máquinas elétricas_capítulo 2

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS 22.1

TRANSFORMADORESO Transformador Ideal

Um transformador eltrico de potncia um equipamento destinado a transformar valores de tenses, correntes e impedncias de um circuito eltrico. O transformador ideal um artifcio meramente terico que nos permite analisar o transformador sem considerar as suas perdas, conforme figura abaixo:

A corrente I1 percorre as espiras do circuito primrio, com uma tenso V1. Essa corrente induzida ao secundrio de forma inversamente proporcional ao nmero de espiras do secundrio, correspondendo a estes um novo valor de tenso V2. A potncia do transformador possui um valor nico tanto para o primrio quanto para o secundrio. A relao existente entre o nmero de espiras, a tenso e a corrente do primrio e secundrio de um transformador expressa pela equao abaixo. Essa relao chamada de a.

Para encontrar a relao da impedncia, basta substituir na frmula os valores das tenses por seu equivalente em funo da impedncia e da corrente, conforme equaes abaixo:

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS

A figura a seguir traz o diagrama de um transformador ideal.

O transformador ideal em pu

Utilizando a magnitude das tenses terminais nominais como tenso de base, tem-se os seguintes valores de base para o primrio e secundrio, respectivamente:

a potncia de base do sistema, as correntes de base para o Sendo primrio e secundrio so, respectivamente:

Desta forma, os valores em peu sero dados por:

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Portanto, quando as grandezas estiverem em pu, o transformador ideal com relao nominal pode ser substitudo por um curto-circuito, conforme figura abaixo, pois tanto a tenso quanto a corrente representam o mesmo valor em ambos os enrolamentos.

2.2

O Transformador Real (Ensaios , Rendimento e Perdas)

O transformador real acrescenta ao transformador ideal as perdas nos enrolamentos e no ncleo. OBS: Embora no estejam expressas no circuito equivalente, existem ainda as perdas suplementares, que sero definidas posteriormente. A figura a seguir mostra o circuito equivalente de um transformador real:

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Onde, r1 = Resistncia do enrolamento primrio r2 = Resistncia do enrolamento secundrio x1 = Reatncia de disperso do enrolamento primrio x2 = Reatncia de disperso do enrolamento secundrio xm = Susceptncia de magnetizao rol = Condutncia A partir do circuito equivalente podemos escrever as seguintes equaes:

Onde, E1 = Fora contra-eletromotriz aplicada no enrolamento primrio E2 = Fora eletromotriz induzida no enrolamento secundrio Operao em Vazio

Quando um transformador de potncia opera sem carga conectada no seu enrolamento secundrio dito que ele opera em vazio. Neste caso, ao se aplicar uma tenso V1 no enrolamento primrio, surge uma fora contraeletromotriz -E1 neste enrolamento, que responsvel pelo surgimento da corrente de excitao Io. A corrente de excitao produz o fluxo magntico, cuja variao induz uma fora eletromotriz E1 no enrolamento primrio e uma fora eletromotriz E2 no enrolamento secundrio. As foras eletromotrizes E1 e E2 estoDelirose Ramos Pgina 4

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASrelacionadas ao fluxo magntico equaes: que circula no ncleo pelas seguintes

A corrente de excitao I0 pode atingir valores de at 6% da corrente nominal e composta de duas componentes: a componente de perdas IP e a componente de magnetizao IM. A componente de magnetizao IM est em fase com o fluxo magntico e uma corrente puramente reativa. A componente de perdas IP est em fase com -E1 e usualmente muito pequena da ordem de 1 a 6% da corrente de excitao, por este motivo comum assumir a corrente de excitao como sendo a componente de magnetizao. A Figura a seguir, apresenta o diagrama fasorial tpico de um transformador de potncia operando em vazio.

A densidade de fluxo magntico ou quantidade de fluxo magntico que circula por uma determinada seo do ncleo de um transformador de potncia tem seu valor mximo expresso em Gauss pela seguinte equao:

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASOnde, Bm - densidade de fluxo magntico mximo V1 - tenso aplicada no enrolamento primrio A - seo transversal do ncleo magntico em cm2 f - freqncia eltrica ( 60 Hz ) N1 - nmero de espiras do enrolamento primrio Os transformadores de potncia atualmente apresentam densidades de fluxo magntico comumente variando de 10.000 a 16.000 Gauss. Atualmente, novos materiais esto sendo estudados como as ligas amorfas, onde valores tpicos de densidade de fluxo variam de 20.000 a 25.000. A referncia bibliogrfica [4] estima que, as ligas amorfas quando estiverem sendo comercializadas, devero reduzir as perdas do ncleo dos transformadores em torno de 40% a 60% dos valores atualmente encontrados. Operao em Carga

Ao ser conectada uma carga no secundrio de um transformador de potncia, a corrente que circula no secundrio produz um fluxo magntico que se ope ao fluxo produzido pelo enrolamento primrio. Como o fluxo magntico que circula no ncleo est relacionado a tenso aplicada no primrio, um aumento da corrente do primrio ocorre no sentido de compensar o efeito da carga. Esta parcela de corrente do primrio que circula para compensar o efeito da carga denominada de componente de carga I1C. As equaes que permitem analisar o comportamento de um transformador de potncia com uma carga no seu secundrio so:

O diagrama fasorial para um transformador em carga alimentando uma carga indutiva apresentado na figura a seguir. importante destacar que para uma carga indutiva a tenso na carga possui um mdulo menor que a tenso no primrio do transformador de potncia.

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Regulao

A regulao nos transformadores mede a variao de tenso nos terminais do enrolamento secundrio deste, quando conectado uma carga. A variao de tenso no secundrio do transformador desde a sua operao em vazio at a plena carga quantificada pela regulao. importante salientar que nesta definio a tenso no enrolamento primrio do transformador considerada constante. Com o transformador em vazio, no secundrio tem-se a tenso E2, que passa a ser V2 quando o transformador est em carga. Por definio a regulao a diferena entre estas duas tenses expressas em percentual da tenso do enrolamento secundrio em carga, assim:

Atravs da equao acima, pode ser observado que quanto maior a regulao de um transformador, maior a queda de tenso interna do transformador, isto , maiores so as resistncias e reatncias.Delirose Ramos Pgina 7

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASA regulao significativamente influenciada pela carga, ela assume valores positivos para cargas de natureza indutiva e pode assumir valores negativos para cargas de natureza capacitiva. Uma regulao negativa significa tenses na carga mais elevadas que as tenses aplicadas ao transformador e quanto maior esta carga maior ser a regulao. Esta situao pode ocorrer em sistemas eltricos comerciais onde em alguns casos os capacitores permanecem em paralelo com uma carga bem menor que a nominal dos capacitores. Marcas de Polaridade

As marcas de polaridade so os smbolos utilizados para identificar as polaridades dos terminais de um transformador. Num transformador, a intensidade da corrente secundria e a sua relao de fase com a tenso secundria dependem da natureza da carga, entretanto, a cada instante o sentido dessa corrente deve ser tal que se oponha a qualquer variao no valor do fluxo magntico . Esta condio est de acordo com a lei de Lenz: o sentido da corrente induzida sempre contrria a causa que lhe deu a origem. A figura a seguir mostra um transformador monofsico com enrolamento do primrio no sentido anti-horrio e o do secundrio no sentido horrio. Considerando a corrente instantnea I1 crescente entrando no terminal superior do enrolamento primrio, criar um fluxo magntico crescente, que circular no ncleo no sentido horrio (regra da mo direita). Para que a lei de Lenz seja satisfeita, a corrente secundria I2 dever sair do terminal superior do enrolamento secundrio.

