apostila de laboratório de transformadores

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIAFACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA

Aulas Práticas de Laboratório

TRANSFORMADORES

ELABORADO POR:

Prof. Adalton Lima de AguiarProf. José Roberto Camacho

LABORATÓRIO DE ENSAIOS DE TRANSFORMADORESAulas Práticas de Laboratório

Universidade Federal de UberlândiaFaculdade de Engenharia Elétrica

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INTRODUÇÃO

Ao corpo discente,

A disciplina “TRANSFORMADORES”, obrigatória no currículo docurso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia, éuma disciplina e caráter específico e parte de um conjunto de disciplinasque compõem juntamente com Conversão de Energia, MáquinasElétricas, Máquinas Síncronas e Projeto de Máquinas, o leque dedisciplinas básicas para a formação de um profissional competente, comênfase em Sistemas de Potência.

Às aulas de Laboratório ficam reservadas as discussões de aspecto práticodos transformadores tais como: ensaios de rotina, de tipo e cuidadosespecíficos desde a manutenção de transformadores de distribuição. Serãoenfocados até os cuidados especiais com sofisticados transformadoreshoje utilizados nas mais modernas instalações em Extra-Alta Tensão.

O nosso intuito é fornecer a você, nosso estudante, uma ferramenta paraaprimorar a sua capacidade de crítica construtiva, sua iniciativa e suacriatividade, virtudes sem as quais não existe o profissional de qualidadeem Engenharia Elétrica.

É nosso desejo que trabalhando em conjunto de forma cooperativa nestadisciplina, possamos todos aprender muito e estimular a criação de umprofissional competente, desenvolvendo um curso de qualidade econstruindo uma Universidade que prima pela seriedade e pelo trabalho.

Uberlândia, março de 2000

Prof. Adalton Lima de AguiarProf. José Roberto Camacho

LABORATÓRIO DE ENSAIOS DE TRANSFORMADORES


AULA NO 1

COMPONENTES DO TRANSFORMADOR (TRAFO) –VERIFICAÇÃO DA FORMA DE ONDA DA CORRENTE A VAZIO E

DA CORRENTE TRANSITÓRIA (INRUSH)

1. Introdução

A corrente a vazio é um parâmetro importante, pois define a energiaconsumida pelo trafo quando opera sem carga e ainda fornece a energianecessária para a magnetização do seu circuito magnético. A forma deonda da corrente em vazio também indica o nível de saturação do núcleomagnético do trafo. Já a corrente transitória (de inrush) pode serqualificada como um fator na qualidade de fabricação de um determinadotransformador. A corrente transitória pode inviabilizar a aplicação de umdeterminado esquema de proteção do circuito elétrico ao qual pertence otrafo.

2. Preparação

Será utilizado um transformador monofásico, para a visualização daforma de onda da corrente em vazio do transformador. Prepare portanto oseguinte material:

Ø 1 transformador monofásico;Ø 1 varivolt monofásico;Ø 1 osciloscópio com memória;Ø 1 reostato.

3. Componentes do Trafo

As principais partes componentes de um trafo de distribuição típicos são:

Ø tanque com aletas de refrigeração;Ø óleo isolante e refrigerante (óleo mineral);Ø as buchas de alta e baixa tensão;Ø núcleo magnético;Ø taps das bobinas do transformador (manual ou automático);



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Ø os enrolamentos de alta e baixa tensão;Ø papel isolante envolvendo os condutores (bobinas) e as cabeças das

bobinas.

4. Esquema

5. Montagem da Experiência

Neste estágio não se preocupe com valores medidos, mas sim ementender o porque das formas de onda obtidas. Execute a montagem daaula de laboratório seguindo o esquema do ítem 4. De acordo com oesquema o transformador deverá estar operando em vazio.

5.1 – Obtenção da corrente em vazio

a) Ligue o osciloscópio de acordo com as instruções abaixo:

- sinal em real com sweep time de 1;- position para fora,- input AC,- pen speed em 10,- triggering – INT,- clock – INT,- pen para fora,

b) Responda as perguntas a seguir:

b.1) Aumente gradualmente a tensão a partir de zero no varivolt e observea forma de onda registrada no osciloscópio.



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b.2) O que se pode observar na forma de onda para as tensões deexcitação mais baixas? E para as mais altas? Em que situação a onda émais distorcida?

b.3) Desenhe as formas de onda observadas, para uma excitação maisbaixa e mais alta, respectivamente. O que representa esta onda de tensãoobservada no osciloscópio?

b.4) Após estas observações desligue o circuito do transformador (chaveem OFF) com o varivolt em um valor que forneça uma corrente em vaziorazoável.

