71682131-transformador-trifasico

Com o aumento dos consumos de' energia nasceu a necessidade de se fazer otransporte e distribuio de energia em sistema trifsico, o qual se mostravabastante mais econmico do que em monofsico.

Para transformar o sistema trifsico de tenses, que se obtm sada dosalternadores trifsicos nas centrais, podemos utilizar 3 transformadores monofsi-coso Num tal sistema os 3 transformadores devem trabalhar como um bloco dadaa interdependncia de uns em relao aos outros. A este conjunto chama-sebanco de transformadores monofsicos (fig. 1).

Surgiu assim a ideia de reunir os 3transformadores monofsicos e formarum nico transformador (bloco nico)que tivesse o mesmo papel, economi-zando material e espao. Na figo2aesto representados os 3 transforma-dores monofsicos que iremos fundirnum s.

Q] CONSTITUiO

A B c

a b c

Fig. 1 - Banco de transformadores monofsicos.

a

n

p

s

Fig.2 b

CONSTITUiO 85

Se os fundirmos, da forma indicada na figo 2b, em nada so alteradas asgrandezas elctricas e magnticas anteriores, visto que cada transformadormonofsico mantm o mesmo circuito magntico.

Se alimentarmos os primrios de cada coluna por cada uma das fases de umsistema trifsico de tenses obtemos um sistema trifsico de fluxos conforme sugerido na figo 3.

u

Fig.3

No instante t, como alis em qualquer outro instante, a soma de 3 fluxos deum sistema trifsico equilibrado igual a zero:

0, (t) + O2 (t) + 03 (t) = O

Este facto sugere-nos que, semelhana do que se passa numa ligao emestrela equilibrada onde o neutro no necessrio, no ser aqui necessria autilizao da coluna comum aos 3 transformadores. Assim, se a retirarmos, otransformador fica com a forma indicada na figo 4a.

11I

Fig.4NCLEO DE FLUXOS LIGADOS

b

Ora, se atentarmos bem, o circuito magntico anterior no nada cmodo deconstruir, pelo que substitudo por um circuito magntico no simtrico, como oindicado na figo 4b, considerado como a variante com planar do anterior.

Na figo 5 representamos 3 formas distintas de empilharmos as chapasconstituintes do ncleo de um transformador trifsico.

Neste transformador (tambm designado de fluxos ligados), embora os fluxosmagnticos constituam da mesma forma um sistema trifsico equilibrado (vistoque os fluxos so impostos pelo sistema trifsico de tenses da rede) as correntes

86 TRANSFORMADOR TRIFSICO

de magnetizao so diferentes, em cada uma das fases, dado que a relutnciamagntica do circuito agora diferente para cada fase (recordemos a lei deHopkinson) .

POSI01 POSiO 2

o o o

o o o

o o o

o o o

baFig. 5 - a - Chapa normal.

b - Chapa de cristais orientados.

Esta assimetria , no entanto, insignificante quando o transformador est emcarga dado o pequeno valor de 1'0 em relao a In.(FoI. ASEA)

Fig. 6 - Ncleos de fluxos livres:a - De cinco colunas.b - Blindado ou couraado.

r--,I I

i ~ II ~ II :~. II~: I,~ II -..\ '___ .J

a

(------:--j (-------i (-------',r r::':':::::::':":'~ 11 r:::::'.::::::111r::':;::':"::-:';~ i\... J ~ ) ~ )

b

Quando se tem de transportar, normalmente por via frrea, transformadoresde grandes dimenses, necessrio limitar a altura destes, adoptando-se comosoluo um ncleo de 5 colunas (fig. 6). Este tem altura inferior de um ncleode 3 colunas. Os fluxos das 3 fases so mais independentes uns dos outros, peloque o ncleo se designa de fluxos livres.

Nos transformadores de elevada potncia em que se prevejam correntes decurto-circuito muito intensas e, portanto, elevados esforos electrodinmicos entreos enrolamentos usam-se ncleos do tipo blindado ou couraado (ncleoenvolvente) (fig. 6b) dado que possibilitam uma melhor resistncia daqueles. Estestransformadores so usados em electrometalurgia nos fornos elctricos de arco.

CONSTITUiO 87

Com as diversas variantes do transformador trifsico consegue-se assim obterum transformador mais barato e mais prtico do que utilizando 3 transformadoresmonofsicos.

Na figo 7 mostram-se as vrias fases de montagem de um transformadortrifsico enquanto na figo 8 se representa uma mquina destas em corte.

a

c

d (Fot, MOTRA - Equipamentos Elctricos SARL)

b

eFig.7

a - Ncleo abertob - Ncleo com bobinas de B. T.c - Ncleo com bobinas de B. T. e A. T.d - Ncleo fechadoe - Comutado r sem tenso e tomadas


Os enrolamentos so ligados aos circuitos exteriores por terminais ouisoladores de travessia que permitem a passagem dos condutores atravs datampa da cuba. Estes isoladores so tubos de porcelana fixados na tampa eapresentando formas e dimenses diversas conforme a tenso, a potncia ou autilizao da mquina (para locais interiores ou exteriores). Assim, por exemplo, aparte exterior de um isolamento de travessia mede cerca de 15 cm para umatenso de 15 kV ou 2 metros para 220 kV.

-1-----2

9

8 --fm"""""""=---+1f

3

54

(FoI. TRAFO-UNION)

~L_1 Isolador de travessia de alta tenso (A.T.)2 Isolador de travessia de baixa tenso (B. T)3 Cuba com chapa ondulada4 Armao de aperto.S Enrolamento de B. T com bandas de alumnio6 Bobinas parciais com fio de alumnio para enrolamento de A. T7 Ncleo com trs colunas8 Comutador de tomadas (sem tenso)9 Tampa da cuba

Fig. 8 - Transformador trifsico de distribuio: 20000/380/220 V, 630 kVA.

