transformadores weg

Upload: elio-westphal

Post on 09-Jul-2015

2.854 views

Category:

Documents


28 download

TRANSCRIPT

DT-11 CARACTERSTICAS E ESPECIFICAES DETRANSFORMADORES DE DISTRIBUIO E FORA Informaes Tcnicas DT -111 Forneciment o Cia. Mineradora Zaldivar ChileTransformador 40/50/60 MVA Classe 242 kV Informaes Tcnicas DT -112 Informaes Tcnicas DT -113 PREFCIO Ocursoemquestorefere-seatransformadorestrifsicos,imersosemlquido isolante,previstosparainstalaointernaouexterna,comclassesdetensoat 245kV,emfreqnciade60Hzou50Hz.Tambmsoabordadosaspectos especficosrelacionadosatransformadoresaseco,encapsuladosemresinaepxi, classe de tenso at 24,2kV. Estetrabalhodestina-seadarsubsdioseesclarecimentosnecessriosparauma boaespecificaodetransformadores.Alis,umacorretaseleoimplica diretamentenareduodocustodoequipamentoenosprazosderecebimentoe instalao. OstransformadoresWEGsoprojetadoseconstrudossegundonormasda Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT), em suas ltimas edies, assim como normas internacionais, sempre que especificado. Recomendamos,paraaquelesquedesejaremseaprofundarnoestudode transformadores, que tenham a disposio as seguintes normas: -NBR 5356 - Transformador de Potncia: Especificao -NBR 5440 - Transformadores para Redes Areas de Distribuio: Padronizao -NBR 5380 - Transformador de Potncia: Mtodo de Ensaio -NBR 5416 - Aplicao de Cargas em Transformadores de Potncia: Procedimento -NBR 5458 - Transformador de Potncia: Terminologia -NBR 10295 - Transformadores de Potncia Secos -IEC 76 Transformador de Puissance muitoimportante,tambm,queointeressadotenhaemmosaspublicaes especficas para transformadores, emitidas pela concessionria de energia da regio onde ser instalado o equipamento. WEG INDSTRIAS S.A. - Transformadores Informaes Tcnicas DT -114 Informaes Tcnicas DT -115 NDICE HISTRICO ..............................................................................................................13 1.NOES FUNDAMENTAIS ................................................................................15 1.1.TRANSFORMADORES E SUAS APLICAES............................................... 15 1.2.TIPOS DE TRANSFORMADORES................................................................... 17 1.2.1.Diviso dos Transformadores quanto Finalidade ........................................ 17 1.2.2.Diviso dos Transformadores quanto aos Enrolamentos ............................... 17 1.2.3.Diviso dos Transformadores quanto aos Tipos Construtivos ....................... 17 1.3.COMO FUNCIONA O TRANSFORMADOR...................................................... 18 1.4.SISTEMAS ELTRICOS................................................................................... 21 1.4.1.Sistemas de Corrente Alternada Monofsica .................................................21 1.4.1.1.Generalidades..............................................................................................21 1.4.1.2.Tipos de ligao...........................................................................................21 1.4.2.Sistemas de Corrente Alternada Trifsica...................................................... 22 1.4.2.1.Tipos de ligao...........................................................................................23 1.4.2.2.Autotransformador........................................................................................291.5.1.Potncia Ativa ou til ..................................................................................... 30 1.5.2.Potncia Reativa ............................................................................................ 31 1.5.3.Potncia Aparente.......................................................................................... 31 2.DEFINIES IMPORTANTES E NORMALIZAO...........................................35 2.1.POTNCIA NOMINAL....................................................................................... 35 2.1.1.Transformadores Trifsicos............................................................................ 35 2.1.2.Transformadores Monofsicos ....................................................................... 35 2.1.3.Potncias Nominais Normalizadas................................................................. 35 2.2.TENSES ......................................................................................................... 36 2.2.1.Definies....................................................................................................... 36 2.2.2.Escolha da Tenso Nominal........................................................................... 37 2.2.2.1.Transformadores de distribuio ................................................................. 37 2.2.2.2.Transformador de distribuio a ser instalado no domnio de uma concessionria............................................................................................ 39 2.2.2.3.Transformador para uso industrial............................................................... 39 Informaes Tcnicas DT -116 2.3.DERIVAES................................................................................................... 40 2.3.1.Definies....................................................................................................... 41 2.4.CORRENTES.................................................................................................... 43 2.4.1.Corrente Nominal ........................................................................................... 43 2.4.2.Corrente de Excitao.................................................................................... 43 2.4.3.Corrente de Curto-Circuito ............................................................................. 44 2.4.3.1.Corrente de curto-circuito permanente.........................................................44 2.4.3.2.Corrente de curto-circuito de pico................................................................45 2.4.4.Corrente de Partida ou Inrush ........................................................................ 