5.2 – Obtenção (registro) da corrente transitória (de inrush)

a) Para registrar a corrente transitória aperte a tecla START noosciloscópio, a lâmpada WRITE se acenderá, ligue o circuito do trafo(chave em ON). Coloque em MEMORY e a forma de onda dacorrente transitória poderá ser observada.

b) Responda as seguintes perguntas:

b.1) O que pode se observar a respeito da corrente transitória, no instanteem que o trafo foi ligado em vazio e alguns ciclos após seu chaveamento?

b.2) Repetindo o processo de energização do trafo por várias vezes, o quese pode concluir a respeito da influência do instante de energização sobrea corrente transitória? Não se esqueça que a tensão aplicada ao trafo ésenoidal e de frequência igual a 60 Hz.

b.3) Desenhe formas de onda típicas de corrente transitória. Por que entredois processos de obtenção da corrente transitória, a forma de ondaregistrada no osciloscópio nunca se repete?

6. Conclusão:

Escreva em um mínimo de 10 linhas as suas conclusões sobre a correnteem vazio, a corrente transitória (de inrush) do trafo monofásicoobservado em laboratório e sobre os componentes típicos dostransformadores trifásicos de distribuição.



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AULA NO 2

ENSAIO EM VAZIO DE UM TRANSFORAMDOR TRIFÁSICO

1. Introdução

Os objetivos do teste em vazio do transformador trifásico são;

1.1 – Determinar as perdas no núcleo por histerese e Foulcault (perdas noferro)

1.2 – Determinar a corrente em vazio Io.1.3 – Determinar a relação de transformação de placa (K) e a relação do

número de espiras (Kn).1.4 - Determinar os parâmetros do ramo magnetizante.

2. Preparação

2.1 – Será utilizado, para a realização do teste em vazio, umtransformador trifásico com as seguintes características:

Potência nominal (Pn): Frequência (f): HzTensão (AT): Volts Ligação:Tensão (BT): Volts Ligação:

2.2 – Prepare portanto o seguinte material:

Ø 1 transformador trifásico;Ø 3 amperímetros com escalas apropriadas;Ø 1 voltímetro com escala apropriada;Ø 2 wattímetros de escalas apropriadas;Ø 1 varivolt trifásico.

3. Realização prática do ensaio

Efetuar a montagem a seguir:



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4. Levantamento dos dados de ensaio

Neste estágio os valores medidos são muito importantes, todo cuidadodeve ser tomado durante a leitura de tensões, correntes e potências.Execute a montagem da aula de laboratório seguindo o esquema do ítem3. De acordo com o esquema, o transformador trifásico deverá estaroperando todo o tempo em vazio.

4.1 – Aplicando tensão nominal ao enrolamento de baixa tensão, efetuaras medições abaixo:

V1n(V) I01 (A) I02(A) I03 (A) W1 (W) W2 (W) W0 (W)

4.2 – A fim de determinar a relação de transformação do trafo sob teste,aplicar uma tensão reduzida ao enrolamento de alta tensão, anotandoos valores.

V – AT V – BT

5. Guia para Análise:

5.1 - Com os valores obtidos em 4.1, calcule a corrente de magnetizaçãoIo (na linha e na fase), a potência perdida a vazio por fase e a tensãode alimentação na fase, obedecendo a conexão do enrolamento debaixa tensão.

BT Io – linha Io – fase Wo- fase V1 – fase



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Io – linha = (I01 + I02 + I03)/3 W0 – fase = W0/3

5.2 – Com os dados obtidos no ítem anterior, calcular os parâmetros doramo magnetizante – por fase – para as representações série e paralelado circuito equivalente, o fator de potência a vazio e as correntes I0p eI0q.

cosΦ0 I0p I0q Zm Rms Xms Rmp Xmp

W0 – fase = Vfase * I0 * cosΦ0 I0p = (W0-fase/V2-fase)I0-fase

2 = I0p2 + I0q

2

Rms = (W0-fase/I0-fase2) Zm = (Vfase/Io-fase)

Rmp = (W0-fase/I0p2)

Zm2 = Rms

2 + Xms2 Xmp = (Vfae/I0p)

5.3 – Determinar a porcentagem da corrente de magnetização emrelação à corrente nominal do transformador.

In-linha = Wn/ 3 Vn In – fase I0 – fase I0 % de In – fase

5.4 – Com os dados obtidos no ítem 4.2, determinar os valores abaixo:

Kplaca Kensaiado Kn

6. Questões:

6.1 – Por que uma das correntes obtidas em 4.1 não apresenta o mesmovalor das outras duas?

6.2 – Por que o ensaio em vazio deve ser realizado alimentando-se oenrolamento de baixa tensão?

6.3 – Com os dados do ítem 5.4, justificar a diferença entre os três valoresde K e definir cada um deles.

6.4 – Com base nos dados do teste em vazio e na sua capacidade de julgaros resultados o que é melhor para o sistema de energia elétricaequipado com muitos trafos: - trafos operando sempre com muita



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folga (superdimensionados) ou transformadores operando no limite desua capacidade?

6.5 – Escreva em um mínimo de 10 linhas as suas conclusões sobre aimportância e necessidade do teste de transformador em vazio.



