos os clientes imediatamente quando o projeto estiver fora do nosso escopo (ou seja, acima de 35kV).
Para um projeto que requer os transformadores, o painel de comando e a proteção juntos em um só, a linha de transformadores de distribuição e subestações pode atender à sua demanda, o que geralmente é muito mais barato do que comprar uma subestação de planta, já que será problema de um fornecedor resolver as interfaces, e não de três deles.
Perguntas Frequentes
O que faz o transformador industrial?
O transformador industrial geralmente envolve a transformação de tensão entre a fonte de alimentação e o sistema de distribuição da planta, isolados magneticamente. Um transformador industrial típico recebe 11 kV ou 33 kV da concessionária ou do anel principal da planta e fornece 400 V, 480 V ou 690 V para o sistema de distribuição elétrica da planta industrial. O transformador industrial também determina a quantidade de corrente de falha disponível abaixo, define a relação de fase entre o primário e o secundário, e identifica o arranjo de aterramento para o sistema de baixa tensão.
Quanto custa o transformador industrial?
Por exemplo, o custo de uma unidade de resina fundida de 500 kVA pode variar de $12.000 a $22.000 ex works, enquanto uma unidade de 1.000 kVA pode custar entre $18.000 e $45.000 e uma unidade de 2.500 kVA estará na faixa de $45.000 – $95.000. Por outro lado, uma unidade imersa em óleo para a mesma potência pode custar de 25 a 40 por cento menos para comprar. A instalação constitui um acréscimo de 40 a 80 por cento do gasto no caso de um projeto de unidade única, e mais do que isso no caso de um novo edifício de subestação ou instalação de cabo de média tensão.
Quais são os principais tipos de transformadores usados na indústria?
Os principais tipos de transformadores empregados na indústria são imersos em óleo, tipo seco de resina fundida e subestação unitária.
A primeira categoria refere-se aos serviços externos e de subestação acima de 500 kVA; a segunda refere-se às instalações internas onde a carga de incêndio se torna significativa; enquanto a terceira categoria trata das instalações que compreendem o conjunto do transformador juntamente com a transmissão de MT das linhas de energia de entrada seguida pela distribuição de BT. As duas primeiras categorias também fornecem dois tipos de transformadores conhecidos como tipo montado em base e ventilado.
Quais são os tipos de transformadores?
Em termos de tensão, existem quatro tipos de transformadores, a saber, transformador elevador, transformador abaixador, transformador de isolamento e autotransformador. Um transformador elevador é usado para aumentar a tensão para transmissão elétrica; um transformador abaixador é usado para diminuir a tensão para distribuição; um transformador de isolamento transmite uma relação 1:1 entre circuitos enquanto os separa; enquanto o autotransformador possui apenas um enrolamento com conexão derivada. Existem quatro tipos de transformadores baseados em materiais, como transformador imerso em óleo, transformadores secos, transformadores isolados a gás e transformadores de resina fundida. Ao usar transformadores industriais, deve-se ter em mente que a segunda classificação afeta principalmente o processo de instalação.
Referência
- Grupo SGB-SMIT - Transformadores de Potência e Distribuição
- Hammond Power Solutions - Dados de Projeto de Transformador Tipo Seco
- Ormazabal - Redes e Subestações de MT
- Administração de Informação de Energia dos EUA - Hoje na Energia
- Hitachi Energy - Transformadores e Equipamentos de Rede
Conclusão
Os transformadores industriais são selecionados com base em quatro parâmetros que não podem ser alterados uma vez que o transformador é fabricado. São a relação de tensão, a impedância, o grupo vetorial e a elevação de temperatura. A categoria é determinada pela posição do transformador e o preço depende da categoria dos itens e do regime de testes empregado no equipamento.