A Figura a seguir, mostra tambm um transformador monofsico, com uma nica diferena em relao figura anterior: o enrolamento do secundrio est no sentido anti-horrio. Para este caso, a corrente secundria I2 dever sair do terminal inferior do enrolamento secundrio.

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bvio que, o sentido da corrente instantnea no secundrio depende exclusivamente do sentido relativo dos enrolamentos. Para indicar os sentidos dos enrolamentos que se utiliza o conceito de polaridade. Regra de Polaridade: No enrolamento primrio a corrente entra pela marca de polaridade, enquanto que no enrolamento secundrio a corrente sai pela marca de polaridade. Polaridade Subtrativa: quando os fluxos dos enrolamentos primrio e secundrio se subtraem. Ao ligar um terminal primrio a um terminal secundrio correspondente e aplicar a tenso a um dos enrolamentos, a tenso entre os terminais no ligados igual diferena das tenses nos enrolamentos. Neste caso, as marcas de polaridade so apresentadas na figura a seguir:

Polaridade Aditiva: quando os fluxos dos enrolamentos primrio e secundrio se somam. Ao ligar um terminal primrio a um terminal secundrio no correspondente e aplicar a tenso a um dos enrolamentos, a tenso entre os terminais no ligados igual soma das tenses nos enrolamentos. As marcas de polaridade so apresentadas na figura abaixo:

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASPara determinar a polaridade de um transformador pode ser utilizada uma tenso de corrente contnua (bateria de 6 a 10 V), uma chave e um galvanmetro com zero central, ligados conforme o esquema da Figura a seguir:

O procedimento deste mtodo o seguinte: ao fechar a chave faca, devese observar o sentido da deflexo do ponteiro do galvanmetro. Se a deflexo for no sentido positivo, a polaridade ser subtrativa; se a deflexo por no sentido negativo, a polaridade ser aditiva.

Perdas em transformadores de potncia

Um transformador de potncia operando em regime permanente alimentando um dado sistema eltrico, est sujeito a trs tipos de perdas: perdas no cobre, perdas no ferro ou no ncleo e perdas suplementares. Perdas no cobre So perdas variveis no transformador provocadas pela passagem da corrente eltrica nos enrolamentos primrio e secundrio, enrolamentos estes de determinada resistncia hmica. Estas perdas devido ao efeito Joule, aquecem os enrolamentos primrio e secundrio e esto diretamente relacionadas com o quadrado das correntes nos enrolamentos primrio e secundrio. Elas so expressas pela seguinte equao:

Onde, I1= I2+ I0 e PC - perdas no cobre por fase I - corrente de excitao Perdas no ncleo As perdas no ncleo ou no ferro esto relacionadas a passagem do fluxo magntico no ncleo de um transformador. Estas perdas originam o aquecimento das chapas de ao-slicio do ncleo e so quase que independentes da carga eltrica atendida pelo transformador, sendo assumida em vrias situaes como perdas fixas. Elas podem ser divididas em dois tipos: perdas por correntes parasitas e perdas por histerese.

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASPerdas por Correntes Parasitas A passagem de um fluxo magntico alternado pelo ncleo de um transformador d origem foras eletromotrizes, que por sua vez, originam correntes parasitas. Estas correntes ao travessarem as chapas de ferro do ncleo do transformador provocam perdas em forma de calor. As perdas por correntes parasitas por fase podem ser calculadas por:

Onde: f - freqncia em Hz B - induo magntica d - espessura da chapa em milmetro Perdas por Histerese O material ferromagntico do ncleo dos transformadores de potncia quando submetido a um campo magntico alternado, consome energia para orientar os seus domnios magnticos na direo do campo. Este fenmeno conhecido pelo nome de histerese e tambm responsvel pelo aquecimento do ncleo. Portanto a energia cedida no enrolamento primrio do transformador no totalmente cedida ao enrolamento secundrio. Esta energia perdida est relacionada com as perdas por histerese. As perdas por histerese por fase dependem do fluxo magntico no interior do ncleo e da freqncia da rede, sendo expressa pela seguinte equao:

Onde, f - freqncia em Hz B - induo magntica Ks - constante que depende do tipo de material usado no ncleo Adicionando as perdas por correntes de Foulcault com as perdas por histerese obtemos as perdas no ncleo por fase, isto :

Da teoria do circuitos magnticos pode-se demonstrar que a induo magntica ou o prprio fluxo magntico so diretamente proporcionais a tenso aplicada ao transformador, pois:

Analisando as trs equaes acima, podemos verificar que as perdas no ncleo dependem apenas da freqncia da rede e da tenso aplicada ao

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAStransformador, como ambas grandezas, variam em faixas bem estreitas nos sistema eltricos, estas perdas podem ser assumidas constantes. Perdas Suplementares As perdas suplementares so compostas essencialmente pelas perdas dieltricas no isolamento das bobinas de alta e baixa tenso e pelas perdas por histerese e correntes parasitas na estrutura metlica de suporte das chapas do ncleo do transformador. As perdas suplementares so perdas difceis de serem calculadas, estima-se que elas correspondem de 15 a 20% das perdas no ncleo.

Definindo PT como perdas totais de um transformador, podemos escrever que:

Ou seja,

Obteno dos Parmetros do Circuito Equivalente

Os parmetros do circuito equivalente e dados nominais necessrios para os estudos de desempenho operacional dos transformadores de potncia podem ser obtidos a partir dos ensaios em vazio e em curto circuito, dados de placa, catlogos e normas tcnicas. Ensaios em Vazio e em Curto Circuito

Os ensaios usuais realizados em transformadores de potncia para obter os parmetros do circuito equivalente e as perdas nominais so os ensaios em vazio e curto-circuito. O ensaio em vazio permite obter as perdas no ncleo, as perdas suplementares e os parmetros do ramo de magnetizao do circuito equivalente, enquanto que o ensaio em curto circuito permite determinar as perdas no cobre, queda de tenso interna, impedncia, resistncia e reatncia percentuais. A montagem necessria a execuo do ensaio em vazio num transformador de potncia apresentado na figura a seguir. Neste ensaio aplica-se a um dos enrolamentos a sua tenso nominal e mede-se a potncia, a corrente e a tenso de sada. Esta potncia medida inclui as perdas no ferro e nos elementos construtivos, causadas pelo fluxo mtuo e corrente de excitao. Por convenincia, o lado de baixa tenso usualmente tomado como primrio nesse ensaio. A queda de tenso na impedncia de disperso do primrio produzida pela pequena corrente de excitao, inteiramenteDelirose Ramos Pgina 12

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASdesprezvel, de modo que a potncia de entrada seja aproximadamente igual a fora eletromotriz. induzida pelo fluxo resultante no ncleo.