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AULA NO 3

ENSAIO EM CURTO-CIRCUITO DE UM TRANSFORMADORTRIFÁSICO

1. Introdução:

Os objetivos do ensaio em curto-circuito do transformador trifásico são:

1.1 – Determinar as perdas no cobre (nos condutores que compõem asbobinas).

1.2 - Determinar a impedância, resistência e reatância percentuais.1.3 – Determinar a queda de tensão interna.

2. Preparação

2.1 – Será utilizado para a realização do teste em curto-circuito, umtransformador trifásico com as seguintes características:

Potência nominal (Pn): Watts Frequência (f): HzVoltagem (AT): Volts Ligação:Voltagem (BT): Volts Ligação:

2.2 – Prepare portanto o seguinte material:

Ø 1 transformador trifásico;Ø 3 amperímetros com escalas apropriadas;Ø 2 voltímetros com escalas apropriadas;Ø 2 wattímetros de escalas apropriadas;Ø 1 varivolt trifásico

3. Realização prática do ensaio



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Efetuar a montagem que se segue:

3.1 – Para a freqüência de 60 Hz e diversas tensões de alimentação,registrar na tabela a média das correntes nas três fases.

V1-cc (V) I1-cc (A)

3.2 – Caso não seja possível fazer circular pelos enrolamentos dotransformador, a sua corrente nominal obtenha os valores abaixo, para umvalor reduzido de corrente.

I1n(A) I1cc (A) W1 W2 Wcc

3.3 – Efetue as devidas correções (se não foi possível fazer circular acorrente nominal) e obtenha os valores nominais da tensão e da potênciade curto-circuito:



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I1cc-e V1cc-n Wcc-n

I1n = Pn/ 3 .Vin V1cc-n = (V1cc . I1n)/I1cc

Wcc-n = (I21n/I

21cc) . Wcc

4. Guia para a Análise

4.1 – Construa a curva característica de curto-circuito V1cc = f(Icc).

4.2 – Faça um comentário sobre a curva obtida. Qual a sua aplicação noensaio em curto-circuito?

4.3 – Calcule a porcentagem da tensão primária de curto-circuito,relativamente à tensão primária nominal.

V1n (V) V1cc(V) V1cc % de V1n

4.4 – Calcule o valor da impedância Z, da resistência R e da reatância Xpercentuais, efetuando as devidas correções para 75oC.

R Z X R (75oC) Z (75oC)

R% = (Wcc/Wn) . 100% Z% = (Vcc/Vn) . 100%

X% = R%θ = Kθ . R%a

onde: Kθ = [1 + α (Tθ - Ta)] *

* O valor de α para o cobre pode ser encontrado no apêndice.

4.5 – Determine para o transformador ensaiado, as perdas adicionais e asperdas no enrolamentos.

2 2(Z%) (R%)−



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Wo Wad = 20% deWo Wcc Wenrol

4.6 – Compare as perdas nos enrolamentos com as a vazio e tire suasconclusões sobre o transformador sob teste.

5. Questões:

5.1 – Enumere as vantagens e desvantagens de um transformador quetenha um valor muito alto de V1cc.

5.2 – Segundo a ABNT, quais são os valores normais de V1cc%?

5.3 – Analisar a diferença dos resultados desprezando-se ou não as perdasadicionais.

5.4 – Durante o ensaio em curto, o que acontece com a indução no núcleodo transformador? Por que?

6. Conclusão

Escreva em um mínimo de 10 linhas as suas conclusões sobre o ensaioem curto-circuito de um transformador trifásico executado em laboratórioe sobre a importância dos parâmetros obtidos durante o teste.

7. Apêndice

Propriedades Elétricas dos Metais

Metal CondutividadeRelativa

Resistividade a 20oCΩ.m(10-8)

α - Coeficiente da variação deR/oC

Cobre(anelado)

100 1,724 0,0039

Cobre(extrusão)

97 1,717 0,0039

Alumínio 61 2,826 0,0040Aço 12 13,80 0,0045

Chumbo 8 21,40 0,0040



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AULA NO 4

DETERMINAÇÃO DA RIGIDEZ DIELÉTRICA DO ÓLEOISOLANTE E ENSAIO DE AQUECIMENTO DE

TRANSFORMADORES

1. Ensaio para determinação da rigidez dielétrica do óleo isolante

1.1 – Preparação

Para a execução deste ensaio são necessários:

Ø Analisador portátil de rigidez dielétricaØ Amostras do óleo isolante do transformador

1.2 – Coleta da amostra

Alguns cuidados devem ser tomados para a coleta da amostra do óleo aser testado e são definidos pela Norma Brasileira intitulada: -Recebimento, Instalação e Manutenção de Transformadores, a saber:

- Usar um recipiente de vidro transparente com capacidade deaproximadamente 1 litro, que deve ser previamente lavado com álcoole benzina. Esse recipiente deve ser seco e em seguida enxaguado como próprio óleo a ser testado. Recomenda-se que a rolha do mesmo sejade vidro esmerilado e que após a lavagem com álcool e benzina, sejalevada à estufa para secagem de 100oC. Os demais recipientes – copos,funis, tubos e depósitos – se possível, devem ser de vidro e devem sersubmetidos ao mesmo processo de limpeza e secagem.]

