aulas de lab. de transformadores

7/24/2019 Aulas de Lab. de Transformadores

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Faculdade Patos de Minas

Departamento de Engenharia Eltrica

Roteiro para Laboratorio de:

Transform

adore

s

Aulas Praticas e Ensaios

Prof.: Thiago Vieira da Silva

27 deagostode2013

Primeira Edio


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Sumario

Sumario ii

1 Ensaio para Determinacao da Rigidez Dieletrica do Oleo Isolante 31.1 Coleta da amostra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Preparacao do ensaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 Realizacao do Ensaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.5 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Verificacao da Corrente a Vazio e da Corrente Transitoria (INRUSH) 82.1 Componentes do Transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2 Preparacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3 Esquema de Montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.4 Obtencao da Corrente a Vazio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4.1 Questoes Referentes a Obtencao da Corrente a Vazio . . . . . . . . 102.5 Obtencao da Corrente Transitoria (INRUSH). . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.5.1 Questoes Referentes a Obtencao da Corrente Transitoria . . . . . . 102.6 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3 Ensaio em Vazio de um Transformador Trifasico 123.1 Preparacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.2 Esquema de Montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.3 Levantamento de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.5 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4 Ensaio em Curto-Circuito de um Transformador Trifasico 174.1 Preparacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.2 Esquema de Montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

ii


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SUMARIO iii

4.3 Levantamento de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.3.1 Efetuando Ensaio com Corrente Reduzida . . . . . . . . . . . . . . 19

4.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204.5 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.6 Anexo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5 Ensaio para a Determinacao do Rendimento e Regulacao do Transforma-

dor 225.1 Rendimento do Transformador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5.1.1 Rendimento em Energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.2 Regulacao de Tensao em Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.3 Preparacao do Ensaio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.3.1 Execucao do Ensaio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.5 Conclusoes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

6 Determinacao da Polaridade e Defasamento Angular de Transformadores

Trifasicos 286.1 Preparacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286.2 Determinacao da Polaridade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296.3 Determinacao do Defasamento Angular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.3.1 Defasamento Angular: Comparacao das Tensoes . . . . . . . . . . . 30

6.3.2 Defasamento Angular: Metodo do Golpe Indutivo . . . . . . . . . . 326.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336.5 Conclusoes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

7 Operacao em Paralelo de Transformadores 347.1 Preparacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347.2 Ensaios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357.3 Paralelismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.5 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

FPM - Ensaio em Transformadores 27 de Agosto de 2013


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Apresentacao

Ao corpo discente

A disciplina TRANSFORMADORES, obrigatoria no currculo do curso de Engenharia

Eletrica da Universidade Federal de Uberlandia, e uma disciplina e carater especfico e parte

de um conjunto de disciplinas que compoem juntamente com Conversao de Energia, Ma-

quinas Eletricas, Maquinas Sncronas e Projeto de Maquinas, o leque de disciplinas basicas

para a formacao de um profissional competente, com enfase em Sistemas de Potencia.

As aulas de Laboratorio ficam reservadas as discussoes de aspecto pratico dos transfor-

madores tais como: ensaios de rotina, de tipo e cuidados especficos desde a manutencao

de transformadores de distribuicao.Serao enfocados ate os cuidados especiais com sofisticados transformadores hoje utili-

zados nas mais modernas instalacoes em Extra-Alta Tensao.

O nosso intuito e fornecer a voce, nosso estudante, uma ferramenta para aprimorar a

sua capacidade de crtica construtiva, sua iniciativa e sua criatividade, virtudes sem as

quais nao existe o profissional de qualidade em Engenharia Eletrica.

E nosso desejo que trabalhando em conjunto de forma cooperativa nesta disciplina, pos-

samos todos aprender muito e estimular a criacao de um profissional competente, desen-

volvendo um curso de qualidade e construindo uma Universidade que prima pela seriedade

e pelo trabalho.

Uberlandia, 10 de agosto de 2010

prof.: Adalton Lima de Aguiar

prof.: Jose Roberto Camacho

1


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Roteiro para Elaboracao de RelatoriosDurante as aulas de laboratorio, realizaremos uma serie de procedimentos e ensaios em

transformadores de potencia.

Nos captulos seguintes encontram-se os procedimentos, materiais e ferramentas para

os ensaios. Cabera ao professor discursar a respeito do referido ensaio e do manuseio das

ferramentas. Ao aluno, cabera realizar o ensaio conforme os procedimentos zelando de

sua seguranca e dos demais colegas afim de evitar acidentes, bem como zelar para com osmateriais e ferramentas disponveis para a realizacao do ensaio. Cabe tambem ao aluno a

confeccao de um relatorio completo referente a aula.

Ao fazer os relatorios o aluno deve proceder como se estivesse fazendo um relatorio

para seu chefe na empresa em que trabalha. Logo, e de se supor que os mesmos dever ao

ter coerencia, aparencia, capricho, e o mais importante, devem estar corretos.

Cada relatorio devera conter obrigatoriamente estes tens nesta sequencia:

0. Capa (cabecalho, numero e nome do ensaio, nome do aluno, matrcula, data);

1. Ttulo;

2. Objetivos; (0,1 pontos)

3. Introducao Teorica; (0,4 pontos)

4. Preparacao:

(a) Materiais e ferramentas; (0,1 pontos)

(b) Montagem; (0,1 pontos)

5. Analise de Seguranca; (0,1 pontos)

6. Calculos e analise dos Resultados; (0,2 pontos)

7. Questoes; (0,8 pontos)

8. Conclusao. (no mnimo 10 linhas) (0,2 pontos)

9. Referencias Bibliograficas.

2


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Laboratorio: Aula1Ensaio para Determinacao da Rigidez

Dieletrica do Oleo Isolante

Uma das principais funcoes do oleo em transformadores esta relacionada com a sua

rigidez dieletrica1.

