Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2012-04-13T18:11:02Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ModelagemTransformadoresNucleo.pdf: 2372667 bytes, checksum: bb75790c2ba478f0291bd95ac5589448 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos(edisangela@ufpa.br) on 2012-04-13T18:11:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ModelagemTransformadoresNucleo.pdf: 2372667 bytes, checksum: bb75790c2ba478f0291bd95ac5589448 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-04-13T18:11:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ModelagemTransformadoresNucleo.pdf: 2372667 bytes, checksum: bb75790c2ba478f0291bd95ac5589448 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Previous issue date: 2010 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / Os materiais amorfos vêm ganhando grande espaço na indústria de transformadores, devido às baixas perdas no núcleo, visto que estes possuem um ciclo de histerese mais estreito quando comparados com os núcleos tradicionais de aço silício. Entretanto, seu custo ainda tem sido um grande fator para pouca inserção deste tipo de equipamento nos sistemas elétricos de potência. Estudos sobre o custo/benefício em termos técnicos de desempenho e robustez devem ser considerados quando se deseja projetar transformadores que utilizam esse tipo de material. A grande contribuição deste trabalho encontra-se na análise do desempenho do transformador de núcleo amorfo diante de curtos-circuitos, visto que tais falhas neste equipamento ocasionam redução da receita, não apenas por gastos com manutenção, mas também porque a concessionária deixa de vender seu produto, energia elétrica, além de poder estar sujeita a penalidades por parte dos órgãos de regulação do setor elétrico. Quando em condições de curto-circuito os enrolamentos dos transformadores ficam submetidos a esforços mecânicos, produzidos por forças de Lorentz, essas forças surgem como resultado do fluxo produzido pelos próprios condutores em paralelo que transportam corrente na mesma direção. Diante disso, estudar o comportamento eletromagnético do transformador é fundamental para obtenção de tais forças. Para o desenvolvimento deste trabalho, utilizou-se o software Finite Element Method Magnetics (FEMM). Esta ferramenta se baseia no método de elementos finitos para realizar os cálculos das magnitudes eletromecânicas e, consequentemente, o cálculo das forças atuando nas espiras, as quais permitem realizar os cálculos dos esforços mecânicos. Por fim, este trabalho aborda a aplicação da ferramenta FEMM para o cálculo de esforços mecânicos e simulação do comportamento eletromagnético de um transformador de distribuição. / The amorphous materials are becoming broadly used in transformers industry, due to the low losses in its core, since they have a hysteresis loop narrower compared to the traditionals cores of silicon steel. However, its cost of these materials is a great factor against its use in electric power systems. Study the cost / benefit in terms of technical performance and robustness must be considered when we want to design transformers which use this material type. The main contribution of this work is the performance analysis of the transformer in short-circuits, since the equipment failures cause a reduction in revenue, not only for expenses maintenance, but also because the concessionaire does not sell its product, electric energy, and it could be submitted to penalties by regulatory agency in the electricity sector. Under short-circuit conditions, the windings of transformers are submitted to mechanical efforts produced by Lorentz forces, these forces arise as a flux result produced by conductors in parallel that carry current in the same direction. In this case, study the electromagnetic behavior of the transformer is essential for obtaining such forces. To develop this work, the software Finite Element Method Magnetics (FEMM) was used. This tool is based on the finite element method in the calculations of the electromechanical magnitudes and, consequently, the calculation of forces acting in the spires, which allow the calculations of the strain. Finally, this paper deals with the application of the FEMM tool to calculate the mechanical effort and the simulation of the electromagnetic behavior of a distribution transformer.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work had the purpose to analyze the heat transfer, promoted by buoyancy forces, of colloidal dispersions of nanoparticles in transformer oil inside closed cavities. To achieve this purpose, measurements of some properties of the dispersions of diamond and carbon nanotubes in transformer oil, produced by a two-step method, were made: thermal conductivity, by the transient hot wire method; dynamic viscosity, by rheometers of concentric cylinders with shear stress controlled; and dielectric strength, with a dielectric strength analyzer of manual adjust. The results of these measurements were used in numerical simulations of the ows of the dispersions and of the transformer oil inside closed cavities. The numerical results were obtained via two numerical codes, based on Finite Volume Method (FVM), one for 2D ows, that had its development as part of this work, and the other for 3D ows, previously developed. The results showed that, in terms of heat transfer, the nanoparticles dispersions have increased about 23% the convection heat transfer coe_cient of the pure oil for a same Grashof number. However, the use of these nanoparticles led a reduce of 95% in the dielectric strength of the pure oil. Therefore, these results are very important in terms of the applicability of nanoparticles dispersions in electrical transformers. / Este trabalho teve o objetivo de analisar a transferência de calor, por convecção natural, de dispersões coloidais de nanopartículas em óleo de transformador elétrico no interior de cavidades fechadas. No cumprimento deste objetivo foram realizadas medições de algumas propriedades das dispersões de nanopartículas de diamante e nanotubos de carbono em óleo de transformador elétrico, produzidas por um método de dois passos: condutividade térmica, pelo método transiente do fio quente; viscosidade dinâmica, por meio de reômetros de cilindros concêntricos com tensão cisalhante controlada e rigidez dielétrica, com um analisador de rigidez dielétrica de ajuste manual. Os resultados destas medições foram utilizados nas simulações numéricas dos escoamentos das dispersões e do óleo de transformador elétrico em cavidades fechadas. Os resultados numéricos foram obtidos por meio de dois códigos numéricos, baseados no Método dos Volumes Finitos (MVF), um para escoamentos 2D, que teve seu desenvolvimento como parte integrante deste trabalho, e o outro para escoamentos 3D, desenvolvido anteriormente. Os resultados mostraram que, em termos da transferência de calor, as dispersões de nanopartículas incrementaram o coeficiente de transferência de calor do óleo puro em ate 23% para um mesmo numero de Grashof. Porem, o uso de nanopartículas levou a uma redução de 95% na rigidez dielétrica do óleo puro. Portanto, estes resultados são de grande importância em termos da aplicabilidade de dispersões de nanopartículas em transformadores elétricos. / Mestre em Engenharia Mecânica