Os transformadores são a espinha dorsal, muitas vezes ignorada, dos modernos sistemas de energia elétrica. Eles possibilitam a transmissão eficiente de energia elétrica a longas distâncias, elevando as tensões para transmissão e reduzindo-as para distribuição e utilização. Sem transformadores confiáveis, a estabilidade da rede, a entrega eficiente de energia e a regulação de tensão nas redes de geração, transmissão e distribuição seriam impossíveis. Dentre os tipos de transformadores, o  transformador imerso em óleo  permanece a solução mais utilizada para aplicações de média e alta tensão devido à sua comprovada confiabilidade, alta capacidade térmica e opções flexíveis de projeto. Este artigo examina a definição básica e a estrutura dos  transformadores imersos em óleo , explica seus princípios de resfriamento e isolamento, compara-os com alternativas a seco e explora cenários típicos de aplicação. 

O que é um transformador imerso em óleo?

Um transformador imerso em óleo é um transformador elétrico cujos enrolamentos e núcleo ficam submersos em um reservatório de óleo mineral isolante (ou outros fluidos isolantes). O óleo desempenha duas funções essenciais: isolamento elétrico e transferência de calor. Ao envolver os enrolamentos condutores e o núcleo magnético, o óleo aumenta a rigidez dielétrica entre os componentes e remove o calor gerado durante a operação por convecção e condução para o tanque do transformador e superfícies de resfriamento externas. As unidades imersas em óleo típicas variam de pequenos transformadores de distribuição a grandes transformadores de potência com centenas de MVA para subestações de rede.

Principais componentes estruturais

Os transformadores imersos em óleo são conjuntos projetados com diversos componentes interdependentes. As principais partes incluem:

Núcleo magnético (núcleo de ferro)

O núcleo proporciona o caminho magnético de baixa relutância para o fluxo magnético entre os enrolamentos primário e secundário. Normalmente, é construído com lâminas de aço elétrico de grãos orientados empilhadas para minimizar as perdas por correntes parasitas e histerese. O projeto do núcleo (tipo núcleo versus tipo invólucro) influencia a distribuição do fluxo, a reatância de dispersão e o comportamento em curto-circuito.

Enrolamentos (primário e secundário)

Os enrolamentos são bobinas condutoras de cobre ou alumínio dispostas de forma a fornecer a relação de espiras necessária. Sua geometria (em camadas, disco, helicoidal) é escolhida com base no nível de tensão, nas necessidades de refrigeração e na capacidade de suportar curto-circuito. O isolamento entre as espiras, as camadas e o enrolamento em relação ao núcleo é feito com o uso de papéis isolantes, papelão prensado e óleo isolante.

Tanque e recinto

O tanque é um recipiente de aço estanque que abriga o núcleo e os enrolamentos, além de conter o óleo isolante. Os tanques podem ser lisos ou equipados com ondulações e radiadores para aumentar a área de superfície externa para resfriamento. Para transformadores de distribuição, tanques compactos são comuns; para grandes transformadores de potência, são utilizados conservadores de óleo, radiadores e tubulações de óleo separados.

Óleo isolante (óleo de transformador)

Tradicionalmente, o óleo mineral (óleos refinados de petróleo) serve como meio isolante e refrigerante. Fluidos alternativos (ésteres sintéticos, ésteres naturais, fluidos de silicone) são por vezes utilizados para melhorar a segurança contra incêndios ou a biodegradabilidade. A pureza do óleo, o teor de umidade e a rigidez dielétrica são rigorosamente controlados por meio de filtração e testes.

Acessórios e proteção

Os componentes auxiliares incluem buchas para conexões de alta tensão, tanques de conservação (para expansão do óleo), unidades de respiro para controlar a entrada de umidade, dispositivos de alívio de pressão, bombas de óleo (em sistemas de óleo forçado), radiadores ou ventiladores ONAN/ONAF, comutadores de derivação para ajuste de tensão com ou sem carga e dispositivos de monitoramento (medidores de temperatura, relés de gás no óleo, portas de análise de gases dissolvidos (DGA)).

Princípios de refrigeração e dissipação de calor em transformadores imersos em óleo

O gerenciamento térmico é uma consideração fundamental no projeto, pois as perdas em transformadores (perdas no núcleo e perdas na carga) convertem energia elétrica em calor. Uma dissipação eficiente mantém as temperaturas dos enrolamentos e do isolamento dentro de limites seguros, evitando o envelhecimento acelerado.

Geração de calor

Perdas no núcleo:  causadas por histerese magnética e correntes parasitas no núcleo laminado; em grande parte independentes da carga e proporcionais à tensão e frequência aplicadas.

Perdas no cobre (carga):  Perdas I²R nos enrolamentos que aumentam com a corrente de carga.

Mecanismos de transferência de calor

Condução:  o calor se move das superfícies quentes do enrolamento para o óleo circundante por meio de contato direto.

Convecção natural:  o óleo mais quente torna-se menos denso e sobe, fluindo em direção às superfícies mais frias (paredes do tanque, radiadores); o óleo mais frio desce e circula de volta pelas serpentinas. Essa circulação transporta o calor para longe da região das serpentinas.

