UNIOESTE UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARAN CAMPUS DE FOZ DO IGUAU CENTRO DE ENGENHARIA E CINCIAS EXATAS - CECE CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA DISCIPLINA: MQUINAS ELTRICAS I ENSAIOS DE ROTINA EM TRANSFORMADOR TRIFSICO DIEGO RAFAEL DE OLIVEIRA DAIMON MACHADO LEANDRO COPETTI WALTER MAYCON AURLIO MARAN RODRIGO BUDEL FOZ DO IGUAU 2008 DIEGO RAFAEL DE OLIVEIRA DAIMON MACHADO LEANDRO COPETTI WALTER MAYCON AURLIO MARAN RODRIGO BUDEL ENSAIOS DE ROTINA EM TRANSFORMADOR TRIFSICO Trabalho apresentado como requisito parcial de avaliao na disciplina de Mquinas Eltricas. Professor: Juliano Ricardo FOZ DO IGUAU 2008 1. Introduo DentreostpicosinerentesdisciplinadeMquinasEltricas,umdosmais elementaresoestudodetransformadores.Apesarderepresentarumassuntovastoe complexohatividadesrelacionadasquepodemserconsideradassimples,noapenaspela execuo, mas tambm pelos equipamentos necessrios para sua realizao. Sendoassimdeinteressequehajaarealizaodessas,nosomenteparafixaros conhecimentosadquiridosemsaladeaula,mastambmparafomentardiscussessobreo funcionamento e as caractersticas desse equipamento. Paratantoserrealizadaumaatividadecomointuitodedeterminaralgumas caractersticas de um determinado transformador, dentre elas,impedncias dos enrolamentos e do ncleo e relao de transformao do mesmo. Assimespera-sequeaofinaldessasejapossveldeterminarcomseguranaas caractersticasdessetransformador,comparandocomosresultadosquealiteraturaesperae procurando encontrar as possveis varireis que possam ter influenciado no processo. 2. Ensaios de rotina Todotransformadoraoserfabricadodevepassarporumabateriadeensaiosque comprovem seu adequado funcionamento. Dentre esses esto: Os ensaios de rotina - resistncia hmica dos enrolamentos; - relao de tenso; - resistncia de isolamento; - polaridade; - deslocamento angular; - seqncia de fase; - perdas em vazio e corrente de excitao; - perdas em carga e tenso de curto-circuito. E os ensaios de tipo, que compreendem todos os ensaios de rotina adicionados dos seguintes: - fator de potncia de isolamento a 20C; - elevao de temperatura; - impulso; - nvel de rudo; - nvel de tenso e radio interferncia; - curto-circuito. Aindadependendodoconsumidor,algunsensaiosinerentesestruturafsicado transformadorpodemserrealizadosnorecebimentodomesmo,paraverificarpossveis avarias no transporte ou na fabricao. Nestetrabalho,seroabordadasascaractersticasdeumtransformadortrifsicocom as seguintes caractersticas: Marca: EASA n 152276/2 Potncia nominal (Pn): 3.5 kVA. Freqncia (f): 60 Hz; Tenso (AT): 460 V (Ligao: Y); Tenso (BT): 380/440 V (Ligao: Y aterrado). Para tantose utilizar dos ensaios de rotina, procurando encontrar ummodelo para o mesmo, com suas respectivas impedncias e caractersticas fsicas. 3. Ensaio de Resistncia eltrica dos enrolamentos Esteensaiobaseia-seemumasdasleismaisfundamentaisdaeletricidade.ALeide Ohm. O ensaio consiste em aplicar uma tenso contnua nos enrolamentos e realizar a leitura da corrente atravs de um ampermetro. Sendo que a resistncia dos mesmos pode ser obtida pela Lei citada acima: I R V . = (1) Vale salientar que a tenso a ser aplicada tem de ser contnua para que a relao acima seja vlida, uma vez que, se alternada fosse, efeitos da indutncia dos enrolamentos estariam presentesnovalordacorrente,noapenasdafasequeestasendomedida,bemcomoda induo mtua provocada pelo surgimento de um fluxo magntico oscilante no entreferro. 3.1 Material e Mtodos Para realizao desse ensaio foram utilizados os seguintes equipamentos: 1 Fonte dc 30 V 3A Marca: Instrutemp; Modelo: F3005; 2 Multmetros Minipa ET 2038; Asmediesdocircuitodemenortenso(BT)foramtomadasmontandoos equipamentos como abaixo: O terminal conectado ao ampermetro foi ligado sucessivamente nos terminais X1, X2 e X3, mantendo o terminal Gnd da fonte ligado em X0. Emseguidarealizou-seoensaioderesistnciaeltricaparaoladodemaiortenso (AT). Os equipamentos foram ligados como na figura abaixo: Nessapartedoensaioosterminais1e2dafonteforamligadosentredoisterminais em trs configuraes diferentes, H1-H2, H2-H3, H1-H3. Paracadaumadasligaesforamanotadososvaloresdetensoecorrenteexibidos pelovoltmetroepeloampermetro.Paracadatomadadevalordesligava-seafonte,poisa interrupo brusca da tenso nos terminais do transformador poderia gerar uma tenso devido ao transitrio, que poderia danificar os equipamentos de medio. 