Quando a empresa operadora de um local de mineração na Austrália Ocidental decidiu aumentar a capacidade da instalação de processamento, o engenheiro elétrico enfrentou um problema que estava acostumado a resolver. O transformador principal utilizado no local era um transformador comum, pois suas fases de três fios significavam que o neutro não estava disponível. A entidade precisava de neutro para um procedimento de proteção de corrente dos equipamentos de britagem, bem como para o fornecimento de energia de 240 volts para a eletricidade e o abastecimento de água da fábrica. A decisão correta foi não substituir o transformador, que era uma unidade de 10 MVA funcionando bem há quinze anos. A empresa decidiu optar por um transformador delta, que era um transformador delta estrela com um neutro artificial, capaz de fornecer proteção de linha, bem como fornecer a energia auxiliar necessária para o local. Com a instalação do transformador delta, o neutro foi estabelecido, assim a fábrica começou suas operações a tempo. A seleção do transformador delta correto depende da estrutura de enrolamento aplicada: conexão delta-delta ou uma combinação completamente diferente.
Resumo: Transformadores delta são aqueles em que um dos enrolamentos ou ambos estão conectados em forma de delta. Delta refere-se a uma configuração de triângulo fechado, onde cada enrolamento de fase é conectado em sua extremidade com o próximo. Nos transformadores delta, a tensão da linha é igual à tensão da fase.
O que é uma Conexão Delta — e Por Que É Usada
Na conexão delta, as bobinas trifásicas do transformador estão conectadas entre si, extremidade a extremidade, para criar um circuito fechado que se assemelha a um delta. Não há um ponto neutro, o que significa que não existem condutores neutros, e as tensões de linha são as mesmas que as tensões de fase. E as correntes que fluem pelas linhas serão iguais à soma vetorial das correntes dos fios. A conexão delta possui muitas características elétricas que comprovam sua eficácia para certas aplicações e lhe conferem algumas vantagens em relação à conexão estrela (wye). A ausência de um neutro possibilita conectar cargas apenas entre as linhas, mas não entre uma linha e um condutor neutro, o que significa que a carga deve ter classificações de tensão mais altas (aparelhos de 230V ou 120V não podem ser conectados a uma linha de tensão mais alta na conexão delta). A conexão delta funciona para manter as correntes harmônicas triplas (terceira, sexta e nona harmônicas) dentro da conexão de bobina delta, evitando assim que elas vão para o lado de fornecimento ou para o lado da carga. Assim, este é o principal benefício de uma conexão delta em transformadores de distribuição que trabalham com cargas não lineares – computadores, inversores de frequência variável, iluminação LED e sistemas de UPS não farão com que as correntes não lineares cheguem ao lado primário, evitando assim o aquecimento dos transformadores, cabos, turbinas e motores. Além disso, a conexão delta é capaz de trabalhar com cargas desequilibradas, assim, se qualquer fase em um dispositivo conectado em delta estiver mais carregada do que as outras fases, a corrente circulante dentro do delta garantirá que as cargas sejam distribuídas uniformemente.
As características físicas e econômicas de uma conexão delta também devem ser levadas em consideração. O design da bobina no caso da conexão delta utiliza condutores de cobre que não são mais grossos que os fios de cobre no caso da conexão wye, e a isolação é necessária para a tensão de linha. Para uma introdução à gama completa de configurações de bobinas de transformadores e suas aplicações, consulte o catálogo de produtos em Subian Elétrico, que inclui transformadores delta-delta, delta-wye e wye-delta, bem como transformadores de aterramento, transformadores de isolamento e transformadores de potência especiais para o mercado global.
As Três Principais Configurações de Transformadores Delta — e Onde Cada Uma Pertence
A tabela abaixo resume as três principais configurações de transformadores que envolvem uma bobina delta, suas características elétricas definidoras e as aplicações onde cada uma é a escolha correta.