A montagem para a realizao do ensaio de curto circuito apresentada na figura a seguir. Por razes de segurana o lado alta tenso usualmente adotado como primrio e o enrolamento secundrio colocado em curto circuito, bastando assim uma tenso primria de 2 a 12% do valor nominal para se obter a corrente de plena carga. Como o valor de fluxo no ncleo nestas condies correspondentemente baixo, a corrente de excitao e as perdas no ncleo so inteiramente desprezveis.

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A tenso induzida no secundrio pelo fluxo resultante no ncleo iguala a queda de tenso na impedncia de disperso do secundrio e na corrente nominal. Como esta tenso apenas uma parcela reduzida da tenso nominal, o valor de fluxo magntico no ncleo reduzido e a admitncia de excitao, pode ento ser omitida. Nestas condies as correntes de primrio e secundrio so quase iguais quando referidas ao mesmo lado. A potncia de entrada pode ser assumida igual a perda total no cobre nos enrolamentos da alta tenso e baixa tenso.

Quando nem os dados de placa nem os resultados dos ensaios de curto e circuito aberto no so conhecidos, as normas tcnicas podem ser consultadas para estimar os dados no disponveis e permitir o clculo dos parmetros do circuito equivalente em pu empregando as seis ltimas equaes. As principais normas tcnicas empregadas para esta finalidade so: -Aplicao de carga em transformadores de potncia, NBR - 5416; -Transformadores de potncia. Mtodo de ensaio, NBR - 5380; -Transformadores de distribuio para postes e plataformas, NBR 5440; -Recebimento, instalao e manuteno de transformadores de potncia em leo mineral;Delirose Ramos Pgina 14

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS- NBR 7037; -Transformadores de potncia. Especificao, NBR - 5356. Usualmente os dados nominais que mais freqentemente esto no disponveis na placa de identificao dos transformadores de potncia so os dados referentes s perdas. A Tabela a seguir mostra as perdas mximas no ferro e no cobre no carregamento nominal de transformadores com potncia aparente variando entre 15 a 5000kVA coletadas das normas tcnicas destacadas anteriormente.

Rendimento de Transformadores de Potncia

O rendimento de um transformador para uma dada condio de carga a relao, geralmente expressa em porcentagem, entre a potncia ativa saindo e a potncia ativa entrando no transformador, isto :

Referindo a resistncia do enrolamento primrio R1 ao enrolamento secundrio e ainda assumindo que a corrente de excitao do transformador muito pequena, podemos escrever que:Delirose Ramos Pgina 15


Logo:

Onde, - rendimento Pe - Potncia de entrada Ps - Potncia de sada Req - Resistncia equivalente Analisando a equao acima, podemos concluir que: A tenso na carga V2 no deve usualmente apresentar variaes significativas, portanto pode ser assumida em clculos prticos como constante. As perdas no ncleo PN como foi descrito anteriormente, dependem apenas da freqncia e da tenso aplicada. Como ambos parmetros pouco variam em sistemas eltricos operando em regime permanente, o termo PN assumido constante na equao correspondendo s perdas do ncleo na tenso e freqncia nominal. Como o parmetro Req constante, as nicas grandezas sujeitas a variaes na equao so a corrente de carga I2 e o fator de potncia cos . Na seo anterior, foi esclarecido que as perdas no cobre variam com o quadrado da corrente de carga. Recordando que, o valor de corrente de carga definido pela potncia consumida pela carga, resta-nos apenas fazer com que a carga tenha o maior fator de potncia possvel de forma a minimizar a componente reativa da corrente de carga. Portanto, ainda que a corrente de carga funo da potncia alimentada pelo transformador, para uma dada potncia de carga, quanto maior o fator de potncia, menor a corrente para atender esta mesma carga e consequentemente maior ser o rendimento deste transformador. Definindo o fator de carga como sendo a relao entre a potncia aparente da carga pela potncia nominal da transformao ou do simplesmente do transformador de potncia, podemos escrever que:

Como em termos prticos a tenso na carga pode ser assumida igual a tenso nominal, a equao acima pode ser simplificada para:Delirose Ramos Pgina 16


Ou,

Substituindo, teremos:

Reescrevendo a equao, encontramos:

Onde, - rendimento Pnom - potncia nominal do transformador de potncia cos - fator de potncia da carga fC - fator de carga Pn - perdas no ncleo com tenso e freqncia nominal Pc - perdas no cobre com corrente nominal Observando a equao, verifica-se que o rendimento de um transformador de potncia em um sistema eltrico depende do fator de carga e do fator de potncia da carga. Assumindo que o fator de carga seja um parmetro constante, a equao acima pode ser reorganizada de forma a permitir a identificao da relao matemtica que expressa esta variao:

A Figura abaixo mostra a curva que relaciona o Rendimento x Fator de potncia da carga para um transformador de potncia com os seguintes dados nominais: 300 KVA, 13.800V/380V , 5%, perdas totais de 4,48 KW, perdas no ferro de 1,12 KW operando a carga nominal com fator de potncia varivel.

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A variao do rendimento de um transformador de potncia com a carga pode ser analisada a partir das equaes acima, utilizando o fator de carga definido e assumindo o fator de potncia da carga constante.

Assim a carga que corresponde ao rendimento mximo pode ser obtida pela seguinte equao:

Analisando as equaes acima, pode-se concluir que: O rendimento mximo ocorre para quando a carga tal que as perdas no cobre forem iguais as perdas no ncleo mais as perdas suplementares. Como as perdas no ncleo incluindo as perdas suplementares 1,2.Pn usualmente significativamente menor que as perdas no cobre Pc na corrente nominal, o valor de carga que conduz ao rendimento mximo usualmente na faixa de 30 a 70% da carga nominal. importante destacar que acima do carregamento mximo a variao do rendimento em relao ao mximo no usualmente to significativa.

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Paralelismo de transformadores

Algumas vezes mais vantajoso para o projeto da subestao colocar vrios transformadores ligados em paralelo, em vez de um nico que supra toda a potncia necessria. Dentre as muitas vantagens deste arranjo, podemos citar algumas: 1. Adequao a modelos de prateleira, o que significa valores de aquisio mais baixos e prazos de entrega menores, bem como maior facilidade de substituio; 2. Transformadores menores so mais fceis de transportar;Delirose Ramos Pgina 19

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS3. A perda de um transformador no implicar na desenergizao total da carga. Porm, para que seja possvel colocar dois ou mais transformadores em paralelo necessrio que: 1. A alimentao primria das vrias unidades tenha as mesmas caractersticas eltricas; 2. Os transformadores tenham o mesmo deslocamento angular; 3. As tenses secundrias sejam iguais; 4. As impedncias percentuais sejam preferencialmente iguais; 5. Os fatores de potncia de curto-circuito sejam iguais; 6. A relao entre as potncias nominais das diversas unidades no seja superior a 3:1. Para equipamentos idnticos, a distribuio de carga entre os transformadores ser a mesma. No entanto, quando os transformadores possuem potncias nominais e impedncias percentuais diferentes, o que uma prtica muito comum, a carga se distribuir diferentemente em cada unidade de transformao. Para determinao da distribuio de carga entre as diferentes unidades de transformao, considerando um sistema de trs transformadores em paralelo, utilizaremos as seguintes equaes: 1 Passo: Calcular o valor da impedncia mdia de curto circuito

Onde, Pntx Potncia nominal do transformador x Zntx Impedncia percentual do transformador x. 2 Passo: Calcular o carregamento individual de cada transformador

