apostila manutenção e operação de transformadores (jul 00).pdf

7/25/2019 Apostila Manuteno e Operao de Transformadores (jul 00).pdf

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Antonio Tadeu Lyrio de Almeida

- Julho de 2000 -


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MANUTENO E OPERAO DE TRANSFORMADORES

NDICE

PARTE I: OPERAO DOS TRANSFORMADORES

CAPTULO 1: ELETROMAGNETISMO BSICO...........................................................................2RESUMO .........................................................................................................................................21.0 - TENSO INDUZIDA .............................................................................................................22.0- CAMPO MAGNTICO CRIADO POR CORRENTE ............................................................3

CAPTULO 2: PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DOS TRANSFORMADORESMONOFSICOS .................................................................................................................................4

RESUMO .........................................................................................................................................41.0 - PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO....................................................................................42.3 Corrente Transitria de Magnetizao (inrush)...................................................................64.1 - Relao de Transformao Terica ou Relao de Espiras. ................................................74.2 - Relao de Transformao Real ..........................................................................................7

5.0 - PARMETROS REFERIDOS................................................................................................76.0 - CIRCUITO EQUIVALENTE..................................................................................................87.0 - PARMETROS PORCENTUAIS ..........................................................................................9

CAPTULO 3: BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFSICOS........................................10RESUMO .......................................................................................................................................101.0 - INTRODUO .....................................................................................................................10

2.0 BANCO COM TRS TRANSFORMADORES...................................................................103.0 CONEXO DELTA ABERTO OU DUPLO V ...................................................................114.0 CONDIES PARA REALIZAR A CONEXO ...............................................................11

CAPTULO 4: PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DOS TRANSFORMADORESTRIFSICOS.....................................................................................................................................12

RESUMO .......................................................................................................................................121.0 - INTRODUO .....................................................................................................................122.0 - NCLEO ...............................................................................................................................123.0 - ENROLAMENTOS...............................................................................................................134.0 - PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO..................................................................................135.0 - RELAO DE TRANSFORMAO..................................................................................14

6.0 - CORRENTE EM VAZIO ......................................................................................................147.0 - CIRCUITO EQUIVALENTE E PARMETROS ................................................................14

CAPTULO 5: CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS E ACESSRIOS ..................................15RESUMO .......................................................................................................................................151.0 - INTRODUO .....................................................................................................................152.0 - NCLEO ...............................................................................................................................173.0 - ENROLAMENTOS...............................................................................................................18

3.1 Generalidades ....................................................................................................................183.2- Enrolamento helicoidal .......................................................................................................183.3 - Enrolamentos discoidais (panqueca)..................................................................................183.4 - Enrolamentos em camadas.................................................................................................18

4.0 - DISPOSITIVOS DE PRENSAGEM E CALOS.................................................................195.0 - ISOLAMENTO......................................................................................................................19


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6.0 TAPS OU DERIVAES...................................................................................................197.0 - BUCHAS ...............................................................................................................................19

7.1 - Generalidades.....................................................................................................................197.2 - Buchas a leo .....................................................................................................................207.3 - Buchas Condensivas ..........................................................................................................20

8.0 - TANQUE ...............................................................................................................................209.0 - REL BUCHHOLZ (TRAFOSCPIO)................................................................................20

9.1 - Consideraes gerais..........................................................................................................209.2 - Caractersticas Fsicas........................................................................................................219.3 - Caractersticas de funcionamento ......................................................................................219.4 - Observaes importantes ...................................................................................................229.5 - Defeitos mais importantes que podem ser captados pelo rel Buchholz ...........................229.6 - Teste em rels Buchholz ....................................................................................................23

10.0 - INDICADOR DE NVEL DE LEO..................................................................................2410.1 - Consideraes gerais........................................................................................................2410.2 - Caractersticas Principais .................................................................................................2410.3 - Cuidados no recebimento.................................................................................................2510.4 - Manuteno......................................................................................................................25

11.0 - TERMMETRO INDICADOR DE TEMPERATURA DO LEO (TIPO FLUDO EMTUBO CAPILAR)..........................................................................................................................25

11.1 - Consideraes gerais........................................................................................................2611.2 - Termmetro do enrolamento............................................................................................2611.3 - RTD - Registrador de Temperatura Distncia...............................................................28

12.0 - SECADOR DE AR DE SLICA - GEL...............................................................................28

13.0 - TUBO DE EXPLOSO.......................................................................................................2914.0 - VLVULA DE ALVIO DE PRESSO DE FECHAMENTO AUTOMTICO..............2915.0 - RELE DE SBITA PRESSO .......................................................................................2916.0 - OUTROS ACESSRIOS ....................................................................................................30

16.1 - Rel detetor de gs ...........................................................................................................3016.2 - Rel de falha de presso tipo J .....................................................................................3016.3 - Dispositivos diversos .......................................................................................................31

CAPTULO 6: GRANDEZAS CARACTERSTICAS .....................................................................32RESUMO .......................................................................................................................................321.0 - INTRODUO .....................................................................................................................322.0 - POTNCIA NOMINAL........................................................................................................32

3.0 - TENSO NOMINAL............................................................................................................324.0 - TENSO DE CURTO CIRCUITO OU IMPEDNCIA PORCENTUAL...........................33

4.1 - Trifsicos............................................................................................................................334.2 - Monofsicos.......................................................................................................................33

5.0 CORRENTES........................................................................................................................335.1 - Corrente Nominal...............................................................................................................335.2 - Corrente em Vazio .............................................................................................................33

6.0 - CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO .................................................................................346.1- Consideraes Gerais..........................................................................................................346.2 - Curto-Circuito no Transformador ......................................................................................34

7.0 - FREQNCIA NOMINAL ..................................................................................................358.0 - NVEL DE ISOLAMENTO ..................................................................................................359.0 - REGULAO.......................................................................................................................35


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PARTE II: MANUTENO E INSPEO DE TRANSFORMADORES

CAPTULO 7: ASPECTOS SOBRE A MANUTENO DE TRANSFORMADORES................38RESUMO .......................................................................................................................................381.0 - INTRODUO .....................................................................................................................382.0 - ATIVIDADES DE MANUTENO....................................................................................383.0 - TERMINOLOGIA USUAL...................................................................................................394.0 - TESTES E ENSAIOS EM TRANSFORMADORES DE POTNCIA.................................40

4.1- Ensaios de Rotina................................................................................................................404.2 - Ensaios de Tipo..................................................................................................................40

4.3 - Ensaios Especiais ...............................................................................................................404.4 - Testes a serem executados .................................................................................................40REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS...........................................................................................41

CAPTULO 8: ANORMALIDADES EM TRANSFORMADORES................................................41RESUMO .......................................................................................................................................411.0 - INTRODUO ....................................................................................................................412.0 - ESTATSTICA DE DEFEITOS...........................................................................................413.0 - ANALISE DE ANORMALIDADES ....................................................................................42

4.0 - TABELA PARA CONSULTA RPIDA DE DEFEITOS, SUAS CAUSAS E SOLUES........................................................................................................................................................43REFERNCIA BIBLIOGRFICA ...............................................................................................43

CAPTULO 9 MANUTENO PREVENTIVA DE TRANSFORMADORES..............................47RESUMO .......................................................................................................................................471.0 - INTRODUO .....................................................................................................................472.0 - COMENTRIOS SOBRE OS QUESITOS A AVALIAR DURANTE A MANUTENOPREVENTIVA DE TRANSFORMADORES...............................................................................473.0 - PROCEDIMENTOS PARA AS INSPEES......................................................................504.0 - PROGRAMA GERAL DE MANUTENO PREVENTIVA.............................................51Tabela 7 Programa Geral para Manuteno Preventiva Semestral [ 1 ] ..................................54Tabela 8 Programa Geral para Manuteno Preventiva Anual [ 1 ] ........................................54Tabela 9 Programa Geral para Manuteno Preventiva Bienal [ 1 ] ........................................54Tabela 10 Programa Geral para Manuteno Preventiva Trienal [ 1 ].....................................555.0 - TESTES E ENSAIOS APLICVEIS MANUTENO DE TRANSFORMADORES.......55

5.1 - Ensaios Realizveis no Campo (Testes) ............................................................................555.2 - Periodicidade dos Ensaios - ...............................................................................................55