- Limpar cuidadosamente a válvula de drenagem evitando o uso depanos e estopas.

- Abrir a válvula de drenagem existente no fundo do tanque dotransformador, deixando escorrer aproximadamente ½ litro pela



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mesma antes de coletar a amostra. Isto permitirá a limpeza do sistemade drenagem propriamente dito.

- Encher devidamente o recipiente com óleo, sem usar jato forte, paraevitar a formação de espumas e bolhas. Não deve ser permitidatambém, a entrada de qualquer impureza.

- Se o ensaio não puder ser feito no próprio local, a amostra deverá serguardada em vidro especialmente preparado, evitando o máximopossível o contato com o ar. De preferência, deve-se mergulhar a rolhaem parafina. Antes do ensaio o óleo deve ser suavemente agitado,afim de que o conteúdo seja homogeneizado.

Além dos cuidados acima, a coleta do óleo não deverá ser efetuadaquando a temperatura ambiente for superior à do óleo, para evitar-se aabsorção de umidade pelo óleo, já que esta tende a condensar-se emsuperfície mais fria, nem tampouco com o ar ambiente agitado ouempoeirado.

1.3 – Preparação do ensaio

A tensão máxima do ensaio depende do equipamento. Seu valor mínimodeve ser de 35 kV. O analisador deve possuir dispositivos de segurançaadequados.

Retirar a cuba de prova do analisador portátil e lavá-la, juntamente comos eletrodos, com uma parte do óleo de amostra. Neste momentoverifique se o espaçamento entre as placas é o tabelado pelas normas (0,1polegada).

Encher a cuba de óleo, até cerca de 1 cm acima dos eletrodos. Evitar queo óleo borbulhe.

Dar uma movimentação branda de vaivém no óleo da cuba, para facilitara saída de eventuais bolhas de ar.

Colocar a cuba de volta no analisador e deixá-la repousar poraproximadamente 3 minutos, para que ela fique isenta de bolhas e igualesua temperatura à do ambiente.



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Não colocar o dedo no receptáculo e nem deixar cair nele suor, respingosou corpos estranhos.

Após estas providências, o ensaio estará pronto para ser realizado.Abaixar a tampa de segurança, sem o que o ensaio não poderá ser feito.

1.4 – Execução do Ensaio

Verificar se a tensão de suprimento coincide com a indicada na placa doanalisador.

Ligar a tomada do analisador, girando o potenciômetro (reostato), para aposição mínima.

Poderá existir uma lâmpada piloto que deverá estar acesa indicando que ocircuito está pronto para operação.

Girar o potenciômetro, caso o analisador seja manual, na direçãoaumentar, de maneira a obter uma variação gradual da tensão de ensaio,da ordem de 3 kV/segundo. Alguns analisadores possuem dispositivoautomático que efetuam esta operação sem intervenção do operador.

Observar no voltímetro, a tensão de interrupção quando houver o arco e,consequentemente, ocorrer abertura do disjuntor elétrico instantâneoautomático. Este deverá ser o valor anotado para o ensaio.

Se houver um miliamperímetro, anotar a corrente de fuga através dodielétrico.

Voltar o reostato para a posição mínima e aguardar 3 minutos para arepetição do ensaio.

Repetir o ensaio 5 vezes, anotando as respectivas leituras.

Esvaziar a cuba, lavá-la com óleo e enchê-la com nova porção da mesmaamostra e repetir as operações.

Preencher com as leituras, a tabela abaixo:



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Leitura Porção 1 Porção 2 Porção 3 Média (kV)1a

2a

3a

4a

5a

Média

A média geral (última coluna à direita) será a rigidez dielétrica do óleoensaiado. Este valor deve ser comparado com os da tabela a seguir parasua classificação (esta tabela é somente uma indicação da qualidade doóleo). Algumas empresas consideram o óleo aceitável somente comrigidez dielétrica acima de 35 kV/0,1 pol.

Rigidez Dielétrica(kV/0,1 pol)

Situação do óleo isolante

Acima de 35 ExcelenteDe 30 a 35 Muito bomDe 25 a 30 BomDe 20 a 25 SatisfatórioDe 15 a 20 Duvidoso – recomenda-se a filtragem

Abaixo de 15 Rejeitado – filtragem indispensável

Após o ensaio com o óleo, esvaziar a cuba e, usando o ar como dielétricoentre as placas, medir a rigidez dielétrica do mesmo e comparar oresultado obtido com o do óleo ensaiado.

Ambiente Óleo ArRigidez Dielétrica

1.5 – Análise

Após a execução do ensaio, deve-se analisar os resultados do mesmo.Sugere-se o seguinte guia:

- Comparar o óleo das amostrar e o ar, quanto à sua capacidade deisolamento elétrico.