45 2.5.FREQNCIA NOMINAL.................................................................................. 46 2.6.NVEL DE ISOLAMENTO.................................................................................. 46 2.7.DESLOCAMENTO ANGULAR.......................................................................... 47 2.8.IDENTIFICAO DOS TERMINAIS.................................................................. 51 3.CARACTERSTICAS DE DESEMPENHO...........................................................55 3.1.PERDAS............................................................................................................ 55 3.1.1.Perdas no Material dos Enrolamentos (Perdas em Carga ou no Cobre)........ 55 3.1.2.Perdas no Ferro do Ncleo Magntico (Perdas em Vazio) ............................ 55 3.2.RENDIMENTO .................................................................................................. 59 3.3.REGULAO.................................................................................................... 60 3.4.CAPACIDADE DE SOBRECARGA................................................................... 61 4.CARACTERSTICAS DA INSTALAO.............................................................68 4.1.OPERAO EM CONDIES NORMAIS E ESPECIAIS DE FUNCIONAMENTO. ......................................................................................... 68 4.2.CONDIES NORMAIS DE TRANSPORTE E INSTALAO......................... 69 4.3.OPERAO EM PARALELO............................................................................ 71 4.3.1.Diagramas Vetoriais com mesmo Deslocamento Angular.............................. 71 4.3.2.Relaes de Transformao Idnticas inclusive Derivaes.......................... 71 4.3.3.Impedncia..................................................................................................... 72 4.4.OPERAO EM PARALELO............................................................................ 75 5.SELEO DOS TRANSFORMADORES ............................................................77 5.1.DETERMINAO DA POTNCIA DO TRANSFORMADOR............................ 77 5.2.FATOR DE DEMANDA (D) ............................................................................... 77 Informaes Tcnicas DT -117 5.2.1.Determinao da Demanda Mxima de um Grupo de Motores ..................... 78 5.2.2.Determinao da Demanda Mxima da Instalao........................................ 81 5.3.CONSIDERAES SOBRE O USO DAS TABELAS........................................ 81 5.4.CRITRIOS DE ESCOLHA DOS TRANSFORMADORES COM BASE NO VALOR OBTIDO NA DEMANDA ...................................................................... 82 5.4.1.Eventuais Aumentos da Potncia Instalada ................................................... 88 5.4.2.Convenincia da Subdiviso em mais Unidades............................................ 88 5.4.3.Potncia Nominal Normalizada ...................................................................... 89 5.5.DADOS NECESSRIOS PARA IDENTIFICAO DO TRANSFORMADOR ... 90 6.CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS..............................................................91 6.1.PARTE ATIVA................................................................................................... 91 6.1.1.Ncleo ............................................................................................................ 93 6.1.2.Enrolamento ................................................................................................... 94 6.1.3.Dispositivos de Prensagem, Calos e Isolamento.......................................... 97 6.1.4.Comutador de Derivaes.............................................................................. 97 6.1.4.1.Tipo painel....................................................................................................97 6.1.4.2.Comutador acionado vazio........................................................................98 6.1.4.3. Comutador sob carga..................................................................................100 6.2.BUCHAS ......................................................................................................... 102 6.3.TANQUE ......................................................................................................... 106 6.3.1.Selados ........................................................................................................ 107 6.3.2.Com Conservador de leo........................................................................... 108 6.3.3.Transformadores Flangeados ...................................................................... 108 6.4.RADIADORES................................................................................................. 109 6.5.TRATAMENTO SUPERFICIAL E PINTURA ................................................... 110 6.6.LQUIDO DE ISOLAO E REFRIGERAO................................................ 110 6.7.PLACAS DE IDENTIFICAO E DIAGRAMTICA........................................ 114 6.8.ACESSRIOS................................................................................................. 118 6.8.1.Indicador de Nvel do leo........................................................................... 120 6.8.2.Termmetros ................................................................................................ 120 6.8.3.Termmetro do Enrolamento com Imagem Trmica .................................... 122 6.8.4.Controladores Microprocessados de Temperatura....................................... 124 Informaes Tcnicas DT -118 6.8.5.Vlvula de Alvio de Presso (VAP) ............................................................. 125 6.8.6.Rel Detetor de Gs Tipo Buchholz ............................................................. 