Pc Potncia consumida pela carga

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS2.3 Aspectos Construtivos

Os transformadores de potncia so constitudos, construtivamente, por diversos componentes que se distribuem entre trs grupos distintos, sejam eles: Componentes Principais, Componentes Auxiliares e Componentes Acessrios. Os componentes principais, tambm denominados de parte ativa, so aqueles que so a prpria essncia de um transformador, isto : Ncleo; Bobinas. O meio refrigerante interno e os nveis de tenso de um transformador de potncia definem os Componentes Auxiliares, so eles: Tanque; Meio Refrigerante; Buchas. Os Componentes Acessrios correspondem a um grupo de componentes que permitem monitorar, controlar e proteger os transformadores de potncia. A quantidade de componentes acessrios funo da tenso dos enrolamentos e da potncia nominal do transformador como est definido na NBR 5356, bem como por seu tipo de refrigerao. Os componentes acessrios so: Tanque de Expanso; Respirador; Dispositivo de alvio de presso; Indicador externo de nvel de leo; Indicador de temperatura do enrolamento; Vlvula de drenagem de leo; Rel detetor de gs tipo Buchholz; Comutador de tapes sem tenso; Caixa de terminais de cabos de controle; Meios para locomoo; Vlvula para carga de gs inerte.Delirose Ramos Pgina 21

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASO ncleo de um transformador, conforme sua construo, pode ser de dois tipos: Tipo Envolvente ou Tipo Shell: Permite reduo da altura; possui travessas horizontais menores; impedncia de seqncia positiva igual impedncia de seqncia zero; e seu enrolamento envolvido pelo circuito magntico.

Tipo Envolvido ou Tipo Core: mais comum; possui fabricantes brasileiros; impedncia de seqncia zero diferente da de seqncia positiva; enrolamento envolve o circuito magntico.

Os enrolamentos de um transformador, assim como o ncleo, tambm podem ser de dois tipos distintos: Tipo camada: o caso mais comum de enrolamento, consiste num nico enrolamento, enrolado continuamente, em formato helicoidal com espiras sucessivas. Muito utilizados em transformadores de distribuio.

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Tipo panqueca: constitudo de vrias sees ou pequenas bobinas interligadas em srie, montadas verticalmente. Do ponto de vista de manuteno, so mais econmicas, pois em caso de queima, basta trocar o enrolamento queimado.

Os transformadores, quanto ao meio refrigerante interno, se classificam em dois grandes grupos: transformadores seco e transformadores lquido isolante. Transformadores Seco:Delirose Ramos Pgina 23

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASIsolamento em ar; Isolamento em resina epoxi. Transformadores Lquido Isolante: leo Mineral: -Naftnico; -Parafnico. leo Vegetal Lquido Isolante Sinttico: -Ascarel; -Silicone. importante salientar que embora ainda existam transformadores de potncia ascarel em operao, este lquido isolante est proibido de ser comercializado no pas, pois trata-se de componente txico, cancergeno e no solvel em gua. Embora a grande maioria dos transformadores de potncia em operao no mundo seja a leo, os transformadores a seco em resina epoxi tm tido uma grande e crescente aplicao nos sistemas eltricos, devido a sua segurana e reduzida manuteno. Os transformadores a seco possuem utilizao quase obrigatrio em sistema eltricos especiais como plataformas de petrleo, hotis, aeroportos e hospitais.

Componentes auxiliares: Transformadores a lquido isolante: Existem quatro tipos de lquido isolante utilizados em transformadores- leo mineral, leo vegetal, silicone e ascarel. Transformadores a seco: Por ser mais caros que os a lquido isolante, so mais utilizados em ambientes especficos, onde a probabilidade de incndio maior e se faz necessrio trabalhar com o mnimo de inflamveis possvel. Normalmente os enrolamentos primrios so construdos em fita de alumnio e o enrolamento secundrio em folhas finas de alumnio, com altura da chapa igual a altura da bobina. O encapsulamento dessas bobinas pode ser do tipo reforado ou sob vcuo. Observao: As bobinas dos transformadores a seco so em alumnio porque este material tem o coeficiente de dilatao muito parecido com o epxi, que o material que isola as mesmas, e h a dilatao de ambos quando o transformador aquece, fazendo com que os esforos resultantes sejam compatveis com os mtodos de construo empregados.Delirose Ramos Pgina 24

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASTanque: a parte do transformador destinada a abrigar a parte ativa e o leo isolante. Se apresenta em tamanho e formatos diversos, podendo ter acoplado radiadores ou no. Est sujeito a processos acelerados de corroso e a fortes presses, devendo ser a espessura de sua chapa especificada de acordo com as normas, assim como o tratamento das chapas. Sistemas de resfriamento: Os processos de transferncia de calor, em geral, acontecem de trs formas: Conduo, radiao e conveco. Nos transformadores, essa transferncia se d por conveco, e pode ocorrer de forma natural ou forada. Na forma natural, o leo quente sobe e o refrigerado desce, atravs do processo normal e lento, a forada parte do mesmo princpio, porm, nesse caso, so utilizadas bombas de leo para fazer a troca de calor de maneira mais eficaz. Buchas: Tm a funo de interligar os enrolamentos do tanque com o meio externo, ou seja, so as terminaes do transformador, local por onde ele interligado ao meio externo. Devem ser capazes de transportar as correntes dos equipamentos em regime normal e de sobrecarga, de manter a isolao tanto para a tenso nominal quanto para as sobre-tenses e resistir aos esforos mecnicos. Podem ser do tipo capacitivas ou no-capacitivas. No-capacitivas: Sua isolao constituda s de porcelana para tenses at 25kV, para isolao at 69kV utilizado isolante slido do tipo herkolite. Capacitivas: So fabricadas para tenses de 25kV at 765kV. Em volta do condutor central so colocados cilindros condutores concntricos para formar superfcies equipotenciais e melhorar a distribuio de tenso. isolado com leo ou massa isolante, o capacitor colocado dentro da porcelana com leo mineral ou massa isolante, pressionado contra a gaxeta. Possuem indicador de nvel de leo e cmara de extino. Conservador de lquido isolante: um reservador fixado acima da carcaa, nos tanques a expanso, destinado a receber o leo quando esse se expande, devido aos efeitos do aquecimento por perdas internas. Os tanques a expanso podem utilizar o rel Buchholz, que verifica se existe gs no transformador. No so indicados para ambientes com intensa poluio. Transformadores selados so aqueles em que existe uma camada de gs inerte entre a tampa e o lquido isolante, normalmente 15cm, e quando o leo se expande cria uma fora resultante no tanque. A umidade entra no transformador atravs da respirao do mesmo com a variao de carga pesada e leve o leo aquece e resfria, nesse processo, o mesmo acaba absorvendo umidade. Secador de ar: Recipiente contendo silica-gel, produto qumico de cor azulada com grande capacidade de absoro da umidade, sendo necessria a suaDelirose Ramos Pgina 25