- O ar poderia substituir o óleo nos tanques dos transformadores? Porque isto não é feito nos transformadores de médio e grande porte?



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- Justificar as grandes divergências entre os diversos valores de rigidezdielétrica para uma mesma amostra, caso existam.

- Efetuar o diagnóstico do óleo com base nos resultados finais.

- Explique a razão da observância de intervalo de tempo entre asdiversas medidas de rigidez dielétrica do óleo.

- O que ocorreria se a distância entre os eletrodos fosse reduzida pelametade? Os valores assim medidos, poderiam ser usados para análisedo óleo sob a luz da teoria vista?

- A rigidez dielétrica do óleo isolante é afetada pela ocorrência de umafaísca no mesmo? No instante da faísca, qual é o valor da rigidez? Oque acontece com ela após a extinção da faísca? Em que condiçõesisso não ocorre?

- Qual a forma dos eletrodos recomendada pelas normas? Haveriadiferença dos valores obtidos se os eletrodos fossem pontiagudos? Porque?

- Quais as vantagens e desvantagens do Askarel em relação aos óleosminerais?

- Explicar o princípio e a aplicação do Relé Buchholz.

2. Ensaio de Aquecimento de Transformadores

2.1 – Introdução

O Ensaio de Aquecimento tem como objetivo a verificação das condiçõestérmicas de operação dos transformadores, isto é, verificar se astemperaturas atingidas sob funcionamento normal em virtude das perdas,são suportáveis pelos seus componentes, sem deterioração ou perda dassuas características.

As temperaturas máximas que o transformador pode suportar dependemda classe do material isolante usado na sua construção. Os valores sãofixados por normas. No Brasil a norma que fixa tais valores é a NBR-5380 – Vide tabela na página 46 do livro texto.



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2.2 – Métodos de Ensaio

- Método da Carga Efetiva – É o método que fornece a melhor precisãoe como o próprio nome sugere, deve ser realizado colocando-se otransformador em funcionamento com carga nominal e fazendo-se asmedições de temperatura nesta condição. Óbviamente é de difícilexecução, sendo raramente utilizado.

- Método da Oposição – Exige o uso de dois transformadores iguais aosquais são ligadas fontes uma num transformador e outra no outro, paraa produção das perdas em curto. É também pouco usado por razõesóbvias.

- Método do Circuito Aberto – De forma análoga ao teste de circuitoaberto, aplica-se em um dos enrolamentos uma tensão que façacircular no mesmo uma corrente suficiente para produzir perdas noferro iguais às perdas totais do transformador, isto é, perdas iguais àsoma das perdas em vazio mais as perdas no cobre.

- Método do Curto-Circuito – De forma análoga ao teste de curto-circuito, coloca-se um dos enrolamentos em curto e aplica-se ao outrouma tensão suficiente para fazer circular uma corrente capaz deproduzir nos dois enrolamentos, perdas iguais às perdas totais no trafo.

A escolha do método a usar entre os dois últimos depende da proporçãodas perdas no cobre em relação àquelas no ferro. Se as perdas no cobresão maiores do que as perdas no ferro, o método indicado é o do curto-circuito. Caso contrário, deve-se adotar o método do circuito aberto.

2.3 – Determinação estatística da resistência ôhmica do enrolamento noinstante do desligamento

O método para determinação da resistência ôhmica do enrolamento noinstante do desligamento consiste na regressão linear de uma variável “X”pelo método dos Mínimos Quadrados, como abaixo:

y = ax + b

2 2

n (x.y) x. ya

n x ( x)

−=

−∑ ∑ ∑

∑ ∑



20

b = y a x

n

−∑ ∑

( )( )

22

22

n. (x ) xr a.

n. (y ) y

−=

−

∑ ∑∑ ∑

onde:

n – número de pares de leituras de resistência ôhmica e tempo;r – coeficiente de correlação entre as variáveis x e y. Quanto maispróximo de 1 for o valor de r mais perfeito será o ajustamento dos pontosx e y à reta y = ax + b.

Os valores anteriores de x e y são relacionados com a resistência ôhmicaR e o tempo T, respectivamente, como abaixo:

RegressãoValores Linear Exponencial

x R log Ry T T

Ro b 10b

Ro representa a resistência ôhmica no instante do desligamento.Deve ser adotada a regressão que apresentar maior valor de r.Esse método só é aceito para valores de r maiores ou iguais a 0,95.

2.4 – Preparação do Ensaio

- Registrar os seguintes dados de placa do transformador a ser ensaiado– potência, tensões, conexões, freqüência, tap para o qual está ligado etemperatura de operação.

- Calcular e registrar as correntes nominais de operação.

- Escolher a instrumentação adequada.

2.5 – Execução do Ensaio



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2.5.1 – Medir a temperatura ambiente e o valor da resistência doenrolamento de TS (tensão superior) para esta temperatura.Registrar na tabela.

2.5.2 – Executar a montagem conforme o método escolhido.

2.5.3 – Ajustar o valor da tensão da fonte para que o wattímetro marqueum valor igual à perda total determinada nos ensaios a vazio e emcurto-circuito.