COMPARAO ENTRE A U.T. E O B.T. MONOFSICOS 89

COMPARAO ENTRE A UNIDADE TRIFSICA E OBANCO DE TRANSFORMADORES MONOFSICOS

1. - VANTAGENS DO TRANSFORMADOR TRIFSICO

Qcupa menos espao e mais leve que 3 monofsicos o que de grandeimportncia nos postos de transformao de baixa potncia.

mais barato em cerca de 15%. Para esta diferena de preo contribuem emgrande parte os preos dos isoladores de alta tenso que so elevados. Obanco requer 6 isoladores enquanto o trifsico requer apenas 3.

Tem um maior rendimento.

11.

Fig. 9 - Transformador trifsico. (FoI. ASEA)

2. - VANTAGENS DO BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFSICOS

Transporta-se mais facilmente, dado que constitudo por unidades indepen-dentes. -

EE,ge uma reserva de potncia mais econmica Com efeito, quando umtransformador avaria necessrio uma unidade de reserva com a potncia S/3,enquanto que por avaria da unidade trifsica se torna necessria uma reservacom potncia total S.

O banco de transformadores. mesmo que tenha uma unidade a\lariada pode..Q01inuar em funcionamento desde que as liga.eB...-dnS-.S!U'O.lar:nau!Q.s--Ro~rio e no secundrio sejam em tringllla


[TI LIGAO DOS ENROLAMENTOSOs 3 enrolamentos primrios e secundrios podem ser ligados de diferentesmodos. Trs dos processos mais usados so: em estrela (com ou sem neutro),em tringulo, e em ziguezague.

a EstrelaFig.10

b Tringulo C Ziguezague

Na ligao' em ziguezague cada enrolamento dividido em, duas partesbobinadas sobre duas colunas diferentes, sendo a ligao elctrica entre as duaspartes de forma que a corrente provoque fluxos de sentidos contrrios numa enoutra coluna, conforme sugerido na figo 11.

PRIMRIO

SECUNDRIO

Fig, 11 - Cada corrente afecta duas fases, Fig, 12 - Transformador redutor tringulo-estrela,

A associao num mesmo transformador das duas ligaes de enrolamentos(no primrio e no secundrio) constitui uma ligao.

Por exemplo uma ligao tringulo-estrela, como a representada na 1[g. 12,quer dizer que os enrolamentos do primrio esto ligados em tringulo e os dosecundrio ligados em estrela.

Havendo 3 formas diferentes de ligar os enrolamentos no primrio e nosecundrio, teoricamente existiriam 3 x 3 = 9 ligaes diferentes, Na prticaestas 9 reduzem-se apenas a 6 visto que o primrio raramente ligado emziguezague por motivos que iremos ver.

CONVENES. PLACA DE TERMINAIS 91

o CONVENES. PLACA DE TERMINAISRecordemos que se diz que tm igual polaridade 2 extremos de enrolamentos deuma mesma coluna se simultaneamente possuem potenciais positivos ounegativos em relao aos outros dois.

b-i--P

A

A......,I----fa

B

a'......t---f

Fig.13

Conforme figo 13 na primeira coluna, 2 extremos com a mesma polaridadedesignam-se por A e a, sendo os opostos designados respectivamente por A' ea'. Analogamente para os restantes enrolamentos, com letras diferentes obvia-mente.

Na figo 14 representamos vrias formas de designar os terminais do transfor-mador, as quais dependem da origem deste (fabricante).

U -V W000 1U 1V 1W000 A B C000 U V W000o o o ou v w n o o o o2U 2V 2W2N o o o oa b c n o o o ox y z n

Fig. 14 - Placas de terminais.

Quando se utilizam letras maisculas e minsculas, as primeiras referem-se tenso mais elevada e as segundas tenso inferior.

Convencionou-se tambm designar as ligaes por letras maisculas para atenso mais elevada e minsculas para a tenso inferior, conforme represen-tamos no seguinte quadro:

Tenso Tensosuperior inferior

Estrela Y yTringulo D dZiguezague Z z

Quando o neutro disponvel acrescenta-se a letra N ou n letra da tensosuperior ou inferior respectivamente.


Podendo a tenso superior estar no primrio como no secundrio, obviamenteque a variedade de designaes simblicas ser grande.

Por exemplo a ligao da figo 12, correspondente a um transformador redutortringulo-estrela com neutro, representada por: Dyn.

Um transformador elevador Dy tem o primrio ligado em estrela e osecundrio ligado em tringulo. Com efeito a primeira letra representa sempre atenso superior (e maiscula) e a segunda letra a tenso inferior, correspondaou no ao primrio ou ao secundrio.

Um transformador redutor Yzn tem o primrio ligado em estrela e osecundrio ligado em ziguezague com o neutro acessvel.

o APLICAES DE CADA LIGAOCada uma das ligaes possveis tem a sua aplicao dependente da funao dotransformador. f>rRUA

Assim, a ligao em,! OA, g! tem partida, em relao ligao em tringulo,a vantagem de ter neutro acessvel, podendo portanto ter-se acesso a 2 nveisde tenso. Esta vantagem aproveitada principalmente em baixa tenso. Temainda a vantagem de os seus enrolamentos necessitarem geralmente de um isola-mento elctrico geralmente inferior ao dos enrolamentos em tringulo. Com efeito,enquanto numa ligao em estrela aplicada aos enrolamentos uma tensosimples, numa ligao em tringulo cada enrolamento est submetido tensocomposta.-------

u.j

Fig.15

A ligao em tringulo utilizada, com vantagem sobre a ligao em estrela,quando as correntes que se prevm so elevadas, pois que deste modo a correnteno enrolamento (11) v'3 vezes inferior corrente na linha (IL), permitindo assimenrolamentos com espiras de menor seco e portanto de mais fcil construo.Alm disso, num banco de transformadores monofsicos ligados em tringulo, aavaria de um dos transformadores no impede a continuao da alimentao comum sistema trifsico de tenses, embora com potncia reduzida a cerca de 2/3 dapotncia nominal. Nesta situao os transformadores ficam ligados em V (fig. 16).

