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Previous issue date: 2016-04-27 / Esta tese apresenta uma análise do efeito das forças devido ao campo eletromagnético na deformação estrutural, estresses e fator de segurança em transformadores de potência quando estes são submetidos às correntes de energização ou correntes de inrush. A metodologia adotada baseia-se em uma avaliação magneto-mecânica do transformador através do método dos elementos finitos (MEF). Nesta perspectiva, a condição operacional de energização do transformador é considerada para estimar com precisão a densidade de campo magnético na estrutura ferromagnética deste e para encontrar na sequência os valores das tensões mecânicas ou forças nas direções axiais e radiais resultantes sobre os enrolamentos. Com este objetivo é implementado uma modelagem Bidimensional (2D) e tridimensional (3D) das estruturas discretizadas do transformador, em softwares consolidados em meios técnicos e acadêmicos, sendo estes baseados no Método de Elementos finitos, visando assim, a obtenção de resultados mais precisos no cálculo das variáveis descritas. São realizadas comparações entre os resultados provenientes do método numérico com aqueles obtidos via métodos analíticos, demonstrando que o MEF pode prever com mais precisão a distribuição dos estresses ao longo dos enrolamentos dos transformadores quando submetidos a condições limites de operação como as que ocorrem durante as correntes de inrush. São apresentados ainda resultados da densidade de fluxo magnético no transformador, mostrando que quando correntes elevadas circulam nos seus enrolamentos concêntricos, estas alteram o caminho do fluxo, provocando um acréscimo significativo do campo de dispersão e consequentemente das forças radiais e axiais. Com os resultados obtidos para o comportamento estrutural dos enrolamentos durante as correntes de inrush observou-se também que nos extremos dos enrolamentos, pontos onde se localizam os espaçadores, apresentam uma fragilidade estrutural maior devido às forças eletromagnéticas axiais. Este fato também implica em uma redução do fator de segurança nos extremos dos enrolamentos, o que deve ser considerado no projeto dos transformadores de potência. / This thesis presents an analysis of the effect of electromagnetic origin forces on structural deformation, stress and safety factor in power transformers when they are subjected to inrush currents. The methodology adopted is based on a magneto-mechanical assessment of the transformer using the finite element method (FEM). In this sense, the operating condition of its transformer energization is considered to accurately estimate the magnetic field density in the ferromagnetic structure and to find the values of mechanical stresses or forces in the axial and radial directions on the windings. These components are distributed over energized the high-voltage windings for observing the mechanical loading, which are more susceptible to such current actions. With this goal, it is implemented two- dimensional (2D) and threedimensional (3D) modeling of the discretized transformer structures in consolidated software, which are based on the Finite Elements Method, intended so to obtain more precise results in calculating the variables described. Comparisons between the results from the numerical method with those obtained by analytical methods are made, demonstrating that the FEM provides more precise distribution of stresses along the windings of the transformers when subjected to operating limits conditions as under currents inrush. It is also presented the magnetic flux distribution in the transformer, with high currents circulating in concentric winding of this. It modifies the flux path, causing in a significant increase in the leakage field and consequently on radial and axial forces. The results obtained for the structural behavior of the windings during inrush currents were also seen that the ends of the windings, where the spacers are located, producing high structural weakness due to the axial electromagnetic forces. This also implies a reduction in the safety factor at the ends windings ends and should be considered on the design of power transformers.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpa.br:2011/7484 |
| Date | 27 April 2016 |
| Creators | FONSECA, Wellington da Silva |
| Contributors | NUNES, Marcus Vinícius Alves, SOEIRO, Newton Sure |
| Publisher | Universidade Federal do Pará, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFPA, Brasil, Instituto de Tecnologia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPA, instname:Universidade Federal do Pará, instacron:UFPA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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