Visualizações: 0 Autor: Editor do site Horário de publicação: 01/02/2026 Origem: Site
A rede de energia elétrica depende fortemente da estabilidade e longevidade dos equipamentos de distribuição de energia. Entre os ativos mais críticos desta infraestrutura está o Transformador trifásico imerso em óleo . Como essas unidades gerenciam altas tensões e correntes, elas geram calor interno significativo devido à resistência elétrica e às perdas magnéticas. Sem uma estratégia eficaz de dissipação de calor, o isolamento dentro de um transformador trifásico imerso em óleo se degradaria rapidamente, levando a falhas catastróficas e cortes de energia generalizados.
O resfriamento ONAN, que significa Oil Natural Air Natural, é um método de resfriamento passivo onde o calor é dissipado do núcleo do transformador e dos enrolamentos através da convecção natural do óleo isolante dentro do tanque e da circulação natural do ar ambiente sobre as superfícies externas do radiador. Este sistema não requer alimentação externa para ventiladores ou bombas, tornando-o a solução de resfriamento padrão para um transformador de distribuição imerso em óleo operando sob condições de carga moderada.
Compreender as nuances do resfriamento ONAN é essencial para engenheiros de serviços públicos e especialistas em compras industriais. Embora seja a forma mais simples de gerenciamento térmico, seu projeto envolve termodinâmica complexa para garantir que mesmo um grande transformador trifásico imerso em óleo permaneça dentro de temperaturas operacionais seguras. Este guia explorará a mecânica, os benefícios e as especificações técnicas dos sistemas ONAN em comparação com métodos mais intensivos, como aqueles encontrados em um transformador forçado a ar natural a óleo..
A fonte do calor: por que os transformadores precisam de resfriamento?
Decodificando ONAN: O que “Oil Natural Air Natural” realmente significa
A Física de ONAN: Um Ciclo de Convecção Natural de Dois Estágios
Principais componentes de um sistema de resfriamento ONAN
ONAN em Contexto: Comparação com Métodos de Resfriamento Forçado
Aplicações e limitações do resfriamento ONAN
Conclusão
Os transformadores requerem resfriamento porque as perdas elétricas e magnéticas geram energia térmica que pode danificar o isolamento interno, e um sistema de resfriamento eficiente garante que um transformador imerso em óleo trifásico opere dentro dos limites de sua classe térmica para maximizar sua vida útil.
A geração de calor em um transformador trifásico imerso em óleo decorre principalmente de duas fontes: perdas de cobre e perdas de ferro. As perdas de cobre, também conhecidas como perdas de $I^2R$, ocorrem à medida que a corrente flui através dos enrolamentos, gerando calor proporcional ao quadrado da corrente. Para um transformador de distribuição imerso em óleo , essas perdas flutuam com a carga elétrica. As perdas de ferro, ou perdas no núcleo, resultam de histerese e correntes parasitas no núcleo magnético e são relativamente constantes, independentemente da carga.
Se este calor não for removido, a temperatura do isolamento do papel e do óleo dielétrico aumentará. O isolamento padrão do transformador é projetado para operar em temperaturas específicas; exceder esses limites, mesmo que apenas alguns graus, pode reduzir pela metade a expectativa de vida do isolamento. Em um transformador imerso em óleo trifásico , o sistema de resfriamento atua como a principal defesa contra esse envelhecimento térmico, mantendo a temperatura do “ponto quente” em um nível seguro.
Além disso, o gerenciamento térmico é uma questão de segurança. O calor excessivo pode fazer com que o óleo em um Transformador de distribuição imerso em óleo quebra, gerando gases combustíveis. O resfriamento eficiente garante que a pressão interna permaneça estável e que a integridade física do tanque não seja comprometida pela expansão térmica. Isso torna o método de resfriamento um parâmetro de projeto fundamental para qualquer transformador trifásico imerso em óleo..
ONAN significa “Oil Natural Air Natural”, uma classificação onde tanto o meio de resfriamento interno (óleo) quanto o meio de resfriamento externo (ar) circulam por convecção natural sem o auxílio de dispositivos mecânicos como bombas ou ventiladores.
O 'O' em ONAN refere-se ao óleo mineral ou éster sintético usado dentro do Transformador Imerso em Óleo Trifásico . Nesta configuração, o óleo é “Natural”, o que significa que ele se move com base na flutuabilidade – o óleo quente sobe em direção ao topo do tanque enquanto o óleo mais frio desce. Este movimento interno é crítico para um transformador de distribuição imerso em óleo porque transporta o calor do núcleo e dos enrolamentos em direção às paredes do tanque e aos radiadores.