Quanto ligao em ziguezague utilizada quando se prevm no circuito decarga grandes desequilbrios. Com efeito este tipo de ligao, estando subdivididopor colunas diferentes, tem a vantagem de uma sobrecarga numa fase doconsumidor afectar sempre duas fases da rede de distribuio, minimizando assimo efeito do desequilbrio. Por este motivo esta ligao utilizada no secundrio detransformadores de distribuio onde a repartio de cargas por cada fasedificilmente equitativa, provocando assim desequilbrios.

GRUPOS DE LIGAES. NOTAO HORRIA 93

a

Fig. 16 - a - Ligao em tringulo.b - Ligao em V.

A------- ~--a

B--:: lI?-"':'---i--i---b

........--cc-----~~b

Da anlise dos factos apontados resultaro finalmente as opes por cada umdos tipos de ligaes. Assim, de uma forma geral, temos as seguintes aplicaes:

Yd - ligao de alternadores linha de transporte. Yd ou Yy - entre linhas de transporte. Dyn e Yzn - na distribuio em baixa tenso.

[!] GRUPOS DE LIGAES. NOTAO HORRIA

1.- INTRODUO

Quando 2 transformadores trifsicos T1 e T2 se destinam a ser ligados em paralelo necessrio conhecer os desfasamentos entre as tenses primrias e secund-rias em cada um deles. S assim se poder saber se as 3 tenses secundrias deT1 esto em fase com as respectivas de T2; se o no estiverem, ento no deverser feito o paralelo pois que, nesse caso, podero circular correntes intensas entreos transformadores, danificando-os.

A-----------I~~----------B--~--~------~~~~---.-------c----+---~---.------~--~-_4--__~---C2

a, _ b, c, ~?..-=,()b2 (f2 T2r 1 L...--I-+-1 _4 ',+-- _ _+_---II I I I

a ~l----4-~+t__-_-~--------~i-~---------~~--~ll----+_--Lf----- Jb-----~-~--~---=-=+---+_---

Fig.17Circulao de correntesentre os transformado-res.

B,A, c,

c---------- __~------- _+---


o desfasamento das tenses secundrias em relao s -primrias sempreum mltiplo de 30. Este desfasamento depende do sentido relativo dosenrolamentos e dos modos de ligao no primrio e no secundrio.

Atente-se na figo 18. volta de uma das pernas do ncleo temos a bobinaprimria e a secundria de uma das fases, com os condutores enrolados nomesmo sentido, pelo que os terminais A e a tm a mesma polaridade, assimcomo os terminais A' e ai. Deste modo as tenses U1 e U2 esto em fase.

Na representao esquemtica dos enrola-mentos considerar-se- sempre que os enrola-mentos primrio e secundrio tm o mesmosentido. Alm disso os enrolamentos de umacoluna sero dispostos no mesmo enfiamento(fig. 19) para permitir identificar facilmente os termi-nais com a mesma polaridade.

2. - ATRIBUiO DO NDICE HORRIO

Consideremos um transformador Yy e tracemos o diagrama vectorial das tensessimples primrias e secundrias correspondentes aos dois casos possveis.

'fCAs0 T2~CAS~N ~ A B C N ~ A B~ y

I lUA 1 l~L L ~----~~--~B C' IX.

bA

n Ua ay I

lu.IIIIL___

a'

c ar---IIII~.n Ua a'b' c'

A

UA a Fig.19

ua

N

BC

Fi g .1 8 - Polaridade dosterminais em condutoresenrolados no mesmosentido.

C

C


No primeiro caso, tendo A e a a mesma polaridade, as tenses primria UA esecundria Ua esto em fase como se representa no diagrama.

No segundo caso o ponto neutro o ponto comum aos terminais a, b e c. Osterminais a', b', c' tm polaridade inversa em relao aos terminais A', B', C'respectivamente. Assim as tenses UA e Ua esto em oposio de fase.

Faamos agora corresponder os vectores o: e u: (tenses simples) aosponteiros de um relgio, respectivamente aos ponteiros dos minutos e das horas,colocando o dos minutos na posio 12 conforme se representa na figo 20.

1~CASO12

2: CASO12

9 3 9 3

6 6

Fig. 20 - Atribuio de ndices horrios.

Dizemos ento que o transformador representado no primeiro caso tem ondice horrio O (ou 12) e representa-se por YyO (o zer mais utilizado que odoze).

No segundo caso o transformador tem o ndice horrio 6 representando-seportanto por Yy6.

Em resumo temos a seguinte sequncia de operaes para a determinao dondice horrio de um transformador:

1 - Traa-se o diagrama vectorial das tenses simples do lado da tenso supe-rior, tendo em ateno as polaridades dos terminais acessveis.

2 - Supondo o ponteiro grande (dos minutos) na hora 12 faz-se coincidir com ele ovector da tenso simples mais elevada. Sendo o transformador redutortrata-se da tenso primria, mas se for elevador a tenso secundria.

3 - Faz-se coincidir o ponteiro pequeno (das horas) com o vector da tensosimples mais baixa.

4 - A posio do ponteiro pequeno determina o ndice horrio.

Note-se que a mesma ligao (Yy por exemplo) pode ter mais do que umndice horrio correspondente ao facto de se trocarem as ligaes dos terminaisou tambm ao facto de os enrolamentos do primrio e do secundrio poderem tero mesmo sentido ou sentidos contrrios (situao menos usual).

Um transformador redutor Dy5 tem o primrio ligado em tringulo e osecundrio em estrela cujas tenses simples esto desfasadas de 5 x 30 = 1500(atraso) em relao s daquele.