3.2 Resultados Para facilitar a anlise, os dados obtidos no ensaio so apresentados na tabela a seguir: X1X2X3 H1-H2H2-H3H1-H3 V (V)2,062,052,05 3,733,723,73 I (A)2,042,042,04 2,012,002,01 Calculando os valores para as resistncias dos enrolamentos demenor tenso a partir dos dados acima e utilizando a equao (1), obtm-se: Para as resistncias dos enrolamentos de maior tenso: Como o ensaiofoi realizado sobre duasbobinas, o que pode ser notado olhando-se o diagrama de ligao abaixo, o valor de cada bobina metade do valor obtido. Rx1Rx2Rx3 R ()1,011,001,00 RH1-H2RH2-H3RH1-H3 R ()1,861,861,86 Logo o valor da resistncia de cada enrolamento do lado de maior tenso de: 22 11H HHRR= 286 , 11 =HR O = 93 , 01 HR3.3 Correo dos valores de resistncia para a temperatura de operao DeacordocomaNBR5380/1993osvaloresdasresistnciasdevemsercorrigidos paraatemperaturadeoperaodotransformador,issoporqueoaumentodatemperatura implica diretamente em um aumento da resistncia eltrica. A FKRu u= R (2) Onde: RF a resistncia do enrolamento temperatura de 75C; RA a resistncia do enrolamento temperatura ambiente da medio. Sendo que: A 1/F / 1u ou o++= K(3) Onde: uF = temperatura final (C); uA = temperatura ambiente (C); 1/o = 234, 5 para o cobre. Assim os valores corrigidos para as resistncias resultam: A 1/F / 1u ou o++= K 25 5 , 23475 5 , 234++= K 1926 , 1 = KK R RF 1 1=u1926 , 1 * 01 , 11=FRuO = 2045 , 11 FRu K R RF 2 2=u1926 , 1 * 00 , 12=FR uO = 1926 , 12FRu K R RF 3 3=u1926 , 1 * 00 , 13=FR uO = 1926 , 12FRu 3.4 Discusso dos resultados Osvaloresapresentadosparaasresistnciasemambosdosladosdotransformador foram similares, o que indica inicialmente um bom balanceamento. Osvalores das resistncias para olado demaior tenso soinicialmenteinesperados, vistoqueporpossuremamaiortenso,possuiriamtambmummaiornmerodeespirase conseqentementeumamaiorresistnciaeltrica.Aindapode-seadicionarofatodeque possuiumnveldecorrentemenor,oque,emtese,demandariaumcondutordemenor dimetroeporissodemaiorresistncialinear.Assimesperava-seumaresistnciadeno mnimo1,15vezesovalordaresistnciadoprimrio,sendoqueessevalorcorresponde relao de transformao do transformador. Esteensaiofoiinicialmenteprogramadoparaserrealizadocomumohmmetro,no entanto,nostestesrealizadososvaloresparaosenrolamentoserammuitobaixos,oque gerava uma impreciso percentual relativa s medidas do mesmo, muito grande. 4. Relao de tenso Umadasfunesmaisimportantesdo transformadorsuautilizaonamudanade nveisdetensoecorrente,logooparmetroqueserefereerelaodetensodeum transformadordesumaimportncia.Usualmenteostransformadoressoprojetadospara fornecerematensonominalcarganominal,podendo,dependendodapotnciaeda finalidadedomesmo,contertapsnosquaispodeserfeitaaregulagemdetensopara adequao carga a ele ligada. Esseensaioprocuraverificarsearelaodetransformaodotransformadorest condizenteeosvaloresdetensonominaisestabelecidosnaplacadeidentificaodo transformador so obedecidos. Paratanto,utiliza-seummtodomuitosimplesdeanlise,comparandoumatenso no aplicada no lado de menor tenso com a respectiva tenso gerada na(s) fase(s) no lado de maior tenso ou vice-versa. Utilizando a relao: 1 2aV V= (4) Onde: V2 a tenso nos terminais de AT; V1 a tenso nos terminais de BT; a a relao de transformao do transformador. 4.1 Material e mtodo DeacordocomaNBR5830/1993oensaioderelaodetensopodeserrealizado comumatensomenorouigualtensonominaldotransformadorecomumafreqncia igual ou maior. Optou-seentoporutilizarumatensode100Vtrifsicaaplicadanosenrolamentos comtensonominalde380Vfreqnciadaredede60Hz.Comoauxiliodedois multmetros MINIPA ET-2038 montou-se o esquema como a seguir: Realizou-se as medies alternando as ponteiras dos voltmetros entre os terminasX1-X2 e H1-H2, depois entre os terminais X2-X3 e H2-H3 e por fim entre os terminais X1-X3 e H1-H3.Foimantidoovoltmetroemcadaumadasconexesatqueosvaloresdasmedies estabilizassem. 4.2 Resultados obtidos Os resultados obtidos so fornecidos na tabela abaixo: Utilizandoaequao4possvelentoobterarelaodetransformaoparacada uma das fases

2 12 1X XH HVVa= 7 , 1005 , 120= a 1916 , 1 = a

3 23 2X XH HVVa= 5 , 1003 , 120= a 1970 , 1 = a