Para a execucao deste ensaio sao necessarios:

Analisador portatil de rigidez dieletrica;

Amostras do oleo isolante do transformador;

1.1 Coleta da amostra

Alguns cuidados devem ser tomados para a coleta da amostra do oleo a ser testado,

afim de evitar a contaminacao do mesmo, e sao definidos pela Norma Brasileira intitulada:

NBR-7037 Recebimento, Instalacao e Manutencao de Transformadores, a saber:

1. Usar um recipiente de vidro transparente com capacidade de aproximadamente 1

litro, que deve ser previamente lavado com alcool e benzina.

2. Esse recipiente deve ser seco e em seguida enxaguado com o proprio oleo a ser testado.

3. Recomenda-se que a rolha do mesmo seja de vidro esmerilhado e que apos a lavagem

com alcool e benzina, seja levada a estufa para secagem de 100oC.

4. De preferencia, deve-se mergulhar a rolha em parafina.

1Capacidade de isolamento

3


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1.2 Preparacao do ensaio 4

5. Os demais recipientes (copos, funis, tubos e depositos) se possvel, devem ser de vidro

e devem ser submetidos ao mesmo processo de limpeza e secagem.

6. Limpar cuidadosamente a valvula de drenagem evitando o uso de panos e estopas.

7. Abrir a valvula de drenagem existente no fundo do tanque do transformador, dei-

xando escorrer aproximadamente 12

litro pela mesma antes de coletar a amostra. Isto

permitira a limpeza do sistema de drenagem propriamente dito.

8. Encher devidamente o recipiente com oleo, sem usar jato forte, para evitar a formacao

de espumas e bolhas.

9. Nao deve ser permitida tambem, a entrada de qualquer impureza.

10. Se o ensaio nao puder ser feito no proprio local, a amostra devera ser guardada em

vidro especialmente preparado, evitando o maximo possvel o contato com o ar.

11. Antes do ensaio o oleo deve ser suavemente agitado, afim de que o conteudo seja

homogeneizado.

12. A coleta do oleo nao devera ser efetuada quando a temperatura ambiente for supe-

rior a do oleo, para evitar-se a absorcao de umidade pelo oleo, ja que esta tende a

condensar-se em superfcie mais fria, nem tampouco com o ar ambiente agitado ouempoeirado.

13. Nao colocar o dedo no receptaculo e nem deixar cair nele suor, respingos ou corpos

estranhos.

1.2 Preparacao do ensaio

Atentando aos cuidados para a coleta da amostra citados na secao 1, o procedimento

para a realizacao do ensaio vem a seguir:

A tensao maxima do ensaio depende do equipamento. Seu valor mnimo deve ser de35 kV.

O analisador deve possuir dispositivos de seguranca adequados.

Retirar a cuba de prova do analisador portatil e lava-la, juntamente com os eletrodos,com uma parte do oleo de amostra. Neste momento verifique se o espacamento entre

as placas e o tabelado pelas normas (0,1 polegada).

UFU-Laboratorio de Transformadores 3aed. 10 de agosto de 2010


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1.3 Realizacao do Ensaio 5

Encher a cuba de oleo, ate cerca de 1 cm acima dos eletrodos. Evitar que o oleoborbulhe.

Dar uma movimentacao branda de vaivem no oleo da cuba, para facilitar a sada deeventuais bolhas de ar.

Colocar a cuba de volta no analisador e deixa-la repousar por aproximadamente3 minutos, para que ela fique isenta de bolhas e iguale sua temperatura a do ambiente.

Nao colocar o dedo no receptaculo e nem deixar cair nele suor, respingos ou corposestranhos.

Apos estas providencias, o ensaio estara pronto para ser realizado. Abaixar a tampa de seguranca, sem o que o ensaio nao podera ser feito.

1.3 Realizacao do Ensaio

Verificar se a tensao de suprimento coincide com a indicada na placa do analisador.

Ligar a tomada do analisador, girando o potenciometro (reostato), para a posicao m-

nima. Podera existir uma lampada piloto que devera estar acesa indicando que o circuito

esta pronto para operacao.Girar o potenciometro, caso o analisador seja manual, na direcao aumentar, de maneira

a obter uma variacao gradual da tensao de ensaio, da ordem de 3 kV/segundo.

Alguns analisadores possuem dispositivo automatico que efetuam esta operacao sem

intervencao do operador.

Observar no voltmetro, a tensao de interrupcao quando houver o arco e, consequen-

temente, ocorrer abertura do disjuntor eletrico instantaneo automatico. Este devera ser o

valor anotado para o ensaio.

Se houver um miliampermetro, anotar a corrente de fuga atraves do dieletrico.

Voltar o reostato para a posicao mnima e aguardar 3 minutos para a repeticao do

ensaio.

Repetir o ensaio 5 vezes, anotando as respectivas leituras.

Esvaziar a cuba, lava-la com oleo e enche-la com nova porcao da mesma amostra e

repetir as operacoes.

Preencher a tabela abaixo com as 15 leituras aguardando 3 minutos entre cada medicao:



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1.3 Realizacao do Ensaio 6

Leitura Porcao 1 Porcao 2 Porcao 3 Media

1a

2a

3a

4a

5a

Media

A media geral (ultima coluna a direita) sera a rigidez dieletrica do oleo ensaiado. Este

valor deve ser comparado com os da tabela a seguir para sua classificacao. Esta tabela e

somente uma indicacao da qualidade do oleo, algumas empresas consideram o oleo aceitavel

somente com rigidez dieletrica acima de 35 kV/0,1 pol.