6.0 - ADEQUAO DAS EQUIPES DE MANUTENO ........................................................557.0 - CONSIDERAES FINAIS.................................................................................................56

REFERNCIA BIBLIOGRFICA ...............................................................................................56


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PARTE III: TESTES E ENSAIOS

CAPTULO 10: RESISTNCIA HMICA DOS ENROLAMENTOS............................................58RESUMO .......................................................................................................................................581.0 - INTRODUO .....................................................................................................................582.0 MTODO DA QUEDA DE TENSO .................................................................................583.0 MTODO DA PONTE .........................................................................................................584.0 OBTENO DOS RESULTADOS .....................................................................................59

4.1 Transformadores Monofsicos ..........................................................................................594.2 Transformadores trifsicos com conexo estrela sem neutro acessvel ............................60

4.3 Transformadores trifsicos com conexo estrela com neutro acessvel............................604.4 Conexo em delta ..............................................................................................................604.5 Conexo em zig-zag ..........................................................................................................60

5.0 CUIDADOS PRTICOS E OBSERVAES.....................................................................607.0 EQUIPAMENTOS NECESSRIOS....................................................................................618.0 CONSIDERAES FINAIS ................................................................................................61

CAPTULO 11: POLARIDADE E DEFASAMENTO ANGULAR.................................................62RESUMO .......................................................................................................................................621.0 - INTRODUO .....................................................................................................................62

2.0 - POLARIDADE DE UM TRANSFORMADOR....................................................................623.0 - MTODO DO GOLPE INDUTIVO COM CORRENTE CONTNUA PARA ADETERMINAO DA POLARIDADE.......................................................................................634.0 - CONSIDERAES SOBRE CONEXES DOS ENROLAMENTOS E DEFASAMENTOANGULAR ....................................................................................................................................635.0 - MTODO DO GOLPE INDUTIVO COM CORRENTE CONTNUA PARA ADETERMINAO DO DEFASAMENTO ANGULAR..............................................................64REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS...........................................................................................65

CAPTULO 12: MEDIO DA RELAO DE TRANSFORMAO.........................................66RESUMO .......................................................................................................................................661.0 - INTRODUO .....................................................................................................................662.0 RELAO DE TRANSFORMAO TRANSFORMADORES MONOFSICOS.......663.0 RELAO DE TRANSFORMAO TRANSFORMADORES TRIFSICOS................674.0 - DETERMINAO DA RELAO DE TENSOES ............................................................685.0 - MTODO DO VOLTMETRO.............................................................................................686.0 - DIAGRAMAS FASORIAIS E O TTR..................................................................................697.0 - DIAGRAMA FASORIAL E DEFASAMENTO ANGULAR ..............................................718.0 - DEFASAMENTO ANGULAR E O TTR .............................................................................71

8.1 - Transformador com neutro acessvel .................................................................................718.2 - Transformadores com conexo Dd ....................................................................................71

8.3 - Transformadores sem Neutro Acessvel ............................................................................719.0 - MTODO DO VOLTMETRO E O TTR.............................................................................7410.0 - CONCLUSES ...................................................................................................................74


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CAPTULO 13: PERDAS, CORRENTES DE EXCITAO E TENSO DE CURTO-CIRCUITO............................................................................................................................................................75

RESUMO .......................................................................................................................................751.0 - INTRODUO .....................................................................................................................752.0 - CORRENTE DE EXCITAO ............................................................................................763.0 - TENSO DE CURTO-CIRCUITO.......................................................................................764.0 ENSAIO EM VAZIO...............................................................................................................77

4.1 Objetivo................................................................................................................................774.2 - Consideraes Gerais .........................................................................................................774.3 - Execuo do ensaio............................................................................................................77

5.0 ENSAIO EM CURTO-CIRCUITO..........................................................................................78

5.1 Objetivo................................................................................................................................785.2 Consideraes Gerais ...........................................................................................................785.3 Execuo do Ensaio - Transformadores com Dois Circuitos...............................................786.0 CUIDADOS PRTICOS E OBSERVAES....................................................................79

CAPTULO 14: AQUECIMENTO E ELEVAO DE TEMPERATURA.....................................81RESUMO .......................................................................................................................................811.0 - INTRODUO .....................................................................................................................812.0 - REFRIGERAO.................................................................................................................82

2.1 - Transformador Imerso em leo com Resfriamento e Circulao de leo Natural (ONAN)

....................................................................................................................................................822.2 - Transformador Imerso em leo com Circulao Natural de leo e Opo paraResfriamento Atravs de Ventilao Forada (ONAN/ONAF).................................................832.3 - Transformadores em leo, Resfriamento a gua (ONWN)..............................................832.4 - Transformadores em leo, Resfriamento com Circulao Forada ..................................832.5 - Outros Mtodos..................................................................................................................832.6 - Transformadores a Seco (AN ou ANAN) ..........................................................................83

3.0 - ELEVAO DE TEMPERATURA .....................................................................................834.0 - TEMPERATURA AMBIENTE ............................................................................................845.0 - MTODOS DE CARGAS.....................................................................................................84

5.1 - Mtodo da Carga Efetiva ...................................................................................................84

5.2 - Mtodo da Oposio ..........................................................................................................845.3 - Mtodo do Circuito Aberto ................................................................................................845.4 - Mtodo do Curto-Circuito..................................................................................................84

6.0 ELEVAO DE TEMPERATURA - TRANSFORMADORES EM LEO......................846.1 Verificao do Gradiente de Temperatura leo - Ambiente ............................................856.2 - Verificao do Gradiente de Temperatura Enrolamentos-Ambiente.................................85

7.0 - OBSERVAES IMPORTANTES SOBRE O ENSAIO DE AQUECIMENTO................86


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PARTE IV: ASPECTOS E ENSAIOS DO SISTEMA DE ISOLAMENTO

CAPTULO 15: ASPECTOS GERAIS SOBRE O SISTEMA DE ISOLAMENTO ........................89RESUMO .......................................................................................................................................891.0 - INTRODUO .....................................................................................................................892.0 - CONCEITUAO GERAL..................................................................................................893.0 PROPRIEDADES DE UM ISOLAMENTO ........................................................................894.0 - COMPORTAMENTO DO ISOLAMENTO COM A APLICAO DE TENSOCONTNUA...................................................................................................................................905.0 - COMPORTAMENTO DO ISOLAMENTO COM APLICAO DE TENSOALTERNADA................................................................................................................................916.0 - ENSAIOS DIELTRICOS ....................................................................................................92

CAPTULO 16: RESISTNCIA DE ISOLAMENTO ......................................................................93RESUMO .......................................................................................................................................931.0 - INTRODUO .....................................................................................................................932.0 - CONSIDERAES SOBRE AS MEDIDAS DE RESISTNCIA DO ISOLAMENTO.....933.0 - TIPOS DE TESTES...............................................................................................................94

3.1 - Prova rpida da resistncia de isolamento .........................................................................943.2 - ndice de absoro e polarizao .......................................................................................943.3 - Prova das duas tenses .......................................................................................................95

4.0 - CRITRIOS PARA AVALIAO DA RESISTNCIA DE ISOLAMENTO....................95

4.1 - Consideraes gerais..........................................................................................................954.2 Critrio I (NBR 7036/1981) ..............................................................................................954.3 Critrio II...........................................................................................................................964.4 - Correo de temperatura ....................................................................................................96

5.0 - MEDIDA DA RESISTNCIA DO ISOLAMENTO EM TRANSFORMADORES EMDOIS CIRCUITOS.........................................................................................................................97

5.1 Consideraes Gerais ........................................................................................................975.2 Procedimento para a medida da resistncia de isolamento ...............................................97

6.0 CUIDADOS PRTICOS ......................................................................................................987.0 - CONCLUSES .....................................................................................................................98

CAPTULO 17: FATOR DE POTNCIA DO ISOLAMENTO.......................................................99RESUMO .......................................................................................................................................991.0 - INTRODUO ....................................................................................................................992.0 - CONSIDERAES SOBRE A PONTE DOBLE...............................................................100

2.1 - Generalidades...................................................................................................................1002.2 - Princpio de Funcionamento ...........................................................................................100