3 13 1X XH HVVa= 5 , 1003 , 120= a 1970 , 1 = a4.3 Discusso dos resultados Os valores encontrados para as relaes de transformao esto bastante semelhantes, com um pequeno desbalanceamento para a fase X1. O valor mdio obtido inferior ao esperado de acordo com a placa de identificao do transformador(460/380=1,21),umadiferenadeaproximadamente2%.Valorrelativamente grande,vistoqueoensaiofoirealizadosemcargaeessevalordetensotendeadiminuir como aumento da carga. X1-X2X2-X3X1-X3 V (V)100,7100,5100,5 H1-H2H2-H3H1-H3 V (V)120,5120,3120,3 5.0 Ensaio de resistncia do isolamento O objetivo deste ensaio verificar as condies do isolamento do transformador, tanto internaquantoentreasbobinaseacarcaa.Comissopossvelinferirpossveisfalhasno isolamentodomesmo,pequenospontosquepodemservirtantocomopontosdefugade corrente quanto de curto-circuito. 5.1 Material e Mtodos Para a realizao deste ensaio foi utilizado o Megmetro: Siemens C70241- 500 MO - 1000V (Patrimnio Itaipu: 85976); Foramrealizados3ensaiosemdiferentesconfiguraesparainferirsobreas condies do isolamento: 1) Resistncia entre os enrolamentos Paramediraresistnciadoisolamentoentreoladodemaiortensoeodemenor tenso. Curto-circuitou-se os terminais de maior tenso (H1, H2 e H3) entre si, e os de baixa (X0, X1, X2, X3) tenso entre si tambm e aplicou-se tenso pelo megmetro, colocando um terminal em cada lado do transformador; 2) Resistncia entre o enrolamento de maior tenso e a terra Para determinar a resistncia do isolamento entre as bobinas de maior tenso e a terra, primeiramente, forma abertos os terminais do lado de menor tenso (para que o transformador no fique em curto-circuito) e mantendo as bobinas do lado de maior tenso curto-circuitadas aplicou-se a tenso do megmetro entre essas e terra; 3) Resistncia entre o enrolamento de menor tenso e a terra Procedeu-se de forma similar ao ensaio dos enrolamentos de maior tenso para a terra. Desconectandoosterminaisdasbobinasdoladodemaiortensoeaplicandoatensodo megmetro entre os terminais de menor tenso e a terra; Para realizar as medies aguardou-se a estabilizao do valor da resistncia vista pelo megmetro. Isso significa, um tempo de aproximadamente 1 minuto. Rigorosamente o ensaio deveriaserrealizadopor10min,devidoaoefeitodecarregamentodacapacitnciado isolamento,quealterasensivelmenteosvaloresderesistncias,tomando-sevaloresacada intervalodetempode1min.Noentantoesseprocedimentonofoiadotado,devido constncia do valor da resistncia aps o tempo de 1 minuto. 5.2 Resultados obtidos Os resultados dos ensaios so mostrados na tabela abaixo: AT - BTAT - TerraBT - Terra Ramb(MO)20015075 Onde AT o lado de maior tenso e BT o lado de menor tenso. Os valores obtidos para as resistncias do isolamento do transformador foram obtidas aumatemperaturade25C,temperaturaambiente,noentantoduranteoseufuncionamento esses valores tendem a diminuir como o aumento da temperatura. UtilizandoatabeladoanexoApossvelaplicarumfatordecorreoparaessas resistncias,afimdeobterem-sevaloresmaisacuradosparaverificaodascondiesdo isolamento. Logo os valores para as resistncias de enrolamento a 75C, de acordo com os fatores apresentado acima resultam em: AT - BTAT - TerraBT - Terra R75C(MO)6,254,692,34 5.3 Discusso dos resultados Os valores encontrados para as resistncias da isolao esto em conformidade com o queanormaexige,vistoqueestevalorde2MO,noentantoapresentamvaloresbastante diferentes entre si, o que pode evidenciar algum tipo de degradao que o transformador vem sofrendo. Osvaloresdasresistnciasdosisolamentos,quandocorrigidostemperaturade operaomostramqueoisolamentodosenrolamentosdemenortensoapresentaumvalor muitoprximode2MO,dandomotivosparaumacompanhamentomaisrigorosodo transformador e convenientemente a realizao de uma manuteno preventiva no mesmo. 6. Ensaio de polaridade O estudo da polaridade das bobinas de um transformador indica a disposio fsica dessas, revelando qual o sentido de enrolamento relativo entre as mesmas. Esta polaridade depende fundamentalmente de como so enroladas as espiras do primrio e do secundrio (Fig.), que podem ter o mesmo sentido ou sentido contrrio, sendo esses uma implicao direta quanto polaridade da f.c.e.m e f.e.m. a) enrolamentos mesmo sentidob) enrolamentos sentido contrrio V2 = e1 e2V2 = e1 + e2 V1 = e1V1 = e1 Onde V2 medido entre os terminais 1 e 2. 6.1 Material e Mtodos ConsultandoaNBR5380/1993optou-seporutilizaromtododecorrentealternada, sabendoqueotransformadoratendeaorequisitodepossuirumarelaodetransformao menor que 30:1. ParaesseensaiofoiutilizadaumreostatoedoismultmetrosMINIPAET-2038.De acordo com aindicaofoifeito um curto-circuito entre dois dos enrolamentos um demaior tensoeoutrodemenortensodemesmanumeraoeaplicadaumatensoalternadade 100V entre dois terminais adjacentes de maior tenso. Mediu-se em paralelamente o valor da tenso entre o terminal do enrolamento de maior tenso no curto-circuitado e o menor tenso livre, como na figura a seguir: Oensaiofoirealizadoemduasconfiguraesdiferentes,curto-circuitandoemduas das medidas X1 e H1 e numa terceira X2 e H2.