O “A” refere-se ao ar ambiente ao redor da unidade. O resfriamento do ar “Natural” significa que o calor é transferido das superfícies do radiador para a atmosfera somente através do movimento natural do ar. À medida que o ar perto das aletas do radiador aquece, torna-se menos denso e sobe, permitindo que o ar mais frio flua por baixo. Este processo é altamente confiável para um transformador imerso em óleo trifásico , pois não depende de energia elétrica para resfriamento.
Enquanto um Transformador Forçado a Ar Natural de Óleo (ONAF) adiciona ventiladores para aumentar esse movimento de ar, o sistema ONAN é valorizado por sua simplicidade e resfriamento sem manutenção. Para muitas aplicações de subestações, um transformador de distribuição imerso em óleo com potência nominal de até 30 MVA pode operar eficientemente usando apenas resfriamento ONAN, desde que a área de superfície do radiador seja calculada corretamente durante a fase de engenharia.
O processo de resfriamento ONAN depende de um ciclo termodinâmico de dois estágios envolvendo o efeito termossifão dentro do Transformador Imerso em Óleo Trifásico e a convecção externa de ar sobre as aletas do radiador.
Na primeira etapa, o calor gerado pelos enrolamentos é transferido para o óleo. À medida que a temperatura do óleo aumenta, sua densidade diminui. Isto cria um diferencial de pressão que impulsiona o óleo quente para cima. Em um transformador trifásico imerso em óleo , esse efeito 'termossifão' cria um loop contínuo. O óleo quente entra pela parte superior dos radiadores, perde calor para a atmosfera, torna-se mais denso e retorna ao fundo do tanque do transformador para reiniciar o ciclo.
A segunda etapa ocorre na interface entre os radiadores metálicos e a atmosfera. A eficiência de um Transformador de Distribuição Imerso em Óleo nesta etapa depende da área total de superfície exposta ao ar. Os engenheiros devem projetar as aletas do radiador para permitir o máximo fluxo de ar. Por se tratar de um processo 'Natural', a taxa de dissipação de calor é diretamente afetada pela temperatura ambiente e pelo posicionamento físico do Transformador Trifásico Imerso em Óleo.
Comparado a um transformador forçado a ar natural a óleo , o ciclo natural é mais lento. No entanto, é inerentemente autorregulado. À medida que a carga no transformador imerso em óleo trifásico aumenta e mais calor é gerado, o gradiente de temperatura entre o óleo e o ar aumenta, o que acelera naturalmente as correntes de convecção. Esta inércia térmica é uma característica chave do Transformador de Distribuição Imerso em Óleo.
Um sistema de resfriamento ONAN consiste em componentes especializados, incluindo bancos de radiadores, aletas de resfriamento e um tanque conservador de expansão, todos projetados para facilitar o movimento natural de óleo e ar em um transformador trifásico imerso em óleo.
Os componentes mais visíveis de um Transformador de Distribuição Imerso em Óleo são os radiadores. Geralmente são grandes bancos de aletas ou tubos de aço prensado. Sua finalidade é fornecer a máxima área superficial possível para troca de calor. Em um de alta capacidade Transformador Trifásico Imerso em Óleo , esses radiadores são destacáveis para facilitar o transporte e podem ser ampliados caso os requisitos térmicos mudem.
Dentro do tanque, defletores e dutos de resfriamento são estrategicamente colocados dentro dos enrolamentos do Transformador Imerso em Óleo Trifásico . Esses dutos garantem que o óleo flua diretamente sobre as partes mais quentes das bobinas de cobre. Sem esses caminhos projetados com precisão, um transformador de distribuição imerso em óleo poderá desenvolver “pontos quentes” localizados que a circulação natural do óleo não consegue alcançar, levando à falha prematura do isolamento.
O tanque conservador é outro componente vital. À medida que o óleo em um transformador trifásico imerso em óleo aquece durante o processo ONAN, ele se expande. O conservador proporciona espaço para esta expansão, mantendo o tanque principal completamente cheio de óleo. Isso evita a formação de bolsas de ar, que podem interferir no ciclo de convecção natural necessário para um transformador de distribuição imerso em óleo..