2.3 - Painel e funes ..............................................................................................................1002.4 - Cabos................................................................................................................................1023.0 - PROCEDIMENTOS PARA MEDIOES COM A PONTE DOBLE.............................102

4.0 - MEDIES EM TRANSFORMADORES DE DOIS CIRCUITOS..................................104

5.0 - CLCULO DO FATOR DE POTNCIA...........................................................................1047.0 - CONCLUSES ...................................................................................................................105


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PARTE V: FLUDOS DIELTRICOS E REFRIGERANTES (LEOS)

CAPTULO 18: TIPOS DE FLUDOS DIELTRICOS E REFRIGERANTES ............................107RESUMO .....................................................................................................................................1071.0 - INTRODUO ...................................................................................................................1072.0 - LEOS MINERAIS ............................................................................................................1073.0 - ASCARIS ..........................................................................................................................1084.0 - FLUIDO DE SILICONE .....................................................................................................1095.0 - FLUIDO RTEmp .................................................................................................................109

CAPTULO 19: PROPRIEDADE DOS FLUDOS DIELTRICOS E REFRIGERANTES .........110RESUMO .....................................................................................................................................1101.0 - PROPRIEDADES FSICO-QUMICAS.............................................................................110

1.1 - Colorao .........................................................................................................................1101.2 - Ponto de Fulgor, de Inflamao e Combusto .................................................................1101.3 - Ponto de fluidez ...............................................................................................................1101.4 - Densidade.........................................................................................................................1101.5 - Viscosidade......................................................................................................................1111.6 - Ponto de anilina................................................................................................................1111.7 - Acidez (Nmero ou ndice de Neutralizao)..................................................................1111.8 - Tenso interfacial.............................................................................................................1111.9 - Estabilidade Oxidao...................................................................................................1121.10 - Enxofre Corrosivo.........................................................................................................1121.11 - Cloreto e Sulfetos Inorgnicos.......................................................................................112

2.0 - PROPRIEDADES ELTRICAS .........................................................................................1122.1 - Rigidez Dieltrica ............................................................................................................1122.2 - Fator de potncia do leo isolante....................................................................................112

3.0 - ESPECIFICAES TCNICAS ........................................................................................112

CAPTULO 20: ENSAIO DE RIGIDEZ DIELTRICA.................................................................114RESUMO .....................................................................................................................................1141.0 - INTRODUO ...................................................................................................................1142.0 - MEDIDA DA RIGIDEZ DIELTRICA - MTODO ASTM-D877...................................1153.0 - MEDIDA DA RIGIDEZ DIELTRICA - MTODO VDE 370.........................................1154.0 - CRITRIO DA CONSISTNCIA ESTATSTICA ............................................................115

5.0 - CUIDADOS COM O MEDIDOR DE RIGIDEZ................................................................1166.0 - TESTES NA REA.............................................................................................................1167.0 - CONCLUSES ...................................................................................................................116

CAPTULO 21: MANUTENO DE FLUDOS DIELTRICOS E REFRIGERANTES...........118RESUMO .....................................................................................................................................1181.0 - INTRODUO ...................................................................................................................1182.0 - ASPECTOS DA MANUTENO .....................................................................................1183.0 - AQUECIMENTO EXCESSIVO .........................................................................................1194.0 - PRESENA DE GUA ......................................................................................................1195.0 - ENTIDADES NORMALIZADORAS.................................................................................120

6.0 - ENSAIOS NOS LEOS ISOLANTES...............................................................................1207.0 MANUTENO PERIDICA DOS LEOS ...................................................................1208.0 CONSIDERAES FINAIS ..............................................................................................121


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CAPTULO 22: ANLISE DOS GASES DISSOLVIDOS (CROMATROGRAFIA)...................123RESUMO .....................................................................................................................................1231.0 - INTRODUO ...................................................................................................................1232.0 - GASES CARACTERSTICOS ASSOCIADOS A FALHAS............................................1233.0 - TCNICAS DE DIAGNSTICO .......................................................................................1244.0 CONSIDERAES FINAIS ..............................................................................................126

CAPTULO 23: TRATAMENTO DE FLUDOS DIELTRICOS E REFRIGERANTES............128RESUMO .....................................................................................................................................1281.0 - INTRODUO ...................................................................................................................128

2.0 - CONSIDERAES SOBRE O TRATAMENTO E CONTAMINANTES .......................1283.0 - FILTRAGEM.......................................................................................................................1294.0 - CENTRIFUGAS..................................................................................................................1315.0 - TRATAMENTO TERMOVCUO.....................................................................................1316.0 - RECUPERAO DE LEO COM TERRA FLLER......................................................132

CAPTULO 24: AMOSTRAGEM DE FLUDOS DIELTRICOS E REFRIGERANTES PARAANLISE FSICO-QUMICA ........................................................................................................134

RESUMO .....................................................................................................................................134

1.0 - INTRODUO ...................................................................................................................1342.0 - TRANSFORMADORES COM BOMBAS DE CIRCULAO........................................1343.0 - UTILIZAO .....................................................................................................................1344.0 - ARMAZENAMENTO.........................................................................................................1345.0 - DISPOSITIVOS...................................................................................................................1346.0 - RECIPIENTE.......................................................................................................................1357.0 - PROCEDIMENTOS............................................................................................................135

7.1 - Retirada do leo em tambores..........................................................................................1357.2 - Retirada do leo em transformadores ..............................................................................135

CAPTULO 25: AMOSTRAGEM DE FLUDOS DIELTRICOS E REFRIGERANTES PARAANLISE CROMATROGRFICA................................................................................................137

RESUMO .....................................................................................................................................1371.0 - AMOSTRAGEM DE GASES DE SELOS GASOSO (POR EXEMPLO, COLCHES DE

NITROGNIO) E RELS COLETORES DE GS (BUCHHOLZ) ..........................................1371.1 - Generalidades...................................................................................................................1371.2 - Material de amostragem...................................................................................................1371.3 - Mtodo de amostragem....................................................................................................137

2.0 AMOSTRAGEM DE LEO DO TRANSFORMADOR......................................................1382.1 - Generalidades...................................................................................................................1382.2 - Material de amostragem...................................................................................................1392.3 - Mtodo de amostragem....................................................................................................139


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CAPTULO 26: MANUSEIO E ESTOCAGEM DE FLUDOS DIELTRICOS EREFRIGERANTES..........................................................................................................................140

RESUMO .....................................................................................................................................1401.0 - TRANSPORTE....................................................................................................................140

1.1 - Caminhes Tanque...........................................................................................................1401.2 - Tambores..........................................................................................................................1401.3 - Containers de borracha sinttica ......................................................................................140

2.0 - ESTOCAGEM .....................................................................................................................140

2.1 - Tanques ............................................................................................................................1402.2 - Tambores..........................................................................................................................1412.3 - Containers ........................................................................................................................141


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PARTE I: OPERAO DOS TRANSFORMADORES

MANUTENO E OPERAODE TRANSFORMADORES


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Parte I: Operao dos Transformadores

________________________________________________________________________________ Captulo 1: Conceitos Fundamentais Sobre Eletromagnetismo - 2

CAPTULO 1: ELETROMAGNETISMO BSICO"O essencial invisvel aos olhos"

Saint Exupery

RESUMO

Os transformadores tem seu princpio de

funcionamento baseado nas leis da induo e conjugadoeletromagntico. Este texto apresenta de forma

simplificada algumas destas leis e fenmenos aplicados ao

seu estudo.

1.0 - TENSO INDUZIDA

Sabe-se que sempre que houver movimento

relativo entre um campo magntico e um condutor serinduzida uma tenso (f.e.m. - fora eletromotriz) em seus

terminais; esta simplificadamente, a lei de Faraday, a qual

foi quantificada por Newmann, ou seja:

e = V l B sen (1)

onde:

e - fora eletromotriz (tenso) induzida em um

determinado instante [V];

v - velocidade relativa entre campo e condutor [m/s];l - comprimento do condutor imerso no campo

magntico [m];B - induo magntica [Wb/m

2];

- ngulo formado entre o campo magntico e avelocidade instantnea do condutor, tomando-se B

como referncia [rad].

A figura 1 esclarece o exposto, supondo campo

magntico uniforme (ou seja, B possui o mesmo valor

em qualquer ponto).