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAStroca periodicamente, quando a cor da silica-gel mudar para rosa. A silica-gel pode ser secada em estufa, voltando a obter a cor azul e podendo ser reutilizada, porm, at chegar um ponto em que a cor ser branca, nesse ponto a silica-gel satura e deve ser utilizada uma nova. Comutador de Derivao: Para realizar a mudana de derivao (tape) a norma estabelece que o sistema seja de comando rotativo, com mudana simultnea nas trs fases, para operao sem tenso com comando interno e acessvel, atravs de abertura para inspeo. O comando do comutador deve ser instalado acima do nvel de leo para no contaminar o mesmo. Por ser a nica pea mvel do transformador, o ponto mais sujeito a falhas. Sua funo bsica elevar/baixar o nvel de tenso no secundrio de acordo com as variaes de tenso do primrio. Placa de identificao: Deve ser de alumnio anodizado ou ao inox, fixada na rea externa do transformador, atravs de rebites e resistente corroso, e deve conter as principais informaes eltricas e funcionais do mesmo. Termmetro: Ficam localizado na parte superior do tanque, possuem contatos auxiliares que indicam temperaturas de alarme e desligamento, por exemplo, sendo os mesmos ajustveis e independentes. Pode ser utilizada sonda. Termmetro de imagem trmica: Tcnica comumente utilizada para medir a temperatura nos enrolamentos do transformador. Tem este nome por reproduzir indiretamente a temperatura do enrolamento. Este sistema composto de uma resistncia de aquecimento e um sensor de temperatura simples ou duplo, ambos encapsulados e montados em um poo protetor imerso em uma cmara de leo, indicando assim a temperatura do ponto mais quente do enrolamento. A resistncia de aquecimento alimentada por um trafo de corrente associado ao enrolamento secundrio do transformador principal. Indicador de nvel de leo: Mede o nvel de leo, normalmente possui dois contatos auxiliares, um para indicar atingimento do nvel mnimo e outro para o nvel mximo. Segundo norma, devem possuir bia, cujos contatos devem ser disponibilizados para sinalizao ou at atuao de disjuntor, quando projetado. Caixa de comando e proteo: Local do transformador onde, normalmente, so reunidos os contatos auxiliares dos instrumentos existentes no mesmo. So fixadas carcaa do transformador, diretamente ou atravs de dispositivos anti-vibratrios. Dispositivo para retirada da amostra de leo: Normalmente consta de uma vlvula de drenagem provida de bujo.

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASVlvula para alvio de presso: As vlvulas utilizadas para esta finalidade devem possuir contatos eltricos auxiliares a fim de permitir o desligamento do disjuntor de proteo. A diferena entre em rel de sbita presso e uma vlvula de alvio de presso a de que o primeiro atua durante a ocorrncia de uma variao instantnea de presso interna, enquanto a segunda opera na eventualidade de a presso ultrapassar um limite pr-estabelecido. Os transformadores dotados de ventilao forada so designados atravs de dois valores de potncia nominal, como por exemplo, 5/6, 25 kVA, sendo que o primeiro valor refere-se potncia do equipamento sem o funcionamento dos ventiladores, enquanto o segundo valor considera a capacidade nominal do equipamento com o funcionamento de todos os estgios do sistema de ventilao forada. Rel de gs ou buchholz: constitudo de duas bias, uma superior que forada a descer se h um acmulo excessivo de gs no mesmo, se uma produo excessiva de gs provoca uma passagem de leo no rel, quem atua a bia inferior. utilizado em transformadores com tanque de expanso, instalado no tubo que liga o tanque ao conservador, atua nos casos de sbita variao no nvel do leo, essas variaes so decorrentes de descargas internas, vazamento de leo, e defeitos entre espiras, entre partes vivas e entre partes vivas e a terra. Sistema de secagem com bolsa de ar: A selagem feita atravs de uma bolsa de neoprene cheia de ar, essa bolsa aumenta ou diminui de volume de acordo com as variaes do volume do leo dentro do transformador. Tubo de exploso: Consiste de um tubo que de um lado conectado ao tanque e do outro possui um disco de ruptura, quando a presso dentro do tanque eleva muito, esse disco acionado fazendo cair a presso interna do tanque. Caractersticas eltricas dos transformadores: Potncia nominal, tenso, corrente, freqncia nominal, sistema de refrigerao.

O processo de fabricao do transformador comea pelo ncleo, uma guilhotina corta no formato e dimenses do projeto, a medida que a chapa cortada, a prpria guilhotina executa o empilhamento inicial. Num processo paralelo, as bobinas so enroladas, tanto os enrolamentos primrios quanto os secundrios. Os processos de secagem da parte ativa podem ser realizados por estufa com ar quente; estufa com ar quente na presena de vcuo; estufa atravs de vapor de solvente. O ncleo constitudo de colunas e travessas, que podem ser unidas atravs de juntas frontais ou de juntas encaixadas.

TRANSFORMADOR A LEODelirose Ramos Pgina 27


TRANSFORMADOR A SECO

A figura abaixo traz um comparativo entre o transformador a leo e o transformador a seco, em termos de dimenses e de peso.

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2.4

Auto-transformadores, Transformadores de Mltiplos Enrolamentos e Bancos de Transformadores Auto-transformadores

No transformador normal, cada enrolamento projetado para suportar a potncia nominal. possvel ligar os enrolamentos de forma a melhor aproveitar o material utilizado. Este equipamento chamado de autotransformador. O secundrio de um autotransformador (ou o seu lado de baixa tenso) tirado de uma derivao do enrolamento principal (ou primrio). A figura a seguir mostra um desenho esquemtico de um autotransformador.

Pode-se analisar o autotransformador com se fosse um transformador de dois enrolamentos. O enrolamento 1 com N1 espiras e o enrolamento 2 com uma parcela das espiras do enrolamento 1, ou N2 espiras com N2 < N1. O fluxo concatenado sendo o mesmo, tem-se:

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASO equilbrio ampre-espira tambm tem que ser obedecido:

Visto dos terminais, portanto, o autotransformador se comporta como se fosse um transformador de dois enrolamentos com relao de transformao a. A vantagem do autotransformador a capacidade, ou potncia nominal, que muito maior que o transformador normal. A principal desvantagem que no h isolao entre os enrolamentos primrio e secundrio, o que no o torna recomendvel para classes de tenso muito diferentes entre estes.

Transformadores de Trs Enrolamentos

Em sistemas de energia eltrica bastante comum a presena de um terceiro enrolamento nos transformadores de fora, alm dos enrolamentos primrio e secundrio. Este enrolamento denominado tercirio e empregado para fornecer caminho para as correntes de sequncia zero, para a conexo dos alimentadores de distribuio, para alimentar os servios auxiliares das subestaes de energia ou para conexo dos equipamentos empregados na compensao de reativos (normalmente bancos de capacitores). A figura a seguir mostra um transformador monofsico de trs enrolamentos juntamente com o seu circuito equivalente em pu.

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASO ponto de juno mostrado no diagrama equivalente da figura a seguir fictcio e no possui qualquer relao com o neutro do sistema.