Convecção forçada:  ventiladores ou bombas (em sistemas ONAF/OFWF) aceleram o fluxo de óleo para aumentar a transferência de calor quando a convecção natural é insuficiente em cargas elevadas.

Radiação e convecção na superfície do tanque:  o calor é finalmente dissipado para o ar ambiente a partir do tanque e dos radiadores.

Classificações de resfriamento

As normas da indústria definem modos de resfriamento como ONAN (Óleo Natural Ar Natural), ONAF (Óleo Natural Ar Forçado), OFAF (Óleo Forçado Ar Forçado) e OFWF (Óleo Forçado Água Forçada). A seleção depende da potência nominal, das condições ambientais e da capacidade de sobrecarga necessária.

Interação entre isolamento e temperatura

A vida útil dos materiais isolantes depende muito da temperatura; uma regra prática comum é que cada aumento de 6 a 10 °C na temperatura de operação reduz aproximadamente pela metade a vida útil do isolamento. Consequentemente, o resfriamento à base de óleo é fundamental para prolongar a vida útil do transformador, mantendo as temperaturas dos pontos quentes sob controle.

Vantagens em comparação com transformadores a seco

Os transformadores imersos em óleo são frequentemente preferidos em muitos cenários devido à sua combinação de desempenho elétrico, gerenciamento térmico e custo-benefício. As principais vantagens incluem:

Capacidade de resfriamento superior

A imersão em óleo proporciona uma remoção de calor mais eficaz do que o ar, permitindo maior capacidade de carga contínua e maior tolerância a sobrecargas de curto prazo.

Maior resistência dielétrica

O óleo preenche os espaços vazios e melhora o ambiente dielétrico ao redor dos enrolamentos e conjuntos do núcleo, aumentando as margens de tensão de ruptura e reduzindo o risco de descarga parcial.

Compacto e com boa relação custo-benefício

Para uma determinada potência nominal, os transformadores imersos em óleo geralmente têm dimensões físicas menores e custos de fabricação mais baixos em comparação com unidades equivalentes a seco, especialmente em tensões médias e altas.

Maior vida útil quando bem conservado.

A manutenção adequada do óleo, a filtragem e o monitoramento (por exemplo, DGA) ajudam a detectar falhas incipientes precocemente e a prolongar a vida útil do produto.

Flexibilidade no design

As unidades imersas em óleo podem ser projetadas para comutadores de derivação sob carga, grandes capacidades nominais e esquemas de isolamento especializados para aplicações de rede exigentes.

No entanto, é essencial reconhecer as desvantagens: transformadores imersos em óleo apresentam maior risco de incêndio se for utilizado óleo mineral, exigem medidas de segurança no manuseio do óleo e no ambiente, e podem necessitar de infraestrutura mais rigorosa no local. Em ambientes com requisitos rigorosos de segurança contra incêndio — como espaços confinados, minas ou edifícios altos — transformadores a seco ou fluidos alternativos (como ésteres naturais) podem ser preferíveis.

Cenários de aplicação típicos

Os transformadores imersos em óleo são utilizados em uma ampla gama de setores onde são necessárias alta confiabilidade e gerenciamento térmico eficiente. Aplicações típicas incluem:

subestações de transmissão e distribuição

Os grandes transformadores de potência (AT/MT) em subestações são quase sempre imersos em óleo devido às suas elevadas capacidades e à necessidade de refrigeração eficiente e regulação de tensão.

Sistemas de energia industrial

Indústrias pesadas (siderurgia, petroquímica, cimento, mineração) exigem transformadores robustos para grandes motores e cargas de processo; os modelos imersos em óleo lidam com altas cargas e tensões transitórias de forma eficaz.

Integração de energias renováveis e interconexão à rede

Os parques eólicos e as centrais de energia solar utilizam transformadores imersos em óleo nos pontos de coleta central e nas estações elevadoras para se conectarem à rede de transmissão.

Redes de distribuição de serviços públicos

Transformadores de distribuição montados em postes ou bases, que atendem áreas residenciais e comerciais, geralmente utilizam óleo devido à sua compactação e desempenho térmico.

Plataformas marítimas e offshore

Transformadores imersos em óleo, com design especial (e com fluidos resistentes ao fogo quando necessário), são utilizados para alimentação elétrica a bordo de navios e em instalações offshore.

Centro de dados e grandes complexos comerciais

Em locais onde espaço, eficiência e confiabilidade são importantes, utilizam-se unidades imersas em óleo — às vezes com medidas adicionais de segurança contra incêndio ou fluidos alternativos para atender às normas locais.

Conclusão e recomendação

Os transformadores imersos em óleo continuam sendo um pilar fundamental para o fornecimento confiável de energia nos setores de serviços públicos, industrial e comercial. Seu gerenciamento térmico eficiente, comportamento dielétrico robusto e opções de projeto flexíveis os tornam a escolha padrão para aplicações de média e alta potência. O sucesso da implantação depende não apenas do projeto inicial, mas também da manutenção rigorosa, do monitoramento de condição e, quando apropriado, da seleção de fluidos isolantes modernos e tecnologias de monitoramento digital.