126 6.8.7.Secador de Ar de Slica Gel ......................................................................... 127 6.8.8.Rel de Presso Sbita................................................................................ 129 6.8.9.Tubo de Exploso......................................................................................... 130 6.8.10.Manmetro e Vacumetro.......................................................................... 130 6.8.11.Rel de Tenso.......................................................................................... 131 6.8.12.Paralelismo de Transformadores com Comutadores em Carga.................131 6.8.13.Sistema de Ventilao Forada.................................................................. 131 6.8.14.Sistema de leo Forado........................................................................... 132 6.8.14.1.Sistema OFWF........................................................................................ 133 6.8.14.2.Sistema OFAF com trocador de calor leo-ar (aerotermo)...................... 134 6.8.14.3.Sistema ONAN/OFAN/ONAF/OFAF........................................................ 134 7.TRANSFORMADORES A SECO.......................................................................136 7.1.HISTRIA DO TRANSFORMADOR...............................................................136 7.1.1.Retrospecto.................................................................................................. 136 7.1.2.A Situao Hoje............................................................................................ 139 7.2.TRANSFORMADORES ENCAPSULADOS WEG...........................................139 7.3.CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS..........................................................140 7.3.1.Ncleo e Ferragens...................................................................................... 140 7.3.2.Bobinas de Baixa Tenso............................................................................. 140 7.3.3.Bobinas de Alta Tenso ............................................................................... 141 7.3.4.Acessrios.................................................................................................... 143 7.3.4.1.Comutador de tenso sem carga .............................................................. 143 7.3.4.2.Sistema de monitoramento trmico........................................................... 144 7.3.4.3.Sistema de ventilao forada................................................................... 144 7.3.4.4.Cubculo de proteo ................................................................................ 145 7.4.GARANTIA DE QUALIDADE E TESTES ........................................................147 7.5.VANTAGENS ..................................................................................................149 7.5.1.Isentos de Manuteno ................................................................................ 149 Informaes Tcnicas DT -119 7.5.2.Fcil Instalao............................................................................................. 149 7.5.2.1Ambiente de instalao .............................................................................. 150 7.5.3.Baixssimos Nveis de Descargas Parciais................................................... 153 7.5.4.Alta Suportabilidade a Sobretenses ........................................................... 154 7.5.5.Alta Capacidade de Sobrecarga................................................................... 154 7.5.6.Insensveis ao Meio...................................................................................... 155 7.5.7.Alto Extinguvel ............................................................................................. 157 7.5.8.Resistente a Curto-Circuito .......................................................................... 159 7.5.9.Baixo Nvel de Rudo.................................................................................... 160 7.5.10.Assistncia Tcnica WEG.......................................................................... 160 7.5.11.Compatveis com o Meio Ambiente............................................................ 161 7.6.APLICAES .................................................................................................161 7.7.ESPECIFICAES.........................................................................................162 7.7.1Normas.......................................................................................................... 163 7.7.2.Potncias...................................................................................................... 163 7.7.3.Classes de Tenso....................................................................................... 163 7.7.4.Tenso Nominais e Derivaes.................................................................... 164 7.7.5.Freqncia e Ligaes .................................................................................164 7.7.6.Temperaturas ............................................................................................... 164 7.7.7.Perdas, Corrente de Excitao e Impedncia .............................................. 165 7.7.8.Dimenses ................................................................................................... 165 7.8.NORMA BRASILEIRA PARA ESPECIFICAO DE SECOS.........................166 8. ENSAIOS ........................................................................................................175 8.1.ENSAIOS DE ROTINA.................................................................................... 175 8.1.1.Relao de Tenses..................................................................................... 176 8.1.2.Polaridade .................................................................................................... 