As impedncias de qualquer ramo da figura acima podem ser determinadas atravs da impedncia de curto-circuito entre os respectivos pares de enrolamentos, mantendo o enrolamento restante em aberto (ensaio a impedncia obtida no ensaio no de curto-circuito). Desta forma, sendo qual aplicada tenso no enrolamento primrio suficiente para fazer circular a corrente nominal quando o secundrio est em curto-circuito e o tercirio aberto, desprezando-se o ramo de magnetizao (conforme mostrado na figura abaixo), tem-se:

Para as demais combinaes, tem-se:

As impedncias de quaisquer ramos da figura acima podem ser determinadas resolvendo-se o sistema formado pelas equaes anteriores, cuja soluo dada por:

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Notar que este modelo pode apresentar resistncias e/ou reatncias negativas. O significado fsico de tais parmetros pode parecer contrariar a natureza do equipamento mas deve-se levar em conta que o circuito equivalente representa o transformador a partir de seus terminais (portanto, os componentes no precisam possuir individualmente ligao direta com um enrolamento especfico). Diferentemente dos transformadores de dois enrolamentos, os transformadores de trs enrolamentos geralmente apresentam enrolamentos com potncias nominais diferentes. Bancos de transformadores

Podemos utilizar associao de transformadores monofsicos para formar um nico transformador trifsico, associando seus enrolamentos de acordo com a funcionalidade requerida. Este procedimento, a despeito do carter econmico envolvido, na medida em que trs transformadores monofsicos mais caro que um nico transformador trifsico, apresenta flexibilidade de operao vantajosa em alguns casos. Se ocorrer uma contingncia que implica inutilizao de um transformador, sua substituio rpida e menos onerosa que a substituio de um transformador trifsico e, dependendo ainda do tipo de conexo utilizado, o suprimento de energia pode ser parcialmente garantido com apenas dois transformadores, o que no ocorre quando um defeito acomete um transformador trifsico. Conexo Estrela-Estrela A Figura a seguir mostra um banco trifsico constitudo por trs transformadores monofsicos, cujos enrolamentos primrio e secundrio so conectados em estrela (Y).

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O nico cuidado nesta conexo observar que os terminais da estrela so os terminais de mesma polaridade das unidades monofsicas. Sejam os valores do transformador monofsico: Snom: potncia nominal V1nom: tenso nominal do primrio V2nom: tenso nominal do secundrio Os valores nominais do banco trifsico de transformadores resultam: Potncia nominal do banco: Sbanco=3xSnom Tenso nominal de linha do primrio: VB1=3x V1nom Tenso nominal de linha do secundrio: VB2=3x V2nom

Conexo Tringulo-Tringulo A Figura a seguir mostra um banco trifsico constitudo por trs transformadores monofsicos, cujos enrolamentos primrio e secundrio so conectados em tringulo ou delta ( ).

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Os valores nominais do banco trifsico de transformadores resultam: Potncia nominal do banco: Sbanco=3xSnom Tenso nominal de linha do primrio: VB1=V1nom Tenso nominal de linha do secundrio: VB2=V2nom Conexo Estrela-Tringulo A Figura a seguir mostra um banco trifsico constitudo por trs transformadores monofsicos, cujos enrolamentos do primrio esto conectados em estrela (Y) e os enrolamentos do secundrio conectados em tringulo ( ).

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Os valores nominais do banco trifsico de transformadores resultam: Potncia nominal do banco: Sbanco=3xSnom Tenso nominal de linha do primrio: VB1=3x V1nom Tenso nominal de linha do secundrio: VB2=V2nom

2.5

Manuteno de Transformadores

A vida til de um transformador depende, essencialmente, do grau de deteriorao do seu isolamento. As bobinas e todas as ligaes so isoladas com camadas de papel, composto por celulose especialmente tratada, cujos elementos bsicos so o carbono, o hidrognio e o oxignio. A degenerao do isolamento consiste na degradao do grau de polimerizao, produzindo CO e CO2 e deixando o isolante em forma de camadas cristalizadas e friveis (quebradias), podendo ser facilmente rompidas. A degradao do isolamento funo do tempo e da temperatura, sendo diretamente proporcional a esta. As bobinas do transformador esto imersas em leo, o qual circula entre elas por efeito termo sifo, de baixo para cima, e leva o calor, gerado pelas perdas produzidas pela passagem da corrente eltrica no condutor, aos radiadores ou trocadores de calor para resfri-lo. O ponto mais quente do leo no transformador se situa na parte superior da caixa onde se encontram as sadas para os radiadores. Neles o leo circula de cima para baixo entrando na caixa pela parte inferior. As perdas devido ao ncleo do transformador e principalmente as perdas devido passagem de corrente nas bobinas so responsveis pelo aquecimento do leo no seu interior. No caso do transformador do forno a arco, onde necessrio que a instalao seja o mais prximo possvel do forno, hDelirose Ramos Pgina 35

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASuma elevao na temperatura ambiental, e ento para aumentar a eficincia da refrigerao dos condutores, fora-se circulao do leo no interior da caixa e do ar atravs dos radiadores. Portanto, so necessrios trocadores de calor leo gua cujo elemento refrigerante a gua. denominado gradiente de temperatura do cobre como sendo o salto de temperatura entre o condutor, com seu isolamento de papel, e o leo. Uma pequena parcela deste salto se forma pela conduo do calor atravs da fina camada de papel impregnada com leo, mas a maior parcela se realiza pela transmisso de calor por conveco do isolamento ao leo. Na operao de um forno a arco h grandes variaes de corrente durante os perodos muito instveis do arco, como ocorre durante a perfurao da sucata e incio de fuso dos carregamentos. Mesmo nos pontos mais estveis da operao a corrente no permanece estvel. Considerando o elevado valor da constante de tempo de aquecimento e resfriamento, a temperatura do leo e dos enrolamentos vai se situar num valor mdio correspondente a uma potncia mdia de perdas durante os perodos de operao. As temperaturas do leo e dos enrolamentos so controladas por medidores de temperatura que podem acionar alarmes ou mesmo desligar o transformador quando elas forem ultrapassadas. Para a medio e controle da temperatura dos enrolamentos comum o uso de um aparelho denominado de imagem trmica, porque ele consegue reproduzir uma imagem dos enrolamentos sob o ponto da elevao de temperatura em relao ao leo, apesar de no estar em contato com as bobinas. Podem existir nos enrolamentos algumas zonas em que, por erro de projeto ou por erro de montagem, a refrigerao tenha ficado deficiente. Ento, a temperatura destes pontos no detectada pela imagem trmica, mas pode ser suficientemente elevada a ponto de diminuir consideravelmente a vida til do transformador. A manuteno preditiva de transformadores deve ser realizada periodicamente com a utilizao de anlises fsico-qumicas e cromatogrficas que se pode detectar vrios sintomas. A seguir, esto apresentadas as tcnicas de identificao de falhas de acordo com o padro ABNT, a partir da anlise cromatogrfica do leo isolante. Gs predominante Acetileno Quando grandes quantidades de hidrognio e acetileno so produzidas no leo, com pequenas quantidades de metano e etileno h a indicao de ocorrncia de arco eltrico e o leo pode ser carbonizado. Gs predominante Etileno Quando o leo apresenta como produtos de decomposio o etileno e metano, juntamente com quantidades menores de hidrognio e etano, h a indicao de superaquecimento do leo. Gs predominante HidrognioDelirose Ramos Pgina 36

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASA formao de grandes quantidades de hidrognio, com pequenas quantidades dos outros gases combustveis so um sinal de decomposio eletroltica da gua ou decomposio da gua associada com a ferrugem. A produo de hidrognio e metano, porm com pequenas quantidades de etano e etileno e quantidades comparveis de monxido e dixido de carbono uma indicao de ocorrncias de descargas parciais na celulose. Gs predominante Monxido de carbono Grandes quantidades de dixido e monxido de carbono presentes no leo so liberadas pela celulose superaquecida. Porm, quando h hidrocarbonetos gasosos presentes, como metano e etileno, a falha envolve uma estrutura impregnada em leo.

