O transformador de potência é um importante equipamento utilizado no sistema elétrico de potência, responsável por transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro e transformar tensões e correntes de um circuito elétrico. O transformador de potência tem ampla aplicação, podendo ser utilizado em subestações de usinas de geração, transmissão e distribuição. Neste sentido, mudanças recentes ocorridas no sistema elétrico brasileiro, causadas principalmente pelo aumento considerável de carga e pelo desenvolvimento tecnológico tem proporcionado a fabricação de um transformador com a aplicação de alta tecnologia, aumentando a confiabilidade deste equipamento e, em paralelo, a redução do seu custo global. Tradicionalmente, os transformadores são fabricados com um sistema de isolação que associa isolantes sólidos e celulose, ambos, imersos em óleo mineral isolante, constituição esta que define um limite à temperatura operacional contínua. No entanto, ao se substituir este sistema de isolação formado por papel celulose e óleo mineral isolante por um sistema de isolação semi- híbrida - aplicação de papel NOMEX e óleo vegetal isolante, a capacidade de carga do transformador pode ser aumentada por suportar maiores temperaturas. Desta forma, o envelhecimento do sistema de isolação poderá ser em longo prazo, significativamente reduzido. Esta técnica de aumentar os limites térmicos do transformador pode eliminar, essencialmente, as restrições térmicas associadas à isolação celulósica, provendo uma solução econômica para aperfeiçoar o uso de transformadores de potência, aumentando a sua confiabilidade operacional. Adicionalmente, à aplicação de sensores de fibra óptica, em substituição aos sensores de imagem térmica no monitoramento das temperaturas internas do transformador, se apresentam como importante opção na definição do equacionamento do comportamento do transformador sob o ponto de vista térmico. / The power transformer is important equipment used in electric power system, which is responsible for transmitting electricity or electric power from one circuit to another, transforms voltage and current in an electrical circuit. Moreover, it has wide application and can be used in substations of power plants, transmission and distribution. Recent changes in the electrical system caused mainly by the considerable increase in load and technological development provided by the manufacture of a transformer with the application of high technology, increasing the reliability of this equipment and, in parallel, reducing their overall cost. Traditionally, transformers are manufactured with a solid insulation system that combines solid insulation and cellulose, both immersed in oil, this constitution which limits the continuous operating temperature. However, when replacing this insulation system consisting of paper and cellulose insulating oil by a hybrid system consisting - application paper NOMEX and vegetable oil, the capacity of the transformer can be substantially increased. Thus, the aging of the insulation system may be at long term, significantly reduced. This technique of increasing the thermal limits of the equipment can essentially eliminate thermal constraints associated with conventional insulation, providing an economical solution for the optimization of power transformers, increasing their operational reliability. Additionally, the application of fiber-optic sensors, replacing the thermal imaging sensors to monitor the internal temperature of the transformer is presented as an important option in the definition of the equation of transformer behavior under the thermal point of view.

O transformador de potência é um importante equipamento utilizado no sistema elétrico de potência, responsável por transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro e transformar tensões e correntes de um circuito elétrico. O transformador de potência tem ampla aplicação, podendo ser utilizado em subestações de usinas de geração, transmissão e distribuição. Neste sentido, mudanças recentes ocorridas no sistema elétrico brasileiro, causadas principalmente pelo aumento considerável de carga e pelo desenvolvimento tecnológico tem proporcionado a fabricação de um transformador com a aplicação de alta tecnologia, aumentando a confiabilidade deste equipamento e, em paralelo, a redução do seu custo global. Tradicionalmente, os transformadores são fabricados com um sistema de isolação que associa isolantes sólidos e celulose, ambos, imersos em óleo mineral isolante, constituição esta que define um limite à temperatura operacional contínua. No entanto, ao se substituir este sistema de isolação formado por papel celulose e óleo mineral isolante por um sistema de isolação semi- híbrida - aplicação de papel NOMEX e óleo vegetal isolante, a capacidade de carga do