177 8.1.3. Deslocamento Angular e Sequncia de Fases ............................................. 177 8.1.4.Resistncia do Isolamento ........................................................................... 178 8.1.5.Resistncia Eltrica dos Enrolamentos ........................................................ 181 8.1.6Tenso aplicada ............................................................................................ 181 8.1.7. Tenso induzida ............................................................................................ 184 Informaes Tcnicas DT -1110 8.1.8. Perdas em Vazio e Corrente de Excitao.................................................... 184 8.1.9Perdas em Carga .......................................................................................... 185 8.2. ENSAIOS DE TIPO E ESPECIAIS................................................................. 186 8.2.1Descargas Parciais........................................................................................ 186 8.2.2Ensaio de Fator de Potncia do Isolamento.................................................. 187 8.2.3Impulso Atmosfrico...................................................................................... 187 8.2.4Elevao de Temperatura ............................................................................. 188 8.3ENSAIO EM OLEO ISOLANTE...................................................................... 189 8.3.1 Tipo de Oleo Mineral Isolante......................................................................... 190 8.3.2 Caractersticas do Oleo.................................................................................. 191 8.3.3 Ensaios Fsico-Qumicos realizados na WEG................................................ 192 9.INSTALAO E MANUTENO....................................................................... 194 9.1.TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIO .................................................. 194 9.1.1.Recebimento ................................................................................................ 194 9.1.2.Manuseio...................................................................................................... 194 9.1.3.Armazenagem.............................................................................................. 195 9.1.4.Instalao..................................................................................................... 195 9.1.5.Manuteno.................................................................................................. 196 9.1.6.Inspeo Peridica....................................................................................... 196 9.1.7.Reviso Completa ........................................................................................ 197 9.2.TRANSFORMADORES DE POTNCIA (FORA).......................................... 197 9.2.1.Recebimento ................................................................................................ 197 9.2.2.Descarregamento e Manuseio ..................................................................... 198 9.2.3.Verificaes e Ensaios de Recebimento ...................................................... 198 9.2.4.Armazenamento ........................................................................................... 198 9.2.5.Instalao..................................................................................................... 199 9.2.6.Montagem do Transformador ....................................................................... 199 9.2.7.Cuidados Recomendados durante e aps a Montagem............................... 200 9.3.ENSAIOS ........................................................................................................ 201 9.4.ENERGIZAO .............................................................................................. 201 9.5.MANUTENO............................................................................................... 202 ANEXO I..................................................................................................................206 Informaes Tcnicas DT -1111 FOLHA DE DADOS:TRANSFORMADOR DE DISTRIBUIO.............................206 ANEXO II.................................................................................................................209 FOLHA DE DADOS:TRANSFORMADOR DE FORA..........................................209 ANEXO III................................................................................................................213 FOLHA DE DADOS: TRANSFORMADOR A SECO..............................................213 Informaes Tcnicas DT -1112 Informaes Tcnicas DT -1113 HISTRICO Ainvenodotransformadordepotncia,queremontaofimdosculodezenove, tornou-sepossvelodesenvolvimentodomodernosistemadealimentaoem correntealternada,comsubestaesdepotnciafreqentementelocalizadasa muitos quilmetros dos centros de consumo (carga). Antes disto, nos primrdios do suprimento de eletricidade pblica, estes eram sistemas de corrente contnua, com a fonte de gerao, por necessidade, localizados prximo do local de consumo. Indstrias pioneiras no fornecimento de eletricidade foram rpidas em reconhecer os benefciosdeumaferramentaaqualpoderiadisporaltacorrente,normalmente obtidaabaixatensodesadadeumgeradoreltrico,etransform-loparaum determinadonveldetensopossvel detransmiti-laemcondutoresdedimenses prticosaconsumidoresque,naqueletempo,poderiamestarafastadosaum quilmetro ou mais e poderiam fazer isto com uma eficincia e que, para os padres da poca, era nada menos que fenomenal. Atualmente,sistemasdetransmissoedistribuiodeenergiaso,claro, vastamentemaisextensosetotalmentedependentesdetransformadoresosquais, porsis,somuitomaiseficientesqueaquelesdeumsculoatrs;dosenormes transformadoreselevadores,transformando,porexemplo,23,5kV(19.000A)em 400kV, assim reduzindo a corrente a valores