6.2 Resultados obtidos Com os terminais H1 e X1 curto-circuitados: Vh2-h1= 99.9 V Vh2-x2= 16,9 V

Vh3-h1= 99.7 V Vh3-x3= 16.9 V Com os terminais H2 e X2 curto-circuitados: Vh1-h2= 100,3 V Vh1-x1= 16,9 V 6.3 Discusso dos resultados Comoobservamosatensoentreoprimrioeosecundriomenorqueatenso entreasduasfases,comoresultadovemosqueotransformadortemumapolaridade subtrativa. 7. Ensaio de Curto circuito 7.1 Objetivos Determinar as perdas no cobre (nos condutores que compem as bobinas); Determinar a impedncia, resistncia e reatncia percentuais; Determinar a queda de tenso interna. 7.2 Introduo terica Pordefinio,otransformadordepotnciaidealteriaatensodoprimrio(V1) relacionada tenso do secundrio (V2) apenas pela relao da equao 4, onde a a relao de transformao do transformador, definida por: 12NNa = (5) Seassimfosseaquedainternadetensoserianula,poisovalordatensono secundrionodependeriadacargaligadaaotransformador.Naprticaaequao4no rigorosamentevlida,poisasreatnciaseresistnciasinternasdotransformadorpromovem umaquedadetenso,quedependedacorrentedecirculapelotransformadore conseqentementedacargaaplicadaaele.Emgeralessaquedadetensonotemgrandes valores, j que a concepo de um transformador de potncia implica em evitar perdas e assim maximizar a transferncia de potncia. O conhecimento da queda interna para diversosvalores de corrente do transformador, oudacarga,devitalimportnciaparaasconcessionrias,jqueindicamacapacidadedo transformadordemantertensoparadiferentesvaloresdecarga.Essanecessidade amenizadaparcialmentepelofatodosvaloresdea,naplacadotransformador,seremdados por uma relao da tenso no secundrio (V2) pela tenso no primrio (V1) carga nominal. Seja o circuito equivalente de uma das fases do transformador (referido ao primrio). V1 = Tenso de suprimento aplicada ao primrio (V) r1 = Resistncia do circuito primrio (O) x1 = Reatncia do circuito primrio (O) I1 = Valor mdio quadrtico da corrente drenada da fonte pelo primrio (A) Io = Corrente de magnetizao (A) Zm = Impedncia do ramo magnetizante (O) a que aparece nos terminais do secundrio (O); r2 = Resistncia do circuito secundrio (O)x2 = Reatncia do circuito secundrio (O) I2=Valormdioquadrticodacorrenteentreguepelocircuitosecundriocargaligadaa seus terminais referida ao primrio (A). O ensaio que permite a determinao exata desta queda o ensaio em curto-circuito, quepermiteaindaadeterminaodasperdasporEfeitoJoulenosenrolamentosdo transformador,cujoconhecimentotambmdefundamentalimportncia,jqueosvalores destasperdassolimitadospornormasnacionaiseinternacionais.Oensaiofeitocurto-circuitando-seumdosladosdotransformadoreaplicando-seaooutroumatenso.Nessas condies A tenso terminal secundria (V2 = 0) e a impedncia de carga (Zcarga= 0). O valor da tenso a ser aplicado Vcc tenso de curto-circuito obviamente no pode ser o nominal e sim um valor igual quela queda de tenso interna do transformador, quando percorrido pela corrente nominal. Esta tenso , portanto, aquela suficiente para fazer circular no lado ao qual a tenso est sendo aplicada, uma corrente igual nominal do transformador naquelelado.Quandoissoocorrernooutroladoacorrentequecircularser aproximadamente a corrente nominal (I2). Vistoqueumdosladosdotransformadorestemcurto-circuitoovalordatenso aplicadaduranteoensaiomuitasvezesinferiortensonominaldotransformador(Vn). Comoafreqnciaanominal,ainduononcleotambm,igualmenteinferiorquela comaqualotransformadoroperaquandocomtensonominal,jqueVproporcionalao produto da freqncia pelainduo. Como as perdas noferro so proporcionaisao quadrado dainduo,conclui-sequeduranteesseensaioelassomuitopequenaseporissomesmo, desprezadas.Porexemplo,paraumtransformadorcujatensodecurto-circuitonominalfor 10% da tenso nominal, a induo no ncleo durante o ensaio de curto-circuito ser 10 vezes inferior induo nominal e as perdas no ferro sero 10=100 vezes menor do que as perdas no ferro nominais (PF o B2) e, portanto, desprezveis. O circuito equivalente ento pode ser expresso da seguinte forma:

Onde 2 1r r R ' + = (6)

2 1 1x x X + = (7) Vcc: a tenso aplicada resulta na corrente nominal do transformador O ensaio em curto-circuito pode ser feito de qualquer um dos lados do transformador. Entretanto, normalmente ele feito curto-circuitando-se o lado de baixa tenso e aplicando-se tenso do lado de alta tenso, em razo dosmenores valores de corrente a serem trabalhados, que so mais facilmente obtidos em laboratrio. 7.2.1 Perdas no Cobre (Pj) Acorrentequecirculanotransformadordependedacargaalimentadapelo mesmo. As perdas nos enrolamentos, que so por efeito joule, podem ser expressas por: 2122 221 1I R I r I r Pj= + = (8) Comoasperdasnosenrolamentossoproporcionaisaoquadradodacorrente circulante,torna-senecessrioestabelecerumpontodeoperaoafimdecaracterizaras perdas no cobre. Esse ponto de operao corresponde corrente nominal. 7.2.2 Queda de Tenso Interna (AV) A queda da tenso interna referida AT, conforme o circuito equivalente simplificado dada por:

