TFC Anselmo Simango

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CURSO DE LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELÉCTRICA 
 Relatório do Estágio Profissional 
ESTUDO E ANÁLISE DA POSSIBILIDADE DE MELHORIA DE SISTEMA DE 
PROTECÇÃO CONTRA INCÊNDIO NOS TRANSFORMADORES PRINCIPAIS 
DE 160 MVA DA CENTRAL DA HCB 
 
 AUTOR: SUPERVISOR: 
Anselmo José Simango Eng°. Acácio Mavenda 
 
 
 
 
Songo, Janeiro de 2019 
 
 
 
 CURSO DE LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELÉCTRICA 
 
 Relatório do Estágio Profissional 
 
 
ESTUDO E ANÁLISE DA POSSIBILIDADE DE MELHORIA DE SISTEMA DE 
PROTECÇÃO CONTRA INCÊNDIO NOS TRANSFORMADORES PRINCIPAIS 
DE 160 MVA DA CENTRAL DA HCB 
 
 
 
 
 
 
 
AUTOR: Anselmo José Simango SUPERVISOR: Eng°. Acácio Mavenda 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Songo, Janeiro de 2019 
 
 
 
 
CURSO DE LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELÉCTRICA 
 
 
 Relatório do Estágio Profissional 
 ESTUDO E ANÁLISE DA POSSIBILIDADE DE MELHORIA DE SISTEMA DE 
PROTECÇÃO CONTRA INCÊNDIO NOS TRANSFORMADORES PRINCIPAIS 
DE 160 MVA DA CENTRAL DA HCB 
Autor: 
Anselmo José Simango 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O PRESIDENTE DA MESA DE JÚRI: 
 
_______________________________________________ 
Prof. Doutor Francisco Vieira 
 
O SUPERVISOR: 
 
______________________________________________ 
Eng.º Acácio Mavenda 
 
 
O EXAMINADOR: 
 
______________________________________________ 
 
 
Songo, Janeiro de 2019 
Trabalho submetido ao Instituto Superior Poli-
técnico de Songo para sua aprovação pelos 
membros do Júri, como requisito parcial para 
a aquisição do grau de Licenciado em Enge-
nharia Eléctrica. 
 
 
 
 
 
CURSO DE LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELÉCTRICA 
 
 
 
TERMO DE ENTREGA DO RELATÓRIO DO ESTÁGIO PROFISSIONAL 
 
Declaro que o estudante ______________________________________entregou no 
dia ___ /___ /2019 as cópias do relatório do seu Estágio Profissional com referên-
cia:____________________,intitulado:_______________________________________
______________________________________________________________________
____________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Songo, ______ de ____________________2019 
 
 
O Chefe da Secretaria 
 
 __________________________________________
 
i 
 
Dedicatória 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico de forma especial este trabalho aos meus Pais “José Simango & Rabeca 
Taimo Muthisse” e meus irmãos pelo apoio incondicional e prontidão em ajudar em 
tudo quanto foi necessário. 
 
 
 
 
 
ii 
 
Agradecimentos 
Agradeço, em primeiro lugar, à Deus todo-poderoso pelo dom da vida, saúde e sabedo-
ria para enfrentar os desafios da vida. 
 Agradeço em especial ao meu supervisor, Engo. Acácio Mavenda, por ter me 
acompanhado e orientado com muita paciência e zelo, para a materialização do 
presente relatório de estágio, durante o período do meu estágio, bem como para 
a sua apresentação. 
 Ao Engº. Adérito Machaeie, pela sua colaboração e incentivo com o fornecimento 
de material didáctico, o meu muito obrigado. 
Os meus agradecimentos abrangem a todos os colaboradores da Hidroeléctrica de 
Cahora Bassa, especialmente aos do (DGE-MEL), técnico Marcelino pelas directrizes, 
os técnicos Lourenço, Bacalhau, Cipriano, Mário, Fuleza, Abrão, Casal, que tornaram 
realidade a conciliação da teoria com a prática e pela dedicação e desempenho na 
transmissão do conhecimento. 
Aos docentes do ISPSongo e UEM, concretamente aos do departamento de Engenha-
ria Eléctrica, por terem contribuído de forma positiva para a minha formação, através da 
transmissão do seu saber e pelo acompanhamento, muito obrigado. 
Agradecer também a todos os colegas e amigos do ISPSongo, Daniel Dzucule pelas 
valiosas contribuições e ideias que enriqueceram este trabalho, Felipe Pawandiua, Dio-
nísio Bulo, Alberto Paissen, Joubert Mavambe pela amizade, companheirismo e por 
tudo que junto passamos. 
Agradecimento especial também vai aos meus pais e irmãos que de forma incansável, 
apoiam em todas minhas escolhas, dando a força necessária para a materialização dos 
meus sonhos. 
 
 
 
 
 
 
 
iii 
 
Resumo 
O presente trabalho é resultado do Estágio Profissional efectuado na Hidroeléctrica de 
Cahora Bassa, na Direcção de Geração - Manutenção Eléctrica, cujo tema é: Estudo e 
análise da possibilidade de melhoria de sistema de protecção contra incêndio nos trans-
formadores principais de 160 MVA da central da HCB, tem como objectivo identificar os 
sistemas de protecção contra incêndio nos transformadores principais de 160 MVA da 
central e avaliar no mercado existentes e propor melhoria caso aplicável. Numa primeira 
fase trata-se de aspectos gerais do transformador de potência de tal modo que se tenha 
uma visão geral do equipamento, protecções eléctricas do transformador de potência e 
modos de refrigeração. 
Foi feito no presente trabalho tendo sido destacados os pontos a melhorar no sistema 
de protecção contra incêndio nos transformadores principais, o estudo centra-se na te-
mática da protecção contra incêndios nos transformadores de potência. Dada a impor-
tância e pelo alto custo deste equipamento, faz-se necessário que o projecto e aplica-
ção deste sejam feitos de forma correcta, minimizando ou eliminando, assim, perda de 
vida humana, financeira e riscos às instalações. Depois faz-se a análise do funciona-
mento do sistema automático actual de detecção e extinção de incêndio nos transfor-
madores principais. 
 
Após a análise feita ao sistema de protecção contra incêndio actualmente empregue 
faz-se a proposta da implementação de um sistema de prevenção contra explosão e 
incêndio nos transformadores de potência usando o sistema Transformador Protector, 
e por fim faz-se avaliação do custo benefício do projecto olhando para a viabilidade 
económica do projecto. 
Palavras-chave: Transformador, transformador protector, explosão, protecção 
 
 
 
 
 
 
 
 
iv 
 
Organização dos capítulos 
Capítulo 1 Introdução 
Este capítulo descreve os objectivos (geral e específicos), delimitação do tema a meto-
dologia usada para a elaboração deste trabalho e por fim trata de problemática e justifi-
cativa do presente trabalho. 
Capítulo 2 Contextualização histórica e geográfica 
No segundo capítulo, faz-se a descrição do empreendimento da Hidroeléctrica de Cahora 
Bassa, localização geográfica da barragem, central de geração, características dos grupos 
geradores. 
Capítulo 3 Transformador de potência 
Neste capítulo, trata-se dos conceitos fundamentais do transformador de potência no geral, 
a sua aplicação, componentes básicos de um transformador de potência e por fim o princí-
pio de funcionamento do transformador. 
Capitulo 4 Generalidade sobre os transformadores principais de 160 MVA da 
central da HCB 
Este capítulo trata especificamente dos transformadores principais de 160 MVA, ligação dos 
transformadores monofásicos em bancos trifásicos, vantagens e desvantagens desta liga-
ção e por fim das protecções empregues nesses transformadores. 
Capítulo 5 Potenciais causas e consequências de incêndio nos transformado-
res de potência 
O quinto capítulo trata de potenciais causas e consequências de incêndio nos transformado-
res de potência, os impactos que um incêndio no transformador pode resultar. 
Capítulo 6 Sistema automático de detecção eextinção de incêndio aplicado 
nos transformadores principais 
Neste capítulo, trata-se de sistema automático de detecção e extinção de incêndio em 
uso nos transformadores principais 160 MVA, olhando para a composição do sistema, 
 
v 
 
dispositivos empregues, estágios de funcionamento do sistema e por fim descreve-se o 
modo de funcionamento do mesmo. 
CapÍtulo 7 Proposta de melhoria 
O sétimo capítulo trata da proposta de melhoria de sistema de protecção contra incên-
dio nos transformadores principais de 160 MVA, analisar no mercado fabricantes que 
existem e escolher um para implementação do projecto, faz-se a descrição do sistema 
proposto nesse trabalho, modo de funcionamento do sistema, e suas componentes 
principais. 
Capítulo 8 Avaliação do custo/benefício do projecto 
Neste capítulo, faz-se a análise do custo benefício do projecto proposto no capítulo 7 para 
se chegar a uma conclusão sobre a viabilidade económica do projecto. 
Capítulo 9 Conclusão e Recomendações 
Neste capítulo, encontra-se a conclusão e recomendações de algumas notas consideradas 
importantes durante o desenvolvimento do presente trabalho, que são relevantes e neces-
sários para o bom funcionamento do sistema quando for implementado. 
Capítulo 10 Bibliografia 
Neste capítulo encontram-se as referências bibliográficas utilizadas na elaboração deste 
trabalho. 
 