2.6

Exerccios

1) Para a alimentao de uma carga trifsica equilibrada de 150kVA, 220V fase-fase, a partir de um alimentador trifsico de 4500V fase-fase, 60Hz, ser utilizado um banco trifsico constitudo por 3 transformadores monofsicos idnticos. As caractersticas de cada um dos transformadores monofsicos e suas ligaes primria e secundria, para o atendimento dos requisitos citados so: a) Potncia nominal 50kVA, 2600/220 V, 60Hz, conexo estrelatringulo; b) Potncia nominal 50kVA, 4500/120 V, 60Hz, conexo tringuloestrela; c) Potncia nominal 150kVA, 2600/220 V, 60Hz, conexo tringuloestrela; d) Potncia nominal 150kVA, 2600/120 V, 60Hz, conexo estrelatringulo; e) Potncia nominal 50kVA, 4500/220 V, 60Hz, conexo estrelatringulo; 2) Um transformador monofsico de potncia nominal de 552kVA, 13800/2300V, 60Hz, apresenta perda no ncleo de 3880W quando opera em condies nominais de tenso e freqncia. A resistncia do enrolamento do lado de alta tenso de 6 ohms e a do lado de baixa tenso de 0,2 ohms. Operando em condies nominais e fator de potncia unitrio, o rendimento aproximado deste transformador ser de: a) 88,2% b) 89,4% c) 90,1% d) 92,0% e) 95,6%

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS3) Um transformador rebaixador de tenso usado em uma linha de 1650V, para fornecer 45A e 110V. A corrente que ela recebe, supondo um rendimento de 100%, ser de: a) 3A b) 4A c) 5A d) 6A e) 6,25A 4) Um transformador de 10.000kVA apresenta eficincia nominal de 99%. Em vazio, ele consome da rede 10kW. Operando a 75% da carga nominal, a perda por Efeito Joule : a) 90kW b) 80kW c) 50,625kW d) 38,4kW e) 27,6kW 5) Se a regulao de tenso nominal de um transformador 1,5%, pode-se afirmar que a sua tenso terminal operando em vazio : a) 1,500 pu b) 1,150 pu c) 1,000 pu d) 1,015 pu e) 0,985 pu 6) O rel Buchholz detecta: a) A reduo da resistncia de isolamento; b) A formao de gases; c) A existncia de curto-circuito interno; d) A elevao de temperatura e) A reduo da rigidez dieltrica 7) A cor roxeada dos gros de slica gel de um transformador indica que o seu leo isolante: a) Contm umidade; b) Est com reduzida rigidez dieltrica; c) Contm borras; d) Est com elevado ndice de acidez; e) Est com reduzida tenso interfacial. 8) A carga do secundrio de um transformador abaixador com uma razo de espiras de 5:1 de 900ohms. A impedncia do primrio : a) 180 ohms;Delirose Ramos Pgina 38

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASb) c) d) e) 4500 ohms; 22500 ohms; 32400 ohms; 36000 ohms.

9) Considerando que um transformador de potncia trifsico com relao de tenses de linha 13,8kV/138kV, potncia nominal igual a 100MVA e reatncia equivalente srie igual a 0,10 pu na base dos dados nominais do transformador seja submetido aos ensaios de curto-circuito e de circuito aberto para avaliao de alguns dos seus dados de placa, julgue os itens subsequentes: I O ensaio de curto-circuito realizado com a finalidade de avaliao da relao entre as tenses primrias e secundrias do transformador. II Calculado em ohm, o valor da reatncia equivalente srie do transformador no enrolamento de alta tenso igual a cem vezes o valor da mesma reatncia referenciada ao lado de baixa tenso. III Por meio do ensaio de circuito aberto no transformador, possvel se determinar a regulao de tenso esperada para o transformador para funcionamento sob tenso nominal no lado de alta tenso. IV A impedncia base que utilizada para calcular a reatncia equivalente em pu no lado de alta tenso apresenta valor superior a 169 ohms. V No ensaio de curto-circuito, aplicada tenso nominal no lado de baixa tenso e, simultaneamente, aplicado um curto-circuito aos terminais de alta tenso do transformador e efetuadas medidas de tenso e de corrente no lado de baixa tenso. Esto certos apenas os itens: a) b) c) d) e) I e II; I e V; II e IV; III e IV; III e V.

10)Um cliente adquiriu de uma empresa fabricante de transformadores uma unidade monofsica para atendimento de sua instalao eltrica. O transformador adquirido, entre outros dados tpicos, contm as seguintes informaes: relao de transformao: 500V/100V, 60Hz, potncia igual a 1kVA, impedncia srie equivalente referenciada ao lado de alta tenso composta por uma resistncia igual a 1 ohm e reatncia igual a 2 ohms. Considere que o transformador supre, em seu lado de baixa tenso, uma carga de 1kVA e que as perdas no ncleo de ferro soDelirose Ramos Pgina 39

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASdesprezveis. Essa carga apresenta fator de potncia unitrio e o transformador opera com tenso igual a 100V no lado de baixa tenso. Com relao s caractersticas e ao funcionamento desse transformador para atender a carga, assinale a opo INCORRETA: a) A regulao de tenso nesse transformador na condio de funcionamento inferior a 8%; b) A tenso necessria no lado de alta tenso para atender a carga deve ser superior a 500V; c) A impedncia srie do transformador, caso fosse desconhecida, poderia ser estimada por meio de ensaio de curto-circuito nesse equipamento; d) As perdas eltricas em razo de efeito julico (perdas ativas) nesse transformador, possivelmente, superam 20W; 11)Considere que um transformador de potncia trifsico tenha sido submetido aos ensaios de curto-circuito e a vazio para avaliao de algumas de suas caractersticas. A respeito desses ensaios no transformador, assinale a opo INCORRETA: a) A reatncia de magnetizao do transformador estimada a partir dos dados obtidos do ensaio em curto-circuito; b) Por meio do ensaio a vazio, possvel estimar a relao de transformao aproximada do transformador; c) As perdas nos enrolamentos do transformador podem ser estimadas a partir das informaes colhidas do ensaio em curtocircuito; d) As perdas no ncleo ferromagntico podem ser estimadas a partir do ensaio a vazio. 12)Uma indstria tem uma carga trifsica equilibrada de 450kVA, 380V (fase-fase) que dever ser alimentada atravs de uma linha primria de distribuio de 69kV (fase-fase). Para este objetivo ser utilizado um banco trifsico equilibrado, constitudo de 3 transformadores monofsicos idnticos. Abaixo so dadas vrias possibilidades de configurao para este banco e a especificao para cada um dos transformadores monofsicos. A nica alternativa que atende s especificaes : a) b) c) d) Ligao Y-Y; 150kVA; (69/raiz3)kV: 220V Ligao delta-Y; 150kVA; 69kV: 127V Ligao Y-delta; 150kVA; (69/raiz3)kV: 220V Ligao delta-delta; 150kVA; 69kV: 220V.