Rigidez Dieletrica Situacao do Oleo

(kV/0,1 pol) Isolante

Acime de 35 Excelente

de 30 a 35 Muito Bom

de 25 a 30 Bom

de 20 a 25 Satisfatorio

de 15 a 20 Duvidoso, recomendado a filtragem

abaixo de 15 Regeitado, indispensavel a filtragem

Apos o ensaio com o oleo, esvaziar a cuba e, usando o ar como dieletrico entre as placas,medir a rigidez dieletrica do mesmo e comparar o resultado obtido com o do oleo ensaiado.

Rigidez Dieletrica

Oleo Ensaiado Ar

(kV /0, 1pol) (kV /0, 1pol)



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1.4 Questoes 7

1.4 Questoes

1. Comparar o oleo das amostrar e o ar, quanto a sua capacidade de isolamento eletrico.

2. O ar poderia substituir o oleo nos tanques dos transformadores? Por que isto nao e

feito nos transformadores de medio e grande porte?

3. Justificar as grandes divergencias entre os diversos valores de rigidez dieletrica para

uma mesma amostra, caso existam.

4. Efetuar o diagnostico do oleo com base nos resultados finais.

5. Explique a razao da observancia de intervalo de tempo entre as diversas medidas de

rigidez dieletrica do oleo.

6. O que ocorreria se a distancia entre os eletrodos fosse reduzida pela metade? Os

valores assim medidos, poderiam ser usados para analise do oleo sob a luz da teoria

vista?

7. A rigidez dieletrica do oleo isolante e afetada pela ocorrencia de uma fasca no mesmo?

No instante da fasca, qual e o valor da rigidez? O que acontece com ela apos a

extincao da fasca? Em que condicoes isso nao ocorre?

8. Qual a forma dos eletrodos recomendada pelas normas? Haveria diferenca dos valores

obtidos se os eletrodos fossem pontiagudos? Por que?

9. Quais as vantagens e desvantagens do Askarel em relacao aos oleos minerais?

10. Explicar o princpio e a aplicacao do Rele Buchholz.

1.5 Conclusao

Escreva em um mnimo de 10 linhas as suas conclusoes sobre o ensaio para a deter-

minacao da rigidez dieletrica do oleo executado em laboratorio e sobre a importancia dos

parametros obtidos durante o teste.



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Laboratorio: Aula2Verificacao da Corrente a Vazio e daCorrente Transitoria (INRUSH)

A corrente a vazio e um parametro importante, pois define a energia consumida pelo

transformador quando opera sem carga e ainda fornece a energia necessaria para a magne-

tizacao do seu circuito magnetico. A forma de onda da corrente em vazio tambem indica

o nvel de saturacao do nucleo magnetico do transformador.

Ja a corrente transitoria (de INRUSH) pode ser qualificada como um fator na qualidade

de fabricacao de um determinado transformador. A corrente transitoria pode inviabilizar

a aplicacao de um determinado esquema de protecao do circuito eletrico ao qual pertenceo transformador.

2.1 Componentes do Transformador

As principais partes componentes de um transformador de distribuicao tpicos sao:

tanque com aletas de refrigeracao;

oleo isolante e refrigerante (oleo mineral); as buchas de alta e baixa tensao;

nucleo magnetico;

taps das bobinas do transformador (manual ou automatico);

os enrolamentos de alta e baixa tensao;

papel isolante envolvendo os condutores (bobinas) e as cabecas das bobinas.

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2.2 Preparacao 9

2.2 Preparacao

Sera utilizado um transformador monofasico, para a visualizacao da forma de onda dacorrente em vazio do transformador.

Prepare portanto o seguinte material:

1 transformador monofasico;

1 varivolt monofasico;

1 osciloscopio com memoria;

1 reostato;

1 chave on-off.

2.3 Esquema de Montagem

Varivolt 1 Transformador 1

H2

H1

X2

X1

Osciloscpio

Resistor

Figura 2.1: Montagem para obtencao da Corrente a Vazio

Neste estagio nao se preocupe com valores medidos, mas sim em entender o porque das

formas de onda obtidas.

Execute a montagem da aula de laboratorio seguindo o esquema da figura 2.1. De

acordo com o esquema o transformador devera estar operando em vazio.

Observe que na figura2.1temos um resistor em serie com o circuito, e as ponteiras do

osciloscopio medindo seus terminais. Devemos proceder desta forma pois sabemos que as

ponteiras comuns dos osciloscopios medem tensao, logo para conseguirmos uma forma de

onda de corrente proporcional a tensao (lei de Ohm), devemos medir os terminais de um

resistor.



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2.4 Obtencao da Corrente a Vazio 10

2.4 Obtencao da Corrente a Vazio

Sabemos que as ponteiras de medicao de osciloscopios comuns medem tensao, logo, paraobtencao da corrente, devemos fazer uso da lei de ohm (V =R i). Com as ponteiras doosciloscopio medindo a diferenca de potencial nos terminais do resistor, veremos na tela do

osciloscopio uma forma de onda identica1 a forma de onda de corrente.

2.4.1 Questoes Referentes a Obtencao da Corrente a Vazio

Aumente gradualmente a tensao a partir de zero no varivolt e observe a forma de onda

registrada no osciloscopio.

1. O que se pode observar na forma de onda para as tensoes de excitacao mais baixas?

E para as mais altas? Em que situacao a onda e mais distorcida?

2. Desenhe as formas de onda observadas, para uma excitacao mais baixa e mais alta,

respectivamente. O que representa esta onda de tensao observada no osciloscopio?

2.5 Obtencao da Corrente Transitoria (INRUSH)

Desligue a alimentacao do circuito do transformador (chave em OFF), com o varivoltem um valor que forneca uma corrente em vazio razoavel.