1 1I Z V = A (9) Pode-seafirmarque,aofecharosecundrioemcurto-circuito,atensoaplicadaao primrio sera prpria queda de tenso procurada. Naturalmente, sendo a queda de tenso funodacorrente,issoforaaespecificaodopontodeoperaodotransformadorque, como anteriormente, corresponder ao nominal. 7.2.3 Impedncia, Resistncia e Reatncia Percentuais (Z%, R%, X%) Uminconvenientedocircuitoequivalentedotransformadorresidenofatodequeas grandezas eltricas so numericamente diferentes caso o circuito seja referido ao primrio ou secundrio. Tendo em vista o grande nmero de transformadores presentes nas redes eltricas eobjetivandocontornarasdificuldadesdeclculopode-seprocessarosestudosatravsde uma alterao de unidades, quenaverdade transforma todas as grandezas em adimensionais conforme detalhado a seguir: 21ccccIPR = (10) 100 . . 100 . . 100 . %2221111nnnnbaseVIRVIRZRR = = =(11) Se I1 1cc nI = , a resistncia equivalente percentual pode ser relacionada com a potncia: nccPPR = % (12) Onde: Pcc a potncia dissipada no ensaio; Pn a potncia nominal do transformador. De forma similar: ccccIVZ111 = (13) E a impedncia equivalente percentual pode ser expressa por 100 . . 100 . . 100 . %2221111nnnnbaseVIZVIZZZZ = = = (14) SenI1 1ccI = : 100 . %11nccVVZn= (15) Utilizando o tringulo de potncia podemos expressar:

2121 1R Z X = (16) E por conseqncia: 2 2% Z% X% R = (17) Noentanto,dependendodasdimensesdotransformadornopossvelobter-sea corrente nominal do mesmo em laboratrio. Visto que o ensaio de curto circuito baseia-se em grandezasquevariamlinearmentecomaresistncia(V,I),pode-seutilizarumacorrente diferentedanominal.PorissocasootestetenhasidofeitocomI1cc=I1n podemosobtera seguinte correo: ccnccnccnccccIIVIVIVZ111 1ccn11111. V= = = (18) Como: 21 1 cc ccI R P =

21 1 n ccnI R P =Pode-se expressar: 211ccnP||.|

\|~ccnccIIP (19) 7.2.4 Correo do Valor da Resistncia Durante o ensaio, os enrolamentos esto temperatura ambiente (uA), e no h temposuficienteparaoaquecimentodotransformador.Duranteaoperaonormaldo transformador, a temperatura no obviamente esta e sim o valor bemmais alto, emvirtude dasperdasquesoconvertidasemcalor.Avariaodetemperaturaafetaovalorda resistnciadosenrolamentoseconseqentemente,daimpednciaedasperdasporefeito Joule. Torna-se necessrio, portanto, a correo do valor calculado de R. Corrige-separa75Cnocasodetransformadoresdeclassedetemperatura105Ca 130C. Corrige-se para 115Cno caso de transformadores declasse de temperatura 155Ca 180C. A correo feita atravs da seguinte frmula: A FK.Ru u= R(20) 2 2%) ( F) (R% A Z% X + = u u (21) Onde K o valor apresentado pela equao 3. 7.3 Material e Mtodos Para este ensaio foram utilizados os seguintes equipamentos: 3 analisadores de energia Power Lenhe Harmonia Analisar NOWA 1 Da empresa Wendel & Goitermann, com corrente nominal mxima de 30A e tenso mxima de 500V (n patrimnio Itaipu 99861, 99860, 99859); 2 multmetros Minipa ET-2038; Variactrifsico220Vcomsadade0-400Vtrifsicoecorrentemximodesadade 7,9A, da marca Equacional (patrimnio ITAI: 053); Cabos tipo banana-banana e banana-garfo para conexes. Primeiramente testou-se o Variac, energizando-o medido a tenso de sada (tenso de linha)nosbornesdesada,comomultmetroevariandoatensoparaverificarocorreto funcionamento. Testou-se em seguida o transformador com o multmetro, verificando se havia alguma bobina interrompida ou curto circuito da bobina com a massa. Conectaram-se os instrumentos conforme o diagrama abaixo: Calculou-se a corrente nominal do transformador para o lado de baixa tenso: 31 1I V Pn = (22) Medindocomomultmetro,zerou-seoVariac(queapresentavatensomnimade 15V)aumentou-segradualmenteatensoaplicadaaosistema,atseralcanadaacorrente nominal, acompanhando o valor da corrente medida pelo analisador para cada uma das fases e tomando cinco parciais de tenso e corrente. Simultaneamentefoitomadaatemperaturadotransformador,comummultmetro, previamentecolocadoemcontatocomotransformadoromaisprximopossveldo enrolamento,jqueotransformadortemsuasbobinasenvolvidasportecidoenvernizado, estando indisponveis as bobinas. Umesclarecimentoaquisefaznecessrio,jqueorecomendadoqueoensaiode curto-circuitosejarealizadopeloladodealtatensoeofizemospeloladodebaixatenso. Isso justificado pelofato de que o principalmotivo de se realizar esse ensaio pelolado de alta de quenesselado a corrente nominal do transformador menor. No entanto para esse transformadoradiferenadecorrentedoladodemaiortensoedemenortensomuito pequena. No primrio: 31 1I V Pn = . 380 . 3 35001I = A 5,311= INo Secundrio: 32 2I V Pn = . 440 . 3 35002I =A4,592 = ISendoqueambasdascorrentespoderiamserutilizadasnosequipamentosquaisquer inconvenientes.Optou-seporrealizarentootestedecurto-circuitoalimentadooladode baixatenso,poisesseladopossuiumneutrodisponvel,oquepossibilitarealizaroteste diretamente para cada fase, simplificando os clculos e o problema a ser resolvido. 