prticos de transmisso de 1.200A, ou ento, aos milhares de pequenos transformadores de distribuio, as quais operam quase continuamente, dia-a-dia, com menor ou maior grau de importncia, provendo suprimento para consumidores industriais ou domsticos. Informaes Tcnicas DT -1114 Informaes Tcnicas DT -1115 1.NOES FUNDAMENTAIS 1.1.TRANSFORMADORES E SUAS APLICAES A energia eltrica, at chegar ao ponto de consumo, passa pelas seguintes etapas: a)gerao:ondeaforahidrulicadosriosouaforadovapor superaquecido convertida em energia nos chamados geradores; b)transmisso: os pontos de gerao normalmente encontram-se longe dos centrosdeconsumo;torna-senecessrioelevaratensonopontode gerao,paraqueoscondutorespossamserdeseoreduzida,por fatoreseconmicosemecnicos,ediminuiratensoprximadocentro de consumo, por motivos de segurana; o transporte de energia feito em linhasdetransmisso,queatingematcentenasdemilharesdevoltse que percorrem milhares de quilmetros; c)distribuio:comodissemosacima,atensodiminudaprximoao pontodeconsumo,pormotivosdesegurana;porm,onveldetenso desta primeira transformao no , ainda, o de utilizao, uma vez que maiseconmicodistribu-laemmdiatenso;ento,juntoaopontode consumo, realizada uma segunda transformao, a um nvel compatvel com o sistema final de consumo (baixa tenso). Aseguir,apresentamos,esquematicamente,umsistemadepotncia,incluindo gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica. Informaes Tcnicas DT -1116 FIGURA 1.1 Informaes Tcnicas DT -1117 1.2.TIPOS DE TRANSFORMADORES Sendoumequipamentoquetransfereenergiadeumcircuitoeltricoaoutro,o transformadortomapartenossistemasdepotnciaparaajustaratensodesada deumestgiodosistematensodaentradadoseguinte.Otransformador,nos sistemaseltricoseeletromecnicos,poderassumiroutrasfunestaiscomo isolar eletricamente os circuitos entre si, ajustar a impedncia doestgio seguinteado anterior, ou, simplesmente, todasestas finalidades citadas. A transformao da tenso (e da corrente) obtida graas a um fenmeno chamado induo eletromagntica, o qual ser detalhado mais adiante. 1.2.1.Diviso dos Transformadores quanto Finalidade a) Transformadores de corrente b) Transformadores de potencial c) Transformadores de distribuio d) Transformadores de fora 1.2.2.Diviso dos Transformadores quanto aos Enrolamentos a) Transformadores de dois ou mais enrolamentos b) Autotransformadores 1.2.3.Diviso dos Transformadores quanto aos Tipos Construtivos a) Quanto ao material do ncleo: - com ncleo ferromagntico; - com ncleo de ar. b) Quanto a forma do ncleo: - Shell; - Core: Informaes Tcnicas DT -1118 Enrolado:omaisutilizadonomundonafabricaode transformadoresdepequenoporte(distribuio),algunsfabricantes chegam a fazer transformadores at de meia-fora (10MVA): Envolvido; Envolvente. Empilhado: Envolvido; Envolvente. c) Quanto ao nmero de fases: - monofsico; - polifsico (principalmente o trifsico). d) Quanto maneira de dissipao de calor: - parte ativa imersa em lquido isolante (transformador imerso); - parte ativa envolta pelo ar ambiente (transformador a seco). (a) Tipo Shell(b) Tipo Core Envolvido(c) Tipo Core: CincoColunas Envolvente FIGURA 1.2 1.3.COMO FUNCIONA O TRANSFORMADOR O fenmeno da transformao baseada no efeito da induo mtua. Veja a Figura 1.3, onde temos um ncleo constitudo de lminas de ao prensadas e onde foram construdos dois enrolamentos. Informaes Tcnicas DT -1119 FIGURA 1.3 onde: U1 = tenso aplicada na entrada (primria) N1 = nmero de espiras do primrio N2 = nmero de espiras do secundrio U2 = tenso de sada (secundrio) Se aplicarmos uma tenso U1 alternada ao primrio, circular por este enrolamento uma corrente I1 alternada que por sua vez dar condies ao surgimento de um fluxo magntico tambm alternado. A maior parte deste fluxo ficar confinado ao ncleo, uma vez que este o caminho demenorrelutncia.Estefluxooriginarumaforaeletromotriz(f.e.m.)E1no primrioeE2nosecundrio,proporcionaisaonmerodeespirasdosrespectivos enrolamentos, segundo a relao: aNNEE 2121

onde: a = razo de transformao ou relao entre espiras. As tenses de entrada e sada U1 e U2 diferem muito pouco das f.e.m. induzidas E1 e E2 e para fins prticos podemos considerar: Informaes Tcnicas DT -1120 aNNUU 2121 Podemos tambm provar que as correntes obedecem seguinte relao: aNNIIouN I N I 21122 2 1 1 onde: l1 = corrente no primriol2= corrente no secundrio QuandoatensodoprimrioU1superioradosecundrioU2,temosum transformadorabaixador(stepdown).Casocontrrio,teremosumtransformador elevador de tenso (step up). Para o transformador abaixador, a > 1 e para o elevador de tenso, a < 1. Cabeaindafazernotarquesendoofluxomagnticoprovenientedecorrente alternada,estetambmseralternado,tornando-seumfenmenoreversvel,ou seja,podemosaplicarumatensoemqualquerdosenrolamentoqueteremosa f.e.m. no outro. Baseando-senesteprincpio,qualquerdosenrolamentospoderseroprimrioou secundrio. Chama-se de primrio o enrolamento que recebe a energia e secundrio o enrolamento que alimenta a carga. Informaes Tcnicas DT -1121 1.4.SISTEMAS ELTRICOS Faremosumarpidarevisodeconceitosefrmulasdeclculo,envolvidosnos sistemaseltricoscomoobjetivodereativaramemriaeretirardaextensateoria aquiloquerealmenteinteressaparaacompreensodofuncionamentoeparao dimensionamento do transformador. 