Prepare o recurso de gravacao e memoria do osciloscopio para que possamos obter a

corrente transitoria.

Ligue a chave on-off e verifique a forma de onda capturada pelo osciloscopio no momento

em que o circuito foi ligado. Esta corrente e denominada Corrente Transitoria (INRUSH),

pois ocorre somente no momento de chaveamento do circuito.

2.5.1 Questoes Referentes a Obtencao da Corrente Transitoria

1. O que pode se observar a respeito da corrente transitoria no instante em que o

transformador foi ligado em vazio?

2. O que pode se observar a respeito da corrente transit oria alguns ciclos apos seu

chaveamento?

1Podemos dizer que a forma de onda de corrente que passa por um resistor e identica a forma de onda

de tensao desde que consideremos o resistor como sendo puramente resistivo.



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Laboratorio: Aula3Ensaio em Vazio de um TransformadorTrifasico

Em um ensaio em vazio1, como o proprio nome diz, o transformador e ensaiado sem

carga.

Os objetivos do teste em vazio do transformador trif asico sao:

Determinar as perdas no nucleo por histerese e Foulcault (perdas no ferro);

Determinar a corrente em vazio Io;

Determinar a relacao de transformacao de placa (K) e a relacao do numero de espiras(Kn);

Determinar os parametros do ramo magnetizante.

3.1 Preparacao


1 transformador trifasico; 3 ampermetros com escalas apropriadas;

1 voltmetro com escala apropriada;

2 wattmetros de escalas apropriadas;

1 varivolt trifasico.1Nao confunda este ensaio com o experimento da aula2. Nesta aula3,realizaremos um ensaio em vazio

do transformador, e na aula 2, foram realizadas apenas medicoes e oscilografias.

12


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3.2 Esquema de Montagem 13


Varivolt 3

A

B

C

NTransformador 3

X3

X2

H3

H2

X1 H1Amp

Amp

Amp

Volt

Watt

A

V

Watt

A

V

Figura 3.1: Montagem para obtencao do Ensaio em Vazio

Lembre-se que a notacaoH1,H2 e H3 refere-se aos terminais da alta tensao e queX1,

X2 e X3 referem-se aos terminais da baixa tensao. Veja que os terminais H1, H2 e H3

estao em vazio (sem carga) neste ensaio.

3.3 Levantamento de Dados

Sera utilizado para a realizacao do teste em vazio, um transformador trifasico com as

seguintes caractersticas:

Potencia Nominal Tensao Tensao Frequencia Ligacao Ligacao

(Pn) (AT) (BT) (Hz) (AT) (BT)

Neste estagio os valores medidos sao muito importantes, todo cuidado deve ser to-

mado durante a leitura de tensoes, correntes e potencias. Execute a montagem da aula de

laboratorio seguindo o esquema da figura3.1.

De acordo com o esquema, o transformador trifasico devera estar operando todo o

tempo em vazio.



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3.4 Questoes 14

Aplicando tensao nominal ao enrolamento de baixa tensao, efetuar as medicoes abaixo:

V n I01 I02 I03 W01 W02

(V) (A) (A) (A) (W) (W)

Sabemos que W0=W02+W01, mas fique atento ao valor lido nos wattmetros e conserve

o sinal positivo ou negativo medido.

A fim de determinar a relacao de transformacao do transformador sob teste, aplicar

uma tensao reduzida ao enrolamento de alta tensao, anotando os valores:

VAT VBT

(V) (V)

3.4 Questoes

1. Com os dados de VAT e VBT, determine os valores de K:

KPlaca Kn KEnsaiado

(Fornecido na Placa)

Kn = N1N2

KEnsaiado=

VATVBT

2. Com os valores obtidos na secao3.3, calcule a corrente de magnetizacao I0 (na linha

e na fase), a potencia perdida a vazio por fase e a tensao de alimentacao na fase,

obedecendo a conexao do enrolamento de baixa tensao.

I0Linha=I01+I02+I03

3 W0Fase=

W03

I0Linha I0Fase W0Fase VFase

(A) (A) (W) (V)



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3.4 Questoes 15

3. Calcular os parametros do ramo magnetizante, por fase, para as representacoes serie

e paralela do circuito equivalente, o fator de potencia a vazio e as correntesI0p eI0q.

W0Fase=VFase I0Fase cos(0)

I0p=W0Fase

VFase I2

0Fase=I2

0p+I2

0q

Para circuito equivalente serie:

Rms=W0Fase

I20Fase

Zm= VFaseI0Fase

Zm2 =Rm2s+ Xm2s

Para circuito equivalente paralelo:

Zm= VFaseI0Fase

Rmp=W0Fase

I20p

Xmp=VFase

I0q

cos(0) I0p I0q Zm Rms Xms Rmp Xmp

(A) (A) () () () () ()

4. Determinar a porcentagem da corrente de magnetizacao em relacao a corrente nomi-

nal do transformador:

Corrente Nominal do T ransformador InLinha= W n3 V nLinha

InLinha InFase I0Fase I0% de InFase

(A) (A) (A) (%)



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3.5 Conclusao 16

5. Por que uma das correntes obtidas pelos ampermetros nao apresenta o mesmo valor

das outras duas?

6. Por que o ensaio em vazio deve ser realizado alimentando-se o enrolamento de baixa

tensao?

7. Justificar a diferenca entre os tres valores de K (Kn,KPlaca, KEnsaiado) e definir cada

um deles.

8. Com base nos dados do teste em vazio e na sua capacidade de julgar os resultados

o que e melhor para o sistema de energia eletrica equipado com muitos transfor-

madors: transformadors operando sempre com muita folga (superdimensionados) ou

transformadores operando no limite de sua capacidade? Explique.