| Configuração | Conexão Primária | Conexão Secundária | Principais Características Elétricas | Melhor Para |
|---|---|---|---|---|
| Delta‑Delta (Δ‑Δ) | Delta | Delta | Não há ponto neutro em nenhuma das bobinas; a carga não balanceada é tratada de forma eficiente devido às correntes circulantes no delta. Ele também filtra os harmônicos triplos em ambos os lados. O fornecimento monofásico pode ser retirado de quaisquer duas linhas na tensão total da linha. Em caso de falha de qualquer uma das fases de um transformador delta-delta, o transformador pode ser utilizado em modo open-delta (V-V) com capacidade reduzida; assim, proporcionando essa tão necessária tolerância a falhas em aplicações industriais onde a interrupção custosa de um processo de produção está envolvida. | Conexões delta trifásicas são adequadas para acionamentos de motores industriais, aquecimento por resistência, aparelhos de soldagem, etc., onde os neutros são desnecessários. A propriedade de tratamento de exceções da conexão delta trifásica é importante em indústrias de processo contínuo, como a indústria de mineração de carvão, a indústria de petróleo e gás, e o processamento químico. |
| Delta‑Wye (Δ‑Y) | Delta | Wye (Estrela) | Para cargas monofásicas e para aterramento do sistema, há um neutro no lado secundário. A bobina delta no lado primário impede o fluxo de harmônicos de terceira ordem para cima do lado de fornecimento. A bobina wye fornece uma referência à terra para a carga. Juntamente com a transformação de tensão que vem com uma diferença de fase de 30 graus entre as tensões primária e secundária, isso merece consideração cuidadosa ao conectar transformadores em paralelo. | Transformadores padrão de redução de tensão dividem a corrente em tipos trifásicos e monofásicos. Eles recebem energia da mesma linha secundária, por exemplo, motores trifásicos alimentados com 480V e iluminação de 277V, de uma linha secundária que transporta 480Y/277V na América do Norte. Da mesma forma, nos mercados IEC, transformadores de potência de redução de tensão fornecem motores de 400V ou cargas de 230V a partir de 400Y/230V secundário. Esses transformadores são o layout mais frequentemente aplicado nos setores comercial e industrial. |
| Wye‑Delta (Y‑Δ) | Wye (Estrela) | Delta | Ele fornece o neutro no lado primário, o que permite o aterramento para proteção em um sistema. O delta no lado secundário captura os harmônicos induzidos pela carga, impedindo que eles cheguem ao primário. O objetivo é trabalhar com um gerador de uma conexão wye ao aumentar a tensão para uma linha de transmissão de uma conexão delta. O lado wye pode ser aterrado para manter a tensão do sistema estável e direcionar a corrente de falha à terra. | Transformadores de aumento de tensão são usados para conectar um gerador conectado em wye com uma linha de transmissão conectada em delta. Eles são um exemplo de um transformador de aterramento que estabelece um ponto neutro de um sistema delta não aterrado. Esse tipo de aterramento extra é popular em indústrias fornecidas por uma fonte conectada em delta, mas que precisam de um neutro para proteção contra corrente de curto-circuito. |
Harmônicos, Aterramento e a Opção Open‑Delta: Três Considerações Práticas
Além da configuração fundamental da bobina, três fatores principais ajudam a finalizar o transformador delta adequado para qualquer caso.
O primeiro é harmônicos. Aplicações não lineares como drives de frequência variável, fontes de alimentação ininterruptas, luzes LED e balastros eletrônicos criam correntes harmônicas que fluem para o transformador. A terceira harmônica, que é 180 Hz em um sistema de 60 Hz e 150 Hz em um sistema de 50 Hz, e seus múltiplos ímpares (harmônicas triplas) podem causar grandes interrupções porque se combinam no condutor neutro de um sistema delta-estrela, o que pode levar ao superaquecimento. Conexões delta prendem essas harmônicas triplas, com elas circulando dentro do delta e convertidas em calor. Delta-delta é capaz de prender harmônicas em ambos os lados de sua operação. Delta-estrela prenderá apenas do lado do primário. Estrela-estrela não tem capacidade de prender harmônicas e é raramente utilizada na indústria devido a isso. Caso as cargas produzam muitas harmônicas, então o transformador delta com pelo menos uma bobina delta (especialmente aquela que enfrenta a fonte harmônica) deve ser utilizado.
A segunda consideração é o aterramento e a proteção contra falhas de terra. Delta nunca terá um neutro, então não há um ponto de aterramento natural a ser utilizado. Quando o transformador da concessionária está conectado em delta, o sistema está desaterrado, a menos que um transformador de aterramento seja utilizado. Tal sistema desaterrado possui seus perigos específicos: quando ocorre uma falha de terra, o disjuntor não desarma, e há uma sobretensão nas fases não afetadas, e pode haver uma segunda falha de terra causando uma falha entre as fases. O uso do transformador de aterramento estrela-delta, ou do transformador de aterramento zig-zag permite o aterramento do sistema que é necessário para a operação adequada com o uso da falha de terra. O transformador de aterramento conecta-se ao barramento delta, enquanto seu neutro (que é aterrado diretamente ou com a ajuda de um resistor limitando a corrente de falha tanto quanto necessário para o processo de operação do relé de proteção) permite ter um comportamento controlado da falha de terra.
