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Transformadores em Sistemas Fotovoltaicos

por 3 de março de 2020 Blog

Você já se deparou com alguma situação em que o inversor que você trabalha tem tensão nominal diferente da rede elétrica onde está sua instalação?

Isto é muito comum no Brasil! Afinal, na BT (Baixa Tensão), é possível encontrar tensões como 110V, 115V, 120V, 127V, 208V, 220V, 254V, 380V até 440V em diferentes partes do território nacional.

No total, o PRODIST (documento normativo elaborado pela ANEEL sobre distribuição de energia elétrica) nos traz 8 níveis de baixa tensão dentre tensões nominais fase-fase e fase-neutro.

Já a ABNT NBR 16149:2013 (Norma que apresenta as características de conexão entre sistemas FV e a rede elétrica de distribuição) vai além, e nos traz 12 possibilidades de conexão estando elas separadas em 3 opções:

Por toda essa variabilidade, é muito importante definir exatamente como é alimentada cada instalação e deixar claro a quantidade de fases e a tensão nominal Fase-Fase, para bifásicos e trifásicos, ou Fase-Neutro para monofásicos.

Com essas informações em mãos, conseguimos determinar quais equipamentos serão necessários para fazer a conexão com a rede em cada projeto fotovoltaico.

Em pequenos sistemas de microgeração (até 75kW), os transformadores (trafos) são, em sua maioria, BT-BT. Ou seja, transformam um nível de baixa tensão para outro nível de baixa tensão.

Por exemplo: Um inversor trifásico 380V precisa ser instalado em uma casa que possui uma rede trifásica 220V. Nesse caso é necessário utilizar um transformador 380/220.

Agora que entendemos os níveis de tensão, qual tipo de transformador utilizar? Monofásico, trifásico? A óleo ou a seco? Isolador ou autotransformador?

Quanto a quantidade de Fases:

Primeiramente, inversores monofásicos devem utilizar transformadores monofásicos. Logo, os inversores trifásicos utilizam transformadores trifásicos. Você deve estar se perguntando, e nos sistemas bifásicos? Bem, nos sistemas bifásicos utilizamos os inversores monofásicos que podem ser utilizados tanto entre Fase-Fase ou Fase-Neutro desde que a tensão nominal do inversor seja atendida, por isso muitas vezes não há a necessidade de utilizar transformador nestes casos. Importante saber que, pode-se utilizar inversores monofásicos em sistemas trifásicos, desde que as condições do inversor sejam atendidas e se pense no balanceamento das fases.

Quanto ao método de arrefecimento:

Por questões de segurança os transformadores BT-BT possuem sistema de arrefecimento a SECO. Isso tem um motivo simples, eles podem ficar dentro da casa das pessoas, e portanto precisam ser seguros. Os transformadores a óleo podem causar grandes prejuízos, visto que o óleo utilizado em trafos é um material tóxico e altamente inflamável. Estes devem, portanto, ser utilizados somente em locais previamente preparados, como subestações, por exemplo. Ainda importante ressaltar que a ABNT NBR 14039 restringe o uso de transformadores a óleo quando a subestação de transformação é parte integrante da edificação.

Posso usar autotransformador, ou deve ser transformador Isolador?

Se você já orçou um transformador para um sistema FV e teve a oportunidade de comparar valores entre um transfomador isolador e um autotransformador essa então, deve ser a pergunta que você estava esperando. A resposta simples é, depende.

Vamos analisar agora as diferenças entre os dois e entender aonde podemos usar cada um deles.

Transformadores Isoladores:

Os transformadores isoladores tem como sua principal característica proporcionar o isolamento galvânico entre seus circuitos primário e secundário. Essa característica garante mais segurança na instalação visto que os distúrbios de corrente no primário não são transferidos para o secundário e vice-versa, dada a propriedade indutiva dos transformadores. Por conta disso, obtém-se também uma melhora na estabilidade do sistema. Os trafos isoladores são normalmente mais robustos, menos ruídosos e esquentam menos que autotrafos de mesma potência.

As aplicações dos transformadores isoladores:

  • Adequação da tensão e/ou isolamento da rede elétrica em equipamentos sensíveis como, CNCs, inversores centrais, datacenters etc;
  • Instalações onde o isolamento galvânico é necessário para segurança das pessoas, como locais úmidos, frigoríficos etc.

 

Autotransformadores:

Os autotransformadores são transformadores que possuem um enrolamento único de onde se retira derivações com diferentes níveis de tensão. Pelo fato de possuírem um único enrolamento isso faz com que este tipo de transformador precise de menos material para ser produzido o que também o torna menor, mais barato e mais leve.

Exemplo: Um autotrafo 110V/220V com X (200) espiras no primário precisa da mesma quantidade X (200) de espiras no secundário para elevar a tensão ao dobro da tensão primária, o total de espiras nestre trafo seria 2X (400).

Já um transformador Isolador 110V/220V que utilize X (200) espiras no primário, necessita do dobro de espiras 2X (400) no secundário para obter o dobro da tensão primária, o total de espiras seria 3X (600).

As aplicações do autotrafo:

  • Ajuste de tensão em máquinas e equipamentos elétricos;
  • Alimentação de redes de iluminação comerciais e industriais onde as cargas possuam características resistivas. Além disso, para cargas trifásicas, estas devem ser balanceadas;
  • Outras aplicações onde não é exigido isolação galvânica entre rede e carga.

Apesar das diversas vantagens os autotransformadores precisam de cuidados específicos e possuem algumas desvantagens como:

  • Pelo fato de possuírem um enrolamento único de onde saem as terminações do primário e secundário, não há isolamento galvânico entre os dois circuitos;
  • Caso o neutro não seja aterrado, no caso de uma falta para terra no lado de maior tensão o lado de menor tensão será submetido a uma tensão maior do que a que foi projetado.
  • São particularmente sensíveis a sobretensões causadas por descargas atmosféricas. Por isso, necessitam de um padrão de isolamento muito maior comparado a transformadores isoladores. A instalação de DPSs para proteção do equipamento é primordial.
  • Devido a possuir um enrolamento menor o autotrafo possui uma baixa impedância de curto circuito. Por isso, quando comparado a transformadores isolados as correntes de curto circuito em autotrafos atingem valores maiores.
  • As cargas devem possuir características resistivas e balanceadas;

O que mais é interessante saber?

Qual é o grau de proteção da carcaça devo escolher? Para determinar isso discutiremos sobre o grau de proteção IP.

O grau de proteção IP é um padrão de internacional definido pela norma IEC 60529.

É definido por dois dígitos numéricos:

Como podemos perceber são diversas as variáveis na hora de definir o tipo de equipamento correto para cada tipo de utilização. Mas agora que possuímos todas essas informações espero que fique mais fácil decidir qual o transformador ideal para sua instalação!

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