7.4 Resultados obtidos De acordo com o esquema acima, o transformador trifsico dever estar operando todo otempoemcurto-circuito.Devemostomarcuidadodurantealeituradetenso,correntese potncias, pois os valoresmedidos somuito importantes. Todas asmediesforamfeitana temperatura ambiente de 25C, no variando durante o ensaio todo. Para a freqncia de 60 Hz e diversas tenses de alimentao, registrando na tabela a mdia das correntes nas trs fases: Sendo que a tenso V1 e a corrente I1 referem-se fase X1, a tenso V2 e a corrente I2 referem-se fase X2 e a tenso V3 e a corrente I3 referem-se fase X3. Nota-se certa linearidade para osvaloresmedidos, excetuando-se o primeiro valor de corrente e tenso, provavelmente devido impossibilidade de iniciar-se com uma tenso nula o ensaio, pois a curva tende a linearizao, no entanto ainda possvel verificar-se claramente tal caracterstica no ensaio. V1I1V2I2V3I3 7,2236,963,26,873,3 7,523,57,253,67,153,65 8,6148,304,18,194,15 9,634,59,284,639,164,68 11,295,2910,885,3810,745,43 Ensaio de Curto Circuito (X1)0246810123 3,5 4 4,5 5,29IccVcc Ensaio de Curto Circuito (X2)0246810123,2 3,6 4,1 4,63 5,38IccVcc Ensaio de Curto Circuito (X3)0246810123,3 3,65 4,15 4,68 5,43IccVcc Osvaloresmedidosparaapotnciadissipada,soapresentadosaseguir,juntamente comapotnciaaparente,potnciareativaengulodefatordepotncia,paraacorrente nominaldotransformador.Convmsalientarquesodadospassveisdeseremobtidos atravsdeclculo,oquesefazdesnecessrio,umavezqueoanalisadorfornece automaticamente essas grandezas. X1X2X3 P (W)50,8349,4048,89 Q (VAr)31,8231,9431,86 S (VA)60,0058,4058,36 32 32 33Partindodessesvalorescalculou-seinicialmenteosvaloresdasimpedncias equivalentes para cada fase (Z), utilizando a equao 13: ccccIVZ111 =29 , 529 , 111 = Z O = 13 , 21Z ccccIVZ222 =38 , 588 , 102 = Z O = 02 , 22Z ccccIVZ333 =43 , 574 , 103 = Z 658 , 13 = ZComoapotnciadissipadanoensaiobasicamenteapotnciadissipadano enrolamentodevidoasuaresistncia,porefeitoJoule,utilizadoaequao10obtem-seos valores das resistncias equivalentes para cada fase (R): 2111ccccIPR=2 129 , 583 , 50= R O = 81 , 11R2222ccccIPR=2 238 , 54 , 49= R O = 707 , 12R2333ccccIPR=2 343 , 589 , 48= R O = 658 , 13REstandodeterminadasaimpednciaearesistnciasimplesdeterminarareatncia (X) pela equao 16:

2121 1R Z X =81 , 1 13 , 22 21 = X O = 123 , 11X

2222 2R Z X =70 , 1 02 , 22 22 = X08 , 12O = X

2323 3R Z X =658 , 1 98 , 12 23 = X08 , 13O = X Utilizando as equaes2 e 3 calculou-se a correo da resistncia para a temperatura de operao de 75C. A 1/F / 1u ou o++= K25 5 , 23475 5 , 234++= K 1926 , 1 = KK R RF 1 1=u1926 , 1 * 81 , 11=FRuO = 16 , 21 FRu K R RF 2 2=u1926 , 1 * 707 , 12=FRuO = 04 , 22FRu K R RF 3 3=u1926 , 1 * 658 , 13=FR uO = 98 , 12FRu 7.5 Discusso dos Resultados Para esse transformador a tenso de curto circuito foi de aproximadamente 3%, o que pode ser tido como um valor baixo, tendo em vista que a ABNT indica de 3% a 5% da tenso nominaldotransformadorcomoumvaloraceitvelparatransformadoresdedistribuio, tidoscomomaiseficientesqueomodeloensaiado,queprovavelmenteerautilizadoparao acionamento de um motor eltrico. Essemesmovalor,expressaaquedadetensointernadotransformadore conseqentementearegulagemquedeveseraplicadaparaquecarganominalomesmo fornea a tenso nominal, se fosse o aparelho passvel de tal tipo de ajuste. Asimpedncias,resistnciasereatnciasapresentaramvaloressimilares,apontando para umbombalanceamento do transformador. No entanto pode-se notar que os valores so maiselevadosparaafaseX1queparaasoutrasduas,podendoissocausaralgum desequilbrio. Otransformadorapresentaumfatordepotnciadentrodoaceitvel,poisquando ligado sob a carga nominal, apresenta um mdio defasamento de 32 em todas as fases, o que significa um fator de potncia de 0,84. 8. Ensaio de Circuito Aberto 8.1 Objetivos Consiste na determinao dos seguintes dados: -Perdas no ncleo Perdas por Histerese + Correntes de Foucault -Corrente a vazio (Io) -Impedncia do ramo magnetizante (Zm) 8.2 Introduo terica O ensaio de circuito aberto concebido para determinar basicamente as caractersticas magnticasdotransformador.Essascaractersticasimplicamdiretamentenocomportamento do transformador sob carga, pois indicam as condies do ncleo ferromagntico do mesmo.EsteensaiorealizadocomosenrolamentosdeATdotransformadoremabertoe aplicando-se a tenso nominal aos enrolamentos BT do transformador. Pode-se usar o lado de altaoudebaixatensodotransformador,conformeaconvenincia.Costuma-se,porm aplicar a tenso nominal ao lado de baixa uma vez que muito mais fcil se obter e manusear emlaboratrioumatensode380V,aoinvsdetentarseobteremedir13800V (transformador normal de distribuio). 