transformador pode ser aumentada por suportar maiores temperaturas. Desta forma, o envelhecimento do sistema de isolação poderá ser em longo prazo, significativamente reduzido. Esta técnica de aumentar os limites térmicos do transformador pode eliminar, essencialmente, as restrições térmicas associadas à isolação celulósica, provendo uma solução econômica para aperfeiçoar o uso de transformadores de potência, aumentando a sua confiabilidade operacional. Adicionalmente, à aplicação de sensores de fibra óptica, em substituição aos sensores de imagem térmica no monitoramento das temperaturas internas do transformador, se apresentam como importante opção na definição do equacionamento do comportamento do transformador sob o ponto de vista térmico. / The power transformer is important equipment used in electric power system, which is responsible for transmitting electricity or electric power from one circuit to another, transforms voltage and current in an electrical circuit. Moreover, it has wide application and can be used in substations of power plants, transmission and distribution. Recent changes in the electrical system caused mainly by the considerable increase in load and technological development provided by the manufacture of a transformer with the application of high technology, increasing the reliability of this equipment and, in parallel, reducing their overall cost. Traditionally, transformers are manufactured with a solid insulation system that combines solid insulation and cellulose, both immersed in oil, this constitution which limits the continuous operating temperature. However, when replacing this insulation system consisting of paper and cellulose insulating oil by a hybrid system consisting - application paper NOMEX and vegetable oil, the capacity of the transformer can be substantially increased. Thus, the aging of the insulation system may be at long term, significantly reduced. This technique of increasing the thermal limits of the equipment can essentially eliminate thermal constraints associated with conventional insulation, providing an economical solution for the optimization of power transformers, increasing their operational reliability. Additionally, the application of fiber-optic sensors, replacing the thermal imaging sensors to monitor the internal temperature of the transformer is presented as an important option in the definition of the equation of transformer behavior under the thermal point of view.

A busca no aumento da vida útil dos transformadores de distribuição, redução dos custos de manutenção e mitigação de falhas, leva ao desenvolvimento de novos materiais e critérios de exploração diferenciados desses ativos. Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento de um novo transformador de distribuição compacto e mais eficiente utilizando óleo vegetal isolante totalmente biodegradável. Além de biodegradável, o óleo vegetal utilizado possui menor agressividade ambiental e maior capacidade térmica aumentando, a capacidade de carregamento do transformador sem comprometer a sua vida útil. A fim de atestar essa menor agressividade em relação ao óleo mineral, ensaios foram efetuados em um equipamento que permaneceu 12 anos em operação. O equipamento foi totalmente desmontado para análise e coleta de amostras de papel e óleo vegetal isolante. As análises visam comprovar a menor agressividade em relação ao óleo mineral, apresentadas na revisão bibliográfica. A menor agressividade torna possível a proposição de uma nova filosofia de planejamento de redes de distribuição utilizando uma quantidade menor dos novos transformadores para uma mesma carga, tornando-a mais compacta e eficiente. / The search of increase on the life expectancy of distribution transformers, reducing maintenance costs and mitigation failures, leads to the development of new materials and different operating criteria of these assets. This research presents the development of a new distribution transformer compact and more efficient with insulating in vegetable oil totally biodegradable. In addition to biodegradable, the vegetable oil used has less environmental aggressiveness and greater thermal capacity, increasing the loading capacity of the transformer without compromising its life expectancy. To prove that the vegetable oil is less aggressive than mineral oil, tests were done out in a transformer that worked for 12 years. The equipment was disassembled for analysis and collection of samples of vegetable oil and paper insulation. The analyses aim to prove the lesser aggressiveness compared to mineral oil, presented in the literature review. This situation makes it possible the proposition of a new philosophy of planning of distribution networks using a smaller amount of new transformers for the same load, making it more compact and efficient.