 
 
 
 
 
vi 
 
Índice Pág. 
Dedicatória ....................................................................................................................... i 
Agradecimentos ............................................................................................................... ii 
Resumo .......................................................................................................................... iii 
Organização dos capítulos ............................................................................................. iv 
Lista de símbolos ............................................................................................................. x 
Lista de abreviaturas ...................................................................................................... xi 
Lista de figuras .............................................................................................................. xii 
Lista de tabela .............................................................................................................. xiii 
Lista de gráfico ............................................................................................................. xiii 
Lista de anexo .............................................................................................................. xiv 
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 1 
1.1. Objectivos ........................................................................................................... 2 
1.1.1. Geral ............................................................................................................ 2 
1.1.2. Específicos................................................................................................... 2 
1.2. Delimitação do trabalho ...................................................................................... 3 
1.3. Metodologias ...................................................................................................... 4 
1.4. Problemática e Justificativa ................................................................................ 4 
2. CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA E GEOGRÁFICA ............................................ 5 
2.1. Barragem ............................................................................................................ 6 
3. TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA ........................................................................ 7 
3.1. Aplicação do transformador ................................................................................ 7 
3.2. Aspectos construtivos do transformador ............................................................ 8 
3.2.1. Tanque principal ou cuba ............................................................................. 8 
3.2.2. Tanque de expansão do transformador ....................................................... 9 
3.2.3. Tanque de expansão do comutador ............................................................ 9 
3.2.4. Núcleo .......................................................................................................... 9 
 
vii 
 
3.2.5. Enrolamentos ............................................................................................. 10 
3.2.6. Comutador de derivação ............................................................................ 10 
3.2.7. Trocador de calor ....................................................................................... 11 
3.2.8. Buchas de alta e baixa tensão ................................................................... 11 
3.3. Princípio de funcionamento do transformador .................................................. 11 
4. GENERALIDADES SOBRE OS TRANSFORMADORES PRINCIPAIS .................. 14 
4.1. Ligação dos transformadores monofásicos em bancos trifásicos .................... 14 
4.1.1. Vantagens da montagem de transformadores monofásicos em bancos 
trifásicos .................................................................................................................. 15 
4.1.2. Desvantagem da montagem de transformadores monofásicos em bancos 
trifásicos .................................................................................................................. 16 
4.2. Sistema de refrigeração dos transformadores principais .................................. 16 
4.2.1. Composição do sistema de refrigeração dos transformadores principais .. 17 
4.3. Protecção dos transformadores principais ....................................................... 17 
4.3.1. Protecção diferêncial ................................................................................. 17 
4.3.2. Relé buchholz ............................................................................................ 19 
5. POTENCIAIS CAUSAS E CONSEQUÊNCIAS DE EXPLOSÃO E INCÊNDIO NOS 
TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA........................................................................ 21 
5.1. Causas de incêndio em transformadores de potência...................................... 21 
5.1.1. Causas internas ......................................................................................... 21 
5.1.2. Causas externas ........................................................................................ 22 
5.2. Consequências de incêndio em transformadores de potência ......................... 22 
5.2.1. Impactos negativos na empresa ................................................................ 23 
5.2.2. Impactos negativos aos seres humanos .................................................... 23 
5.2.3. Impactos negativos ao meio ambiente ....................................................... 23 
5.2.4. Impactos negativos em equipamentos e estruturas ................................... 24 
6. SISTEMA AUTOMÁTICO DE DETECÇÃO E EXTINÇÃO DE INCÊNDIO APLICADO 
AOS TRANSFORMADORES PRINCIPAIS (SADEI) ..................................................... 25 
 
viii 
 
6.1. Composiçãodo sistema automático de detecção e extinção de incêndio 
aplicado nos transformadores principais .................................................................... 25 
6.2. Dispositivos de extinção de incêndio empregues ............................................. 26 
6.2.1. Coroa de pulverização ............................................................................... 26 
6.2.2. Dispositivo de alimentação das coroas ...................................................... 26 
6.2.3. Dispositivo de sobrepressão do reservatório da água ............................... 27 
6.3. Funcionamento do sistema de extinção de incêndio ........................................ 28 
6.3.1. Modo automático de extinção de incêndio ................................................. 28 
6.3.2. Modo manual de extinção de incêndio ....................................................... 28 
6.4. Conclusão do sistema de protecção contra incêndio aplicado aos 
transformadores principais ......................................................................................... 29 
7. PROPOSTA DE MELHORIA .................................................................................. 30 
7.1. Escolha do fabricante ....................................................................................... 31 
7.2. Imagens ilustrativas de sistema de prevenção e extinção de incêndio nos 
transformadores de potência de cada fabricante ....................................................... 32 
7.3. Sistema de prevenção de explosão e incêndio em transformadores de potência 
do fabricante SERGI .................................................................................................. 33 
7.3.1. Análise detalhada do sistema proposto ..................................................... 34 
7.3.2. Transformador protector ............................................................................ 35 
7.3.3. Activação do transformador protector ........................................................ 36 
7.3.4. Disco de ruptura ......................................................................................... 37 
7.3.5. Injecção de gás do nitrogénio .................................................................... 38 
8. AVALIAÇÃO DO CUSTO/BENEFÍCIO DO SISTEMA PROPOSTO ....................... 41 
8.1. Custo de sistema de protecção contra incêndio nos transformadores principais
 41 
8.2. Custo médio derivado de um incêndio em um transformador de potência sem o 
sistema de protecção contra incêndio (CT) ................................................................ 42 
8.3. Custo máximo esperado quando ocorre uma explosão em um transformador 
que possui o sistema de protecção contra incêndio (CTP) ........................................ 43 
 
ix 
 
8.4. Resultados esperados ...................................................................................... 44 
9. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ................................................................. 46 
9.1. Conclusão ........................................................................................................ 46 
9.2. Recomendações............................................................................................... 47 
10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 48 
10.1. Outras Bibliografias Consultadas .................................................................. 49 
Anexos .......................................................................................................................... 50 
 
 
 
x 
 
Lista de símbolos 
Grandeza Unidade Símbolo 
Corrente Ampere A 
Energia Megawatt-hora MWh 
Frequência Hertz Hz 
Potência aparente Megavolt-amper MVA 
Potência activa Kilowatt kW 
Tempo Milissegundos ms 
Temperatura Graus centígrados ℃ 
Tensão Volts V 
Velocidade de rotação Rotações por minuto rpm 
 
 
 
 
 
 
 
xi 
 
Lista de abreviaturas 
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas 
ANPC Autoridade Nacional de Protecção Civil 
ANSI American Nacional Standards Institute 
AT Alta Tensão 
BT Baixa Tensão 
CC Corrente Continua 
CA Corrente Alternada 
DGE – MEL Direcção de Geração – Manutenção Eléctrica 
GG Grupo Gerador 
HVDC High Voltage Direct Current 
HCB Hidroeléctrica de Cahora Bassa 
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers 
IEC Institute Electrical Comission 
NFPA National Fire Protection Association 
SADEI Sistema Automático de Detecção e Extinção de Incêndios 
SAEI Sistema Automático de Extinção de Incêndios 
SERGI Société Générale d'Etudes et de Réalisations Industrielles 
TP Transformador Protector 
TC Transformador de Corrente 
TT Transformador de Tensão 
 
