ANÁLISE MECÂNICA TRANSITÓRIA

Nos tópicos anteriores foram apresentadas as análises mecânicas na condição estática quando o dispositivo opera em diferentes condições: condição nominal, energização solidária e corrente de inrush. Com a solução do problema, foi possível avaliar o comportamento do enrolamento

devido às solicitações de energização, como: deformação sofrida na direção axial, tensão mecânica (tensão de von-Mises) e fator de segurança.

Com isso, pode-se observar que as maiores severidades foram apresentadas durante a corrente de inrush. Devido ao elevado custo computacional para análises no domínio do tempo, somente para a condição com maior severidade (corrente de inrush) foi realizada a análise mecânica no domínio tempo. O tempo de simulação utilizado é o mesmo tempo de energização obtido no software ATPDraw (duração de 0,625 segundos com passo de tempo de 0,0025 segundos).

Ressalta-se que para cada simulação no instante de tempo, as forças da análise magnética são carregadas para análise mecânica, sendo atribuindo as condições de contornos previamente informadas. Com isso, as informações avaliadas na análise mecânica são em decorrência da análise magnética para cada passo, aumentando consideravelmente o tempo de simulação.

A Figura (64) ilustra a deformação total no enrolamento externo no transformador em estudo no instante de tempo em 0,025 segundos. Este instante de tempo foi escolhido por apresentar maior severidade na deformação (segundo pico da corrente de inrush), apresentando uma deformação total na direção axial igual a 0,945 mm, sendo a deformação máxima sofrida no condutor localizado entre os espaçadores.

Figura 64 – Deformação total no enrolamento externo (AT) para a simulação no domínio do tempo.

Na Figura (65) é mostrado o comportamento dinâmico da deformação sofrida no enrolamento externo do transformador durante o carregamento das forças magnéticas em condição de energização (corrente de inrush). Com isso, destaca-se que a maior deformação ocorre no instante de tempo igual a 0,025 segundos.

Figura 65 – Comportamento da deformação total no enrolamento externo (AT) em função do tempo.

Fonte: O Autor.

A Figura (66) ilustra a tensão mecânica equivalente no enrolamento externo do transformador no instante de tempo de 0,025 segundos da energização. Com isso, pode-se observar que o ponto que apresenta maior severidade no enrolamento, ocorre sobre os espaçadores, alcançando intensidades de 61,25 MPa, local do enrolamento sobre os espaçadores.

Figura 66 – Tensões mecânicas no enrolamento externo (AT) para a simulação no domínio do tempo.

Fonte: O Autor.

Na Figura (67) é apresentado o comportamento dinâmico da tensão mecânica no enrolamento externo durante a energização do transformador. Esse comportamento foi obtido a partir da aplicação das forças magnéticas (diferentes intensidades durante a energização) em função da área do enrolamento.

Figura 67 – Comportamento das tensões mecânicas no enrolamento externo (AT) em função do tempo.

Fonte: O Autor.

A partir disso, tomando como base o valor máximo obtido para a tensão mecânica (61,25 MPa) e ao comparar com as informações apresentadas na Tabela (8), constata-se que durante a

ocorrência de uma energização, o equipamento não oferece riscos de funcionamento, tendo em vista que o valor obtido foi bem inferior ao limite de escoamento do cobre (130 MPa) e ao limite máximo da tensão mecânica (280 MPa).

A análise de segurança de um equipamento frente as solicitações mecânicas podem ser apresentadas da avaliação do grau de segurança. Com isso, a partir dos resultados das tensões mecânicas no enrolamento para cada instante de tempo e com as características intrínsecas fornecidas no início da simulação mecânica, é avaliado o comportamento do grau de segurança do enrolamento externo do transformador (fator de segurança), conforme a Figura (68).

Figura 68 – Fator de segurança no enrolamento externo (AT) para a simulação no domínio do tempo.

Fonte: O Autor.

Na Figura (68) foi apresentado o fator de segurança para o enrolamento externo no instante de tempo de 0,025 segundos da energização. Assim, são apresentados os pontos críticos do enrolamento, que alcançam intensidades de 4,762 e 8,59 no enrolamento sobre os espaçadores e também no enrolamento entre os espaçadores, respectivamente.

Na Figura (69) é apresentado o comportamento do fator de segurança no enrolamento externo do transformador durante a energização. O ponto de maior criticidade ocorre no instante de tempo de 0,025 segundos. Destaca-se que a partir de 0,25 segundos de duração da

energização, o equipamento apresenta o grau de segurança elevado (igual a 15), sendo o valor esperado quando o equipamento opera em condição nominal.

Figura 69 – Comportamento do fator de segurança no enrolamento externo (AT) em função do tempo.

Fonte: O Autor.

Com a análise do comportamento do grau de segurança do enrolamento do transformador durante a sua energização, pode-se observar que esse efeito não oferece danos ao equipamento, tendo em vista que nos pontos críticos alcançam intensidades com valor igual a 4,76. Destaca-se que o fator de segurança apresenta uma faixa de operação insegura ao extremamente seguro (variações de 0 a 15).

Na Figura (70) é apresentado o comportamento da tensão mecânica (sendo a sua unidade representada em MPa) e o fator de segurança (admissional) durante a energização do transformador. A partir desses resultados pode ser observado que no instante de tempo de 0,25 segundos a tensão mecânica apresenta intensidade igual a 18,45 MPa e o fator de segurança alcança um valor admissional igual a 15. A partir disso, pode-se constatar que o equipamento opera em estado seguro e não apresenta nenhum ponto crítico de possíveis problemas.

Figura 70 – Comportamento do fator de segurança no enrolamento externo (AT) em função do tempo.

Fonte: O Autor.

Na Figura (71) é apresentado um gráfico tridimensional com o comportamento entre a tensão mecânica e a deformação sofrida no enrolamento externo do transformador, ambos em função do tempo. Com isso, observa-se que nos instantes iniciais da energização, as intensidades da tensão mecânica e da deformação sofrida no enrolamento são elevadas e diminuem com o tempo.

Figura 71 – Comportamento da tensão mecânica e deformação no enrolamento externo em função do tempo.

Fonte: O Autor.