A inovação tecnológica é uma ferramenta muito poderosa utilizada para avançar estrategicamente no mundo competitivo. Esta tendência também é uma realidade nos sistemas de isolamento dos transformadores. Os isolamentos passam então a ser avaliados tanto do ponto de vista econômico, quanto do ambiental e da segurança. Em todo o mundo, são consumidos bilhões de litros de óleo isolante mineral e vegetal que, juntamente com o papel, formam a isolação interna dos equipamentos. Essa isolação ao ser degradada por uma ação térmica, química ou elétrica, não só diminui a vida útil dos equipamentos, mas também aumenta a taxa de falha e acarreta prejuízos e multas severas às concessionárias de energia. Aumenta-se a urgência em explorar o uso de óleos não fósseis, renováveis e biodegradáveis. Os fluídos isolantes vegetais, com capacidade de reduzir incêndios e riscos ambientais, já são uma realidade e alternativa possível em substituição aos óleos isolantes minerais. Como são de uso recente, os estudos sobre os gases dissolvidos nesses óleos ainda são poucos e seu uso como elementos indicadores de faltas causam desconfiança. Assim, o objetivo do trabalho foi o de criar metodologias para produzir em laboratório arcos elétricos e superaquecimento em óleos, capazes de gerar gases dissolvidos. Depois por ensaios térmicos e elétricos, realizaram-se estudos comparativos entre óleo mineral e vegetal com as técnicas disponíveis para monitoramento de faltas em transformadores. / Technological innovation is a very powerful tool used to advance strategically in the competitive world. This trend is also a reality in the insulation systems of transformers. Thus, insulation systems both from an economic, environmental and security viewpoint. Around the world are consumed billions of liters of insulating oil which jointly to paper forms the internal equipments insulation. When this insulation is damaged by thermal, chemical or electrical reaction it reduces the equipment durability, increases its failure rates, and cause great losses and severe fines to Electricity dealers. Consequently, this increases the urgency to explore the use of non-fossil oil, renewable and biodegradable. The vegetable insulating fluids is less-flammable and presents less environmental hazards, so it is a viable alternative to replace the use of mineral insulating oils. However, considering its recent use, studies involving dissolved gases in these oils are still scarce, and its use as shortages indicator, today, cause a deep distrust. Thus, the aim of this study was to create methodologies to produce, in laboratory, electric arcs and overheating in oils capable of generating dissolved gases. After a trial, was carried out a comparative analysis between mineral and vegetable oils, using the techniques available for monitoring transformers failures.

A inovação tecnológica é uma ferramenta muito poderosa utilizada para avançar estrategicamente no mundo competitivo. Esta tendência também é uma realidade nos sistemas de isolamento dos transformadores. Os isolamentos passam então a ser avaliados tanto do ponto de vista econômico, quanto do ambiental e da segurança. Em todo o mundo, são consumidos bilhões de litros de óleo isolante mineral e vegetal que, juntamente com o papel, formam a isolação interna dos equipamentos. Essa isolação ao ser degradada por uma ação térmica, química ou elétrica, não só diminui a vida útil dos equipamentos, mas também aumenta a taxa de falha e acarreta prejuízos e multas severas às concessionárias de energia. Aumenta-se a urgência em explorar o uso de óleos não fósseis, renováveis e biodegradáveis. Os fluídos isolantes vegetais, com capacidade de reduzir incêndios e riscos ambientais, já são uma realidade e alternativa possível em substituição aos óleos isolantes minerais. Como são de uso recente, os estudos sobre os gases dissolvidos nesses óleos ainda são poucos e seu uso como elementos indicadores de faltas causam desconfiança. Assim, o objetivo do trabalho foi o de criar metodologias para produzir em laboratório arcos elétricos e superaquecimento em óleos, capazes de gerar gases dissolvidos. Depois por ensaios térmicos e elétricos, realizaram-se estudos comparativos entre óleo mineral e vegetal com as técnicas disponíveis para monitoramento de faltas em transformadores. / Technological innovation is a very powerful tool used to advance strategically in the competitive world. This trend is also a reality in the insulation systems of transformers. Thus, insulation systems both from an economic, environmental and security viewpoint. Around the world are consumed billions of liters of insulating oil which jointly to paper forms the internal equipments insulation. When this insulation is damaged by thermal, chemical or electrical reaction it reduces the equipment durability, increases its failure rates, and cause great losses and severe fines to Electricity dealers. Consequently, this increases the urgency to explore the use of non-fossil oil, renewable and biodegradable. The vegetable insulating fluids is less-flammable and presents less environmental hazards, so it is a viable alternative to replace the use of mineral insulating oils. However, considering its recent use, studies involving dissolved gases in these oils are still scarce, and its use as shortages indicator, today, cause a deep distrust. Thus, the aim of this study was to create methodologies to produce, in laboratory, electric arcs and overheating in oils capable of generating dissolved gases. After a trial, was carried out a comparative analysis between mineral and vegetable oils, using the techniques available for monitoring transformers failures.