8.2.1Perdas no Ncleo (PO) Ofluxoprincipalestabelecidonocircuitomagnticoacompanhadodosefeitos conhecidos por histerese e correntes parasitas de Foucault. Nosensaiosfeitosnolaboratrio,foramdesconsideradasasperdasdosinstrumentos tomando a leitura como sendo exatamente igual da perda no ncleo. Isso porque a perda no cobre neste caso demasiadamente pequena como explanado acima.As perdas por histerese so dadas por: f B K PS H6 , 1= (23) Em que: PH = perdas por histerese em watts por quilograma de ncleo Ks = coeficiente de Steimmetz (depende do material) f = freqncia em Hz B = induo (valor mximo) no ncleo. Estandooncleosujeitoaumfluxoalternado,neleseroinduzidasforas eletromotrizescomoconseqenteaparecimentodascorrentesdeFoucault.Oprodutoda resistnciadocircuitocorrespondentepeloquadradodacorrentesignificaumconsumode potncia. As perdas por correntes parasitas de Foucault so dadas por: v f KB PF2 2=(24) Em que: PF = perdas por correntes parasitas em watts por quilograma de ncleo K = uma constante de ensaios e tem valor usual de 2,2 f = freqncia em Hz B = induo mxima em Wb/m2 v = volume do entreferro. Somando as duas perdas analisadas, obtemos as perdas totais no ncleo (Po) Po = PF + PH (25) 8.2.2 Impedncia do ramo magnetizante (Zm) Seja o modelo equivalente de um transformador ligado para o ensaio de circuito aberto tido a seguir: A corrente circulante pelo circuito tomadacomo areferente perda no ncleo,isto porqueaperdanosenrolamentos,conduzindoumacorrentemuitomenordoquenominal, muito pequena, ou seja, dizer PO=P. Uma vez que a corrente Im muito pequena, a queda de tenso na impedncia de disperso do primrio x1, tambm pode ser desprezada. Desta forma, para fins prticos, o valor de E1=VL. Para o clculo de Rm e Xm considera-se um dos circuitos a seguir: (26) Acorrentenoresistordeperdanoncleoeacorrentenareatnciademagnetizao so dadas, respectivamente, por: (27) (28) Para o lado de alta tenso essas correntes seriam reduzidas por 1/, onde a relao de transformao. Noclculodoresistordeperdanoncleoedareatnciademagnetizaosero utilizadas as seguintes frmulas: (29) (30) Para as respectivas resistncias e reatncias no lado de alta, multiplica-se por a2. 8.3 Materiais e Mtodos Noprocedimentorealizado,foramutilizadososmesmosequipamentosparaoensaio de curto circuito, que foram os seguintes: TrsanalisadoresdeenergiaPowerLenheHarmoniaAnalisarNOWA1Da empresaWendel& Goitermann, comcorrente nominalmxima de 30A e tensomxima de 500V (n patrimnio Itaipu 99861, 99860, 99859); Dois multmetros da marca Minipa ET-2038; Variac trifsico 220 V com sada de 0 440V trifsico e corrente mxima de sada de 7,9A da marca Equacional (patrimnio ITAI: 053); Cabos tipo banana-banana e banana-garfo para conexes. Para a realizao do ensaio de circuito aberto, utilizou-se a norma NBR 5380/4.8 de 30 de junho de 1993, o qual determina que as perdas em vazio devem ser medidas com a tenso nominalna derivao principal,portanto, foi definido anteriormente quais eram oslados de baixa e alta tenso, que estavam disponveis na placa de dados do transformador.Testou-seoVariac,energizando-oemedindotensodesada(tensodelinha)nos bornes de sada, com o multmetro e variando a tenso at atingir a nominal de 380 volts. Testou-se em seguida o transformador com o multmetro, verificando se havia alguma bobina interrompida ou algum curto circuito da bobina com a massa. Conectaram-se os instrumentos conforme o diagrama abaixo: Antes de aplicar a tenso nominal, no transformador, verificaram-se todas as ligaes. Aps este procedimento, a tenso foi ligada com a fonte partindo de zero volt e sendo elevada lentamente,deixando-seabertooladodealtatenso,atatensonominalnosterminaisde baixatenso,oquesignificaumatensodelinhade380Voltsdefreqncia60Hz.Sendo medida a corrente que circulava em cada fase do transformador pelos analisadores de energia. Isso porque poderia ocorrer um transitrio perigoso, visto que seria aplicado umaespcie de Delta de Dirac transformador, o que poderia levar a elevadas tenses, e de mesma forma foi feita na hora de desligar a fonte.8.4 Resultados obtidos Os dados obtidos no ensaio foram os seguintes: X1X2X3 V (V)224223,5222,8 I (A)0,090,0680,081 P (W)10,1111,5316,22 Q (VAr)17,389,238,00 S (VA)20,1115,1518,09 60 40,45 26,23 Clculo dos resistores e das reatncias:Para X1: Partindo dos valores apresentados acima e utilizando a equao 26: Pelas equaes 27 e 28: E a reatncia e a resistncia do desse ramo expressas pelas equaes 29 e 30: Para X2: Partindo dos valores apresentados acima e utilizando a equao 26: Pelas equaes 27 e 28: E a reatncia e a resistncia do desse ramo expressas pelas equaes 29 e 30: Para X3: Partindo dos valores apresentados acima e utilizando a equao 26: Pelas equaes 27 e 28: E a reatncia e a resistncia do desse ramo expressas pelas equaes 29 e 30: 8.5 Discusso dos resultados Esteensaioapresentouvaloresparaasimpednciasdemagnetizaobastante distorcidos entre si, o quej era esperado, vistos os valores do ngulo de defasagemmedido pelo analisador. Comoesteensaiovisadenotarascaractersticasmagnticasdotransformador,os valoresencontradosdediferentesngulosparadiferentesenrolamentosdevem-seauma desuniformidadenascaractersticasdoentreferro,causadaporaquecimentoexcessivoou falha durante a operao. O funcionamento desse transformador fica prejudicado com essas configuraes, uma fez que a fase com maior potncia ativa, tende a assumir a maiorcarga (por possuir a menor impedncia interna) 9. Simulao Comointuitodeestudarocomportamentodotransformadorquandosubmetidoao funcionamento,utilizou-sedosvaloresdasimpednciaserelaodetransformaodo transformador calculados para montar um circuito equivalente do mesmo, ou seja, estabelecer um modelo virtual para testes. Utilizando o programa de simulao NI Multisim 10 - Eletronic WorkBench, criou-se um circuito equivalente do transformador, com reatncias e resistncias de enrolamento e de campo ligadas convenientemente ao circuito do transformador. A reatncia e resistncia de enrolamento calculada pelo ensaio de curto-circuito, foram assumidas como sendometade correspondente ao circuito primrio emetade correspondente ao circuito secundrio. 