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS13)Quando um transformador de potncia tem as seguintes caractersticas 13,8kV AT e 220/127V BT, isto significa que a ligao do transformador : a) b) c) d) Delta - Y Y - Delta Y-Y Delta - Delta.

14)Um transformador trifsico com potncia nominal de 500kVA, possui tenses nominais de linha de 5000V no primrio e 200V no secundrio. O primrio est ligado em tringulo e o secundrio em estrela. O valor da corrente nominal de fase no primrio, em ampre, aproximadamente: a) b) c) d) e) 28,8 33,3 38,8 43,3 48,8

15)Dois transformadores trifsicos de mesmas tenses nominais no primrio e secundrio, ambos com ligao no primrio em tringulo e no secundrio em estrela e com idntico deslocamento angular no primrio e secundrio, um com potncia nominal de 500kVA e impedncia de 5% e o outro com potncia nominal de 750kVA e impedncia de 7,5%, so instalados ligados em paralelo. Quando a carga ligada ao secundrio dos dois for 800kVA, o transformador de 500kVA transportar, aproximadamente, carga, em kVA, de: a) b) c) d) e) 240 280 320 360 400

16)Um transformador trifsico de 500kVA, com tenses nominais 13200/380V, possui o primrio ligado em tringulo e o secundrio ligado em estrela e alimenta uma carga equilibrada de 300kW com fator de potncia 0,8. A corrente de linha absorvida pelo enrolamento primrio do transformador, em ampre, vale aproximadamente: a) 7,1Delirose Ramos Pgina 41

APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASb) c) d) e) 10,3 13,5 16,7 19,9.

17)Considere:

A corrente absorvida pelo enrolamento primrio do transformador da figura acima, em ampre, vale, aproximadamente: a) 0,55 b) 0,66 c) 0,77 d) 0,88 e) 0,99. 18)Um transformador possui as especificaes seguintes:110V/15V, 30W e rendimento igual a 90%. Se no secundrio for instalada uma carga de 10 ohms, a corrente no primrio ser, aproximadamente, de: a) b) c) d) e) 90mA 150mA 230mA 480mA 560mA.

19)A fim de se reduzir as perdas devido ao efeito das correntes parasitas (Foucault) em um transformador de potncia, necessrio: a) Aumentar o valor da induo magntica nas lminas de ferrosilcio. b) Aumentar a freqncia do sinal alternado

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASc) Reduzir o valor das resistncias dos enrolamentos primrio e secundrio d) Reduzir a espessura da chapa do ncleo do ferro do transformador 20)Para que um transformador, trabalhando em regime de plena carga, tenha um rendimento mximo, necessrio que os (as): a) Valores das impedncias dos enrolamentos primrios e secundrios sejam iguais. b) Perdas nominais no ferro e no cobre sejam iguais c) Perdas nominais por histerese sejam o dobro das perdas nos enrolamentos por efeito joule d) Valores das perdas por histerese e Foucault, no ncleo de ferro do transformador, sejam iguais. 21)No caso dos transformadores de potncia, a relao no linear entre o fluxo de magnetizao e a corrente de excitao correspondente chamada de: a) b) c) d) Harmnicos. Efeito Ferranti Histerese Fora Magnetomotriz

22)O ensaio a vazio em transformadores tem como finalidade determinar: a) b) c) d) Perdas no cobre. Impedncia percentual Perdas por histerese e Foucault Resistncia dosenrolamentos

23)A fim de se garantir que os leos isolantes cumpram a finalidade de garantir um perfeito isolamento entre os componentes do transformador e dissipar o calor produzido nos enrolamentos e no ncleo, necessria a realizao de testes do tipo: a) b) c) d) Descarga eletrosttica. Controle de presso Filtragem Rigidez dieltrica

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS24)Um transformador trifsico, de potncia 750kVA,13,8kV delta (AT) e 220/127Vestrela aterrado (BT), alimenta uma carga de 600kW com fator de potncia 0,8 indutivo. O valor de corrente de linha, em ampres, no lado da alta tenso , aproximadamente, igual a: a) b) c) d) 26,28. 31,38 38,54 54,35

25)Um transformador trifsico, ligado em estrela-delta, relao de transformao a, alimentado por uma tenso de linha V e uma corrente de linha I. Determine as relaes secundrias de tenso de linha e corrente de linha, respectivamente: a) b) c) d) e) V/a e aI. V/raiz(3)a e raiz(3)aI V/a e aI/raiz(3) Raiz(3)aV e I/raiz(3)a aV e I/a

26)Um transformador trifsico, de potncia 75kVA,13,8kV (delta) (AT) e 380/220V estrela, aterrado (BT) alimenta uma carga de 69kW com fator de potncia 0,92 indutivo. O valor da corrente de linha em ampres,no lado de baixa tenso , aproximadamente, igual a: a) b) c) d) 68,5A. 113,95A 196,82A 252,4A

27)Um transformador com ncleo de ferro funcionando numa linha de 120V possui 500 espiras no primrio e 100 espiras no secundrio. A tenso no secundrio de: a) b) c) d) e) 600V. 120V 50V 24V 12V

28)Um transformador ideal de 4,6kVA, 2.300/115V,freqncia de 60Hz, foi projetado para ter uma f.e.m. induzida de 2,5V/espira. Determinar o

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASnmero de espiras do enrolamento de alta (Na) e as correntes nominais para os enrolamentos de alta (Ia) e de baixa (IB) a) b) c) d) e) Na = 920 espiras, Ia = 2mA e Ib = 40mA. Na = 460 espiras, Ia = 40A e Ib = 2A. Na = 1.840 espiras, Ia = 2mA e Ib = 40mA. Na = 460 espiras, Ia = 20A e Ib = 4A. Na = 920 espiras, Ia = 2A e Ib = 40A.

29)Um banco transformador trifsico formado por trs transformadores monofsicos. Se o transformador trifsico utilizado para abaixar a tenso de 230kV para 69kV (tenses de linha) e encontra-se ligado estrela-delta, qual a a relao de transformao de cada transformador monofsico? a) b) c) d) e) 230:69kV. 230/raiz(3):69/raiz(3)kV. 230:69/raiz(3)kV. 230raiz(3):69kV. 230/raiz(3):69k.

30)Um transformador de potncia T1 de 1000kVA, 13800V:380V, impedncia de 5%, conectado em Dyn1, colocado em paralelo com um transformador T2 de 500kVA, 13800V:380V, impedncia de 4,5%, conectado em Dyn1. possvel afirmar que: a) A carga total que pode ser alimentada sem sobrecarregar nenhum dos transformadores de 1200kVA. b) A carga total que pode ser alimentada sem sobrecarregar nenhum dos transformadores de 1300kVA. c) A carga total que pode ser alimentada sem sobrecarregar nenhum dos transformadores de 1400kVA. d) A carga total que pode ser alimentada sem sobrecarregar nenhum dos transformadores de 1500kVA. e) Os transformadores T1 e T2 no podem operar em paralelo.

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICASGABARITO

1 2 3 4 5 6

A E A C D B

7 8 9 10 11 12

A C C D A A

13 14 15 16 17 18

A B E D A C

19 20 21 22 23 24

D B A C D B

25 26 27 28 29 30

B B D E E C

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máquinas elétricas_capítulo 2

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