Um transformador elevador Dy5 tem o pnmano ligado em estrela e osecundrio ligado em tringulo. As tenses simples do primrio esto desfasadasde 1500 (atraso) em relao s do secundrio.

Vejamos mais um exemplo para concretizar melhor o que foi dito. Considere-mos um transformador Dy, representado na figo 21.

A B c

A

A 9 3n a b c c1" Ua

ju,II 6II IDy111L

a' b' c'Fig. 21 - Transformador Dy11.

Comeou por traarem-se os vectores das tenses compostas UAB, UBC eUCAdo primrio. Seguidamente marcaram-se os vectores das tenses simples lt,ueUc do secundrio, tendo em ateno que, por exemplo, Ua est em fase comUABdado que se referem a enrolamentos da mesma coluna e a terminais da mesmapolaridade.

Como o ndice horrio definido com base no ngulo entre as tensessimples dos 2 enrolamentos e como a ligao em tringulo no tem neutro,teremos de considerar um ponto neutro artificial N' e portanto uma tensosimples fictcia para o primrio representada a tracejado no diagrama pelo vectorUA.

Verifica-se queu, est em avano de 300 em relao aUA' ou seja, em termosde rotao horria a ligao tem o ndice 11, pelo que o transformador se designapor Dy11.

Os transformadores com o mesmo ndice horrio dizem-se pertencentes aomesmo grupo de ligaes, pois so compatveis entre si, quanto ao desfasa-mento, para efeitos de ligao em paralelo.

No quadro seguinte representamos os principais grupos de ligaes utilizadosna prtica, bem como a relao de transformao respectiva entre tensescompostas no primrio e no secundrio (relao de transformao global),assunto que iremos analisar.

A Norma Portuguesa NP-443 indica, para os transformadores trifsicos dedistribuio, as ligaes Yz5 quando s, - 100 kVA.


QUADRO DOS GRUPOS DE LIGAES MAIS USUAIS'

NDICE DIAGRAMA VECTORIAL~\l

DE RELACO

DESFA~ SMBOLO ESQUEMA GLOBAL

MENTO DA TENSO TENSO DEDE

OU LIGAO MAIS MENOSLIGAES TRANS

HORRIO ELEVADA ELEVADA FORMAO(T. REDUTOR)

A a

cB

c.~ @JDdO B bC e

aA .'.OC~B

EEE N1VyO B O(0) C e N2A a

~

2N1DzOcB

e/-Cb B bC e 3N2.: 0_(~

N1Dy5 B li .J3N2a' C

5

'


o GRANDEZAS NOMINAIS O valor nominal das tenses, tanto no pnmano como no secundrio, atenso composta. S na ligao em tringulo que a tenso composta igual tenso no enrolamento.

O valor nominal das correntes sempre o da corrente na linha. S naligao em estrela e em ziguezague que a corrente na linha igual correnteno enrolamento.

A potncia nominal dada por Sn = V3 U1n11n= V3 U2012n ,sendo U1n eU20tenses compostas e 11ne 12nas intensidades das correntes na linha.

Resumindo, os valores nominais so os valores mensurveis no exterior dotransformador (placa de terminais) e no os valores interiores que variam com otipo de ligao dos enrolamentos.

Apresentamos de seguida as potncias mais usuais para os transformadorestrifsicos de distribuio (NP-443), estando impressos a negro os valorespreferenciais.

POTNCIA NOMINAL (kVA)

10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80100 125 160 200 250 315 400 500 630 800

1000 1250 1600

o RELAO GLOBAL DE TRANSFORMAOTorna-se claro que se no primrio e no secundrio tivermos o mesmo tipo deligao (Yy ou Dd) ento a relao entre tenses compostas ou entre tensessimples (reais ou fictcias) igual relao entre espiras j estudada notransformador monofsico,

Se, no entanto, as duas ligaes foremdiferentes ento a relao entre tenses com-postas UC1e UC2j no igual a N/N2. Senovejamos para o transformador Yd represen-tado na figura.

a Uab b c

Fig. 22 - Ugao estrela-tringulo.

RELAO GLOBAL DE TRANSFORMAO 99

Se, ao primrio, aplicarmos uma tenso composta de 380 V, temos a umatenso simples de 220 V aplicada a cada enrolamento. Ento, segundo a lei deFaraday, induzida no secundrio em cada enrolamento uma tenso de220/rt = 220/N1/N2 (em que ri a relao entre espiras). Ora, esta tensoaplicada ao enrolamento coincide com a tenso composta no secundrio dotransformador.

Resumindo:

Tenso composta no primrio

Tenso composta no secundrio

Portanto no transformador trifsico definimos a relao global de transfor-mao r~ por :

UC1 (para transformadores redutores).UC2

UC2 (para transformadores elevadores)UC1

No caso presente teramos ento:

ri -t-

Considere-se agora um transformador Vz (fig. 23).

b cn Uay-IIL ~~ __~~~

A

c B3

I Yz11 IO

9

6

c Fig.23


Cada tenso secundria simples composta de duas metades de tensessecundrias. Assim 11a igual soma de 11a1com - 11b2. O desfasamento entre 11ae 11A de 30 em atraso pelo que se trata de um transformador Yz11.

Vamos determinar a relao entre a relao global de transformao r~ e arelao rI:

Sendo obtm-se

Finalmente U = 3 UA pelo que r' =V3 UA

2 2rt t 3 UAzr,

r; = 2 2 N1ou v'3 rt = V3 N2

No quadro da pagina 97 apresentamos os valores da relao global detransformao para diferentes ligaes deixando ao cuidado do leitor a deduode cada uma delas.

o LIGAO EM PARALELO DE TRANSFORMADORESTRIFASICOS

Tal como no transformador monofsico, diz-se que 2 transformadores trifsicosesto ligados em paralelo se os primrios so alimentados pela mesma rede e seos secundrios fornecem energia a rede comum, conforme representamos nafigo 17. A ligao em paralelo de transformadores trifsicos deve obedecer sseguintes condies:

1 - Terem as mesmas tenses primrias e secundrias respectivamente, isto , amesma relao global de transformao.