Na figura 1 mostra-se o sentido da f.e.m induzida,

o qual dado pela regra de Fleming, ou seja:

a) sentido de e dado pelo polegar da modireita;

b) sentido de v dado pelo indicador da moesquerda;

c) sentido de B dado pelo dedo mdio da modireita.

Figura 1 - Fora eletromotriz induzida em um condutor.

Observe-se que o ngulo entre v e B na figura 1

90o.

Pelo exposto, para que haja um aumento ou diminuioda tenso induzida nos terminais a-b do condutor deve-se

alterar as grandezas relacionadas na expresso (1). Assim,

para uma modificao na velocidade necessrio atuar

mecanicamente sobre o condutor e, para a mudana da

intensidade de campo, deve-se utilizar um eletroim, o qual

permite o seu controle. Em relao ao comprimento imersono campo, pode-se adotar a hiptese de executar um

eventual aumento, colocando-se mais condutores em srie

com o primeiro; desta forma, se houverem N condutoresem srie, resulta:

e = N v l B (2)

Por outro lado, supondo-se que o condutor execute um

movimento circular uniforme, como esquematizado na

figura 2, tem-se:

t= (3)

onde:

- velocidade angular [rad/s];

t - tempo [s].

Figura 2 - Condutor em movimento circular uniforme.

Sabe-se que no movimento circular uniforme:

V = . R

Substituindo (3) e (4) em (2), resulta:

e = N . . l . B . sent (5)

como:

max = B . A (6)

A = l . D (7)


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________________________________________________________________________________ Captulo 1: Conceitos Fundamentais Sobre Eletromagnetismo - 3

D = 2 . R (8)

e:

= 2f (9)obtm-se:

e = . Nf maxsent = emaxsent (10)

A expresso (10) permite dizer que a tenso

induzida nos terminais de um condutor em movimento

circular uniforme, imerso em campo magntico igualmente

uniforme, alternada e senoidal.

Se ao invs de apenas um condutor, houver uma

espira, como a mostrada na figura 3, executando o

movimento em condies idnticas tem-se:

eesp = 2 . e = 2emaxsent (11)

Figura 3 - Espira imersa em campo magntico e

executando movimento circular uniforme.

O valor eficaz da tenso :

E E f N N fRMS max max= = =2

24 44

. (12)

O valor mdio :

EE

N fmedRMS

max= =1114

. (13)

2.0- CAMPO MAGNTICO CRIADO POR CORRENTE

Corrente circulando por um condutor cria um

campo magntico cuja intensidade dada pela lei de Biot-

Savart e sentido pela regra de Ampre.

A lei de Biot-Savart dada por:

H l NI. Re .= = (14)

onde:

H - intensidade de campo [A/m];l - comprimento do circuito magntico [m];

Re- relutncia do circuito magntico, dado por:

Rl

Ae = .

1

(15)

- permeabilidade magntica do meio;A- seo transversal do circuito magntico [m2]

Figura 4 - Campo magntico criado por corrente

Pela figura 5 e expresso (14) nota-se que possvelcontrolar a imantao de um determinado material

magntico, ou seja, aumentar ou diminuir o fluxo

magntico, dentro de certos limites, alternando-se a

corrente que circula pelas espiras. Esta corrente recebe o

nome de corrente de excitao e se relaciona como fluxo

magntico atravs da chamada curva de saturao.

Figura 5 - Imantao de um material magntico.

Figura 6 - Curva de saturao (exemplo)


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________________________________________________________________________________ Captulo 2: Princpio de Funcionamento dos Transformadores Monofsicos - 4

CAPTULO 2: PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

DOS TRANSFORMADORES MONOFSICOS"No se pode ensinar alguma coisa a algum, pode-se apenas

auxiliar a descobrir por si mesmo.

Galileu Galilei

RESUMO

Este captulo trata do princpio defuncionamento do transformador monofsico e

apresentando vrias grandezas e aspectos de suaoperao.

1.0 - PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

O transformador monofsico, em sua forma maiselementar, constitui-se de um ncleo de materialmagntico e enrolamentos, como mostraesquematicamente a Figura 1.

Figura - 1 Transformador monofsico elementar

O funcionamento do transformador monofsicobaseia-se no principio de. que a energia eltrica pode sertransferida entre dois circuitos devido ao fenmeno dainduo magntica.

Aplicando-se a tenso U1, no primrio dotransformador, circular uma pequena correntedenominada corrente em vazio, representada nestetexto por I0. Se a tenso aplicada varivel no tempo, acorrente I0tambm o .

De acordo com a lei de Ampre, tem-se:

H.l = N1I0 (1)

onde:H a intensidade do campo;

l o comprimento do circuito magntico;N1I0 a fora magnetomotriz.

A expresso (1) pode ser rescrita como:

Re= N110 (2)

onde:

Re- relutncia do ncleo;- fluxo magntico.

Desta forma, verifica-se que a foramagnetomotriz impulsiona o fluxo magntico peloncleo, sendo limitado pela relutncia.. Naturalmente, sea corrente varivel no tempo, o fluxo magnticotambm o .

Por outro lado, sabe-se pela lei de Faraday, que

sempre que houver movimento relativo entre o fluxomagntico e um circuito por ele cortado., sero induzidastenses neste circuito.

Pelo exposto, no transformador da Figura 1,existiro tenses induzidas no primrio (E1) e nosecundrio (E2) , devido variao do fluxo em relaos espiras.

Os valores eficazes das tenses induzidas sodados por:

E1 = 4,44.N1.f.S.Bmax (3)

E2 = 4,44N2.f.S.Bmax (4)onde:

E1, E2 - valores eficazes das tenses induzidas noprimrio e secundrio, em[V];N1, N2 - nmero de espiras dos enrolamentos primrio esecundriof-- freqncia, [Hz];S- seo transversal do ncleo do transformador, [m2];B- valor da induo magntica no ncleo, [wb/m 2].

Observe-se que:

m=B.S (5)


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sendo m o fluxo magntico (mtuo) do ncleo dotransformador, [wb]. Deve-se observar que otransformador no ideal e, sendo assim, osenrolamentos possuem resistncia e capacitncia (alm,naturalmente, da indutncia) e existem fluxos dedisperso. Os efeitos capacitivos tornam-se importantesem transformadores acoplados circuitos eletrnicos comfreqncias extremamente elevadas (em geral at 400 Hz,tais efeitos so desprezveis) ou tenses com altosvalores.

Por outro lado, as bobinas, geralmente, somontadas concntricamente, para aproveitamento de uma

parcela do fluxo de disperso; como dado prtico,normalmente realiza-se esta montagem com as bobinas demaior tenso envolvendo as de menor. Tal disposio noaltera o funcionamento do transformador, apenas otimizao aproveitamento do fluxo.

Figura 2 Ncleo do transformador Representaoesquemtica

2.0 - CORRENTE EM VAZIO2.1- Consideraes Gerais

A funo da corrente em vazio suprir as perdasdo transformador quando opera sem carga e produzir ofluxo magntico, como mostrado no item anterior.

Considerando-se estes aspectos, esta correntepode ser subdividida em duas parcelas distintas, ou seja:

a) Ip - Corrente ativa ou de perdas,responsvel pelas perdas no ncleo eest em fase com a tenso aplicada ao

primrio U1; e,

b) Im Corrente magnetizante ou reativa,responsvel pela criao do fluxomagntico (m) e est atrasado de 90

0

em relao U1.

A Figura 3 esclarece o citado

Figura 3 Diagrama fasorial do transformador em vazio

Do diagrama tem-se:

I0 =22mp II + (6)

Ip = I0 cos0 (7)

Im= I0 sen0 (8)

As perdas em vazio so:

P = U1I0cos0= U1Ip (9)

onde 0 a defasagem entre U1e I0.

Naturalmente, de interesse prtico que as

perdas sejam as menores possveis. Para que tal ocorra, acorrente a vazio deve ser, em quase sua totalidade,utilizada para a magnetizao do ncleo; emconseqncia:

Im Ip (10)

Assim, o valor do ngulo 0 deve ser o maiorpossvel e o cos0 (fator de potncia em vazio) possuirbaixos valores.

comum considerar-se que a corrente em vazio igual de magnetizao, pois, devido a expresso (10),

o erro cometido no significativo.