9. Desenhe o circuito equivalente do transformador (ramo serie e ramo paralelo), consi-

derando somente a parte magnetica. Inserir nos desenhos os valores calculados.

3.5 Conclusao

Escreva em um mnimo de 10 linhas as suas conclusoes sobre o ensaio em vazio, e sobre

as importancias deste ensaio.



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Laboratorio: Aula4Ensaio em Curto-Circuito de umTransformador Trifasico

Em um ensaio em curto-circuito, o transformador e submetido a curto-circuito trifasico,

e aumenta-se a tensao gradativamente ate atingir a corrente nominal. Logo, este ensaio

simula transformador com carga maxima.

Os objetivos do ensaio em curto-circuito do transformador trifasico sao:

Determinar as perdas no cobre (nos condutores que compoem as bobinas).

Determinar a impedancia, resistencia e reatancia percentuais. Determinar a queda de tensao interna.

4.1 Preparacao


1 transformador trifasico;

3 ampermetros com escalas apropriadas;

1 voltmetro com escala apropriada;

2 wattmetros de escalas apropriadas;

1 varivolt trifasico.

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4.2 Esquema de Montagem 18


Varivolt 3

A

B

C

NTransformador 3

H3

H2

X3

X2

H1 X1Amp

Amp

Amp

Volt

Watt

A

V

Watt

A

V

Figura 4.1: Montagem para obtencao do Ensaio em Curto-Circuito

Lembre-se que a notacaoH1,H2 e H3 refere-se aos terminais da alta tensao e queX1,

X2 e X3 referem-se aos terminais da baixa tensao. Veja que os terminaisX1, X2 e X3

estao em curto-circuito neste ensaio.

4.3 Levantamento de Dados

Sera utilizado para a realizacao do teste em curto-circuito, um transformador trifasico

com as seguintes caractersticas:

Potencia Nominal Corrente Nominal Tensao Tensao Frequencia Ligacao Ligacao

(Pn) (In) (AT) (BT) (Hz) (AT) (BT)

Neste estagio os valores medidos sao muito importantes, todo cuidado deve ser to-

mado durante a leitura de tensoes, correntes e potencias. Execute a montagem da aula de

laboratorio seguindo o esquema da figura4.1.

Apos calculada a corrente nominal do transformador, aumente a tensao gradativamente,

e anote tensao e corrente ate atingir a corrente nominal.



22/42

4.3 Levantamento de Dados 19

Vcc Icc1 Icc2 Icc3

(V) (A) (A) (A)

4.3.1 Efetuando Ensaio com Corrente Reduzida

Caso nao seja possvel fazer circular pelos enrolamentos do transformador, a sua corrente

nominal obtenha os valores abaixo, para um valor reduzido de corrente:

In Icc W cc1 W cc2 W cc

(A) (A) (W) (W) (W)

Efetue as devidas correcoes e obtenha os valores nominais da tensao e da potencia de

curto-circuito:

Icc V cc V ccn W ccn

(A) (V) (V) (W)

In= P n

3 V n

V ccn=V cc In

Icc W ccn=

In2

Icc2 W cc



23/42

4.4 Questoes 20

4.4 Questoes

1. Construa a curva caracterstica de curto-circuito V cc= f(Icc).

2. Faca um comentario sobre a curva obtida. Qual a sua aplicacao no ensaio em curto-

circuito?

3. Calcule a porcentagem da tensao primaria de curto-circuito, relativamente a tensao

primaria nominal:

V n V cc V cc% de V n

(V) (V)

4. Calcule o valor da impedancia Z, da resistencia R e da reatancia X percentuais,

efetuando as devidas correcoes para 75oC.

R X Z R75oC Z75oC

(%) (%) (%) (%) (%)

R% =W cc

W n 100% Z% = V cc

V n 100%

X% =

Z%2 R%2

R75oC=R

1

+ 75oC1

+ amb

1

cobre= 234, 5

5. Determine para o transformador ensaiado, as perdas adicionais e as perdas nos enro-

lamentos.

W0 Wad= 20% de W0 W ccn Wenrolamento

(W) (W) (W) (W)

6. Compare as perdas nos enrolamentos com as a vazio e tire suas conclusoes sobre o

transformador sob teste.



24/42

4.5 Conclusao 21

7. Enumere as vantagens e desvantagens de um transformador que tenha um valor muito

alto de V1cc.

8. Segundo a ABNT, quais sao os valores normais de V1cc

9. Analisar a diferenca dos resultados desprezando-se ou nao as perdas adicionais.

10. Durante o ensaio em curto, o que acontece com a inducao no nucleo do transformador?

Por que?

4.5 Conclusao

Escreva em um mnimo de 10 linhas as suas conclusoes sobre o ensaio em curto-circuito

de um transformador trifasico executado em laboratorio e sobre a importancia dos para-

metros obtidos durante o teste.

4.6 Anexo

Figura 4.2: Propriedades dos Materiais



25/42

Laboratorio: Aula5Ensaio para a Determinacao doRendimento e Regulacao doTransformador

5.1 Rendimento do Transformador

Por definicao, Rendimento e a relacao entre a potencia de sada P2 e a potencia de

entradaP1, normalmente expressa em porcentagem, como mostra a equacao5.1.

% = P2P1

100% (5.1)

O calculo do rendimento pode ser feito usando-se as medidas das duas potencias. Entre-

tanto, nos transformadores, os valores dos rendimentos, sao muito altos, fazendo com que

os valores medidos sejam muito proximos e sua diferenca supera frequentemente a classe

de precisao dos instrumentos de medida. Nestes casos, e comum utilizar-se um processo

indireto.