1.4.1.Sistemas de Corrente Alternada Monofsica 1.4.1.1.Generalidades Acorrentealternadasecaracterizapelofatodequeatenso,emvezde permanecerfixa,comoentreosplosdeumabateria,variasenoidalmentecomo tempo, mudando de sentido alternadamente, donde o seu nome. O nmero de vezes por segundo que a tenso muda de sentido e volta condio inicial a freqncia do sistema, expressa em ciclos por segundo ou hertz, simbolizada por Hz. Nosistemamonofsico,umatensoalternadaU(Volt)geradaeaplicadaentre dois fios, aos quais se liga a carga, que absorve uma corrente I (Ampre), conforme Figura 1.4. FIGURA 1.4 1.4.1.2.Tipos de ligao Seligarmosduascargasiguaisaumsistemamonofsico,estaligaopoderser feita de dois modos: Informaes Tcnicas DT -1122 - ligao em srie (Figura 1.5): na qual duas cargas so atravessadas pela correntetotaloudecircuito;nestecaso,atensoemcadacargasera metade da tenso do circuito; -ligaoemparalelo(Figura1.6):naqualaplicadaasduascargas,a tenso do circuito; neste caso, a corrente em cada carga ser a metade da corrente total do circuito. FIGURA 1.5 FIGURA 1.6 1.4.2.Sistemas de Corrente Alternada Trifsica Osistematrifsicoformadopelaassociaodetrssistemasmonofsicosde tenses, U1, U2 e U3tais que a defasagem entre elas seja 120e os atrasos de U2 eU1 emrelaoaU3sejamiguaisa120,considerandoumciclocompleto360. (Figura 1.4) Informaes Tcnicas DT -1123 Ligando entre si os trs sistemas monofsicos e eliminando os fios desnecessrios, teremos um sistema trifsico de tenses defasadas de 120e aplicadas entre os trs fios do sistema. FIGURA 1.7 1.4.2.1.Tipos de ligao a)Ligao tringulo Chamamostensesecorrentesdefaseastensesecorrentesdecadaumdos trs sistemas monofsicos considerados, indicados por Uf e If. Seligarmosostrssistemasmonofsicosentresi,comoindicaaFigura1.8, podemoseliminartrsfios,deixandoapenasumemcadapontodeligao,eo sistema trifsico ficar reduzido a trs fios U, V e W. Informaes Tcnicas DT -1124 FIGURA 1.8 Atensoemqualquerdestestrsfioschama-setensodelinha,UL,quea tensonominaldosistematrifsico.Acorrenteemqualquerumdosfioschama-se corrente de linha, IL. Examinando o esquema da Figura 1.9, v-se que: -a carga aplicada a tenso de linha UL que a prpria tenso do sistema monofsico componente, ou seja, UL = Uf; -acorrenteemcadafiodelinha,oucorrentedelinhaILasomadas correntes das duas fases ligadas a este fio, ou seja, I = If1 + If2. FIGURA 1.9 Como as correntes esto defasadas entre si, a soma dever ser f eita graficamente, como mostra a Figura 1.10. Pode-se verificar que:f f LI I I 732 , 1 3 Informaes Tcnicas DT -1125 FIGURA 1.10 Exemplo:Emumsistematrifsicoequilibradodetensonominal220V,acorrente de linha medida de 10A. Ligando a este sistema uma carga trifsica composta de trscargasiguaisligadasemtringulo,qualatensoeacorrenteligadaemcada uma das cargas? Temos:V U UL f220 , em cada uma das fases A I I I IL f f L77 , 5 10 577 , 0 577 , 0 732 , 1 , em cada uma das cargas b)Ligao estrela Ligandoumdosfiosdecadasistemamonofsicoaumpontocomumaostrs restantes,forma-seumsistematrifsicoemestrela(Figura1.11).svezeso sistema trifsico em estrela a quatro fios ou com neutro. O quarto fio ligado ao ponto comum s trs fases. A tenso de linha, ou a tenso nominaldosistematrifsico,eacorrentedelinhasodefinidasdomesmomodo que na ligao tringulo. Informaes Tcnicas DT -1126 U V WI1 I2 I3Uf1 Uf2 Uf3If1 If3 If2 FIGURA 1.11 Examinando o esquema da Figura 1.12 v-se que: - a corrente em cada fio da linha, ou corrente da linha IL = If; -atensoentredoisfiosquaisquerdosistematrifsicoasomagrfica (Figura1.13)dastensesdeduasfasesasquaisestoligadososfios considerados, ou seja: f f LU U U 732 , 1 3 . FIGURA 1.12 FIGURA 1.13 Informaes Tcnicas DT -1127 Exemplo: Em uma carga trifsica composta de trs cargas iguais, cada carga feita para ser ligada a uma tenso de 220V, absorvendo 5,77A. Qual a tenso nominal do sistema trifsico que alimenta esta carga em suas condies normais (220V e 5,77A) e qual a corrente de linha? Temos: V Uf200 , em cada uma das cargas V UL380 220 732 , 1 A I If L77 , 5 c) Ligao zig-zag Este tipo de ligao prefervel onde existem desequilbrios acentuados de carga. Cadafasedosecundrio,compe-sededuasbobinasdispostascadaumasobre colunasdiferentes,ligadasemsrie,assimacorrentedecadafasedosecundrio afeta sempre por igual asduas fases do primrio. NaFigura1.14temosumdiagramamostrandoasligaeseossentidosdas correntesemcadaenrolamento.NaFigura1.15temosodiagramafasorialda ligao zig-zag. FIGURA 1.14 Informaes Tcnicas DT -1128 FIGURA 1.15 Otransformadortorna-semaiscaro,principalmentepeloaumentode15,5%no volume de cobre e pela complexidade de sua montagem. Almdeatenuara3harmnica,ofereceapossibilidadede3tenses:220/127V, 380/220V e 440/254V. Supondo tenses de linha para V1 = 220/127V. (Figura 1.16) FIGURA 1.16 o oZZV V V 0 601 1 + onde oV V 01 2 017 , 127 60 017 , 127 + oZZV110 527 , 190 j VZZ+ oZZV 30 220 (tenso de fase) V VL ZZ380 3 220) ( Informaes Tcnicas DT -1129 Desta maneira com dois enrolamentos em ligao zig-zag, conseguimos 380/220V. Paraobtermos220/127Vligamosemparaleloasduasbobinasdeumamesma coluna e para 440/254V ligamos as bobinas em srie. 1.4.2.2.Autotransformador Possui estrutura magntica semelhante aos transformadores normais, diferenciando-seapenasnaparteeltrica,isto,osenrolamentosdoprimrioesecundrio possuem um certo nmero de espiras em comum, Figura 1.17. FIGURA 1.17 11VPI 22VPI 1 2I I I Arelaoentreatensosuperioreatensoinferiornodevesersuperiora3. reversvel,podeserabaixadorouelevador.Nopossuicomutador.Quandotiver vriastenses,dotadodepaineldereligaoouasdiversassadaspodemser conectadas diretamente nas buchas. O autotransformador trifsico realizado com agrupamento das fases em estrela. Informaes Tcnicas DT -1130 Vantagens: - deslocamento angular entre AT e BT sempre nulo; - possibilidade de ligao do centro terra, a fim de eliminar o perigo de sobretenses com respeito terra linha BT. 1.5.POTNCIAS Emumsistemaeltrico,temostrstiposdepotncias:potnciaaparente,ativae reativa. Estas potncias esto intimamente ligadas de tal forma que constituem um tringulo, o chamado tringulo das potncias. (Figura 1.18) FIGURA 1.18 onde: S = potncia aparente, expressa em VA (Volts-Ampre) P = potncia ativa ou til, expressa em W (Watt) Q = potncia reativa, expressa em VAr (Volt Ampre reativa) = ngulo que determina o fator de potncia. 1.5.1.Potncia Ativa ou til acomponentedapotnciaaparente(S)querealmenteutilizadaemum equipamento na converso da energia eltrica em outra forma de energia. Em um sistema monofsico: Informaes Tcnicas DT -1131 I U P cos [W] Em um sistema trifsico: I U Pf fcos 3 [W] ou I U PL Lcos 3 [W] 1.5.2.Potncia Reativa acomponentedapotnciaaparente(Q)quenocontribuinaconversode energia. Em um sistema monofsico: I U Q sen [VAr] Em um sistema trifsico: I U Qf fsen 3 [VAr] ou I U QL Lsen 3 [VAr] 1.5.3.Potncia Aparente asomavetorialdapotnciatileareativa.umagrandezaque,paraser definida, precisa de mdulo e ngulo, caractersticas do vetor. Mdulo: 2 2Q P S + ngulo:,_