 
 
xii 
 
Lista de figuras 
Figura 2.1 – Localização geográfica da barragem de Cahora Bassa…………………… 6 
Figura 3.2 – Estrutura básica de um transformador………………………………………. 7 
Figura 3.3 – Desenho esquemático de um transformador de potência…………………..8 
Figura 3.4 – Circuito magnético do transformador (Núcleo)……………………………... 9 
Figura 3.5 – Enrolamentos do transformador (Bobinas)…………………………………. 10 
Figura 3.6 – Comutador de derivação……………………………………………………… 11 
Figura 3.7 – Circuito magnético……………………………………………………………...12 
Figura 4.8 – Transformadores monofásicos ligados em banco trifásico……………….. 15 
Figura 4.9 – Sistema de circulação do óleo de refrigeração dos transformadores 
principais de 160 MVA da central da HCB…………………………………………………. 17 
Figura 4.10 – Protecção diferencial no transformador monofásico…………………….. 18 
Figura 4.11 – Relé buchholz………………………………………………………………… 19 
Figura 4.12 – Esquema de funcionamento do relé buchholz……………………………. 20 
Figura 6.13 – Garrafas de 𝐶𝑂2……………………………………………………………… 27 
Figura 7.14 – SERGI………………………………………………………………………… 32 
Figura 7.15 – Transformer protector corporation…………………………………………. 32 
Figura 7.16 – Legenda de transformador protector………………………………………. 35 
Figura 7.17 – Transformador protector…………………………………………………….. 36 
Figura 7.18 – Disco de ruptura……………………………………………………………… 37 
Figura 7.19 – Lógica de injecção de gás do nitrogénio………………………………….. 38 
Figura 7.20 – Diagrama de sistema de protecção com TP e sem TP………………….. 39 
Figura 7.21 – Etapas de funcionamento de transformador protector…………………... 40 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xiii 
 
Lista de tabela 
Tabela 7.1 – Fabricantes do sistema de prevenção contra explosão e incêndio de 
transformadores de poência .......................................................................................... 32 
Tabela 7.2 – Síntese da análise dos critérios para cada fabricante .............................. 33 
Tabela 7.3 – Vantagens e desvantagens do sistema SERGI........................................ 34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lista de gráfico 
Gráfico 1: Pressão dinâmica dentro do transformador .................................................22 
Gráfico 2: Custo benéficio ............................................................................................ 44 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xiv 
 
Lista de anexo 
Anexo 1: Esquemas de sistema de refrigeração dos transformadores principais ........ 51 
Anexo 2: Esquemas de modo de actuação do sistema de extinção de incêndio nos 
transformadores principais ............................................................................................ 52 
Anexo 3: Componentes do transformador principal ...................................................... 55 
Anexo 4: Boletim de análise de óleo do transformador principal .................................. 57 
Anexo 5: Diagrama de ligação do sistema SERGI ....................................................... 58 
Anexo 6: Transformador protector ................................................................................ 59 
Anexo 7: Certificado de actuação com sucesso do sistema transformador protector da 
SERGI .......................................................................................................................... .62 
Anexo 8: Actividades realizadas durante o estágio ...................................................... 65 
 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 1 de 50 
 
1. INTRODUÇÃO 
Os transformadores principais, representam um dos principais equipamentos do 
sistema de produção de energia eléctrica da empresa, uma falha deste equipamento 
poderá resultar em grandes prejuízos materiais e de receita, impactos negativos ao 
meio ambiente e risco de vida dos técnicos da empresa, isto é, por causa das 
características desses transformadores cujo isolamento e refrigeração é a óleo. 
O tema “Estudo e análise da possibilidade de melhoria de sistema de protecção 
contra incêndio nos transformadores principais de 160 MVA da central da HCB” 
surge, como resposta á necessidade de realizar um relatório de estágio profissional e 
para melhorar o sistema de protecção dos transformadores principais contra explosão 
e incêndio implementando um sistema de prevenção contra explosão e incêndio, o de-
senvolvimento deste tema será uma valia para a empresa visto que este sistema irá 
garantir uma segurança no processo de producão de energia eléctrica. 
O presente trabalho, faz uma descrição genérica da central da HCB dando mais enfase 
para os transformadores principais, apresentando sua constituição básica, princípio de 
funcionamento, modos de refrigeração, protecções empregues, ligação em bancos trifá-
sicos, potenciais causas e consequências de incêndio, e análise de modos de actuação 
do sistema de protecção contra incêndio. 
Os transformadores principais, desempenham um papel fundamental na HCB, elevam 
o nível de tensão gerada de 16 kV para 220 kV para uma posterior transmissão à Sub-
estação de Songo. 
Tendo em vista a importância desse equipamento e seu custo elevado, faz-se necessá-
rio a implementação de vários sistemas de protecção eléctrica e prevenção contra ex-
plosão. O incêndio nos transformadores de potência além de causar a indisponibilidade 
do transformador afectado, se não for rapidamente extinto, poderá alastrar-se e atingir 
outros equipamentos da central elevando ainda os custos de manutenção correctiva, e 
ou mesmo subestituição de equipamentos. 
 
 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 2 de 50 
 
1.1. Objectivos 
1.1.1. Geral 
O presente trabalho tem como objectivo identificar os sistemas de protecção contra in-
cêndio aplicados nos transformadores principais de 160 MVA da central e avaliar no 
mercado opções existentes para salvaguarda da integridade dos transformadores e 
propor melhoria caso aplicável. 
1.1.2. Específicos 
De modo a alcançar o objectivo geral, o presente trabalho apresenta os seguintes ob-
jectivos específicos: 
 
 Apresentar a constituição dos transformadores de potência no geral; 
 Dissertar sobre o sistema de protecção contra incêndios implantado nos trans-
formadores principais de 160 MVA da central da HCB; 
 Estudar os sistemas de prevenção de explosão e incêndio existentes no merca-
do; 
 Avaliar os sistemas de prevenção de explosão e incêndio existentes no mercado; 
 Propor melhorias e/ou soluções de acordo com os resultados obtidos do estudo 
e avaliação; 
 Analisar a viabilidade económica do sistema proposto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 3 de 50 
 
1.2. Delimitação do trabalho 
Neste trabalho tratar-se-á das protecções contra incêndio nos transformadores princi-
pais, estando focalizado primeiramente nos conceitos básicos do transformador, e de-
pois nos tópicos relacionados a algumas protecções eléctricas dos transformadores, 
potenciais causas e consequências de explosões e incêndios em transformadores de 
potência, prevenção e extinção de incêndio nos transformadores principais. 
Não constitui objecto deste trabalho estudar detalhadamente o transformador em todos 
os seus aspectos construtivos. Porém, serão focalizados de maneira clara e simples 
alguns componentes considerados principais do transformador, de tal modo que se te-
nha uma visão geral desse equipamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 4 de 50 
 
1.3. Metodologias 
O relatório do estágio profissional faz parte do processo de culminação dos estudos em 
Engenharia Eléctrica no Instituto Superior Politécnico de Songo -Tete. 
A sua efectivação encerra-se no estágio profissional efectuado na central da HCB, na 
Direcção de Geração – Manutenção Eléctrica (DGE-MEL), no período de 5 meses, de 
21 de Maio até 21 de Outubro de 2018. 
Para a prossecução deste relatório recorreu-se a uma série de fontes de informação, 
nomeadamente: 
 Leituras de trabalhos e dissertações com temas relacionados com transformador 
e protecções contra incêndio nos transformadores de potência; 
 Pesquisas na internet, no arquivo técnico da empresa HCB e através de inquéri-
tos aos Engenheiros e técnicos da empresa; 
 Conhecimentos adiquiridos ao longo da formação. 
 