O rendimento depende obviamente, dos valores da carga e do seu fator de potencia.

O rendimento fornecido pelo fabricante, segundo a ABNT, deve ser referente a sua carga

nominal com fator de potencia unitario.

A equacao5.2permite o calculo do rendimento pelo processo indireto.

% = V2 I2 cos()

V2 I2 cos() +R2 I22 +P0+Pad 100% (5.2)

22


26/42

5.1 Rendimento do Transformador 23

Onde:

V2 I2 cos() e a potencia P2 de sada; R2 I2 corresponde as perdas em curto-circuito;

P0 corresponde as perdas em vazio;

Pad sao perdas adicionais diversas alem das citadas, que correspondem a apro-ximadamente 20% de P0, logo: P0+Pad= 1, 2 P0.

Nesta aula, usaremos o processo direto para a medicao do rendimento, utilizando como

cargas tres resistores.

5.1.1 Rendimento em Energia

As empresas de energia eletrica calculam o rendimento em energia diario dos transfor-

madores, consideram o rendimento emnintervalos de tempo de potencia aproximadamente

constante (no intervalo de tempo n), sendo que h e medido em horas (rendimento diario)

para cada intervalo.

A expressao para o rendimento diario em energia sera dada pela equacao5.3.

% =

nV2 I2 cos() h

nV2 I2 cos() h+

nR2 I22 h+ 1, 2 P0 24

100% (5.3)

Sendo:

E2h=n

V2 I2 cos() h Energia de sada no intervalo de tempo n;

Ecc =

n

R2 I22

h

Energia do ensaio em curto-circuito (Pcc) para o intervalo

de tempon;

P0 perdas em vazio, que ocorrem durante as 24 horas do dia.



27/42

5.2 Regulacao de Tensao em Transformadores 24

5.2 Regulacao de Tensao em Transformadores

A Regulacao de Tensao e a variacao da tensao na sada do transformador quando acarga nominal e retirada. Ela indica portanto, a capacidade do transformador de manter

tensao estavel com a variacao da carga desde vazio ate plena carga. Normalmente, seu

valor e fornecido em porcentagem da tensao nominal de sada.

Reg% =E2 V2

V2 100[%] (5.4)

Sendo que:

Reg%

Regulacao percentual;

E2 tensao a vazio;

V2 tensao com carga nominal.

Da teoria vista em sala, sabe-se que a regulacao depende tambem do valor da carga

(corrente) e do tipo de carga (indutivo ou capacitivo) e do valor do seu fator de potencia.

A regulacao fornecida pelos fabricantes refere-se as condicoes nominais de carga com

fator de potencia unitario.

Devemos saber que a melhor regulacao deve ser proxima de zero. Quanto maior a

regulacao, pior e a variacao de tensao no secundario do transformador, e esta variacao nao

pode ser grande.

5.3 Preparacao do Ensaio

Sera necessario para este ensaio os seguintes equipamentos:

1 Transformador Trifasico;

2 Voltmetros;

6 Ampermetros;

4 Wattmetros;

1 Varivolt Trifasico;



28/42

5.3 Preparacao do Ensaio 25

3 Reostatos;

Fios e cabos para as ligacoes.Registrar os dados de placa do transformador a ser ensaiado e calcular as correntes nominais

do mesmo. Efetuar a montagem conforme diagrama 5.1.

Varivolt 3

A

B

C

NTransformador 3

H3

H2

X3

X2

H1 X1Amp

Amp

Amp

Volt

Watt

A

V

Watt

A

V

Amp

Amp

Amp

Volt

Watt

A

V

Watt

A

V

Reostato

Reostato

Reostato

Figura 5.1: Esquema de ligacao para ensaio de Rendimento e Regulacao

5.3.1 Execucao do Ensaio

1. Colocar uma carga variavel no secundario do transformador e alimenta-lo com tensao

nominal no primario.

2. Registrar a tensao no secundario com carga zero.

3. Variar a carga com fator de potencia constante, com valores de I2 medidos de 0,5 em

0,5 Ampere, ate atingir a corrente nominal I2n.

4. Para cada valor deI2lido, registrar as diversas leituras dos instrumentos, preenchendo

a tabela5.1.

5. Calcular o Rendimento e a Regulacao para cada valor de I2.



29/42

5.4 Questoes 26

Tabela 5.1: Tabela a ser preenchida e calculada para obtencao do Rendimento e Regulacao

do transformador

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

5.4 Questoes

1. Com os dados obtidos no ensaio(tabela5.1), tracar para o transformador em questao

a curva do rendimento em funcao da carga (% xI2 ou % xfc).

2. Analise o grafico da questao anterior em relacao a carga, verificando o comportamento

do transformador em vazio, a meia carga e com carga maxima.

3. Se voce fosse o engenheiro responsavel, qual o regime de carga voce recomendaria

para este transformador trabalhar a maior parte do dia?

4. Classificar o transformador pela curva obtida (forca ou distribuicao).

5. Desenhe uma curva de carga diaria hipotetica de um transformador. Faca a analise de

rendimento com base nesta curva e na expressao para o rendimento diario em energia



30/42

5.5 Conclusoes 27

fornecida pelo transformador. (Nao se esqueca que o carregamento do transformador

se altera ao longo de um dia de funcionamento e que as perdas a vazio sao constantes).

6. Utilizando a mesma montagem, determinar os valores deR2,X2eZ2do transforma-

dor em uso.

7. Utilize os valores deR2, X2 eZ2, para o calculo da regulacao pelos metodos: grafico

(Desenhe o diagrama de Kapp do transformador) e analtico (Calcule a regulacao:

Reg% = Z% fc cos(i c)). Lembre-se que o fator de potencia para cargasresistivas e unitario.