2 - Terem iguais tenses de curto-circuito.3 - Pertencerem ao mesmo grupo de ligaes.

A satisfao destas condies evita que haja circulao de correntes entre osenrolamentos dos 2 transformadores, que podem atingir valores elevados.

Analisemos a terceira condio com a ajuda da figo 24.

O paralelo entre os transformadores DyO e YyO pode fazer-se pois as tensessecundrias esto em fase (basta usar estrelas da tenso simples) e as faseshomlogas esto ligadas entre si. Quanto ao paralelo do transformador Yy6 comos anteriores, no pode ser feito dado que as tenses secundrias no esto emfase (esto em oposio de fase), o que provocaria um curto-circuito entre ostransformadores conforme se assinala a tracejado na figura, para a fase a.

CHAPA DE CARACTERSTICAS 101

A--------~------~------~--------------~--------B--------~~----+-~----4-~------------~~------C----~--~4_~~+-~--~4_-+--------~--~4_------

a

A A A A

J~C-~--B c,-_-4IOyOI

aIII

/J...,/ "c b ~-~_--1fa b a

n----~+_~--~~--~~~~~--+_--------~----_+-------a----~+_----~~--~~~~~--+_--------~----_+-------b-----+----~-r--~--~---+------~~--~~-----c------~-------+--------------~---------------+-------Fig. 24 - Exemplificao de algumas situaes de paralela (correctas e no correctas).

Apesar do transformador Od4 pertencer a outro grupo de ligaes, o paralelopode efectuar-se desde que se faa uma permutao cclica dos terminaissecundrios. Assim o terminal a liga fase c, o terminal b liga fase a e o terminalc liga fase b.

Conclumos que desde que a desfasagem entre as tenses de 2 grupos deligaes seja de 120 ou 240, isto , a diferena de ndices seja igual a 4 ou 8(4 x 3 = 120 ou 8 x 3 = 240) o paralelo pode fazer-se desde que se faa umapermuta cclica na ligao dos terminais secundrios rede.

Assim possvel o paralelo entre os transformadores Oy1 e Oy5, assim comoentre os transformadores YyO, Od4 e Od8, entre outras possibilidades.

~ CHAPA DE CARACTERSTICAS

A fig.25 (pg. seguinte) corresponde chapa de caractersticas de umtransformador de distribuio de 10000/400 V, 200 kVA pertencendo ao grupo deligaes Oy5. A tenso de curto-circuito 4% e as correntes nominais so11n = 11,55 A e 12n = 288,7 A.

-102 TRANSFORMADOR TRIFSICO

Fig. 25 - Chapa de caractersticas de um transformador trifsico.(FoI. EFACEC)

O transformador dispe no primrio de um comutador de tenso em vaziopermitindo uma regulao de tenso no secundrio de 5%.

Consultando o respectivo catlogo obtemos ainda os seguintes dados:

Plerra = 570 W e Peabre = 3000 W Peso total do transformador = 1030 kg Peso do leo =.280 kg

~ FORMULRIO PARA O TRANSFORMADOR TRIFSICO

1.0 - FRMULAS

Desde que a carga a alimentar pelo transformador trifsico seja equilibradamantm-se vlidas as seguintes frmulas utilizadas nos transformadores monof-sicos, bem como outras especficas de sistemas trifsicos:

1-

~!l0

E -= -N . -1 l!lt e

2-

FORMULRIO PARA O TRANSFORMADOR TRIFSICO 103

Ej e E2 so as foras electromotrizes induzidas nos enrolamentos doprimrio e do secundrio respectivamente e que so praticamente iguais stenses aplicadas aos enrolamentos, respectivamente Uj e U2, tal como vimosno transformador monofsico.

3-

111 e 112 so as correntes que percorrem os enrolamentos do primrio e dosecundrio respectivamente.

'4 - As perdas em vazio so calculadas tambm pelo ensaio em vazio dotransformador trifsico. Podemos utilizar para o efeito: 1 wattmetro trifsico ouutilizar o mtodo dos 2 wattmetros (mtodo de Aron) sendo, neste ltimocaso, a potncia total igual soma das leituras fornecidas pelos 2 aparelhos:

e

em que PA e Pe so as potncias indicadas por cada um dos 2 wattmetros.

5 - As perdas no cobre podem tambm ser obtidas com o ensaio em curto-circuitodo transformador trifsico. Os mtodos de leitura so os mesmos que para oensaio em vazio.

6 - A relao global de transformao--P Uc- j)'i> ?R; 17~~(o~ Ue )t) SrevtJ9P ,O

7 - Todas as frmulas estudadas em 'sistemas trifsicos' que relacionam ascorrentes entre si, bem como as tenses entre si, a saber:

Ligao emestrela

Ligao emtringulo

8 - Todas as frmulas estudadas em 'sistemas tritsicos' para o clculo depotncias activas, reactivas e aparentes:

mais a seguinte expresso que nos d a potncia nominal do transformadortrifsico:


9 - O rendimento do transformador trifsico continua a ser definido pela relaoentre a potncia total (trifsica) no secundrio e a potncia total (trifsica) noprimrio:

Nas expresses apresentadas nos pontos 6.0, 7.0, 8.0 e 9.0 as tensesindicadas so as compostas e as correntes so as da linha.

2.0 - PROBLEMAS

I - Com soluo:

1 - Um transformador trifsico Dy com neutro no secundrio tem uma relao detransformao N,IN2 = 27,3. A tenso composta no primrio igual a 6000 V.Determine:

a) As tenses disponveis no secundrio.b) A intensidade da corrente nos enrolamentos do primrio sabendo que a

corrente que percorre os enrolamentos do secundrio 112= 100 A.c) A intensidade da corrente na linha que alimenta o primrio nas condies

da alnea anterior.