1.4. Problemática e Justificativa 
Os transformadores principais, localizam-se num espaço confinado, tratando-se de 
equipamentos com quantidade de óleo elevada, e no caso de ocorrência de incêndio 
dificulta a sua extinção por parte dos bombeiros, sendo que o sistema de protecção 
contra incêndio empregue nos transformadores principais de 160 MVA não está 
munido de sistemas de prevenção contra explosão e incêndios, face a essa 
constatação pretente-se equacionar e estudar a possibilidade de instalar-se um 
sistema de prevenção contra explosão e extinção de incêndio nos transformadores 
principais, no pressuposto de verificar-se o custo benefício de prevenção 
relactivamente a correcção.Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 5 de 50 
 
2. CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA E GEOGRÁFICA 
A central da Hidroeléctrica de Cahora Bassa é uma das maiores cavernas construídas 
pelo homem com 220 m de comprimento, 29 m de largura e 60 m de altura situada na 
margem sul do Rio Zambezi. No interior da caverna estão instalados 5 Grupos Gerado-
res (GG) cada um destes GG é formado por uma turbina tipo Francis, de fabrico euro-
peu pelas companhias ALSTOM e ZOICO, acoplada directamente a um alternador trifá-
sico, fabricado pelas companhias ALSTOM, BBC, SIEMENS e AEG com seguintes ca-
racterísticas: 
 Potência da turbina……………………………….415 MW 
 Potência do alternador……………………………480 MVA 
 Velocidade nominal (rotação dos grupos) ……107,11 rpm 
 Nível de descarga………………………………….452 m³/s 
 Frequência…………………………………………..50 Hz 
 Factor de potência (cosφ) ………………………..0,85 Indutivo 
 Tensão nominal do alternador principal…………16 kV 
A energia eléctrica produzida por cada GG a uma tensão de 16 kV, é transformada e 
elevada a um nível de 220 kV por transformadores de potência de 160 MVA/fase, e 
através de cabos 220 kV a óleo a energia é transmitida até a plataforma de transição 
onde é seccionada e transmitida para alimentar a subestação conversora de songo. 
Cada GG possui uma tomada de água, a qual se segue uma conduta forçada de sec-
ção circular 9,7 m de diâmetro, 170 m de comprimento e declive de 45º. Munisse, (SD) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 6 de 50 
 
2.1. Barragem 
O empreendimento da Hidroeléctrica de Cahora Bassa está situado a 120 km da cidade 
de Tete, na província com o mesmo nome, distrito de Cahora-Bassa localidade de Son-
go com as coordenadas geográficas 33°E, 15°S como ilustrado na figura 2-1. O empre-
endimento consiste essencialmente em: 
 Barragem sobre o rio Zambeze; 
 Central Sul - 2075 MW, 5 grupos geradores de 415 MW; 
 Subestação conversora do Songo; 
 Duas linhas de transmissão em corrente contínua para a África do Sul; 
 Uma linha de transmissão em corrente alternada para o Zimbabwe; 
 Duas linhas de transmissão em corrente alternada para as regiões centro e 
norte de Moçambique. 
 
Figura 2.1 – Localização geográfica da barragem de Cahora Bassa 
Fonte: Manual da ZAMCO 
 
 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 7 de 50 
 
3. TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA 
Um transformador é um dispositivo que converte, por meio da acção de um campo 
magnético, a energia eléctrica CA de uma dada frequência e nível de tensão em ener-
gia eléctrica CA de mesma frequência, mas outro nível de tensão. Ele consiste em duas 
ou mais bobinas de fio enroladas em torno de um núcleo ferromagnético comum. Essas 
bobinas (usualmente) não estão conectadas diretamente entre si. Um dos enrolamentos 
do transformador é ligado a uma fonte de energia eléctrica CA e o segundo enrolamen-
to do transformador fornece energia às cargas. O enrolamento do transformador ligado 
à fonte de energia é denominado enrolamento primário ou enrolamento de entrada e o 
enrolamento conectado às cargas é denominado enrolamento secundário ou enrola-
mento de saída. (Chapman, 2013) 
 
Figura 3.2 – Estrutura básica de um transformador 
Fonte: Chapman, 2013 
 
3.1. Aplicação do transformador 
Os transformadores de potência têm uma aplicação, como por exemplo, na saída de 
uma central eléctrica, na qual o transformador de potência eleva a tensão para com isso 
diminuir a corrente e consequentemente diminuir as perdas por efeito Joule no condutor 
que estará transmitindo energia. Esta elevação de tensão proporcionará uma diminui-
ção de custos de transmissão e uma melhor eficiência, na distribuição de energia eléc-
trica. Os transformadores de potência são igualmente bastante usados para baixar o 
nível de tensão para utilização pelos consumidores. 
N1 N2 
Núcleo 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 8 de 50 
 
3.2. Aspectos construtivos do transformador 
Além da teoria básica, é importante o entendimento de aspectos construtivos dos trans-
formadores de potência para o seguimento deste trabalho, pois a protecção deste equi-
pamento visa exactamente garantir a integridade física do mesmo e das instalações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.3 – Desenho esquemático de um transformador de potência 
Fonte: Bechara, 2010 
 
3.2.1. Tanque principal ou cuba 
Trata-se de um tanque de aço preenchido com óleo isolante, onde a parte activa, con-
junto formado pelas bobinas e o núcleo, é imerso, além de ser o elemento que transmi-
te para o ar o calor produzido pelas perdas. Serve também de estrutura de suporte para 
os acessórios e demais componentes do equipamento. 
Buchholz 
 
Bucha de alta 
tensão 
 
Bucha de baixa 
tensão 
 
Parte activa 
 
Óleo do trans-
formador 
 
Tanque de expan-
são do transfor-
mador 
 
Tanque de expan-
são do comutador 
derivação 
 
Tanque principal 
Trocador de calor 
 
Comutador de de-
rivação 
 
 
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3.2.2. Tanque de expansão do transformador 
Tanque de expansão de óleo permite a expansão do volume de óleo do transformador 
por conta de variações de temperatura a que o equipamento é submetido, e também 
tem como finalidade, suprir pequenos vazamentos de óleo no transformador, acomodar 
as dilatações do óleo produzido pela variação da temperatura. 
3.2.3. Tanque de expansão do comutador 
Tem a mesma função do tanque de expansão do tanque principal, porém, neste caso 
actua para o óleo do comutador. 
3.2.4. Núcleo 
O núcleo é uma das partes activas do transformador, este é composto por chapas de 
aço especial, dito aço do transformador sobrepostas e isoladas através de verniz, sen-
do este mais usado nos transformadores de potência para o isolamento devido a maior 
resistência ao calor e resistência mecânica. O núcleo tem como função criar um cami-
nho fácil para o circuito magnético, fazer o acoplamento magnético entre os enrolamen-
tos, minimizar as correntes de Foucalt e dar sustentação mecânica aos enrolamentos. 
 
Figura 3.4 – Circuito magnético do transformador (Núcleo) 
Fonte: HCB 
 
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3.2.5. Enrolamentos 
Os enrolamentos são a outra parte activa do transformador, são bobinas cilíndricas for-
madas por condutores de cobre, estes são isolados por papel e envernizados e são 
compostos de espiras, normalmente de cobre, de secção circular ou retangular. As es-
piras formam várias bobinas dos circuitos primário e secundário para transformadores 
monofásicos e trifásicopara o caso de transformadores de três enrolamentos, a relação 
entre o número de espiras dos diversos enrolamentos do transformador define os níveis 
de tensão de operação. 
 