2.2 - Forma de Onda da Corrente em Vazio

A corrente em vazio assume valores bastantebaixos situando-se na faixa de 1 a 7% da correntenominal do circuito primrio. Desta forma, a queda detenso no primrio pequena nesta condio; isto leva aconsiderar que:

U1 =E1 (11)

Se a tenso aplicada ao primrio U1 possuirforma de onda senoidal, E1 tambm possuir. Por outrolado, considerando-se as express5es (3) e (5),tem-se queo fluxo tem a mesma forma de onda de E1 (ou seja,senoidal no caso), porm com defasagem de 900eltricos.

Por outro lado, considerando-se a expresso (2),tem-se que:

Im=1N

Re (12)

Observe-se que o fluxo magntico senoidal, N1 constante, porm a relutncia varia devido aos


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diferentes estados de saturao que ocorrem no ncleo.Com tais consideraes, conclui-se que a corrente demagnetizao, obrigatoriamente, no senoidal, o queresulta em uma corrente em vazio igualmente no

senoidal. A Figura 4 explica o exposto de forma grfica.

Figura 4- Processo grfico para a determinao da formade onda da corrente de magnetizao.

Para a construo da forma de onda, adotar oseguinte procedimento:

a) Para um determinado instante, determina-se o valor de m;

b) Para este valor de m (crescente oudecrescente), verifica-se na curva de

Histerese o valor de i0;c) Transporta-se para o dado t, o valor de i0

correspondente e, assim, tem-se umponto da curva de i0;

d) Repetir o processo para outros pontos etraar a forma de onda da corrente.

Como conseqncia do formato no senoidal dacorrente em vazio, h a produo de harmnicos,

principalmente os de terceira ordem.

2.3 Corrente Transitria de Magnetizao (inrush)

Tal fenmeno foi observado por Fleming em1892, mostrando que quando um transformador conectado rede, uma grande corrente transitria demagnetizao (corrente inrush) comumente observada.

O seu efeito causar momentaneamente umaqueda de tenso e poder provocar a atuao de relsinstantneos.

A amplitude desta corrente depende de doisfatores:

a) ponto do ciclo da tenso no qual achave para energizao foi fechada ;

b) Condies magnticas do ncleo, nas

quais inclui-se a intensidade e apolaridade do fluxo residual.

Convm lembrar que o transitrio da corrente deenergizao dura alguns ciclos nos pequenostransformadores, podendo atingir at vrios ciclos nostransformadores de fora.

Um oscilograma tpico para os regimestransitrio e permanente da corrente a vazio mostradona Figura 5.

Figura 5 Forma de onda da corrente de energizao

3.0 - O TRANSFORMADOR EM OPERACO

Considere-se a figura 6.

Figura 6 Transformador monofsico em operao

Com o transformador operando em vazio, ousem carga, a corrente I0 magnetiza o transformador einduz as tenses E1 e E2. Fechando-se a chave S docircuito secundrio do transformador, haver circulaoda corrente I2 em seu enrolamento, cujo valor dependeexclusivamente da carga. Como visto, de acordo com alei de Ampre, I2 criar o fluxo de reao 2 e dedisperso disp2, sendo que o primeiro tende a anular m.

Para que o transformador continue magnetizado, haveruma compensao de fluxo no primrio, ou seja: paramanter a magnetizao, o transformador exigir da redeuma corrente suplementar a I0, de modo a compensar 2;esta corrente receber a denominao de I2, a qual cria ofluxo 1. Assim, a corrente primria I1:

I1=22

20 II + (13)

de onde:

I0=22

21 II (14)


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Da expresso (14) possvel concluir que, emqualquer condio de operao do transformador, sempreexistir a corrente I0e que somente ela responsvel pelainduo de E1 e E2, em outras palavras, E1 e E2independem do regime de carga.

4.0 - RELACO DE TRANSFORMACO

A relao de transformao das tenses de umtransformador monofsico definida de duas formas:

4.1 - Relao de Transformao Terica ou Relaode Espiras.

Definida por:

KN =SBfN

SBfN

E

E

..44,4

...44,4

2

1

2

1 = (15)

Portanto:

KN =2

1

2

1

N

N

E

E= (16)

Porm, sabe-se que:

2

1

2'2 I

N

NI = (17)

e,

I1=22

20 II + (18)

Como

0'2 II >> (19)

tem-se que:

I1= I2 (20)

Assim:

KN =2

1

1

2

N

N

I

I= (21)

Desta forma:

KN=1

2

2

1

2

1

I

I

N

N

E

E== (22)

No funcionamento em vazio:

I1= I0 (23)

Devido a este fato, como citado anteriormente, aqueda de tenso primria mnima; assim:

U1E1 (24)

Alm disto, nesta condio:

U2= E2 (25)

Assim:

2

1

2

1

U

U

E

EKN = (26)

A expresso (26) importante, pois E1 e E2soacessveis a uma medio; assim, utilizando-se umvoltmetro no primrio obtm-se U1 e, no secundrio,estando o transformador em vazio, U2; desta forma, acha-se a relao do nmero de espiras com pequeno erro.

4.2 - Relao de Transformao Real

Ao aplicar uma carga ZC ao secundrio, acorrente I2 circula pelo secundrio e I1 assume valoressuperiores a I0assim, haver queda de tenso no primrioe no secundrio e, portanto:

U2E2 (27)

Nestas condies, define-se a relao detransformao real, ou a relao entre as tenses

primrias e secundrias quando do transformador emcarga; ou seja:

1

2

2

1

I

I

U

UK = (28)

Eventualmente, se a queda de tenso secundriafor pequena (o que acontece para transformadores bem

projetados) pode-se supor que:

KN= K (29)

Observe-se que:

a) se K > 1, o transformador abaixador; e,

b) se K < 1, o transformador elevador.

5.0 - PARMETROS REFERIDOS

Em sistemas eltricos com vrias tenses deservio, normalmente se emprega a reduo de todas elasa uma mesma base. Desta maneira, todos os clculos

podem ser realizados como se houvesse apenas umcircuito ( o caso da representaopu).


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Na teoria dos transformadores reduz-se (ourefere-se ) os valores de correntes e tenses do secundrio

para o primrio (ou vice-versa); em outras palavras, asgrandezas secundrias (ou primrias) so substitudas por

outras no primrio (ou secundrio) que produzam osmesmos efeitos que as anteriores.

Observe-se que, referindo-se um dos lados aooutro constri-se um circuito eltrico equivalente aotransformador sem a presena de enrolamentos e ncleo.Estes circuitos podem ser aplicados diretamente emsistemas de potncia, facilitando quaisquer tipos declculos.

Neste texto, as grandezas secundrias seroreferidas ao primrio.

Tenses

222

12 .' EKE

NNE == (30)

222

12 .' UKU

N

NU == (31)

Correntes

K

II 22 '= (31)

Impedncias

2

2

2

2

2

2

2

/'.

''' K

I

U

KI

KU

I

UZC === (32)

Portanto:

ZC = ZCK2 (33)

Naturalmente, a resistncia e reatncia referidasso calculadas de maneira anloga, ou seja:

R = R K2 (34)

X = X K2 (35)

Observe-se que o fato de referir grandezassecundrias ao primrio, no altera o ngulo de fase e

potncia fornecida a carga.

6.0 - CIRCUITO EQUIVALENTE

O transformador pode ser representado atravsde um circuito equivalente, o qual permita analisar seusefeitos sobre o sistema.

A anlise fsica do equipamento permite concluirque o primrio e secundrio possuem resistncia e

reatncia; assim possvel represent-lo atravs deparmetros concentrados como mostra a Figura 7.

Figura 7 Transformador com parmetros concentrados

Com as grandezas secundrias referidas aoprimrio tem-se o circuito da Figura 8.

Figura 8 Transformador com as grandezas secundriasreferidas ao primrio

O circuito anterior pode ser representado pelo daFigura 9.

Figura 9 Transformador com ramo magnetizantesubstituindo o ncleo

Na Figura 9, o ncleo representado por umareatncia fictcia (Xm) responsvel pelo fluxo magntico euma resistncia fictcia (Rm) responsvel pelas perdas noncleo.

Por outro lado, a representao do ramo desprezada devido aos baixos valores da corrente dacorrente de magnetizao, como mostra a Figura 10.