Soluo:

a) Como o primrio est ligado em tringulo, ento a tenso aplicada a cadaum dos seus enrolamentos igual tenso composta, portantoUf1= 6000 V.

Visto que a relao entre espiras r, = N,IN2 = 27,3, ento a relaoentre tenses aplicadas aos enrolamentos ter tambm o mesmo valor, isto:

~: = 27,3, pelo que sendo Uf1= 6000 V, vem:

6 000 = 27 3 => U = 6 000 = 220 VUf2 ' 12 27,3

Dado que o secundrio est ligado em estrela, ento a tenso calculadaanteriormente, Uf2, a tenso simples, pelo que a tenso composta no secundrioser:

UC2= V3 Uf2= V3 . 220 = 380 V

Portanto temos no secundrio duas tenses disponveis: 220 e 380 V.

/


b) Como a corrente que percorre os enrolamentos do secundrio de 100 A,ento no temos mais que aplicar a relao de transformao entreespiras, rt = 27,3, vindo assim:

1f2 100 100rt = 27,3 = - = - =? If1= -- = 37 AIf1 If1 27,3'

c) Vem finalmente para a corrente na linha do primrio:

1L1 = v 3,7 = 6,4 A

2 - Um transformador trifsico foi submetido a 2 ensaios (em vazio e emcurto-circuito) no decurso dos quais se mediu a potncia pelo mtodo dos 2wattmetros:Ensaio em vazio: P~ = 500W, PB = -200 WEnsaio em curto-circuito: PA = 400 W, PB = 200 W

a) Calcule as perdas no ferro e o factor de potncia em vazio.b) Calcule as perdas no cobre e o factor de potncia em curto-circuito.

Soluo:

a) As perdas no ferro so calculadas pela soma algbrica dos valoresindicados pelos 2 wattmetros. Uma das potncias negativa, o quecorrespondeu a uma troca das polaridades da bobina amperimtrica dowattmetro correspondente, para que o ponteiro se desloque para dentro daescala. Vem assim:

P, = Pferro= PA + PB = 500 + (-200) = 300 W

Ouanto ao factor de potncia em vazio, vamos primeiro calcular apotncia reactiva:

00 = v'3. (PA - PB) = va [500 -(-200)] = 1200 VAre portanto:

00 _ 1200 _ _tg 'Po = P - 300 - 4 ==> cos 'Po - 0,24o t...

b) As perdas no cobre so calculadas pela soma algbrica das potncias lidaspelos 2 wattmetros no ensaio em curto-circuito:

j, i

P1CC= Pcobre= PA + PB = 400 + 200 = 600 W

Ouanto ao factor de potncia em curto-circuito, calculemos primeiro apotncia reactiva:

OCC= v'3. (PA - PB) = v'3. (400 - 200) = 346,4 VAr

e portanto:OCC 346,4

tg 'Pcc = P1CC

= --wo = 0,58 =? cos 'PCC = 0,87

106 TRANSFORMADORTRIFSICO

3 - Um transformador trifsico tem as seguintes caractersticas:

15000/400 V; s, = 50 kVA; Po = 320 W; P1CC =680 WConsiderando que a carga tem um cos


II - Para resolver:

1 - O primrio de um transformador trifsico est ligado em tringulo, sendo atenso composta de 1500 V. Sabendo que N,/N2 = 1/10, qual ser a tensocomposta no secundrio, nas duas situaes seguintes:

a) Se o secundrio estiver ligado em tringulo.b) Se o secundrio estiver ligado em estrela.

2 - Responda s mesmas questes postas no problema anterior, considerandoagora que o primrio est ligado em estrela.

3 - Um transformador trifsico, cujo primrio est ligado em estrela, alimentadocom uma tenso composta de 30 000 V. O nmero de espiras de cadaenrolamento : N, = 4015 e N2 == 51.

a) Calcule os valores das tenses disponveis no secundrio nas duassituaes seguintes:

1 - O secundrio est ligado em estrela, com neutro.2 - O secundrio est ligado em tringulo.

b) Sendo a potncia nominal do transformador S, = 200 kVA, calcule paracada um dos casos anteriores a corrente na linha e a corrente nosenrolamentos, no primrio e no secundrio.

4 - As perdas de um transformador de 1500/380 V (tenses compostas) so de300 W no ferro e de 500 W no cobre, para uma corrente nominal na linha dosecundrio de 1L2 = 30 A. Calcule o rendimento do transformador quando eledebita esta corrente sobre uma carga cujo factor de potncia :

a) Igual a 1.b) Igual a 0,8 (indutiva).

5 - A medida das perdas no ferro de um transformador trifsico, pelo mtodo dos2 wattmetros, deu os seguintes valores:

PA=500We Ps=-200W

Sabendo que a tenso composta no primrio de 5 000 V, calcule:

a) As perdas no ferro.b) A potncia reactiva em vazio.c) O factor de potncia em vazio.d) A potncia aparente em vazio.e) A intensidade da corrente em vazio.


6 - Um transformador trifsico tem as seguintes caractersticas:

15000/400 V; s, = 50 kVA; Po= 320 W; P,cc= 680 W.Considerando que a carga resistiva pura determine o valor do rendimento

do transformador nos 3 seguintes regimes:

a) Plena carga.b) Meia carga.c) Um quarto de carga.

Compare os resultados obtidos com os do problema resolvido n." 3.

~ REFRIGERAO DOS TRANSFORMADORES

12.1 - Sistemas de refrigerao

O rendimento dos transformadores muito elevado. Apesar disso podem libertarelevadas quantidades de calor. Assim, por exemplo, um transformador de 10 MVAcom um rendimento de 99% produz uma potncia trmica de 100 kW que necessrio evacuar para que a temperatura da mquina se mantenha dentro delimites aceitveis.