Figura 3.5 – Enrolamentos do transformador (Bobinas) 
Fonte: HCB 
3.2.6. Comutador de derivação 
Segundo IEC 60214-1 apud (Reinhusen, 2015), comutador de derivação (Tap Changer) 
é um dispositivo que proporciona a regulação de tensão através de derivação num dos 
enrolamentos do transformador, normalmente o enrolamento de alta tensão, sem inter-
rupção do fluxo de carga. Para tanto, os comutadores de derivação em carga são inte-
grados a transformadores e ligados à parte activa do transformador, sendo com isso 
possível, por exemplo, compensar as oscilações de tensão que ocorrem nas redes de 
transmissão de energia. 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 11 de 50 
 
 
Figura 3.6 – Comutador de derivação 
Fonte: Bechara, 2010 
3.2.7. Trocador de calor 
São radiadores em chapas de aço fixados no tanque principal, cuja função é aumentar 
a área de dissipação do calor gerado pelas perdas internas do transformador. O óleo 
mineral é forçado a circular por dentro desses radiadores, trazendo o calor dissipado no 
núcleo e enrolamento do transformador, sendo refrigerado nos radiadores, que são 
igualmente denominados trocadores de calor. 
3.2.8. Buchas de alta e baixa tensão 
De acordo com (Silva, 2007) bucha é um dispositivo utilizado para fazer a passagem de 
um condutor electricamente energizado em AT ou BT através de alguma barreira ligada 
à terra ou em potencial eléctrico muito diferente do potencial eléctrico do condutor. Uma 
bucha deve fornecer isolamento eléctrico para a tensão nominal e eventuais sobreten-
sões do sistema e serve igualmente como suporte mecânico para os condutores e liga-
ções externas. 
3.3. Princípio de funcionamento do transformador 
O princípio de funcionamento do transformador é o fenómeno conhecido como indução 
eletromagnética, este fenómeno origina a produção de uma força electromotriz (f.e.m. 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 12 de 50 
 
ou tensão), quando um circuito é submetido a um campo magnético variável. Os trans-
formadores monofásicos consistem de dois enrolamentos, o primário e o secundário, 
que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico, o núcleo. Uma tensão 
aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa cor-
rente e ao número de espiras do enrolamento. Através do metal, o fluxo magnético 
quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo em grande parte, e 
chega ao enrolamento secundário com um mínimo de perdas, ocorre então, a indução 
electromagnética e no secundário surge uma corrente eléctrica, que varia de acordo 
com a corrente do primário. (Chapman, 2013) 
 
Figura 3.7 – Circuito magnético 
Fonte: Chapman, 2013 
 
Dada a essas suposições, na forma matemática, isto é, quando uma tensão variavel no 
tempo for aplicada aos terminais do primário do transformador, então um fluxo deve ser 
estabelecido no núcleo de modo que 𝑒1 (f.e.m) seja igual a tensão aplicada. Assim, 
𝑣1 = 𝑒1 = 𝑁1
𝑑𝜑
𝑑𝑡
 (1) 
O fluxo do núcleo também concatena o secundário produzindo uma (f.e.m) induzida 𝑒2 
e uma outra tensão iqual 𝑣2 nos terminais do secundário, dadas por 
𝑣2 = 𝑒2 = 𝑁2
𝑑𝜑
𝑑𝑡
 (2) 
Da razão entre as equações acima, vem: 
𝑣1
𝑣2
=
𝑁1
𝑁2
 (3) 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 13 de 50 
 
As equaçõs acima são tidas, considerando as características normais de operação do 
transformador, no final vale a expressão: 
𝑎 =
𝑉1
𝑉2
=
𝑁1
𝑁2
=
𝐼2
𝐼1
 (4) 
A transformação do nível de tensão no transformador não pode ou não altera a potência 
nos dois circuitos de um transformador ideal, portanto, P é igual ao produto da tensão, 
(V), pela corrente, (I). 
𝑃 = 𝑉1 × 𝐼1 = 𝑉2 × 𝐼2 (5) 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 14 de 50 
 
4. GENERALIDADES SOBRE OS TRANSFORMADORES PRINCIPAIS 
Instalados no piso 6, cota 209 da central, encontram-se 15 transformadores de potên-
cia, monofásicos, formando 5 bancos trifásicos de 480 MVA, um por cada grupo gera-
dor e 2 (dois) transformador de reserva. Esses transformadores elevam o nível de ten-
são gerada de 16 kV para 220 kV para uma posterior transmissão por cabos a óleo a 
plataforma de transição onde é feito o seccionamento e transmissão em linha aérea 
para a subestação de Songo. As características dos transformadores principais da cen-
tral da HCB são: 
 Potência........................................................................ 160 𝑀𝑉𝐴; 
 Tensão nominal no primário..........................................16 𝑘𝑉; 
 Tensão nominal no secundário.................................... (230/√3 𝑘𝑉 ± 5%); 
 Corrente nominal no primário…………………………….10 𝑘𝐴 
 Corrente nominal no secundário....................................1,205 𝑘𝐴; 
 Frequência.....................................................................50 𝐻𝑧; 
 Potência de curto-circuito..............................................20 𝐺𝑉𝐴; 
 Perdas no ferro.............................................................100 𝑘𝑊; 
 Perda no cobre a 75ºC…………………….................... 495 𝑘𝑊; 
 Sobrecarga admissível......15%(1,15 × 480 𝑀𝑉𝐴, 16 𝑘𝑉 𝑒 16 𝑘𝑉 ± 5 % da tensão 
do gerador); 
 Sobretensão admissível............................................... (480 𝑀𝑉𝐴 𝑒 16 𝑘𝑉 ± 5%); 
 Peso do óleo.................................................................21 𝑇𝑜𝑛; 
 Peso da parte extractível...............................................8, 5 𝑇𝑜𝑛; 
 Peso total.......................................................................4 𝑇𝑜𝑛. 
4.1. Ligação dos transformadores monofásicos em bancos trifásicos 
Os transformadores monofásicos podem ser dispostos em bancos interconectados en-
tre si formando equipamentos que promovem a transformação trifásica da tensão. O 
caso real da HCB em relação ao acoplamento dos transformadores monofásicos é 
mostrado na figura 4-8. 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 15 de 50 
 
A ligação eléctrica entre o alternador principale os transformadores principais é garan-
tida por meio de um jogo de barras blindadas, onde no seu interior encontram-se os 
três condutores (R-S-T) que estabelecem a ligação ao transformador. 
Em cada transformador existe numa travessia um anel de cores que corresponde a 
uma determinada fase, vermelho, verde, amarelo que correspondem as fases 0-4-8 ou 
R-S-T, respectivamente. As ligações do lado do primário do transformador são feitas 
em triângulo (∆) e do lado do secundário em estrela (Y), o ponto neutro do secundário 
dos transformadores está ligado à terra por meio de um seccionador de terra localizado 
na cela do neutro de cada banco trifásico de transformadores principais. 
 
Figura 4.8 – Transformadores monofásicos ligados em banco trifásico 
Fonte: HCB 
4.1.1. Vantagens da montagem de transformadores monofásicos em 
bancos trifásicos 
Os transformadores monofásicos são de fácil transporte, no caso de necessidade de 
aquisição de novo transformador olhando para o seu tamanho e o peso relactivamente 
aos transformadores trifásicos; 
No caso de ocorrência de falha numa das fases, é feita a substituição duma forma iso-
lada de outras unidades o que acarreta custos reduzidos na aquisição de novas bobi-
nas por estes serem de menor porte relactivamente a transformadores trifásicos. 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 16 de 50 
 
4.1.2. Desvantagem da montagem de transformadores monofásicos 
em bancos trifásicos 
 Custos elevados (cuba, algumas protecçõees individualizadas, sistema de refri-
geração); 
 Menor eficiência. 
4.2. Sistema de refrigeração dos transformadores principais 
Apesar de ser uma máquina estáctica e de boa eficiência, o transformador não é uma 
máquina ideal, logo, ao elevar ou baixar o nível de tensão numa rede perde energia na 
forma de calor, quanto maior a potência, maior será a quantidade de calor a ser dissi-
pado pelo transformador. Os transformadores são dotados de acessórios capazes de 
propiciar uma troca de calor mais eficiente com o ambiente externo para garantir que 
este equipamento funcione a níveis de temperatura considerados normais, podendo 
estes ser constituídos por: radiadores ou bombas de circulação de óleo com permuta-
dores de calor e ventiladores. 
Na empresa concessionária alvo deste estudo, HCB, o arrefecimento dos transforma-
dores principais de 160 MVA é efectuada por meio da circulação forçada do óleo da 
cuba através de 3 bombas instaladas em cada fase e 3 permutadores de calor óleo x 
água, o modo de actuação das bombas de refrigeração está referênciado no anexo 1. 
Este processo está em constante funcionamento para garantir que o transformador 
funcione a níveis de temperatura consideradas normais (abaixo de 50℃), quando a 
temperatura nos enrolamentos atinge níveis altos (acima de 50ºC) há necessidade de, 
o sistema de refrigeração entrar em funcionamento no seu todo, visto que o funciona-
mento normal desse sistema é o de duas bombas, só entrará em funcionamento a ter-
ceira bomba quando o contacto de imagem térmica actuar a partir de uma sonda insta-
lada no interior da cuba para ler directamente o nível de temperatura nos enrolamentos 
e ler a temperatura do óleo isolante no interior do mesmo a partir de um teletermôme-
tro, indicando temperatura muito alta nos enrolamentos (𝑇 ≥ 60℃). A uma dada tempe-
ratura acima 60℃ após a entrada em serviço da terceira bomba, caso esta continue a 
aumentar desliga-se automaticamente o transformador para evitar explosão da propria 
unidade. 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 17 de 50 
 