PQarctg Informaes Tcnicas DT -1132 Aqui podemos notar a importncia do fator de potncia. definido como: SP fp cos Umtransformadordimensionadopelapotnciaaparente(S)eporasenotaa importnciadamanutenodeumfatordepotnciaelevadonumainstalao.O baixofatordepotnciacausasriosproblemassinstalaeseltricas,entreas quaispodemserdestacados:sobrecargasnoscabosetransformadores, crescimentodaquedadetenso,reduodonveldeiluminncia,aumentodas perdas no sistema de alimentao. Alm disto, as concessionrias de energia cobram pesadas multas sobre a tarifa de energia para aqueles que apresentarem fator de potncia inferior a 0,92. Em um sistema monofsico: I U S [VA] Em um sistema trifsico: f fI U S 3[VA] ou L LI U S 3[VA] Outras relaes importantes: PScos[VA] QSsen[VA] Informaes Tcnicas DT -1133 A seguir, introduzimos uma tabela prtica para determinao dos valores de tenso, corrente,potnciaefatordepotnciadetransformadoresemfunodotipode ligao. (Tabela 1.1) TABELA 1.1 DeterminaoEstrelaTringuloZig-Zag Tenso de LinhaULULUL Tenso no Enrolamento 3LUUL 3LU Corrente de LinhaILILIL Corrente de Enrolamento IL 3LIIL Ligaes dos Enrolamentos Esquemas Potncia AparentekVA L L f fI U I U S 3 3Potncia AtivakW I U I U PL L f fcos 3 cos 3 Potncia ReativakVAr I U I U QL L f fsen 3 sen 3 Potncia Absorvida da Rede Primria KVA kVASPFator de Potncia do Primrio ( )r ue e 100 cos cos2 1 (*) Fator de Potncia do Secundrio Do projeto de instalao (cos2) (*) ey = Tenso de curto-circuito er = componente da tenso de curto -circuito Informaes Tcnicas DT -1134 Exemplo:Clculodapotnciaaparenterequeridapordoisequipamentoscomfator de potncia (cos) APARELHO 1 APARELHO 2 SPW Pcos5 , 0 cos1000 SPW Pcos92 , 0 cos1000 APARELHO 1 :VA S 20005 , 01000 APARELHO 2 :VA S 108792 , 01000 CONCLUSO: Verificamosqueoequipamento2quepossuiomaiorfatordepotnciarequer apenas1087VA,enquantoqueoequipamento1requer2000VAdepotncia aparente. Umtransformadordimensionadopelapotnciaaparente(S),eporanota-sea importncia da manuteno de um fator de potncia elevado em uma instalao. Informaes Tcnicas DT -1135 2.DEFINIES IMPORTANTES E NORMALIZAO 2.1.POTNCIA NOMINAL Entende-seporpotncianominaldeumtransformador,ovalorconvencionalde potnciaaparente.Servedebaseaoprojeto,aosensaiosesgarantiasdo fabricante e determina o valor da corrente nominal que circula, sob tenso nominal, nas condies especificadas na respectiva norma. 2.1.1.Transformadores Trifsicos A potncia nominal de um transformador trifsico a potncia aparente definida pela expresso: Potncia nominal = 10003 n nI U [kVA] 2.1.2.Transformadores Monofsicos A potncia nominal de um transformador monofsico a potncia aparente definida pela expresso: Potncia nominal =1000n nI U [kVA] 2.1.3.Potncias Nominais Normalizadas AspotnciasnominaisemkVA,normalizadaspelaABNT(NBR5440),dos transformadoresdedistribuioparainstalaoemposteseplataformas,soas seguintes: a) transformadoresmonofsicosparainstalaoempostes:5,10,15,25, 37.5, 50, 75 e 100 kVA; Informaes Tcnicas DT -1136 b) transformadores trifsicos para instalao em postes 15, 30, 45, 75, 112.5 e 150kVA; c) transformadores trifsicos para instalao em plataformas: 225 e 300kVA. As potncias nominais em kVA, normalizadas pela ABNT (NBR 12454 e NBR 9369), para transformadores de potncia, so as seguintes: 225, 300, 500, 750,1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3750, 5000, 7500, 10000, 15000, 25000, 30000. Quandodetransformadoresprovidosdeumoumaisestgiosderesfriamento forado, entende-se como potncia nominal o ltimo estgio. Recomenda-seaescolhadeumdestesvalores,poisosfabricantesjpossuem projetos prontos para os mesmos, o quereduz os custos e o tempo de entrega dos referidos transformadores. Ostransformadorescompotnciassuperioresa40MVAnosonormalizados,e dependem da solicitao do cliente. 2.2.TENSES 2.2.1.Definies Tenso Nominal (Un): a tenso para a qual o enrolamento foi projetado. TensoaVazio(Uo):atensoentreosbornesdosecundriodotransformador energizado, porm sem carga. Tenso sob Carga: (Uc): a tenso entre os bornes do secundrio do transformador, estando o mesmo sob carga, correspondente a sua corrente nominal. Esta tenso influenciada pelo fator de potncia (cos) Regulao: a variao entre a tenso a vazio e sob carga e sob determinado fator de potncia. Informaes Tcnicas DT -1137 TensoSuperior(TS):atensocorrespondentetensomaisaltaemum transformador.Podesertantoreferidaaoprimrioousecundrio,conformeo transformador seja abaixador ou elevador. TensoInferior(TI):atensocorrespondentetensomaisbaixaemum transformador.Podesertambmreferidaaoprimrioousecundrio,conformeo transformador seja elevador ou abaixador. TensodeCurto-circuito(Ucc):Comumentechamadadeimpedncia,atenso expressa,usualmente,emporcentagem(referidaa75C)emrelaoauma determinadatenso,quedeveserligadaaosterminaisdeumenrolamentopara obteracorrentenominalnooutroenrolamento,cujosterminaisestocurto- circuitados. Atensodecurto-circuitomedidadevemanter-sedentrode7,5%detolerncia, em relao ao valor declarado pelo fabricante. Nas Tabelas 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4 encontraremos os valores de impedncia (coluna 5) para os transformadores que trata este manual. ImpednciadeSeqnciaZero(Z0):aimpedncia,porfaseesobfreqncia nominal, entre os terminais de linha de um enrolamento polifsico em estrela ou zig-zag, interligados e o terminal de neutro. Seu valor depende do tipo de ligao. necessrioconheceraimpednciadeseqnciazeroparaoestudodecircuitos polifsicos desequilibrados (curto-circuito) e somente levada em considerao em transformadoresdelta-estrela(zig-zag)aterradoouestrela-estrela(zig-zag) duplamente aterrado. 