Figura 10 Circuito equivalente sem o ramomagnetizante

O circuito ainda pode ser o da Figura 11, onde setem:

RCC= R1+ R2 (37)

XCC= X1+ X2 (38)


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sendo RCC e XCC chamados, respectivamente, deresistncia e reatncia de curto-circuito.

Figura 11 Circuito equivalente do transformador

Como se observa, a corrente de carga (no caso,I2) limitada apenas por RCCe XCCquando h um curto-

circuito no secundrio do transformador; desta forma,define-se impedncia de curto-circuito como:

22CCCCCC XRZ += (39)

Em termos prticos, verifica-se que:

XCC>> RCC (40)

Assim:

ZCC= XCC (41)

de onde, comum representar o transformador como naFigura 12.

Figura 12 Representao simplificada do transformador

O circuito da figura 12 facilita enormemente amontagem de rotinas computacionais em sistemas de

potncia. Como por exemplo, programas para analise dofluxo de carga e estabilidade sistemas.

7.0 - PARMETROS PORCENTUAIS

A impedncia de curto-circuito normalmente fornecida em porcentagem de uma impedncia base, ouseja:

100%B

CC

ZZZ = (41)

onde:

2N

NB

U

SZ = (42)

sendo:

SN potncia nominal do transformadorUN tenso nominal do transformador

possvel demonstrar que a impednciapercentual possui o mesmo valor se calculada pelo ladoprimrio ou secundrio.

Por outro lado, define-se Tenso de curto-circuito (UCC) a tenso que necessrio aplicar a umtransformador, de modo que circule a corrente nominalno secundrio, quando este est curto-circuitado.

Figura 13 Curto-circuito em transformadores

Na prtica, as tenses de curto-circuito soexpressas por seus valores percentuais em relao a UNeesto na faixa dela 10%. Desta maneira, a tenso decurto-circuito percentual expressa por:

100%N

CC

U

UU = (44)

Pode-se mostrar que:

UCC% = Z% (45)

Da mesma forma, possvel definir a resistnciae reatncia percentual como segue:

100100%N

JT

B

CC

S

P

Z

RR == (46)

onde PJTso as perdas em carga e,

22

%%100% RZZ

XX

B

CC == (47)


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________________________________________________________________________________ Captulo 3: Banco de Transformadores Monofsicos - 10

CAPTULO 3: BANCO DE TRANSFORMADORESMONOFSICOS

"No creias impossvel o que apenas improvvel parece.

William Shakespeare

RESUMO

Este captulo analisa a transformao trifsica

executada atravs de bancos de transformadores

monofsicos.

1.0 - INTRODUO

Considera-se como transformao trifsicaaquelas em que h transferncia de energia eltrica de um

circuito eltrico trifsico (primrio) a outro (secundrio e,

eventualmente, tercirio), alterando-se ou no os nveis

de tenses e correntes, porm mantendo-se a freqncia

constante.

H vrias possibilidades de se executar tal

transformao.

A forma mais bsica para tanto a de utilizar

dois ou trs transformadores monofsicos independentes,unidos entre si sem nenhuma interferncia ou interao

entre os seus fluxos magnticos, formando um banco.

2.0 BANCO COM TRS TRANSFORMADORES

Para executar a ligao dos trs transformadores

monofsicos independentes necessrio conectar os

primrios e os secundrios entre si.

Nesta situao, h a possibilidade de conect-los

ou em delta (tringulo) ou em estrela.

Figura 1 Ligaes delta e estrela

Desta forma, combinando-se estes tipos de

ligaes, a transferncia de energia realiza-se atravs das

seguintes conexes:

Primrio D D Y Y

Secundrio d y d y

Sendo D e Y, respectivamente, as ligaesdelta e estrela do lado primrio e d e y asequivalentes no secundrio.

A figura 2 mostra algumas maneiras de conect-

las a ttulo de exemplo.

H1 e H2 so os terminais iniciais e finais do primrio

X1 e X2 so os terminais iniciais e finais do secundrio

Figura 2 Conexes em banco com trs transformadoresmonofsicos

Este sistema apresenta custo maiores em relao

a uma unidade trifsica. Entretanto, possibilita a

existncia de apenas um transformador monofsico de

reserva com 1/3 da potncia total para os trs, enquanto o

trifsico exige outro de igual potncia.

A ligao de bancos monofsicos

freqentemente empregada em instalaes de grande

potncia, onde o custo da unidade reserva resulta

significativo.

Alm disto, em caso de falha de uma unidade, o

banco ainda pode operar em uma conexo especial,

porm com capacidade reduzida, mas sem interrupo de

fornecimento.


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________________________________________________________________________________ Captulo 3: Banco de Transformadores Monofsicos - 11

3.0 CONEXO DELTA ABERTO OU DUPLO V

Se um dos transformadores de um banco com

conexo for retirado, mesmo assim possvel atransformao trifsica sem alterao nas tenses. Obtm-

se, assim, uma conexo conhecida como duplo V ou

abertoou, ainda, conexo Aaron. A figura 3 ilustra.

Figura 3 Remoo de um transformador em conexo

Ddpara obteno do banco duplo V.

A figura 4 mostra com mais detalhes a conexo.

Figura 4 - Conexo delta aberto ou duplo V

Na figura 4, verifica-se que o sistema duplo Vproduz trs tenses de linha defasadas de 120.

Observe-se, entretanto, que cada transformadorfornece a corrente de linha (e no a de fase).

Sendo assim, a potncia suprida por um

transformador num delta aberto, comparada potnciatotal trifsica, :

577.03

1

cos3

cos

cos3

cos

===

==

LL

LL

FF

FF

IU

IU

IU

IU

trifsicatotalPotncia

dortransformaporPotncia

(1)

De onde se conclui que a potncia suprida por

transformador neste sistema 57,5% da potncia total.

Por outro lado, a expresso (1) tambm mostra

que, se trs transformadores em Dd esto suprindo a

carga nominal e um transformador removido, a

sobrecarga em cada um dos transformadores que

permanece seria de 173%, uma vez que a recproca da

expresso (1) a relao da carga total para a carga por

transformador.

Naturalmente, esta relao implica em que, se

dois transformadores esto operandos em duplo V e com

carga nominal, a adio de um terceiro transformador

aumenta a capacidade total de 173,2% (ou de 3 ).Assim, um aumento no custo de 50%,

correspondente ao terceiro transformador, permite um

acrscimo da capacidade do sistema em 73,2%, aoconvert-lo de duplo V em .

Esta estratgia interessante em sistemas dedistribuio, onde se espera uma ampliao futura. Em

outras palavras, em um primeiro momento instala-se os

transformadores conectados em duplo V e, se a demanda

aumentar com o passar do tempo, instala-se o terceiro

transformador. Com tal atitude, o custo inicial menor.

4.0 CONDIES PARA REALIZAR A CONEXO

Analisando-se a figura 3, verifica-se que

interessante que os transformadores possuam relaes detransformao iguais e sejam conectados com as

polaridades indicadas. Em caso contrrio, as tenses nosecundrio ficaro desbalanceadas.

A ttulo de exemplo, se o transformador 1

possuir uma relao 13.800/127 V e o segundo,

13.800/115 V, a tenso secundria entre as fases a e

cser:

VUca000 6,1516,2091201150127 ==

Observe-se que ocorrer, adicionalmente, umasobretenso entre as fases ae c.


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________________________________________________________________________________Captulo 4: Princpio de Funcionamento dos Transformadores Trifsicos - 12

CAPTULO 4: PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

DOS TRANSFORMADORES TRIFSICOS" impossvel para um homem aprender aquilo que ele acha que j sabe."

Epteto

RESUMO

Este captulo trata do princpio defuncionamento do transformador trifsico e apresentando

vrias grandezas e aspectos de sua operao.

1.0 - INTRODUO

A transformao trifsica pode ser realizada com

um transformador especfico, destinado a este fim.

Neste caso, o custo inicial mais baixo que os

dos bancos, pois existir apenas uma unidade. Entretanto,

exige um outro transformador de mesma potncia como

reserva.

2.0 - NCLEO

Partindo do princpio que o transformador

trifsico agrupa trs monofsicos em um, a composio

entre os ncleos mais evidente a mostrada na figura 1.