 
Figura 4.9 – Sistema de circulação do óleo de refrigeração dos transformadores principais de 160 MVA 
da central da HCB 
4.2.1. Composição do sistema de refrigeração dos transformadores 
principais 
 3 Permutadores de calor óleo x água; 
 3 Bombas de circulação de óleo; 
 3 Indicadores de fluxo de óleo; 
 3 Sensores, indicadores de fluxo de água. 
4.3. Protecção dos transformadores principais 
Em geral os transformadores de potência têm baixos índices de falhas, porem quando 
estas ocorrem inevitavelmente levam a interrupções forçados, implicando necessidade 
de reparação ou subestituição. Para este equipamento tão importante que possibilita 
acoplar sistemas eléctricos com tensões diferentes, são empregues protecções especí-
ficas conhecidas também como protecções intrínsecas do transformador. (Kinderman, 
2006) 
4.3.1. Protecção diferêncial 
Ao longo do tempo, diversas filosofias de protecção foram desenvolvidas de forma a 
evitar condições anormais de funcionamento dos sistemas de potência. No caso dos 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 18 de 50 
 
transformadores, o principal método aprimorado foi protecção diferêncial, onde o dispo-
sitivo de protecção está baseada na comparação de corrente. Ela faz o uso do facto de 
que um objecto protegido (Figura 4-10) sempre conduz a mesma corrente nos seus dois 
lados, em operação normal. Esta corrente flui de um lado da zona considerada, deixan-
do-a, novamente, do outro lado. Uma diferença na magnitude de correntes é uma indi-
cação clara de um defeito dentro dessa secção. Tem-se então que, durante a disposi-
ção do transformador, as formas de onda de corrente do primário e secundário do 
mesmo são constantemente monitoradas, para a aquisição destas grandesas eléctri-
cas, utiliza-se transformadores de corrente (TC ’s) acoplados em série com os ramos 
primário e secundário do transformador de potência. 
Em condições normais de funcionamento do transformador, as correntes do lado primá-
rio e sencundário serão praticamente iguais após a passagem pelos TC’s, a menos de 
uma pequena diferença considerada esperada em resultado das perdas internas e pre-
cisão. 
No caso de ocorrência de um defeito interno das leituras no transformador como por 
exemplo contacto à massa dos enrolamentos ou contacto entre dois enrolamentos, a 
diferença entre essas correntes torna-se significativa e haverá um desbalanceamento 
das leituras e a diferença entre a corrente primária e secundária torna-se significativa, 
sensibilizando o relé, que por sua vez, enviará um comando de operação do disjuntor 
associado com finalidade de isolar o transformador de potência do sistema. 
 
Figura 4.10 – Protecção diferencial no transformador monofásico 
Fonte: Kinderman, 2006 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 19 de 50 
 
Segundo Gauer (2014), BO - Bobina de operação, é responsável pela actuação do relé 
quando for percorrido por uma corrente diferencial, isto é, uma corrente resultante das 
correntes que circulam nos transformadores de corrente fora do padrão. 
BR - Bobina de restrição tem por finalidade inibir a actuação do relé quando percorrido 
por correntes do mesmo sentido. 
4.3.2. Relé buchholz 
O relé buchholz tem por finalidade proteger equipamentos eléctricos que operam imer-
sos em líquido isolante, geralmente transformadores,falhas no isolamento das bobinas 
e nas conexões internas do transformador provocam formação de arcos eléctricos e 
aquecimento local, causando a decomposição do óleo com a formação de bolhas de 
gás que se deslocam para a parte superior do transformador, este e outros defeitos 
incidentes podem, com o decorrer do funcionamento do transformador evoluír para de-
feitos graves, tal como curto-circuito interno. Portanto há necessidade de se detectar 
estes defeitos. O relé Buchholz possui dois visores, um detector de alarme e outro de 
disparo com escalas (graduadas em cm³) indicativas do volume de gás acumulado, 
este é o mais apropriado para detectar a presença de gás e rápida movimentação do 
óleo no transformador de potência. (Kinderman, 2006) 
 
Figura 4.11 – Relé buchholz 
Fonte: www.reinhausen.com>tabid-1350 acessado em 29.11.2018 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 20 de 50 
 
4.3.2.1. Princípio de funcionamento do relé buchholz 
O relé contém duas boias de tal maneira que a boia B1 é sensível a pequenas quanti-
dades de gases provenientes de defeitos internos, a boia é pressionada contra os con-
tatos eléctricos fechando o circuito e emitindo um alarme para o operador, alertando 
que o equipamento necessita de manutenção ou está sobrecarregado. 
 A boia B2 é menos sensível e essa será deslocada para fechar o circuito que abre 
o disjuntor caso uma grande quantidade de gases seja gerada. Essa quantidade eleva-
da de gás significa uma vaporização elevada do óleo proveniente de um arco eléctrico 
interno, tendo a necessidade de abertura do disjuntor principal retirando assim o trans-
formador do defeito, prevenindo que o defeito possa ocasionar danos mais severos no 
transformador. 
O bulchhoz por ser um dispositivo acoplado ao transformador, o ajuste dos limites acei-
táveis de circulação de gases tanto para a activação do alarme quanto para a abertura 
do disjuntor é estipulado pelo fabricante a partir dos testes em fábrica. 
 
Figura 4.12 – Esquema de funcionamento do relé buchholz 
Fonte: Malafaia, 2017 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 21 de 50 
 
5. POTENCIAIS CAUSAS E CONSEQUÊNCIAS DE EXPLOSÃO E INCÊN-
DIO NOS TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA 
Numa central eléctrica a protecção contra incêndio se destaca como uma forma de re-
duzir os riscos e perdas de equipamentos, proteger as instalações eléctricas e garantir 
a continuidade operacional do sistema eléctrico. Os transformadores são considerados 
pelos gestores de riscos e companhias de seguros como um dos equipamentos de 
mais alto risco dentro de uma central eléctrica, dada a existência de uma grande quan-
tidade de óleo em contacto com elementos submetidos à alta tensão. Estima-se que 
3% de transformadores explodem ao ano, portanto, é necessário uma análise detalha-
da do ambiente a ser protegido e determinar as melhores condições de protecção ou 
prevenção com a utilização dos melhores sistemas de acordo com a viabilidade eco-
nómica. (Júnior, 2009) 
5.1. Causas de incêndio em transformadores de potência 
O óleo mineral é o principal elemento combustível de um transformador. Elevado é o 
volume de óleo contido nos transformadores de potência. Actualmente, o óleo mineral é 
o fluido mais utilizado em escala industrial para aplicação em transformadores de po-
tência para sistema de refrigeração e isolamento. As causas de incêndios em transfor-
madores podem ser de origem interna ou externa: 
 
5.1.1. Causas internas 
O óleo mineral em transformadores de potência, encontra-se em dois ou três ambientes 
diferentes, dependendo do tipo de transformador ou da disposição: tanque principal 
com 95%, tanque de expansão com 4,5% e bucha com 0,5% do volume total de óleo. 
(Duarte e Arantes, 2014) 
 
Um arco eléctrico interno em um transformador de potência pode acontecer quando a 
demanda eléctrica ultrapassar a rigidez dieléctrica do meio isolante. Esta situação pode 
ser motivada pela degradação do seu sistema isolante, perda de isolamento sólido ou 
líquido, contaminações, condições transitórias de sobrecorrente ou sobretensões, situ-
ações que acontecem em milissegundos antes do tempo de actuação das protecções 
eléctricas, e em situações mais críticos, existe a possibilidade de explosão do trans-
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 22 de 50 
 
formador devido aos curtos-circuitos ocorridos entre os terminais das bobinas ou cone-
xões das buchas, áreas tidas como de baixa impedância, sendo nesses locais onde se 
registam as maiores quantidades de energia na geração das sobrepressões internas. 
 
