Desenvolvimento de modelos numéricos e análise experimental de subestruturas soldadas de transformadores de potência, sujeitas a forças de curto-circuito em regime transitório

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

O trabalho exposto ao longo desta Dissertação descreve um projeto em desenvolvimento pela empresa Efacec, referente à evolução de componentes estruturais da parte ativa de um transformador de potência Core. O evento do curto-circuito é o acontecimento mais catastrófico na vida útil de um transformador que, quando tal é viável, implica correções dos danos causados, com manutenções bastantes dispendiosas. Assim, é necessário que os projetistas dos componentes estruturais do transformador tenham em conta os esforços provocados pelo curto-circuito de forma a evitar tais danos ou, pelo menos, a atenuá-los. A estrutura de acoplamento de um transformador Core tem como função proteger os constituintes da parte ativa do equipamento, evitando que os esforços mecânicos sejam aplicados sobre estes. O principal objetivo deste trabalho consistiu no estudo do comportamento dinâmico da estrutura de acoplamento, quando esta se encontra sujeita aos esforços gerados no evento de curtocircuito. Assim, com base na nova estrutura em desenvolvimento para o transformador Core, foi realizada uma análise das travessas. Para este componente, foi elaborado um algoritmo de cálculo capaz de apresentar o seu dimensionamento em função dos esforços a que se encontra sujeito. Esta análise permitiu também obter a flecha ao longo da travessa, sendo deduzida equação diferencial da linha elástica para as cargas consideradas. Neste componente, foi também analisado o seu comportamento dinâmico, tendo em conta os esforços resultantes do evento de curto-circuito. Por último, foi estudada a placa de núcleo, que faz parte da estrutura de acoplamento do transformador, tendo sido proposto um novo design para a ligação soldada existente. Neste estudo, as simulações numéricas foram validadas através de testes experimentais.

The work exposed along this Dissertation describes a project under development by the company Efacec, concerning to the evolution of structural components of the active part of a power transformer Core. The ocurrence of short circuit is the most catastrophic event in the life cycle of a transformer. This event implies fixime the damage caused, when that is possible, which involves costly maintenance. Thus, it is necessary that the designers of the structural components of the transformer take into account the loads produced by short circuit in order to avoid such damages or, at least, mitigate them. The coupling structure of a Core transformer must protect the constituents of the active part of the equipment by preventing that mechanical loads are applied to them. The main objective of this work consisted in the study of the dynamic behavior of coupling structure, when it is subjected to the efforts generated during the event of short circuit. Thus, on the basis of the new structure in development for the transformer Core, it was conducted an analysis of the clamping. For this component, it was elaborated a calculation algorithm able to present its sizing according to the efforts to which is subjected. This analysis also enabled the evaluation of the deflection along the clamping, the differential equations of the elastic line were deducted for the applied loads. The dynamic behavior of this component was also analyzed, taking into account the efforts resulting from the event of short circuit. Finally, it was studied the tie bars, which is part of the coupling structure of the transformer, a new design for the existing welded connection was proposed. In this study, the numerical simulations have been validated through experimental tests.