This paper presents a methodology for optimizing the distribution transformers project, considering the capitalized cost, employing concurrently in your project amorphous core and insulating vegetable oil. The use of amorphous core technology provides a significant reduction of the load losses as the use of the insulating vegetable oil which is a non-toxic fluid and rapidly biodegradable when in contact with the environment, it allows increasing the machine's operating temperature . The use of these two materials have provided considerable percentage improvements in efficiency and cost / power compared to conventional distribution transformers manufactured. The methodology is aimed to create and select designs that have a lower total cost, namely the sum of the transformer manufacturing cost capitalized cost of losses during the useful life envisaged for the equipment. In addition, it presents the case study of a 75 kVA designed distribution transformer and manufactured with amorphous core and insulating vegetable oil, routine employed optimization (developed in VBA Excel), the theoretical results obtained from the optimized design and the experimental results. / Este trabalho apresenta uma metodologia de otimização do projeto de transformadores de distribuição, considerando o custo capitalizado, que empregam concomitantemente em seu projeto núcleo amorfos e óleo vegetal isolante. O emprego da tecnologia de núcleo amorfo proporciona significativa redução das perdas em vazio, enquanto a utilização do óleo vegetal isolante, que é um fluído não tóxico e de rápida biodegradação quando em contato com o meio ambiente, possibilita o aumento da temperatura de operação do equipamento. A utilização desses dois materiais propiciaram melhoras percentuais consideráveis na eficiência e na relação custo/potência em comparação aos transformadores de distribuição convencionalmente fabricados. A metodologia visa criar e selecionar projetos que tenham um menor custo total, ou seja, a soma do custo de fabricação do transformador com o custo capitalizado das perdas durante a vida útil considerada para o equipamento.Além disso, é apresentado o estudo de caso de um transformador de distribuição de 75 kVA projetado e fabricado com o núcleo amorfo e óleo vegetal isolante, a rotina de otimização empregada (desenvolvida em VBA Excel), os resultados teóricos obtidos a partir do projeto otimizado e os resultados experimentais.

A busca no aumento da vida útil dos transformadores de distribuição, redução dos custos de manutenção e mitigação de falhas, leva ao desenvolvimento de novos materiais e critérios de exploração diferenciados desses ativos. Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento de um novo transformador de distribuição compacto e mais eficiente utilizando óleo vegetal isolante totalmente biodegradável. Além de biodegradável, o óleo vegetal utilizado possui menor agressividade ambiental e maior capacidade térmica aumentando, a capacidade de carregamento do transformador sem comprometer a sua vida útil. A fim de atestar essa menor agressividade em relação ao óleo mineral, ensaios foram efetuados em um equipamento que permaneceu 12 anos em operação. O equipamento foi totalmente desmontado para análise e coleta de amostras de papel e óleo vegetal isolante. As análises visam comprovar a menor agressividade em relação ao óleo mineral, apresentadas na revisão bibliográfica. A menor agressividade torna possível a proposição de uma nova filosofia de planejamento de redes de distribuição utilizando uma quantidade menor dos novos transformadores para uma mesma carga, tornando-a mais compacta e eficiente. / The search of increase on the life expectancy of distribution transformers, reducing maintenance costs and mitigation failures, leads to the development of new materials and different operating criteria of these assets. This research presents the development of a new distribution transformer compact and more efficient with insulating in vegetable oil totally biodegradable. In addition to biodegradable, the vegetable oil used has less environmental aggressiveness and greater thermal capacity, increasing the loading capacity of the transformer without compromising its life expectancy. To prove that the vegetable oil is less aggressive than mineral oil, tests were done out in a transformer that worked for 12 years. The equipment was disassembled for analysis and collection of samples of vegetable oil and paper insulation. The analyses aim to prove the lesser aggressiveness compared to mineral oil, presented in the literature review. This situation makes it possible the proposition of a new philosophy of planning of distribution networks using a smaller amount of new transformers for the same load, making it more compact and efficient.