Figura 1 - Ncleos monofsicos compondo o trifsico.

Um sistema trifsico simtrico e equilibrado

possui trs correntes com mesmo mdulo, porm

defasadas de 120 eltricos uma das outras. Pela lei de

Ampre, elas originam fluxos nos ncleos monofsicos,

tambm defasados de 120.

Analogamente s correntes trifsicas, quando os

fluxos juntarem-se em um ponto, sua soma ser nula, oque ocorre no local de unio dos trs ncleos. Sendo

assim, no h necessidade de sua utilizao , portanto,

conveniente retir-lo do circuito como medida deeconomia de material.

Figura 2 - Ncleo trifsico ideal.

O ncleo trifsico da figura 2 o ideal;

entretanto, tem uma forma inconveniente e h umautilizao excessiva de material em sua construo, o que

se reflete nos custos e inviabiliza a sua utilizao. A

soluo que se adota, em termos prticos, bastante

simples, ou seja: retira-se um dos ncleos, inserindo entre

as colunas (ou pernas) laterais, uma outra com as mesmas

dimenses.

Figura 3 - Ncleo trifsico real.

O circuito magntico das trs fases, neste caso,

resulta desequilibrado. A relutncia da coluna central

menor que as outras, o que origina uma pequenadiferena nas correntes de magnetizao de cada fase.


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Existem diversos tipos de ncleo, entretanto o

mostrado na figura 3 o mais comum devido sua

facilidade construtiva e de transporte.Este tipo de ncleo, em relao a trs

monofsicos, apresenta como vantagem o fato de que,qualquer desequilbrio magntico causado pelas

diferentes condies eltricas das trs fases, tendem

desaparecer graas interconexo magntica existente

entre elas; assim, a fluxo de cada perna distribui-seobrigatoriamente pelas outras duas. Alm disso, existe a

economia de material em relao aos trs monofsicos e

conseqente diminuio das perdas em vazio.

Como desvantagem, tem-se que as unidades

reservas so mais caras, pois devero ter a potncia total

do transformador a ser substitudo; o monofsico dereserva, por outro lado, pode ter apenas um tero da

potncia do conjunto.

3.0 - ENROLAMENTOS

Os enrolamentos de um transformador trifsico

podem ser conectados em estrela (Y), delta () ou zig-zag, conforme mostra a figura 4.

Figura 4 - Conexes possveis dos enrolamentos de um

transformador trifsico.

As ligaes delta e estrela so as mais comuns.

A ligao zig-zag secundria tpica; a sua

caracterstica principal sempre afetar igual e

simultaneamente duas fases primrias, pois os seus

enrolamentos so montados em pernas distintas seguindouma ordem de permutao circular. Naturalmente, este

fato a torna mais adequada para ser utilizada em presena

de cargas desequilibradas.

Adotando-se a notao de designar-se a ligaoprimaria atravs de letras maisculas e secundria atravs

de minsculas, tem-se:

Primrio D D D Y Y Y

Secundrio d y z d y z

Tabela 1 - Conexes dos enrolamentos.

4.0 - PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

O princpio de funcionamento basicamente o

mesmo do monofsico, tanto em vazio como em carga.

A figura 5, mostra o ncleo do transformador

trifsico com seus enrolamentos utilizando a conexo Dy.

Os terminais H1, H2e H3so os de maior tenso e os de

menor tenso so X1, X2e X3, considerados nesta anlise

como primrio e secundrio, respectivamente.

Figura 5 - Transformador trifsico em vazio.

Ao aplicar as tenses UAB, UBC e UCA ao

primrio, as correntes de magnetizao de cada fase (I0AB,

I0BCe I0CA) circularo pelos respectivos enrolamentos. O

efeito resultante ser, o surgimento de trs fluxos

magnticos alternados e defasados de 120 eltricos entresi e, pela lei de Faraday, sero induzidas tenses nos

enrolamentos primrios (EAB, EBC e ECA) e secundrios

(Eab, Ebc e Eca) Observe-se que, nos pontos A e B do

ncleo, a soma dos fluxos nula; isto significa que cada

trecho entre A e B age como um transformadormonofsico.


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Naturalmente, ao acoplar cargas ao secundrio,

surgiro correntes opondo-se variao do fluxo mtuo

M e, em conseqncia, tentam desmagnetizar o ncleo.Assim, essas correntes so compensadas por parcelas

adicionais de corrente absorvidas junto rede, mantendo-se Mconstante e as tenses induzidas nos enrolamentos.

5.0 - RELAO DE TRANSFORMAO

Como se sabe, a relao de transformao real

definida como a relao entre as tenses primrias (U1) e

secundrias (U2), ou seja:

2

1

2

1

E

E

U

UK == (1)

No transformador trifsico a relao de

transformao tem a mesma definio, sendo as tenses

entre fases; porm, devido conexo dos enrolamentos(E1 e E2 so tenses induzidas entre os terminais dos

enrolamentos), ela no ser, em todos casos, igual

relao de espiras.

A figura 6 mostra duas conexes de

transformadores trifsicos.

Figura 6 - Conexes dos transformadores trifsicos.

Sendo assim, as relaes de transformao K eKNparacada caso seriam:

a) Na figura 6a:

2

1

U

UK= e

2

1

2

1N

N

N

E

EK == (2)

e, estando o transformador em vazio, tem-se:

11 EU e 22 EU =

ento,

NKK= (3)

b) Na figura 6b:

2

1

U

UK= (4)

Como os enrolamentos podem estar conectados

de diversas maneiras, nota-se que para cada modo de

ligao haver uma diferena entre a relao de

transformao e de espiras; a tabela 2 mostra os valores

de K em funo de KTpara cada ligao:

Ligao Dd Dy Dz Yy Td Yz

K = KN3

KNNK

32 KN NK3 NK

32

Tabela 2 - Valores de K em funo de KNpara as diversas conexes.

6.0 - CORRENTE EM VAZIO

Nos transformadores trifsicos, com a montagem

de ncleo mostrada, as correntes de magnetizao devem

ser iguais entre si nas fases laterais e ligeiramentesuperiores a da central.

Isto se deve ao fato de que as relutncias das

pernas correspondentes so maiores.Desta forma, adota-se um valor mdio para a

corrente em vazio, ou seja:

3

IIII C0B0A00

++= (5)

7.0 - CIRCUITO EQUIVALENTE E PARMETROS

De uma forma geral, os sistemas de potncia so

representados por apenas uma fase e um neutro,

considerando as restantes como simtricas;

evidentemente, consegue-se isto com a ligao Y.

No caso dos parmetros porcentuais, tal fato

irrelevante, pois independem das conexes dos

enrolamentos; enquanto que nos magnetizantes, ocorre

exatamente o contrrio.

Assim no caso do primrio em ligao delta,

utiliza-se transform-la na estrela equivalente. Desta

forma, o transformador trifsico ser representado pelos

parmetros de uma fase, supondo as conexes primrias

em estrela e carga trifsica simtrica e equilibrada.


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________________________________________________________________________________ Captulo 5: Caractersticas Construtivas e Acessrios - 15

CAPTULO 5: CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS

E ACESSRIOSO segredo de aborrecer dizer tudo

Voltaire

RESUMO

Os transformadores so constitudos pela parteativa e diversos outros componentes. designadosgenericamente por acessrios, necessrios para o perfeito

funcionamento. Este texto mostra as principais partesdestes equipamento e alguns testes possveis de seremrealizados.

1.0 - INTRODUO

A parte ativa dos transformadores, como citadoanteriormente, composta pelo ncleo magntico eenrolamentos. Por outro lado, os seus acessrios variamde um transformador para outro conforme a sua potnciae nvel de isolamento. A titulo de ilustrao a figura 1apresenta uma vista explodida de um transformador

trifsico, enquanto as figuras 2 e 3 mostram a localizaodos acessrios e a parte ativa de um transformadormonofsico, respectivamente.

Figura 1 Vista explodida de um transformador trifsico

1 Diafragma de alvio; 2 Tubo de descarga; 3 Bucha de altatenso; 4 Manivela de controle do comutador; 5 Tampa de visita eabertura; 6 Rel detetor de gs; 7 Bucha de baixa tenso; 8

Termmetro; 9 ncleo e bobina do transformador; 10 Vlvula dedreno de leo; 11 Chave do comutador de taps; 12 Bomba de leo;13 Ventoinha; 14 Radiador; 15 Suspiro; 16 tanque conservadorde leo; 17 Indicador; 18 Placa terminal; 19 Poo.