1 1 1 H X Xr r R ' + =1 12X Xr R =12 81 , 1Xr = O = = 905 , 0 1'1HXr r 2 2 2 H X Xr r R ' + =2 22X Xr R =22 671 , 1Xr = O = = 8355 , 0 2'2HXr r 3 3 1 H X Xr r R ' + =3 32X Xr R =32 658 , 1Xr = O = = 829 , 0 3'3HXr r Para as reatncias foi realizado o mesmo processo: 1'1 1HX Xx x X + =1 12X Xx X =12 123 , 1Xx = O = = 562 , 0 1'1HXx x 2 2 2 H X Xx x X + =2 22X Xx X =22 078 , 1Xx = O = = 539 , 0 2'2HXx x 3 3 3 H X Xx x X + =3 32X Xx X =32 078 , 1Xx = O = = 539 , 0 3'3HXx x Apesardessaconsideraoservlidaparaumtransformadorbemprojetado,elano refletearealidadeencontrada,poisvaloresanmalosderesistnciaparaoladodemaior tensodotransformadorforamobtidosnoensaioderesistnciaeltrica.Considerar-se- mesmo assim este critrio, levando em considerao que a diferena entre os valores medidos e os valores calculados acima so aceitveis para a simulao a ser realizada. FoientomontadoocircuitoequivalenteemTdotransformadorparacadaumdos enrolamentos conforme o diagrama a seguir, para o circuito aberto. Para uma forma de onda trifsica aplicada nos terminais de cada enrolamento, com um valor rms de 220V e a defasagem apropriada, obteve-se a seguinte forma de onda: Nota-senodiagramaacimaovalordatensomximadepicode378,415V,que transofrmando em valor rms resulta em 267,57V. Sabendo que a tenso no primrio aplicada foi de 220V, a relao de tenso do transformador logo obtida: 12VVa = 22057 , 267= a 21 , 1 = aEm seguida foi montado o equivalente do circuito com uma carga trifsica balanceada no transformador, sendo que esta carga foi referida ao primrio, conforme o esquema a seguir, para facilitar a anlise do circuito. Utilizandomedidoresprocurou-sedeterminarapotnciaentreguecargaporcada enrolamento, possibilitando assim inferir sobre a eficincia dos mesmos. Foram obtidos os seguintes valores utilizando os resultados acima: X1X2X3 Tenso de Entrada (V)220,00220,00220,00 Corrente de Entrada (A)5,255,275,30 Potncia de Entrada (VA)1155,001159,841166,00 Potncia de Sada (KW)1083,001091,001094,00 Perdas (W)72,0068,8472,00 Rendimento (%)93,7794,0693,83 Consideraes finais Osensaiosrealizadosnotransformadorapontamparacertodesbalanceamentodo mesmo,principalmentenoenrolamentoX1.Omesmo,nosensaiosdecurtocircuito apresentouumaresistnciaeltricaereatnciamaiores,oquetambmfoievidenciadono ensaiodecurtocircuito,sendoassim,emregimedeoperao,esseenrolamentotendea assumiramenorcargadentreastrs,causandodesbalanceamentodetensoe sobrecarregando as outras duas. Os valores de resistncia eltrica medidos pelos ensaios de resistncia de enrolamento e circuito aberto so ligeiramente diferentes, montando o equivalente referido ao primrio das resistnciasobtidasparaosecundriopeloensaioderesistnciadeenrolamento(R=r1+r2), ela ainda menor que a obtida no ensaio de curto circuito. Isso pode ser devido incluso de potnciasadicionaisdissipadasduranteesteensaio,comoaresistnciadascabeasdas bobinas, o que logo reflete na resistncia total mensurada. Pelasimulaoverificou-sequeapesardotransformadorpossuirumaeficincia razovelparasuasdimenses(jquetomaiseficienteotransformadorquantomaiores suas dimenses, se bem dimensionados). ANEXO A TABELA DE CORREO DE RESISTNCIA DE ISOLAMENTO PARA A TEMPERATURA de75 C ( NBR -7037) TEMP. CFATOR A APLICARTEMP. CFATORA APLICAR 2239,4505,7 2336,8515,3 2434,3524,92 2532,0534,59 2629,9544,29 2727,9554,00 2826,0563,73 2924,3573,48 3022,6583,25 3121,1593,03 3219,7602,83 3318,4612,64 3417,2622,46 3516,0632,30 3614,9642,14 3713,9652,00 3813,0661,87 3912,1761,74 4011,3681,62 4110,6691,52 429,9701,41 439,2711,32 448,6721,25 458,0731,15 467,5741.07 477,0751,00 486,5760,93 496,1770,87 Referncias Bibliogrficas KOSOW, Irwin I. Mquinas eltricas e transformadores. 15 Ed. Editora Globo: So Paulo, 2005. FITZGERALD, E.A.KINGSLEY Jr, Charles. UMANS, Stephen D. Eletric Machinery. 6 Ed. Mac Grall Hill: Boston, 2003. ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS.NBR 5380: Mtodos de ensaio de transformadores de potncia. Rio de Janeiro, maio.1993. ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS.NBR 7037: Recebimento, manuteno e instalao de transformadores de pontncia em leo, Rio de Janeiro, maio.1993. Ensaio em vazio de um transformador trifsico. Disponvel em: br.geocities.com/fredericon/trafo/word/rel2.doc. Acesso em: 15 de dezembro de 2007. Ensaio em curto circuito de um transformador trifsico br.geocities.com/fredericon/trafo/word/rel3.doc. Acesso em: 15 de dezembro de 2007.