 
 
Gráfico 1: Pressão dinâmica dentro do transformador 
Fonte: SERGI, 2011 
De acordo com (Bechara, 2010) causa mais comuns de explosão e incêndios em trans-
formadores está associada a avarias internas, isto é, nos enrolamentos que é a parte 
activa do transformador. 
 Contacto a massa dos enrolamentos; 
 Contacto entre dois enrolamentos; 
 CC entre terminais. 
5.1.2. Causas externas 
Causas externas que podem levar um transformador a explodir e incendiar-se, são ba-
sicamente descargas atmosféricas e o calor produzido por incêndios em outras unida-
des, porém, essas causas, apesar de externas, podem produzir o mesmo efeito que as 
causas internas. 
 Sobrecargas externas; 
 CC externos. 
5.2. Consequências de incêndio em transformadores de potência 
O rísco de explosão e incêndio num transformador correctamente inspecionado, testado 
e mantido em bom estado de funcionamento é reduzido. Uma manutenção apropriada e 
P
re
s
s
ã
o
 (
B
a
r)
 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 23 de 50 
 
a realização dos testes completos no transformador impedirão muitos eventos básicos 
que poderiam conduzir à explosão e/ou ao incêndio, por isso, os transformadores são 
tidos como equipamentos com baixa taxa de falha eléctrica que pode provocar explosão 
ou incêndio, no entanto as falhas em transformadores são consideradas como eventos 
de baixa frequência e de alta consequência. Explosões e incêndios nos transformado-
res de potência podem causar fatalidades, danos catastróficos à propriedade, e perda 
de receita. Mais adiante, estão mencionados alguns impactos negativos que podem 
advir de uma explosão do transformador. 
5.2.1. Impactos negativos na empresa 
Um dos maiores problemas resultante dum incêndio em transformador é a má qualida-
de ou a perda da continuidade no fornecimento da energia, o que pode ocasionar pro-
cessos judiciais, acarretando indemnizações pelos danos causados a terceiros. No ca-
so específico, um incêndio num transformador principal, irá causar uma diminuição não 
planejada da potência eléctrica transmitida, ou seja, sem acordo prévio com os sues 
clientes. Este facto, causaria não apenas multas devido a indisponibilidade de forneci-
mento de energia, mas também, impactaria negativamente sobre a imagem da empresa 
perante seus clientes. 
5.2.2. Impactos negativos aosseres humanos 
A explosão e/ou incêndio que pode ocorrer nos transformadores de potência pode ter 
impacto bastante negativo aos técnicos de manutenção, e outras pessoas que podem 
estar perto no momento da explosão, isto pela intensidade da energia térmica libertada 
no momento de explosão. 
 
5.2.3. Impactos negativos ao meio ambiente 
Normalmente nos transformadores de potência a óleo, existe um considerável volume 
de óleo mineral que é contido pelo tanque do transformador e que, como já foi descrito, 
quando há um arco voltáico, são geradas no interior do transformador altíssimas pres-
sões dinâmicas, que podem vir a romper o tanque por meio de uma explosão. Quando 
o tanque do transformador rompe o óleo é derramado, caso sua temperatura esteja 
igual ou superior à temperatura de auto-ignição ao entrar em contacto com o oxigênio 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 24 de 50 
 
da atmosfera se dá o surgimento do jacto de fogo, fazendo com que se queime um 
grande volume de óleo. Essa queima, normalmente, produz uma grande quantidade de 
calor, luz e fumaça. O vazamento de óleo provocado pela ruptura da cuba do transfor-
mador, poderá contaminar o meio ambiente, se o mesmo não for protegido com bacias 
de contenção, ou se o dimensionamento dessas bacias não for realizado de forma a 
reter toda quantidade de óleo que venha a vazar. 
5.2.4. Impactos negativos em equipamentos e estruturas 
Da mesma forma que a radiação térmica proveniente de um incêndio em um transfor-
mador de potência afecta os seres humanos, é necessário o entendimento sobre como 
estruturas e equipamentos reagem à essa exposição. A fumaça é composta de partícu-
las de ar transportadas na forma sólida, líquida e gasosa, decorrente de um material 
submetido a combustão, que juntamente com a quantidade de ar formam uma massa. 
Essa massa produz uma grande quantidade de fuligem que se deposita sobre os equi-
pamentos da central e também se interpõe nos circuitos de comando e controle dos 
outros diversos equipamentos. A fumaça e a fuligem do material queimado se deposi-
tam em dispositivos electrônicos de comando e controle de alta sensibilidade, fazendo 
com que sejam danificados e deixem de funcionar, o que acarreta um grande e incalcu-
lável prejuízo para a operação e a supervisão do sistema dependendo da localização 
dos transformadores na central. 
 
 
 
 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 25 de 50 
 
6. SISTEMA AUTOMÁTICO DE DETECÇÃO E EXTINÇÃO DE INCÊNDIO 
APLICADO AOS TRANSFORMADORES PRINCIPAIS (SADEI) 
Na central Hidroeléctrica de Cahora Bassa, está instalado um sistema automático de 
detecção e extinção de incêndio nos transformadores principais de 160 MVA, cuja ex-
tinção é do tipo dilúvio através de aspersores não automáticos (não possuem detecto-
res térmicos), a tubagem é permanentemente seca. Para evitar a possibilidade de o 
incêndio alastrar-se os transformadores estão implantados em celas separadas por mu-
ros corta-fogo, para além de um sistema de climatização da galeria de transformadores 
funcionando permanentemente por ventilação sobre os transformadores. Em caso de 
incêndio, para evitar a activação do mesmo os ventiladores são desligados automati-
camente. 
Trata-se de um sistema fixo que descarrega água não só sobre a área de incêndio, mas 
para os três transformadores que fazem parte de um banco trifásico, de forma automá-
tica, com vazões, pressões e distanciamentos mínimos de acordo com o grau de risco 
do local que visa proteger, e em forma de jato devido ao tipo de aspersores empregues. 
Esquemas de modo de actuação do sistema de protecção contra incêndio estão refên-
ciados no Anexo 2 do presente trabalho. 
6.1. Composição do sistema automático de detecção e extinção de 
incêndio aplicado nos transformadores principais 
O SADEI aplicado nos transformadores principais de 160 MVA da central compreende 
os seguintes equipamentos: 
 5 Reservatórios de água; 
 Sistema de detecção de incêndio; 
 Tubagem de distribuição; 
 Garrafas de dióxido de carbono (𝐶𝑂2); 
 Válvula de subpressão; 
 Pulverizadores (aspersores). 
Cada banco de transformadores está provido de uma instalação de protecção autóno-
ma constituída por: 
 
Anselmo Simango - Engenharia Eléctrica 26 de 50 
 
 Cinco dispositivo de detecção através de detectores termo-estáticos para cada 
fase; 
 Dois dispositivos de extinção (1º e 2º estágio) com água pulverizada. 
6.2. Dispositivos de extinção de incêndio empregues 
Cada banco trifásico está protegido por um dispositivo de extinção com água pulveriza-
da, composto por: 
 Coroa de pulverização; 
 Dispositivo de alimentação; 
 Dispositivo de sobrepressão do reservatório da água. 
6.2.1. Coroa de pulverização 
As coroas de pulverização estão colocadas nas celas, por cima de cada fase e o seu 
formato e o das rampas são de forma a proteger, em especial, a caixa dos cabos e o 
tanque principal. 
Estas estão equipadas com pulverizadores (aspersores) em bronze com um débito de 
441 L/minuto sob pressão de 8 bar. 
6.2.2. Dispositivo de alimentação das coroas 
A alimentação de água às coroas é assegurada de duas formas: 
 1º Estágio de funcionamento 
Para cada banco de transformadores existe um depósito de 5 m3, concebido para 
conter 4800 litros de água potável. Estes depósitos são cilindrados de tipo horizon-
tal, são feitos em folha de aço, galvanizados interior e exteriormente. Estão colo-
cados sobre suportes metálicos também galvanizados. 
 2º Estágio de funcionamento 
No segundo estágio de funcionamento, a água é proveniente de um colector geral exis-
tente na parte superior da galeria alimentada a partir dos filtros Minipenstock e conce-
bido exclusivamente para a protecção de incêndio. 
 