O terceiro tipo de conexão é a configuração open-delta (V-V). Quando o transformador delta-delta falha em uma de suas fases (um enrolamento ou uma fase), o restante de suas fases pode operar no modo de conexão open-delta, permitindo assim fornecer uma certa carga trifásica. Na configuração do open-delta, a capacidade é apenas 57,7% da capacidade da conexão delta-delta (em vez de 66,7%), pois isso ocorre devido ao deslocamento de fase de 60 graus entre os dois enrolamentos em vez de 120 graus, tornando impossível fornecer um valor de corrente acima da classificação para cada um dos enrolamentos. A conexão do open-delta é utilizada em situações de emergência — permite que um processo crítico continue funcionando enquanto o novo transformador é obtido — mas não é utilizada para a operação normal do transformador delta-delta. A regulação de tensão do modo open-delta é pior do que a do delta-delta, assim como o equilíbrio de fase. Caso a falha do transformador leve a grandes perdas para a planta de fabricação, a opção open-delta serviu como uma solução temporária confiável. Para uma análise mais profunda de como as configurações de transformadores se integram ao sistema de distribuição elétrica mais amplo, nosso artigo sobre o melhor guia básico de compra de transformadores elétricos fornece a estrutura abrangente para especificar e avaliar qualquer compra de transformador.
Como Especificar um Transformador Delta: Os Parâmetros que Importam
A preparação de uma especificação de compra para um transformador delta implica que o comprador estipule as especificações elétricas que o transformador deve atender e forneça um alto nível de detalhes, para que cada licitante ofereça um produto semelhante. Os parâmetros-chave são a classificação em kVA (que deve ser definida através do cálculo de carga aplicando a regra de carga contínua de 80% para a margem térmica), tensão primária e secundária e configuração de enrolamento (por exemplo, no caso de um transformador redutor delta-estrela — “13,8 kV Delta primário, 480Y/277 V secundário” ou no caso de um transformador de isolamento delta-delta — “480 V Delta primário, 480 V Delta secundário”), impedância (expressa como uma porcentagem da base em kVA do transformador e geralmente varia de 5% a 6% para transformadores de distribuição; impedância muito baixa leva a uma qualidade de tensão inferior, mas a correntes de falta mais altas, e deve ser coordenada com os meios de proteção e a classificação de curto-circuito do equipamento), classe de isolamento e aumento de temperatura (para um transformador seco Classe F ou Classe H, onde o aumento pode variar de 80 a 150 graus Celsius, ou para transformadores a óleo o aumento de temperatura geralmente é em torno de 65 graus Celsius acima de 30 graus Celsius), método de resfriamento (ONAN para transformadores a óleo, AN ou AF para secos; resfriamento forçado permite aumentar a classificação em kVA de um transformador seco até 25-33%. Portanto, o comprador deve especificar se as capacidades extras são necessárias), tomadas (tomadas fora de circuito são padrão e geralmente de 2.5% passos para cima e para baixo da tensão primária nominal para ajustar a tensão de fornecimento real; trocador de tomadas sob carga é mais caro, mas pode ser aplicado para aplicações críticas e se a tensão primária variar muito), invólucro (NEMA 1 para condições secas internas, NEMA 3R para externas, NEMA 4X para lavagem, ou NEMA 12 para indústria à prova de poeira), e norma (IEC 60076, IEEE C57.12, ou norma nacional local, pois uma norma determina a forma como os testes devem ser realizados e os métodos que o equipamento precisa ser documentado). Uma boa especificação faz com que o fornecedor forneça respostas a tudo isso e uma especificação vaga dá ao fabricante a chance de fazer seu próprio julgamento.
Perguntas Frequentes
Qual é a diferença entre um transformador delta e um transformador estrela?
Um enrolamento delta consiste em um triângulo de laço fechado sem um neutro. A tensão de linha de um sistema conectado em delta é igual à tensão de fase; no entanto, a corrente de linha é √3 vezes a corrente de fase nesta configuração. Um enrolamento estrela tem um ponto neutro onde os três enrolamentos se encontram, o que possibilita que a tensão de linha seja √3 vezes a tensão de fase, enquanto a corrente de linha é igual à corrente de fase. Além disso, devido às vantagens da conexão estrela, como a neutralidade para cargas monofásicas e a possibilidade de aterrar o sistema, muitos usuários a utilizam em conjunto com enrolamentos delta.