Empregam-se vrios processos para refrigerar os transformadores consoantea potncia destes:

Arrefecimento natural no ar. Arrefecimento natural no leo ou no piraleno. Arrefecimento artificial no leo obtido por circulao forada de ar, do leo ou

de gua.

1. - ARREFECIMENTO NATURAL NO AR

Nos transformadores de baixa potncia (at 10 kVA e 10 kV) suficiente oarrefecimento natural pelo ar.

REFRIGERAO DOS TRANSFORMADORES 109

2.0 - ARREFECIMENTO NATURAL NO LEO OU NO PIRALENO

Os transformadores de mdia, elevada e muito elevada potncia (superior a10 kVA) tm os enrolamentos e o ncleo contidos numa cuba (tina) (fig. 26)metlica cheia de leo mineral ou de um lquido sinttico incolor conhecido porpiraleno, askarel ou clofeno com a funo de dielctrico e refrigerante.

(Fot. MOTRA - Equipamentos Elctricos SARL)

Fig. 26 - Tina e tampa com depsito de expanso.

O leo melhor isolante e conduz melhor o calor que o ar. Sendo muito fluidocircula ao longo das bobinas e_do ncleo transferindo o calor para as paredes dacuba.

Como o leo mineral inflamvel no deve ser usado em transformadores quese destinam a ser instalados em locais onde o risco de incndio elevado, taiscomo lugares pblicos, indstrias qumicas, barcos e minas. Ento usa-se opiraleno, que praticamente no inflamvel, bastante estvel mesmo atemperaturas elevadas resistindo melhor ao envelhecimento.

No sendo biodegradvel, o piraleno no deve ser derramado. A sua utilizaos dmitida nos postos de transformao providos de um dispositivo de reteno(fossa, soleira ou murete) capaz de recolher grande parte do piraleno contido notransformador em caso de acidente. Alguns pases j interditaram a construo detransformadores com piraleno.

Para potncias reduzidas (10 a 20 kVA) a chapa da cuba lisa. medida queaumenta a potncia trmica a evacuar, h a necessidade de aumentar a superfciede refrigerao adoptando-se vrias solues:


a) Ondulam-se as chapas da cuba de modo a ficarem estriadas (fig. 26) ou comaletas (figs. 27 e 28). o caso dos transformadores de distribuio(transformadores de MT para BT) cuja potncia vai at 2,5 MVA.

(FoI. MOTRA - Equipamentos Elctricos SARL)

Fig.27

Fig. 28Transformadores de 630 kVA, 20kV/400 V.

(FoI. FRANCE-TRANSFO)



Fig.29Radiadores soldados s paredes dacuba.

Fig.31(FoI. EFACEC)

(FoI.ALSTHOM

Fig.30Transformador de 10 MVA,30 kV/6 kV com radiadoresacoplados por meio de flan-ges.

b) Nos transformadores de mdia potncia (superior a 2,5 MVA e inferior a20 MVA) as paredes da cuba so lisas mas instalam-se radiadores. Estes, ouso soldados s paredes da cuba (fig. 29) ou acoplados por meio de flanges(fig.30). O limite de 20 MVA varivel segundo o construtor.


3. - ARREFECIMENTO ARTIFICIAL NO LEO

Em muitos transformadores com potncia acima dos 10 MVA adopta-se umprocesso de arrefecimento hbrido. Assim, com carga reduzida, os radiadorescumprem a sua funo. Para cargas elevadas entram em funcionamentoventiladores (fig. 32), devidamente localizados, que provocam uma correnteforada de ar (ventilao forada) junto dos radiadores. A entrada emfuncionamento e a paragem dos ventiladores faz-se automaticamente a partir deuma certa temperatura do leo. Com ventilao forada os radiadores podem termenores dimenses do que quando esta natural.

(FoI. EFACEC) a

Fig.32Transformadorescom ventiladores.a e b - Ventilado-res sob os radia-dores. Transfor-mador monofsico220/60 kV da Su-bestao de AltoMira.c - Ventiladoreslaterais. Transfor-mador de 47 MVA,120 kV.

(FoI. ASEA) C


corrente a indicao, pelos construtores, de dois valores para a potncianominal (por exemplo 15/18 MVA) do transformador: um para a situao deventilao natural e outro para o caso de ventilao forada.

Para as potncias mais elevadas (vrias dezenas ou centenas de MVA) acirculao do leo acelerada (fig. 33) por meio de bombas, o que favorece atransmisso do calor entre as suas fontes (enrolamentos e ncleo) e o leo.Consegue-se assim uniformizar a temperatura do leo em todo o circuitoatenuando os pontos quentes, o que permite economizar na construo damquina.

Fig. 33 - Transfor-madores com cir-culao foradade leo e ar.a - 125MVA,150/60 kV, Su-bestao de Set-bal.b - 150MVA,15,5/220 kV, Cen-tral Trmica doCarregado.

(FoI. EFACEC)


, ~\..-

a

b


c (FoI. ASEA Joumal)c - 300 MVA,345/122 kV, 270toneladas de peso.d - 250 MVA,735 kV.

d

A circulao forada do 'leo pode ser dirigida para cada uma das fontestrmicas em quantidade proporcional s suas perdas.

Nas muito elevadas potncias, em casos muito particulares, o calor transpor-tado pelo leo no dissipado directamente para o ar ambiente. Em vez doradiador monta-se um permutador de calor onde o leo transfere o calor paragua circulando em tubos. Num refrigerador independente do transformador agua refrigerada por meio de ventiladores.

A opo por cada sistema de refrigerao dos transformadores depende dosfactores econmicos e tcnicos em jogo.


4. - CHAVE DE IDENTIFICAO DOS SISTEMAS DE ARREFECIMENTO

Os transformadores podem ser designados atendendo ao tipo de refrigeraoutilizado. No quadro seguinte apresentam-se os smbolos literais usados.