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Neste colector existe uma válvula automática, cujo seu comando é garantido através 
de um disjuntor electromecânico ou de um manípulo existente numa caixa envidraçada 
localizada na cela de neutro de cada banco. 
6.2.3. Dispositivo de sobrepressão do reservatório da água 
Cada banco de trifásico tem um dispositivo de sobrepressão constituído por duas garra-
fas de 50 kg de 𝐶𝑂2, as garrafas estão colocadas numa armação na cela de neutro de 
cada banco de transformador à cota 209, na galeria dos transformadores. 
As garrafas de 𝐶𝑂2 estão suspensas nas respectivas armações possuindo um dispositi-
vo de contra peso ou peso permanente (dinamômetro com índice de referência). 
A armação de cada bateria suporta: 
 Um disjuntor electro-mecânico de corrente contínua 220 V; 
 O dispositivo disparador, com contrapesos, pequenas bielas e corrediças; 
 O tubo condutor de pesos deste dispositivo comporta uma broca de aferrolha-
mento permitindo em caso de necessidade impedir o funcionamento da protec-
ção; 
 Dispositivo de deslocação manual - cabo metálico e roldanas angulares ligandoa alavanca mecânica do disjuntor ao puxador de tracção fechado numa caixa 
envidraçada fixada sobre a armação; 
Sobre cada colector de emissão de 𝐶𝑂2 ao depósito de água existe um aparelho de 
controlo de emissão de 𝐶𝑂2. 
 
 Figura 6.13 – Garrafas de 𝐶𝑂2 
 
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6.3. Funcionamento do sistema de extinção de incêndio 
A instalação pode ser posta a funcionar de duas formas: 
 Automática – por meio da detecção (cofre de incêndio); 
 Manual – este normalmente é usado no caso de falha na entrada de sistema au-
tomático, funcionando como socorro: 
 Por meio do comando mecânico (puxador de funcionamento manual) 
 Por pressão sobre as botoneiras de disparo, situadas no cofre de incên-
dio outra na Sala de Controlo. 
6.3.1. Modo automático de extinção de incêndio 
 Estando os detectores montados em paralelo nos 3 transformadores, o funcio-
namento de qualquer um provoca a alimentação do electro-íman do disjuntor da 
válvula automática comum, o funcionamento do disjuntor desencadeia a queda 
do contrapeso, provocando a abertura da válvula automática, o 𝐶𝑂2 sai mistu-
rando-se com a água potável existente no depósito provocando a sua saída sob 
pressão para as rampas de pulverização. 
 
Se por qualquer razão, o sistema não funciona e o 𝐶𝑂2 não é expelido para o reservató-
rio, então o aparelho de controlo de passagem de 𝐶𝑂2 detecta a falta de fluxo de 𝐶𝑂2 na 
conduta e provoca a actuação do disjuntor eléctrico da válvula de 2º estágio originando 
a sua abertura e a descarga da água bruta dos filtros Minipenstock sobre os transfor-
madores através da coroa de pulverização. 
6.3.2. Modo manual de extinção de incêndio 
 Desencadeia-se o funcionamento manual do 1º estágio actuando no manípulo 
que se encontra na caixa envidraçada junto às garrafas de 𝐶𝑂2, ou actuando na 
botoneira disparo no quadro TU da protecção de incêndio, situado na cela de 
neutro dos Transformadores principais. 
 Uma botoneira existente na Sala de Comando da central provoca a abertura da 
válvula automática de descarga de água bruta (2º estágio). 
 
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6.4. Conclusão do sistema de protecção contra incêndio aplicado aos 
transformadores principais 
Após a análise feita ao sistema de protecção contra incêndio nos transformadores prin-
cipais, constatou-se algumas fraquesas ou pontos negativos do funcionamento desse 
sistema, como: 
 O tipo de pulverizadores (aspersores) usados, não é automático, dificultando as-
sim a extinção de incêndio, são de menor pressão e no caso da actuação do sis-
tema de extinção de incêndio esse pulveriza os 3 transformadores que fazem 
parte de um banco trifásico podendo assim acarretar mais custos pelo processo 
de secagem para poder voltar a operar. 
 A capacidade dos reservatórios usados para a água de extinção de incêndio é 
menor “4800 litros”, relactivamente a capacidade dos pulverizadores que são de 
441 L/minuto e de débito sob pressão de 8 bar; 
 Não dispõem de um sistema de prevenção contra explosão do transformador. 
 
 
 
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7. PROPOSTA DE MELHORIA 
Como foi supramencionado, o objectivo principal do presente trabalho é analisar o sis-
tema de protecção contra incêndio aplicado nos transformadores principais e avaliar no 
mercado opções existentes e propor melhoria caso aplicável. Após a análise feita cons-
tatou-se que os transformadores principais não dispõem de um sistema de prevenção 
contra explosão. E pela localização e a quantidade do óleo usado nesses transformado-
res, no caso de ocorrência de incêndio dificulta a extinção das chamas por parte de 
bombeiros colocando em risco vida humana e ao meio ambiente e podendo assim dani-
ficar o transformador. Face a essa constatação o presente trabalho propõe a instalação 
de um sistema de prevenção contra explosão e extinção de incêndio nos transformado-
res principais. 
Para se chegar a uma conclusão do tipo de sistema a implementar para a prevenção 
contra explosão e incêndio nos transformadores principais deve-se ter em conta alguns 
critérios de selecção como: 
I. Despressurização rápida do óleo no tanque principal; 
II. Separação de gases formados no óleo; 
III. Eliminação de gases explosivos; 
IV. Evacuador de gases explosivos. 
 
I. Critério – Despressurização do tanque principal 
O processo de despressurização garante que a pressão do tanque principal retorne a 
normal após alguns milissegundos, dependendo do tipo de sistema usado e do disco de 
ruptura durante o processo de despressurização. 
II. Critério – Separação de gases formados no óleo 
Segundo método é composto por tanque de separação de gases no óleo e é lá onde é 
garantido o alívio de pressão do óleo contido dentro do tanque principal após a falha no 
transformador. E este é dimensionado de acordo com o tamanho do tanque principal e 
a quantidade do óleo dento do transformado. 
 
 
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III. Critério – Eliminação de gases explosivos 
Após a despressurização é então injectado o nitrogénio automaticamente, este é injec-
tado no tanque principal do transformador, comutador de derivação em carga e em cai-
xa de cabo em um estado seguro para extinguir os gases explosivos remanescentes 
para evitar que o efeito bazuca faça mal aos técnicos de manutenção oque pode levar 
até a morte devido aos gases formados no transformador, depois que os gases explosi-
vos forem limpos, o transformador estará seguro e pronto para manutenção. 
IV. Critério – Evacuador de gases explosivos 
Após a injecção do nitrogénio dentro do tanque principal, caixa de cabo, caixa de comu-
tador de derivação é feita a extinção dos gases formados aguando da vaporização do 
óleo pela injecção do gás do nitrogénio, antes de ser efectuado a manutenção a esse 
transformador é necessário que seja feita a evacuação dos gases formados dentro do 
tanque principal para fora, para garantir uma segunça aos técnicos de manutenção e 
visto que os transformadores principais localizam-se num ambiente confinado e no tú-
nel, é necessário que haja uma conduta responsável pela evacuação de gases para 
fora da central ou fazer-se o aproveitamento do sistema de exaustão do fumo da cen-
tral. 
7.1. Escolha do fabricante 
No mercado existe uma variedade de fabricantes e diversos tipos de sistemas de pre-
venção contra explosão e incêndio nos transformadores de potência, asseguir aprese-
tar-se-à os resultados do levantamento de principais fabricantes desse sistema, o modo 
de funcionamento de cada sistema para posterior a isso fazer-se a análise da viabilida-
de económica do sistema e analisar consoante os critérios anteriormente referênciados 
e com isto apurar o melhor fabricante ou fornecedor, de modo a propor para os trans-
formadores principais.