2.5.4 – Anotar numa tabela os diversos tempos e as temperaturascorrespondentes do óleo, até que a variação de temperatura nãosupere 1oC em 3 horas de funcionamento.

2.5.5 – O gradiente máximo permitido pode ser visto na tabela da página46 do livro texto.

2.5.6 – A próxima etapa compreende a medição da temperatura dosenrolamentos. Deve-se deixar o transformador funcionar duranteaproximadamente uma hora com um dos enrolamentos em curto eo outro percorrido pela corrente nominal, de maneira análoga aoteste de curto.

2.5.7 – Em seguida mede-se os valores da resistência dos enrolamentosem vários tempos desde o desligamento.

2.6 – Análise

2.6.1 – Após o ensaio, construir a curva temperatura x tempo. Da curvaresultante, obter a temperatura máxima atingida pelo óleo isolante, emseguida calcular o gradiente máximo óleo-ambiente. Compará-lo com oda tabela da página 46.

2.6.2 – Construir o gráfico para a correção da resistência no instante dodesligamento.

2.6.3 – Com os valores da resistência a frio, da temperatura ambientecorrespondente e da resistência a quente do enrolamento, calcular atemperatura atingida pelos enrolamentos, com a fórmula:



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oo

R(K ) K

Rθθ = + θ −

onde θ é a temperatura desejada, θo é a temperatura ambiente, Ro é aresistência em ohms do enrolamento à temperatura ambiente, Rθ é aresistência em ohms do enrolamento à quente e K = 234,5 para o cobre e225 para o alumínio.

2.6.4 – Em seguida, calcular o gradiente de temperatura atingido peloenrolamento e compará-lo com os valores da tabela da página 46 do livrotexto.

2.6.5 – Enumerar suas conclusões sobre o trago em questão em relaçãoaos testes efetuados.

2.6.6 – No caso de um transformador se aquecer acima do estabelecido,qual o recurso a ser adotado para a sua utilização?

2.6.7 – Qual o meio usado para aumento da potência fornecida por umtransformador? Qual o aumento máximo normalmente conseguido? Oprocesso é automático?

3 – Conclusão:

Escreva em um mínimo de 10 linhas as suas conclusões sobre aimportância dos ensaios de rigidez dielétrica do óleo isolante e deaquecimento dos transformadores trifásicos.

TRANSFORMADORES

ENSAIO DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA

Dados obtidos:

- Trafo 3φ- Resfriamento a óleo- Potência 5 kVA – Ligação: Y-Y- Tensão: 380 – 220V- Elevação máxima de temperatura: 55OC – enrolamento a 40oC o óleo



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- Dados de ensaios: curto-circuito ⇒ Pcc = 160 watts e em vazio ⇒ Po =50 watts

- Potência a ser aplicada ao trafo: 210 watts

Dados de aquecimento do óleo: θamb = 27oC

Tempo θóleo

30 m 35oC1 h 41,5oC

1,5 h 45oC2 h 49oC

2,5 h 53oC3 h 56oC

3,5 h 59,5oC4 h 61oC4,5h 62oC5 h 62,8oC

5,5 h 63,5oC6 h 64,1oC

6,5 h 64,5oC7 h 64,8oC

7,5 h 65oC

Dados de aquecimento dos enrolamentos: θamb = 27oC e Rθamb = Ro =0,0248.

Tempo de desligamento Rθ

1 min 0,02672 min 0,02643 min 0,02624 min 0,0261



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AULA NO 5

ENSAIO PARA DETERMINAÇÃO DO RENDIMENTO EREGULAÇÃO

1. Introdução

1.1 – Rendimento de transformadores

Por definição, Rendimento é a relação entre a potência de saída P2 e apotência de entrada P1, normalmente expressa em porcentagem.

2

1

P% .100%

Pη =

O cálculo do rendimento pode ser feito usando-se as medidas das duaspotências. Entretanto, nos transformadores, os valores dos rendimentos,são muito altos, fazendo com que os valores medidos sejam muitopróximos e sua diferença supera freqüentemente a classe de precisão dosinstrumentos de medida. Nestes casos, é comum utilizar-se um processoindireto. O rendimento depende óbviamente, dos valores da carga e doseu fator de potência. O rendimento fornecido pelo fabricante, segundo aABNT, deve ser referente à sua carga nominal com fator de potênciaunitário.

A fórmula que permite o cálculo do rendimento pelo processo indireto, éa seguinte:

2 22

2 2 2 2 0

V I cos% x100

V I cos R I 1,2P

ϕη =

ϕ + +

V2I2 cosϕ = P2 – Potência de SaídaR2I2

2 = Pcc do ensaio em curtoPo = perdas em vazio



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Nesta aula, usaremos o processo direto para a medição do rendimento,utilizando como cargas três resistores.