Quando devo usar um transformador delta-delta?
Tente usar um transformador delta-delta sob uma condição de carga que é geralmente caracterizada pelo uso de sistemas trifásicos ou de três fios, que inclui principalmente motores, dispositivos de aquecimento ou máquinas de solda, observando que não há necessidade de um fio neutro em nenhum dos transformadores. Além disso, um transformador delta-delta pode operar facilmente sob condições de carga desequilibradas, capturar as harmônicas em ambos os lados desses transformadores e também pode ser utilizado no caso de falha de uma única fase em uma conexão delta aberta. Assim, um transformador delta-delta é uma solução perfeita para aplicações industriais que implicam carregar motores pesados, por exemplo.
Um transformador delta pode fornecer cargas monofásicas?
De fato, um secundário conectado em delta pode ser usado para fornecer cargas monofásicas ligadas entre quaisquer duas linhas e capaz de suportar o valor total da tensão da linha. No entanto, as cargas monofásicas devem ser construídas para lidar com a tensão da linha do sistema delta particular utilizado — ou seja, equipamentos de 480 volts para sistemas delta de 480 volts — e equilibradas em todas as três fases para que um desequilíbrio excessivo não ocorra. Um secundário delta não pode ser aplicado a cargas que requerem um circuito neutro para operação em baixa tensão, como cargas de 120 volts ou 277 volts.
O que é uma conexão de transformador delta aberta?
A conexão delta aberta consiste em dois transformadores monofásicos conectados em duas das três fases para atender a uma carga trifásica. A configuração utiliza 57,7% da capacidade de um transformador em uma conexão delta trifásica completa. Esse tipo de conexão é usado no caso de falha de uma das fases em um sistema trifásico completo ou como uma solução barata e permanente em algumas aplicações de carga leve. A regulação de tensão é pior e também o equilíbrio de fase não é estável como o do sistema trifásico completo.
Referências
- IEEE C57.12.00 — Padrão para Requisitos Gerais para Transformadores de Distribuição, Potência e Regulação Imersos em Líquido. O padrão fundamental da IEEE para design, teste e desempenho de transformadores, incluindo as configurações de enrolamento delta e wye e as características elétricas associadas.
- IEC 60076 — Transformadores de Potência. A série de padrões internacionais que define os requisitos de design, teste e desempenho para transformadores de potência e distribuição, incluindo as designações de grupo vetorial — Dyn11, YNd1 e outras — que especificam a configuração do enrolamento e a relação de fase.
- Eaton — Guia de Configurações de Enrolamento de Transformadores e Aplicações. Fabricante de transformadores delta-delta, delta-wye e wye-delta, com documentação técnica cobrindo a seleção, a instalação e os requisitos de aterramento para cada configuração.
- Schneider Electric — Grupos Vetoriais de Transformadores e Conexões de Enrolamento. Orientação do fabricante sobre a especificação e a aplicação de configurações de enrolamento de transformadores delta e wye para sistemas de potência comerciais e industriais.
O processo de seleção do transformador delta ideal envolve identificar um projeto de enrolamento que corresponda ao tipo de sistema elétrico e suas características, como tensão, aterramento, harmônicos e neutro. Um transformador delta-delta é utilizado para a carga industrial trifásica e de três fios e possui os elementos necessários de mitigação de harmônicos e segurança para plantas de processamento contínuo. Um transformador delta-wye reduz a tensão e cria neutro para uma carga mista de sistemas monofásicos e trifásicos e tem capacidades para mitigar harmônicos da fonte de entrada. Um transformador wye-delta eleva a tensão do gerador para transmissão de eletricidade ou cria neutro para um sistema delta para aumentar a segurança. Cada configuração de transformadores delta serve ao seu propósito e um comprador conhecedor sabe qual transformador é necessário para a aplicação, em vez de escolher aquele que o vendedor tem em estoque. A Co. Subian é um fabricante de transformadores delta em todas as três configurações e é capaz de fornecer transformadores com a faixa de kVA necessária e classe de tensão, impedância e certificações que são exigidas pelo mercado. É essencial usar transformadores corretamente fabricados para a operação de fábricas, minas ou instalações de processamento, onde os transformadores devem ser projetados adequadamente para o sistema elétrico, tornando o processo de configuração extremamente importante.