5.5 Conclusoes

Escreva em no mnimo 10 linhas as suas conclusoes sobre o ensaio para a determinacao

do Rendimento e da Regulacao de um transformador trifasico.



31/42

Laboratorio: Aula6Determinacao da Polaridade eDefasamento Angular de TransformadoresTrifasicos

A polaridade de um transformador esta relacionada ao sentido de enrolamento das

bobinas, e esta pode ser aditiva ou subtrativa.

Ja o defasamento angular esta relacionado ao tipo de ligacao trifasica do transformador

que pode ser , You Z.

6.1 Preparacao

Registrar os dados de placa do transformador a ser ensaiado.

Material necessario:

1 fonte CC;

2 voltmetros CA;

2 voltmetros CC;

1 ampermetro CC de ponteiro central;

1 varivolt trifasico;

1 transformador trifasico;

1 chave liga-desliga.

28


32/42

6.2 Determinacao da Polaridade 29

6.2 Determinacao da Polaridade

Determinar pelo metodo do golpe indutivo, a polaridade de cada coluna do transfor-mador, usando a montagem da figura 6.1.

H1 X1

H0 X0

CH

Fonte CC Volt Volt

Figura 6.1: Montagem para determinacao da Polaridade

Realizar a ligacao sucessivamente para cada uma das fases. Ao ligar, se V1 defletir

positivamente, observar a deflexao de V2 ao desligar:

Se V2 defletir negativamente, a polaridade e subtrativa.

Se V2 defletir positivamente, a polaridade e aditiva.

Polaridade Encontrada



33/42

6.3 Determinacao do Defasamento Angular 30

6.3 Determinacao do Defasamento Angular

6.3.1 Defasamento Angular: Comparacao das Tensoes

Efetue a ligacao mostrada na figura6.2.

Varivolt 3

A

B

C

N

Volt

Transformador 3H3

H2

X3

X2

H1 X1

100V

Figura 6.2: Esquema de ligacao para determinacao de Defasamento Angular

Fechar um curto entre H1eX1e alimentar o lado de VT Scom tensao trifasica reduzida.

Medir as tensoes especificadas na tabela6.1para a determinacao do defasamento angular

do transformador pelo metodo da comparacao das tensoes.

Tabela 6.1: Medicoes para o Metodo da Comparacao das Tensoes

VT S

[V]

VH1H3

[V]

VH3X2

[V]

VH2X2

[V]

VH3X3

[V]

VH2X3

[V]

Com os dados da tabela 6.1em maos, consulte a tabela6.2afim de obter o angulo do

defasamento angular. Observe que nao e possvel a determinacao do tipo de ligacao do

transformador, pois varios tipos de ligacao possuem o mesmo angulo de defasamento.



34/42

Tabela 6.2: Obtencao do angulo de defasamento


35/42

6.3 Determinacao do Defasamento Angular 32

6.3.2 Defasamento Angular: Metodo do Golpe Indutivo

Determinar o defasamento pelo metodo do golpe indutivo efetuando as ligacoes e efe-tuando as medicoes conforme a figura6.3.

CH

Fonte CC

Amp

Transformador 3

H3

H2

X3

X2

H1 X1

CH

Fonte CC

Amp

Transformador 3

H3

H2

X3

X2

H1 X1

CH

Fonte CC

Amp

Transformador 3

H3

H2

X3

X2

H1 X1

Figura 6.3: Determinacao de Defasamento Angular pelo metodo do Golpe Indutivo

Ligar uma fonte de CC atraves de uma chave a TS, positivo em H1 e negativo emH2.

Ligar um ampermetro em tres posicoes, aos terminais da TI, da seguinte forma:

1a posicao - X1X2 - positivo do instrumento em X1.



Fechar o interruptor na TS, fazendo desta forma, H1 positivo e H2 negativo e verificarpara as tres posicoes, a polaridade dos terminais X1-X2, X1-X3 e X2-X3, completando

a tabela6.3.

Verificar se a polaridade das fases A, B e C esta corretamente ligada aos terminaisH1, H2 e H3 nesta ordem respectivamente. Caso alguma destas polaridades estiverem

ligadas invertidas nos terminais, a verificacao do defasamento angular atraves da

tabela6.4sera impossvel.

Atraves dos dados obtidos na tabela 6.3 podemos compara-los com a tabela 6.4afim

de obter o defasamento angular pelo metodo do golpe indutivo.



36/42

6.4 Questoes 33

Tabela 6.3: Anote as polaridades encontradas

X1 X2 X1 X3 X2 X3

Tabela 6.4: Tabela para verificacao do Defasamento Angular pelo Golpe Indutivo

X1 X2 X1 X3 X2 X3 Defasamento

+ - + - - + 0o

+ - 0 0 - + 30o

- + - + + - 180o

- + 0 0 + - 210o

6.4 Questoes

1. Apos a montagem da figura 6.2, e com os dados da tabela 6.1em maos, consulte a

tabela6.2e obtenha o angulo do defasamento angular pelo metodo da comparacao

das tensoes.

2. Apos a montagem da figura 6.3, e com os dados da tabela 6.3em maos, consulte a

tabela6.4e obtenha o angulo do defasamento angular pelo metodo do golpe indutivo.

3. Por que o ensaio da determinacao do defasamento angular nao permite conhecer o

tipo de ligacao das TS e TI do transformador?

4. Como o ensaio para determinacao do defasamento angular nao permite conhecer o

tipo de ligacao, ha alguma forma de saber qual o tipo de ligacao do transformador?

5. Por que e importante conhecer o defasamento angular do transformador?

6.5 Conclusoes

Escreva em um mnimo de 10 linhas as suas conclusoes sobre a importancia do ensaio

para determinacao do defasamento angular de transformadores trifasicos.