Embora ONAN seja o método de resfriamento básico para um transformador trifásico imerso em óleo, ele é frequentemente comparado aos sistemas ONAF e OFAF, que usam ar forçado ou óleo forçado para aumentar a densidade de potência e a taxa de resfriamento.
| Tipo de resfriamento | Meio Interno | Meio Externo | Tipo de movimento | Requisito de energia |
| ONAN | Óleo | Ar | Natural/Natural | Zero |
| ONAF | Óleo | Ar | Natural/Forçado | Baixo (fãs) |
| OFAF | Óleo | Ar | Forçado/Forçado | Alto (bombas/ventiladores) |
Conforme mostrado na tabela, o Transformador Forçado a Ar Natural de Óleo (ONAF) serve como meio termo. Ao adicionar ventiladores a um com classificação ONAN transformador trifásico imerso em óleo , a capacidade de energia pode frequentemente ser aumentada em 25% a 33%. Isso ocorre porque o ar forçado remove o calor dos radiadores muito mais rápido do que a convecção natural. No entanto, o sistema ONAF requer energia elétrica e circuitos de controle, tornando-o mais complexo do que um transformador de distribuição imerso em óleo padrão..
A escolha entre ONAN e um transformador forçado a ar natural a óleo geralmente se resume ao perfil de carga. Se um transformador trifásico imerso em óleo apresentar cargas de pico altas, mas cargas médias baixas, um sistema ONAF com ventiladores que acionam apenas durante os picos é o ideal. Para uma distribuição estável e confiável, o simples transformador de distribuição imerso em óleo ONAN continua sendo o favorito da indústria devido ao seu menor custo operacional e à falta de peças móveis.
Para transformadores de potência muito grandes, mesmo o ONAF pode ser insuficiente. Nesses casos, utiliza-se a circulação forçada de óleo (OFAF). Mas para a grande maioria das unidades de transformadores imersos em óleo trifásicos utilizadas em redes urbanas e industriais, o método ONAN fornece o equilíbrio perfeito entre eficiência e durabilidade.
O resfriamento ONAN é ideal para redes de distribuição de médio porte e subestações remotas onde o acesso para manutenção é limitado, embora seja limitado por sua menor taxa de dissipação de calor em comparação com um transformador forçado a ar natural a óleo.
O Transformador de Distribuição Imerso em Óleo encontrado em bairros residenciais e pequenos parques industriais utiliza quase exclusivamente resfriamento ONAN. A sua operação silenciosa é um grande benefício em áreas povoadas. Além disso, em locais remotos onde a energia auxiliar para ventiladores não está disponível, o transformador trifásico imerso em óleo com resfriamento ONAN fornece uma solução do tipo 'configure e esqueça' que pode durar de 30 a 40 anos com intervenção mínima.
O desempenho de um resfriado por ONAN transformador trifásico imerso em óleo é altamente sensível ao meio ambiente. Em climas extremamente quentes, a eficiência do resfriamento cai porque a diferença de temperatura entre o óleo e o ar ambiente é menor. Nesses casos, um transformador que normalmente seria uma unidade ONAN pode ser atualizado para um Transformador Forçado a Ar Natural a Óleo simplesmente para lidar com o calor ambiente, mesmo que a carga elétrica seja padrão.
Uma grande limitação do ONAN é o tamanho físico. Para dissipar grandes quantidades de calor naturalmente, um transformador trifásico imerso em óleo precisa de radiadores muito grandes. Isto aumenta o peso e a área ocupada pelo transformador de distribuição imerso em óleo . Se o espaço em uma subestação for escasso, os engenheiros podem optar por um transformador forçado a ar natural a óleo porque os ventiladores permitem que radiadores menores façam a mesma quantidade de trabalho de resfriamento.
O transformador trifásico imerso em óleo continua sendo a espinha dorsal da distribuição de energia moderna, e o sistema de resfriamento ONAN é seu método de gerenciamento térmico mais confiável. Ao aproveitar as leis fundamentais da física – flutuabilidade e convecção – o sistema ONAN permite que um transformador de distribuição imerso em óleo regule sua própria temperatura sem a necessidade de energia externa ou peças mecânicas complexas. Essa simplicidade se traduz diretamente na confiabilidade de décadas exigida pela indústria de energia.
Embora sistemas mais intensivos, como o Transformador Forçado de Ar Natural de Petróleo, tenham seu lugar em ambientes de alta capacidade ou com espaço limitado, o método ONAN continua a ser o padrão ouro para a maioria das aplicações de distribuição. Quer se trate de um pequeno transformador de distribuição imerso em óleo servindo uma comunidade rural ou de um transformador trifásico imerso em óleo maior em uma instalação industrial, a abordagem 'Natural' para resfriamento fornece uma solução robusta, silenciosa e livre de manutenção.
À medida que avançamos em direção a um futuro mais eletrificado, a engenharia por trás do Transformador Imerso em Óleo Trifásico continuará a evoluir. No entanto, os princípios fundamentais do arrefecimento ONAN continuarão a ser uma componente vital da estabilidade da rede, garantindo que a nossa infra-estrutura energética permanece fria sob pressão.
