Estudo e ensaios experimentais destinados à caracterização do comportamento dinâmico de estruturas mecânicas de transformadores de potência quando sujeitos a curto-circuito

Abstract

Devido ao crescimento da competitividade do mercado global, ao aumento da capacidade da rede de distribuição elétrica e das normas mais restritas ao nível do ruído, os produtores de equipamentos como um transformador de potência, têm de otimizar constantemente os seus produtos. A empresa Efacec Energia S.A. não é exceção. Deste modo, o trabalho apresentado, vem precisamente efetuar uma tentativa de melhoramento estrutural do grande reforço utilizado pela empresa referida nos seus transformadores de alta potência do tipo-Shell. Neste trabalho, apresenta-se a seleção de um novo modelo de grande reforço, cuja geometria e/ou material de fabricação foram alterados para permitir uma redução de massa e um aumento da eficiência estrutural. São também apresentados ensaios mecânicos de materiais, para a validação e determinação dos valores reais das características mecânicas usadas na fabricação destes componentes. Adicionalmente, os dados gerados por estes ensaios, serão usados em simulações numéricas para otimização e determinação do comportamento desta estrutura. Finalmente, neste texto, apresenta-se a caracterização dinâmica do grande reforço, pela apresentação dos resultados decorrentes de análises modais experimentais e numéricas. Estes estabelecem que o componente em questão tem frequências naturais, em corpo livre, próximas das de excitação de um transformador.

Due to the increase of competiveness in the global market, the constant increase of the capacity of power lines and the more restrictive noise policies, the manufacturers of equipment such as a Power Transformer, have to constantly update their products. The company Efacec Energia S.A. is no exception. Given this statement, the information presented in the thesis, shows an attempt to optimize the main frame, used the referred company in their Shell-type Power Transformers. In this dissertation, it is shown the selection of a new model of main frame, with a different internal geometry and/or manufacturing material, in order to reduce mass and increase structural efficiency. There are also presented tensile tests to materials used in the manufacturing of the referred structure, in order to determine and validate their real mechanical characteristics. Additionally, the generated data will be used in the optimization and the determination of the dynamic behavior of this structure, recurring it numerical simulations. There are also presents mechanical testing to materials that are being considered to substitute the current ones used in the manufacturing of this structure. Additionally, the generated data will be used to perform numerical simulations, to further optimize and determine the deformation behavior of the main frame. Finally, it will be shown the characterization of the dynamic behavior of the main frame, by the presentation of the information collected by the execution of experimental and numerical modal analysis. The results of these tests determine that, in free body conditions, the main frame has resonance frequencies in the proximity of the excitation frequencies of the power transformer.