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Laboratorio: Aula7Operacao em Paralelo deTransformadores

Para que transformadores possam ser conectados em paralelo, eles devem satisfazer as

seguintes condicoes:

possuir a mesma relacao de transformacao;

possuir o mesmo grupo de defasamento angular;

apresentar a mesma impedancia percentual;

apresentar mesma relacao entre resistencia e reatancia equivalentes.

Portanto, antes de se executar a ligacao em paralelo dos transformadores, estas condi-

coes devem ser verificadas atraves de testes.

7.1 Preparacao

Prepare portanto os seguintes materiais:

2 voltmetros CA;

2 wattmetros CA;

3 ampermetros CA;

1 varivolt trifasico;

2 transformadores trifasicos;

34


38/42

7.2 Ensaios 35

7.2 Ensaios

Para a verificacao das condicoes de paralelismo, proceda como se segue:

1. Verifique se os transformadores possuem a mesma relacao de transformacao medindo

as tensoes no primario e secundario e preencha a tabela7.1.

Tabela 7.1: Verifique a relacao de transformacao

V1 V2 Kn

[V] [V] Kn= V1

V2

2. Verifique se os transformadores possuem a mesma impedancia percentual realizando

os ensaios do captulo 4 na pagina17e preencha a tabela7.2.

Tabela 7.2: Verifique a impedancia percentual

///// T ransformador 1 T ransformador 2

Potencia

V1

V2

Vcc

Pcc

Z%

R%

X%



39/42

7.2 Ensaios 36

3. Verifique se os transformadores possuem a mesma relacao entre resistencia e reatancia

equivalentes utilizando os dados obtidos no tem anterior, e preencha a tabela 7.3.

Tabela 7.3: Verifique a relacao entre resistencia e reatancia equivalentes

///////////////// R%X%

R%

X%

Transformador 1

Transformador 2

4. Verifique se os transformadores possuem o mesmo defasamento angular realizando osensaios do captulo 6 na pagina28, e preencha a tabela 7.4. Para tanto, sugere-se

o metodo da comparacao das tensoes. Para isso, pode-se aproveitar a montagem do

circuito do ensaio em curto-circuito, bastando apenas retirar o curto do secundario,

ligar H1 e X1 e medir as tensoes da tabela7.4 e compara-las, conforme tabela6.2 da

pagina31.

Tabela 7.4: Medicoes para o Metodo da Comparacao das Tensoes

Transformador 1 Transformador 2V1

[V]

VH1H3

[V]

VH3X2

[V]

VH2X2

[V]

VH3X3

[V]VH2X3

[V]

Defasamento

Angular



40/42

7.3 Paralelismo 37

7.3 Paralelismo

De posse dos dados dos ensaios, concluir se ha condicoes de ligacao em paralelo dostransformadores.

Se for possvel, apos liga-los conforme a figura 7.1, verifique as condicoes de opera-

cao, fazendo medidas das correntes de circulacao nas conexoes secundarias e da tensao

secundaria correspondente.

Varivolt 3

A

B

C

N

Volt

Transformador 3

H3H2

X3X2

H1

X1 X0

Transformador 3

H3H2

X3X2

H1

X1 X0

Volt

Amp

Carga

Figura 7.1: Ensaio de Transformadores em Paralelo

Uma vez os transformadores ligados em paralelo meca a corrente circulante entre os

dois transformadores com os neutros interligados e com os neutros no secundario isolados

e anote seus valores na tabela7.5.

Tabela 7.5: Verificacao da Corrente circulante

Neutros Interligados

Neutros Isolados



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7.4 Questoes 38

7.4 Questoes

1. Sabemos que uma das condicoes de se ligar transformadores em paralelo e que elespossuam a mesma impedancia interna. Explique por que.

2. Por que e necessario conhecer o defasamento angular dos transformadores para liga-

los em paralelo?

3. Sabemos que transformadores com potencias diferentes podem ser ligados em para-

lelo, mas um engenheiro sabio nao projeta sistemas desta forma. Explique o que pode

ocorrer ao se ligar em paralelo transformadores com potencias diferentes.

4. Voce ja observou que os transformadores de distribuicao estao ligados em paraleloapenas no primario? Por que e recomendado que os transformadores de distribuicao

nao sejam ligados em paralelo tambem no secundario?

5. Muitas vezes opta-se por varios transformadores em paralelo ao inves de somente um

transformador com potencia suficiente para atender a carga. Voce como engenheiro

da empresa ou concessionaria de energia, como justificaria tal procedimento? Quais

as vantagens e desvantagens de se tomar esta decisao?

6. Considerando a corrente circulante com neutro interligado e com neutro isolado, em

qual das duas situacoes a corrente circulante e menor? Por que?

7. Qual e a situacao real de operacao em paralelo? Com os neutros interligados ou

isolados? Por que?

8. A operacao satisfatoria do circuito em paralelo composto pelos transformadores e

concluda apos analise das leituras da corrente circulanteIcirce da tensao secundaria

V2. Na situacao ideal, a corrente Icircdeve ser nula e a tensaoV2deve ser exatamente

igual a nominal secundaria dos dois transformadores. Justifique o por que.

9. Demonstre que no caso do paralelismo entre os transformadores T1 e T2, a relacao

mostrada na equacao7.1 e verdadeira.

ST1%

ST2%=

ZT2%

ZT1% (7.1)



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7.5 Conclusao 39

7.5 Conclusao

Escreva em um mnimo de dez linhas suas conclusoes sobre a importancia de um estudodetalhado dos transformadores quando a sua conexao em paralelo.

aulas de lab. de transformadores

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