Figura 2 Localizao de acessrios

Figura 3 - Parte ativa de um transformador monofsico

Neste sentido a NBR 5356/81 estabeleceu os quedevem ser utilizados com transformadores imersos emleo. A titulo ilustrativo a tabela 1 fornece um resumo dasinformaes da norma para transformadores de at 1000kVA e a tabela 2 para transformadores de maior porte.


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ACESSRIOS POTNCIA (em kVA)15 30 45 75 112,5 150 225 300 500 750 1000

De Coluna O O N N NIndicador Externo deLquido Isolante. Magntico O O O

Bujo de Drenagem. O O N N N

Meios de Ligao para Filtro. N N N N NDispositivo p/ retirada de amostra de leo. N N N N N

Meios de Aterramento do Tanque. N N N N N N N N N N N

Meios p/ levantamento do TransformadorCompletamente Montado e da Parte Ativa.

N N N N N N N N N N N

Abertura para Inspeo. N N N N N N N N N N N

Apoios para Macaco. N N N N N

Proviso para Instalao do Termmetro do leo. O O N N N

Dispositivo para Alvio de Presso. O O OMeios para Locomoo. N N N N N

Conservador de leo (em Transformadores No -Selados).

O O O

Indicador de Temperatura do leo. O O O

Caixa com Blocos Terminais. O O O

Rel Detetor de Gs Tipo Buchholz (quandohouver conservador).

O O O

Respirador com Secador de Ar (quando Houverconservador).

O O O

N Acessrios Normais.Tabela 1 Acessrios para transformadores trifsicos com potncia de at 1000 kVA.

ACESSRIO LOCALIZAO FUNORel Detetor de Gs (Gs Relay). Tampa do Tanque. Coletar gases provenientes de falhas internas.

Rel J (Fault Pressure Relay). Parede Lateral do Tanque. Indicar sobrepresses bruscas no interior dotanque.

Rel Bulchholz (Bulchholz Relay). Condutor de leo entre Tanque e oConservador.

Sintetiza a funo dos dois rels anteriores.Se usado, dispensa os mesmos.

Vlvula de Alvio de Presso (PressureRelief Device).

Tampa do Tanque. Aliviar sobrepresses bruscas, protegendo otanque contra deformaes ou rupturas.

Tubo de Segurana (Safety Type). Tampa do Tanque. Idem anterior, no sendo utilizadosconjuntamente.

Termmetro de leo (LiquidTemperature Indicator).

Parte Superior do Tanque (Lateral ouTampa).

Indicar por medio direta a temperatura doleo do topo.

Termmetro de Enrolamento ImagemTrmica (Winding TemperatureIndicator).

Parte Superior do Tanque (Lateral ouTampa).

Indicar a temperatura do ponto mais quentedo enrolamento atravs de medio indireta.

Indicador de Nvel de leo (LquidLevel Indicator).

Lateral da Superfcie do TanqueLateral do Conservador. Topo daBucha.

Indicar nvel de leo isolante.

Indicador de Fluxo de leo (LquidFlowgage).

Tubulao Inferior do Banco deRadiadores entre o Tanque e a Bombade leo.

Indicar o funcionamento da bomba de leo.

Tabela 2 Acessrios para transformadores de fora.


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2.0 - NCLEO

O ncleo utilizado como circuito magntico

para a circulao do fluxo criado nas bobinas primrias.Compe-se por chapas de ao-silcio laminado comespessuras variveis, sendo estas agrupadas de tal modoque resultem em pernas e culatras (jugo). Essas chapasso isoladas entre si por verniz isolante.

Existem dois tipos bsicos, ou seja.

a)Ncleo envolvido (Core type ou tipo ncleo)

Utilizado para altas tenses, as quais requeremmuitas espiras e boa isolao. Caracterizaram-se e porcorrentes relativamente baixas e pequeno fluxo

magntico Este tipo ilustrado na figura 4.

Figura 4 - Ncleo de transformador trifsico

b)Ncleo envolveu/e (Shcll type ou encouraado)

Usados em transformadores com tenses baixas,onde h poucas espiras, baixa isolao. elevadascorrentes, altas freqncias e fluxos magnticos.

O corte das capas pode se feito a 90o ou 45o,dependendo da montagem do ncleo e da potncia dotransformador. Observa-se que o corte a 45opermite queo fluxo circule com menor relutncia.

Figura 5 - Corte da chapa a 45o

O corte a 90opermite os formatos UI, EI, L. ou 1como mostra a figura 6.

Figura 6 - Corte de chapa a 90o

Outro aspecto construtivo importante a seotransversal do ncleo, sendo que esta, idealmente, deveriaser circular para uma melhor distribuio do fluxo. Comoeste tipo de construo e antieconmico, emprega-se.

a)

Seo quadrada ou retangular parapequenos transformadores;

b) Seo tipo cruz para mdios e grandestransformadores. Neste caso, cortam-seas chapas em dois ou mais tamanhosescalonados, de forma que a seo fiqueinscrita em uma circunferncia. Destamaneira, aproveita-se melhor as chapase aumenta-se a superfcie derefrigerao do ncleo.

Pode-se ter cruz com 3, 4; 5 ou mais dentes e, nocaso de transformadores de grande potncia, cruz com

canais de leo.

Figura 7 - Sees transversais de ncleo: a) quadrada;retangular; c) cruz com trs dentes d) cruz com quatro

dentes


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Figura 8 - a) Seo transversal tipo cruz com 3 dentes ecanais de leo; b) montagem do ncleo com este tipo de

seo transversal

3.0 - ENROLAMENTOS

3.1 Generalidades

As bobinas so montadas sobre tubos isolantesde papel baquelitizado ou envernizados, como ilustra afigura 9.

Figura 9 Montagem do Enrolamento

Existem diversos tipos de enrolamentos quepodem ser utilizados em transformadores, pormpertencem a trs grandes grupos bsicos, ou seja,helicoidais, discoidais e camadas.

3.2- Enrolamento helicoidal

Usados na tenses inferiores (altas correntes).

Normalmente, constitudos por condutores retangulares ese desenvolvem em hlice continua.

Entre as espiras existem canais de transposioonde os condutores so invertidos; sendo assim, cada umdeles ocupa todas as posies possveis, conseguindo-seuma repartio equilibrada de correntes (mesma

resistncia hmica) e reduzindo-se as perdas no cobre epor correntes parasitas. Com dois condutores haver pelomenos uma transposio.

Figura 10 - Enrolamento helicoidal com a) doiscondutores; b) trs condutores; c) quatro condutores; d)

hlice indicando a transposio.

3.3 - Enrolamentos discoidais (panqueca)

Usados na tenso superior. O enrolamentocompleto consiste de um nmero de discos superpostosuns aos outros. Na realidade, compe-se de espirascirculares dispostas paralelamente uma a outra no sentidoradial, podendo ou no possurem canais pararefrigerao.

Os condutores a cada volta entrelaam-se, poisdesta forma, o comprimento mdio de cada espira, e.consequentemente sua resistncia hmica igual.

Os discos so separados por calos isolantes eso dispostos concentricamente com o secundrioocupando, normalmente, a parte externa por facilidade deisolamento e retirada das derivaes.

Figura 11 Bobina em disco

3.4 - Enrolamentos em camadas

Dividem-se em diversas camadas concntricas

largas, cilndricas e de pequena espessura conectadas emsrie. Possuem excelente comportamento s sobretenses.


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4.0 - DISPOSITIVOS DE PRENSAGEM E CALOS

Para dar consistncia mecnica parte ativautiliza-se vigas dispostas horizontalmente, fixadas por

tirantes.Por outro lado, emprega-se calos em muitos

pontos da parte ativa, os quais tm por finalidade:

a) Dar rigidez s bobinas,b) Isolar as bobinas do ncleo,c) constituir vias para a circulao leo e,d) nivelar as janelas entre outras.

Com freqncia utiliza-se do fenolite, presspanou madeira na sua confeco.

apostila manutenção e operação de transformadores (jul 00).pdf

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