1.2 – Rendimento em energia

As empresas de energia elétrica calculam o rendimento em energia diáriodos transformadores, consideram o rendimento em n intervalos de tempode potência aproximadamente constante (no intervalo de tempo n), sendoque h é medido em horas (rendimento diário) para cada intervalo. Aexpressão para o rendimento diário em energia será dada por:

2 2n

22 2 2 2 0

n n

V I cos .h% x100

V I cos .h R I .h 1,2P .24

ϕη =

ϕ + +

∑∑ ∑

sendo:

2h 2 2n

E V .I .cos .h= ϕ∑ – Energia de Saída no intervalo de tempo n.

2cc 2 2

n

E R .I .h= ∑ = Ecc - energia do ensaio em curto (Pcc) para o intervalo

de tempo n.Po = perdas em vazio, que ocorrem durante as 24 horas do dia.

1.3 – Regulação de Tensão de Transformadores

A Regulação de Tensão é a variação da tensão na saída do transformadorquando a carga nominal é retirada. Ela indica portanto, a capacidade dotransformador de manter tensão estável com a variação da carga desdevazio até plena carga. Normalmente, seu valor é fornecido emporcentagem da tensão nominal de saída.

Reg% = 2 2

2

E V.100

V

−

E2 é a tensão a vazio e V2 é a tensão com carga nominal.



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Da teoria vista em sala, sabe-se que a regulação depende também do valorda carga (corrente) e do tipo de carga (indutivo ou capacitivo) e do valordo seu fator de potência.

A regulação fornecida pelos fabricantes refere-se às condições nominaisde carga com fator de potência unitário.

2. Preparação do Ensaio

2.1 – Registrar os dados de placa do transformador a ser ensaiado

2.2 – Calcular as correntes nominais do mesmo.

2.3 - Efetuar a montagem conforme diagrama abaixo:

3. Execução do Ensaio

3.1 – Colocar uma carga variável no secundário do transformador ealimentá-lo com tensão nominal no primário.

3.2 – Registrar a tensão no secundário com carga zero.

3.3 – Variar a carga com fator de potência constante, com valores de I2

medidos de 0,5 em 0,5 Ampére, até atingir I2n.

3.4 – Para cada valor de I2 lido, registrar as diversas leituras dosinstrumentos, preenchendo o quadro a seguir:



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I2 V1 I1 V2 W1 W2 P1 W3 W4 P2 Reg%

η%

4. Análise:

4.1 – Com os dados obtidos do ensaio, traçar para o transformador emquestão a curva do rendimento em função da carga (η% x I2 ou η% xfc).

4.2 – Classificar o transformador pela curva obtida (força oudistribuição).

4.3 - Desenhe uma curva de carga diária hipotética de um transformador.Faça a análise de rendimento com base nesta curva e na expressãopara o rendimento diário em energia fornecida pelo transformador.(Não se esqueça que o carregamento do transformador se altera aolongo de um dia de funcionamento e que as perdas a vazio sãoconstantes).

4.4 – Utilizando a mesma montagem, determinar os valores de R2 e X2 dotransformador em uso. Utilize estes valores para o cálculo daregulação pelos métodos gráfico e analítico.

5. Conclusão:

Escreva em um mínimo de 10 linhas as suas conclusões sobre aimportância do ensaio para determinação do rendimento e regulação detransformadores trifásicos.



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AULA No 6

DETERMINAÇÃO DA POLARIDADE E DEFASAMENTOANGULAR DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

1. Preparação:

- Registrar os dados de placa do transformador a ser ensaiado.- Material necessário:

- 1 fonte CC- 2 voltímetros CA- 2 voltímetros CC- 1 amperímetro CC de ponteiro central- 1 varivolt trifásico- 1 transformador trifásico

2. Execução:

2.1 – Determinação da Polaridade

Determinar pelo método do golpe indutivo, a polaridade de cada colunado transformador, usando a montagem abaixo:

Realizar a ligação sucessivamente para cada uma das fases. Ao ligar, seV1 defletir positivamente, observar a deflexão de V2 ao desligar.- Se V2 defletir negativamente, a polaridade é subtrativa.- Se V2 defletir positivamente, a polaridade é aditiva.



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2.2 – Defasamento Angular

Efetuar a montagem abaixo para os ítens 2.2.1 e 2.2.2.

Fechar um curto entre H1 e X1 e alimentar o lado de TS com tensãotrifásica reduzida.

Vts = _______ Volts

2.2.1 – Efetuar as seguintes medidas, para a determinação dodefasamento angular do trago pelo método da comparação dastensões:

VH1-H3 = ____ Volts VH2-X2 = ___ Volts VH2-X3 = _____ Volts

VH3-X2 = ____ Volts VH3-X3 = ___ Volts

2.2.2 – Efetuar as seguintes medidas, para a determinação dodefasamento angular do trafo pelo método gráfico.

VX1-X2 = ____ Volts VH1-H2 = ___ Volts VH2-X2 = _____ Volts

VH2-X3 = ____ Volts VH3-X2 = ___ Volts VH3-X3 = _____ Volts

2.2.3 – Determinar o defasamento pelo método do golpe indutivo daseguinte maneira:



30

- Ligar uma fonte de CC através de uma chave à TS – positivo em H1 enegativo em H2.