REFRIGERANTE SMBOLO

leo mineral OPiraleno, askarel ou clofeno lAr Agua WGs GIsolante slido S

CIRCULAO DO 'REFRIGERANTE SMBOLO

Natural NForada FForada com distribuio dirigida D

Exceptuando os transformadores do tipo seco, com proteco envolvente ouno, cujo smbolo AN ou AF, para todos os outros tipos usam-se quatro letras.Segue-se o processo para a disposio das letras.

Disposio dos smbolos

1.a letra I 2.a letra 3.a letra I 4.a letraReferentes ao refrigerante que Referentes ao refrigerante queest em contacto com os est em contacto com o sistemaenrolamentos refrigerante exterior

Natureza do Natureza da Natureza do Natureza darefrigerante circulao refrigerante circulao

Assim designam-se por ONAN os transformadores (por exemplo de distribui-o) em banho de leo com circulao natural deste e do ar.

Um transformador em banho de leo com circulao forada e refrigerado pormeio de ventilao forada do ar designa-se por OFAF.

Os transformadores OFAN/OFAF tm circulao forada de leo e ventilaonatural ou forada segundo as condies de carga.


12.2 - Depsito de expanso ou conservador de leo

Durante o funcionamento do transformador a temperatura deste aumenta, peloque o leo se dilata e expulsa ar para o exterior da cuba. Quando a carga desligada d-se o fenmeno inverso. Assim, a humidade trazida pelo ar exteriorentra pouco a pouco na cuba e absorvida pelo leo. Alm disso este oxida-serapidamente na sua camada superior que est quente e em contacto com umagrande superfcie de ar. Formam-se compostos solveis que adulteram os papisisolantes dos enrolamentos.

Nestas condies o leo perderia rapidamente as suas propriedades e paraevitar isso junta-se um reservatrio exterior de expanso (fig. 34). Este reservat-rio est parcialmente cheio de leo e tem uma abertura de ventilao em que o ar obrigado a passar atravs de um desumidificador (slica-gel) para lhe retirar ahumidade (fig. 34a). Um indicador de nvel (fig. 34b) permite medir o nvel do leono depsito e assim detectar eventuais fugas.

A oxidao do leo praticarner-te suprimida pois a temperatura deste nodepsito menor que na cuba e a superfcie de contacto com o ar reduzida.


b

Fig.34Depsito de expanso. Ob-serve:a - Entrada de ar com de-

sumidificador.b - Nvel de leo e rel

Buchholz.


Os transformadores de distribuio com potncias at 630 kVA so tambmfabricados sem conservador, isto , estanques com enchimento total (fig. 35). Otransformador enchido com o dielctrico at tampa sendo a cuba totalmentedesgaseificada e hermeticamente fechada. O material das paredes da cuba e dasaletas suficientemente deformvel por forma a acompanhar as variaes devolume do dielctrico com a temperatura.

Estes transformadores so usados em locais exteriores e interiores e permitemreduzir as dimenses dos postos de transformao do tipo mono bloco.

(Fot. France- Transto) a b (Fot. Trato-Union)

Fig. 35 -a - Transformador de 25 kVA, 20 kV/400 V.b - Transformador de 400 kVA, 10 kV/400 V.

12.3 - Transformadores de distribuio do tipo seco

Para as situaes em que o risco de incndio elevado os construtoresapresentam os transformadores de distribuio do tipo seco como alternativaprefervel aos transformadores com piraleno.

Utilizam-se materiais incombustveis para que os riscos de exploso, incndioe a sua propagao sejam eliminados.

O circuito magntico protegido contra a oxidao. Os enrolamentos so decobre ou alumnio com camadas de espiras ou bandas. Os condutores soisolados a esmalte, fibra de vidro ou resina epoxy. O isolamento entreenrolamentos assegurado por tubos de fibra de vidro e resina.

O conjunto das bobinas e de todas as peas isolantes que a ele estoassociadas impregnado com um verniz garantindo uma boa resistnciamecnica e proteco contra a humidade.


Nas figuras seguintes apresentam-se trs exemplos destes transformadores.No transformador da figo 36 os condutores so impregnados por meio devasamento, num molde, de resina epoxy, que constitui o isolamento ao mesmotempo que lhes d uma elevada resistncia mecnica.

8 9 10

5

Fig.36 - Transformador seco em corte.

l

7-11/ (FoI. TRAFO-UNION)

1 -Armao de travamento.2 - Ligaes entre terminais para obter

o tringulo.3 - Tomadas de A. T..4 - Resina epoxy.5 - Separador elstico entre bobinas e

ncleo.

6 - Terminais de A. T..7 - Terminais de B.T..S - Bobinas de A. T..9 - Bobinas de B. T..10 - Ncleo com camada de verniz.11 - Ventiladores.

Estes transformadores tm cuidados de conservao muito reduzidos, bas-tando assegurar que o local ou cela em que iro ser instalados seja suficiente-mente arejado e que o ar ambiente no seja excessivamente hmido e carregadode poeiras. O seu peso e tamanho so, em geral, mais reduzidos que para ostransformadores imersos equivalentes.


a Fot. EFACEC)

Fig. 37 - Transformadores de distribui-o do tipo seco.a -1000 kVA, 10 kV/400 V.b - 2000 kVA, 15 kV/400 V.c - 630 kVA, 10 kV/400 V.

---~- __ ~_'_I---,-__ ~- c(FoI. TRAFO-UNION)

Assim estes transformadores so indicados para instalaes interiores com avantagem de poderem ser instalados junto do local da utilizao.

A refrigerao destes aparelhos feita por circulao natural do ar (AN), sendoprevistos canais de circulao de ar dispostos no interior das bobinagens e nocircuito magntico. No exemplo das figs. 36 e 37-c pode haver ventilao foradade ar (AF) permitindo aumentar de 40% a potncia nominal.

71682131-transformador-trifasico

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