- Ligar um amperímetro em três posições, aos terminais da TI, daseguinte forma:

1a. posição – X1X2 – positivo do instrumento em X1.2a. posição – X1X3 – positivo do instrumento em X1.3a. posição – X2X3 – positivo do instrumento em X2.

- Fechar o interruptor na TS, fazendo desta forma, H1 positivo e H2

negativo e verificar para as três posições, a polaridade dos terminaisX1-X2, X1 – X3 e X2 – X3.

3. Análise:

3.1 – Utilizando-se as leituras do ítem 2.2.1, determinar o defasamentoangular através da tabela que se segue.



31

3.2 – Usando-se as leituras do ítem 2.2.2, determinar o defasamentoangular através da construção gráfica.

3.3 – Utilizando-se as leituras do ítem 2.2.3, determinar o defasamentoangular através da tabela abaixo.



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X1 X2 X1 X3 X2 X3 Defasamento+ - + - - + 0o ou 0+ - 0 0 - + 30o ou 1- + - + + - 180o ou 6- + 0 0 + - 210o ou 7

3.4 – Por que o ensaio da determinação do defasamento angular nãopermite conhecer o tipo de ligação das TS e TI do trafo?

4. Conclusão:

Escreva em um mínimo de 10 linhas as suas conclusões sobre aimportância do ensaio para determinação do defasamento angular detransformadores trifásicos.



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AULA No 7

OPERAÇÃO EM PARALELO DE TRANSFORMADORES

1. Preparação:

- Registrar os dados de placa dos transformadores a serem ensaiados.- Material necessário:

- 1 voltímetro CA- 2 wattímetros CA- 3 amperímetros CA- 1 varivolt trifásico- 2 transformadores trifásicos

2. Execução:

Para que os dois transformadores possam ser conectados em paralelo, elesdevem satisfazer as seguintes condições:- devem possuir a mesma relação de transformação,- devem ter o mesmo grupo de defasamento,- deve apresentar a mesma impedância percentual,- e mesma relação entre resistência e reatância equivalentes.

Portanto, antes de se executar a ligação em paralelo dos transformadores,as condições enumeradas devem ser verificadas através de testes.

2.1 – Teste da Relação de Transformação

Alimentar o primário de cada um dos 2 transformadores com a tensãoprimária de 220 Volts e medir a tensão secundária resultante, no tap de110 volts.

Transformador 1 – K1 = 220/V2 Transformador 2 – K2 = 220/V2



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2.2 – Determinação dos Parâmetros

Fazer o ensaio em curto dos trafos de acordo com a figura acima para adeterminação de:

Vcc1 = _______ V Vcc2 = ________ V

Pcc1 = ________ W Pcc2 = _________ W

Z1% = ________ % Z2% = _________ %

R1% = ________ % R2% = _________ %

X1% = ________ % X2% = _________ %

2.3 – Defasamento Angular

Determinar por um dos métodos aprendidos o defasamento angular dosdois transformadores.

Sugere-se o método da comparação das tensões da ABNT. Para isso,pode-se aproveitar a montagem do circuito acima do ensaio em curto,bastando apenas retirar o curto do secundário, ligar H1 e X1 e medir astensões abaixo e compará-las, conforme tabela do ítem 3.1 da aula delaboratório anterior.

VH1-H2 = ________ Volts VH1-H2 = _______ Volts

VH2-X2 = ________ Volts VH2-X2 = _______ Volts



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DA1 = _______ DA2 = _______

2.4 – Paralelismo

De posse dos dados dos ensaios, concluir se já condições de ligação emparalelo dos dois transformadores.

Se for possível, após ligá-los, verifique as condições de operação, fazendomedidas das correntes de circulação nas conexões secundárias e da tensãosecundária correspondente.

Uma vez os trafos ligados em paralelo meça a corrente circulante entre osdois transformadores com os neutros interligados e com os neutros nosecundário isolados. Baseado neste fato responda as seguintes perguntas:

a) Em qual das duas situações a corrente circulante é menor? Por que?b) Qual é a situação real de operação em paralelo? Com os neutros

interligados ou isolados? Por que?



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3. Análise:

A operação satisfatória do circuito em paralelo composto pelos dostransformadores é concluída após análise das leituras da correntecirculante Icir e da tensão secundária Vsec.

Na situação ideal, a corrente Icir deve ser nula e a tensão Vsec deve serexatamente igual à nominal secundária dos dois transformadores.Justifique o por que.

Demonstre que, no caso do paralelismo, a relação abaixo é verdadeira:

1 2

2 1

S % Z %

S % Z %=

4. Conclusão:

Escreva em um mínimo de dez linhas suas conclusões sobre aimportância de um estudo detalhado dos dois transformadores quando dasua conexão em paralelo.

apostila de laboratório de transformadores

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