2.2.2.Escolha da Tenso Nominal 2.2.2.1.Transformadores de distribuio Informaes Tcnicas DT -1138 TABELA 2.1 - TRANSFORMADORES SEM DERIVAES Tenso [V] PrimrioSecundrio Tenso mxima do equipamento kVeficaz Trifsico e monofsico (FF) Monofsico (FN) TrifsicoMonofsico 15 13800 13200 7967 7621 24,2 23100 22000 13337 12702 36,2 34500 33000 19919 19053 380/220 ou 220/127 Dois terminais: 220 ou 127 Trs terminais: 440/220, 254/127, 240/120 ou 230/115 NOTA:FF = tenso entre fas es FN = tenso entre fase e neutro TABELA 2.2 - DERIVAES E RELAES DE TENSES Tenso [V] PrimrioSecundrioTenso mxima do equipamento kVeficaz Derivao noTrifsico e monofsico (FF) Monofsico (FN) TrifsicoMonofsico 123456 15 1 2 3 13800 13200 12600 7967 7621 7275 24,2 1 2 3 23100 22000 20900 13337 12702 12067 36,2 1 2 3 34500 33000 31500 19919 19043 18187 380/220 ou 220/127 Dois termi nais: 220 ou 127 Trs terminais: 440/220,254/127, 240/120 ou 230/115 NOTA:FF = tenso entre f ases FN = tenso entre f ase e neutro Informaes Tcnicas DT -1139 2.2.2.2.Transformador de distribuio a ser instalado no domnio de uma concessionria. Aconcessionriadeenergiaeltricapossuinormaprpria.Astensessero, portanto, definidas pela mesma. Exemplo: CERJ:AT: 13800 - 13200 - 12600 - 12000 - 11400 - 10800V BT: 380/220V ou 220/127V CEEE:AT: 13800 - 13200 - 12600V ou 23100 - 22000 - 20900V BT: 380/220V ou 220/127V 2.2.2.3.Transformador para uso industrial. Em uma indstria poderemos ter trs ou at quatro nveis de tenso: -Subestaes de entrada:Primrio - 72,5kV e 138kV ; Secundrio - 36,2kV - 24,2kV ou 13,8kV. -Subestaes de distribuio:Primrio - 36,2kV - 24,2kV ou 13,8kV; Secundrio - 440/254V, 380/220V ou 220/127V. Quandoapotnciadostransformadoresforsuperiora3MVAnoserecomenda baixaratensodiretamenteparatensodeuso,poisosmesmostornam-semuito carosdevidoasaltascorrentes.Recomenda-sebaixarparaumamdiatenso,ou Informaes Tcnicas DT -1140 seja, 6,9kV, 4,16kVou2,4kVe,prximoaoscentrosdecargarebaixarnovamente para as tenses de uso. Ainda um caso particular de nvel de tenso primria deve ser comentado. Existem algumasregiesondeonveldetensodedistribuioestsendoalterado.Neste caso, a concessionria avisa o interessado, que a tenso atual passar a outro nvel dentrodeumdeterminadoperododetempo;logo,otransformadoraserinstalado deversercapazdeoperaremduastensesprimrias,paraevitaranecessidade deaquisiodenovoequipamentoquandodaalterao.Estestransformadores especiais so chamados de religveis. Aescolhadatensodosecundriodependedevriosfatores.Dentreeles destacamos: a) econmicos,atensode380/220Vrequerseesmenoresdos condutores para uma mesma potncia; b) segurana, a tenso de 220/127V mais segura com relao a contatos acidentais. De uma forma geral, podemos dizer que para inst alaes onde equipamentos como motores,bombas,mquinasdesoldaeoutrasmquinasconstituemamaioriada carga,deve-seusar380/220Veparainstalaesdeiluminaoeforade residnciasdeve-seadotar220/127V.NaNBR5440daABNTencontramosa padronizao das tenses primrias e secundrias. 2.3.DERIVAES Paraadequaratensoprimriadotransformadortensodealimentao,o enrolamentoprimrio,normalmenteodeTS,dotadodederivaes(taps),que podem ser escolhidos mediante a utilizao de um painel de ligaes ou comutador, conforme projeto e tipo construtivo, instaladosjunto parte ativa, dentro do tanque. Esteaparato,namaioriadostransformadoresdebaixapotncia,deveser manobrado com o transformador desconectado da rede de alimentao. Informaes Tcnicas DT -1141 Emgeralovalordatensoprimria,indicadapelaconcessionriaconstituiovalor mdio entre aqueles que efetivamente sero fornecidos durante o exerccio. 2.3.1.Definies Derivaoprincipal:Derivaoaqualreferidaacaractersticanominaldo enrolamento, salvo indicao diferente derivao principal : a) no caso de nmero mpar de derivaes, a derivao central; b)nocasodenmeroparadederivaes,aqueladasduasderivaes centraisqueseachaassociadaaomaiornmerodeespirasefetivasdo enrolamento; c)casoaderivaodeterminadasegundoaoubnosejadeplena potncia, a mais prxima derivao de plena potncia. FIGURA 2.1 Informaes Tcnicas DT -1142 Derivao superior: Derivao cujo fator de derivao maior do que 1. Derivao inferior: Derivao cujo fator de derivao menor do que 1. Degraudederivao:Diferenaentreosfatoresdederivao,expressosem percentagem, de duas derivaes adjacentes. Faixadederivaes:Faixadederivaodofatordederivao,expressoem percentagem e referido ao valor 100. A faixa de derivaes expressa como segue: a)se houver derivaes superiores ou inferiores: + a %, - b % ou + a % (quando a = b); b)se houver somente derivaes superiores:+ a %; c)se houver somente derivaes inferiores: - b %. AFigura2.1arepresentaoesquemticadeumenrolamentotrifsico com trs derivaes e a forma de suas conexes. TABELA 2.3 Posies do comutador123 Comutador conecta os pontos10-7 11-8 12-9 7-13 8-14 9-15 13-4 14-5 15-6 Tenso em cada derivaoUN + a%UNUN - b% Percentualde variao por degraua

b TABELA 2.4 Classe Derivao Superior Derivao Principal Derivao Inferior Degrau de Derivao 15138001320012600+ 4,5 24,2231002200020900+ 5% 36,2345003300031500+ 4,5 Informaes Tcnicas DT -1143 2.4.CORRENTES 2.4.1.Corrente Nominal Acorrentenominal(In)acorrenteparaaqualoenrolamentofoidimensionado,e cujo valor obtido dividindo-se, a potncia nominal do enrolamento pela sua tenso nominalepelofatordefaseaplicvel(1paratransformadoresmonofsicose3para transformadores trifsicos). 2.4.2.Corrente de Excitao A corrente de excitao ou a vazio (Io) a corrente de linha que surge quando em um dos enrolamentos do transformador ligada a sua tenso nominal e freqncia nominal,enquantoosterminaisdooutroenrolamento(secundrio)semcarga, apresentam a tenso nominal. A corrente de excitao varivel conforme o projeto e tamanho do transformador, atingindo valores percentuais mais altos quanto menor for a potncia do mesmo. A corrente de excitao, conforme Figura 2.2 apresenta as suas componentes ativa e reativa, que se determinam pelas seguintes expresses: FIGURA 2.2 00sencos I I I Io qo p Informaes Tcnicas DT -1144 sendo: ooI VP cos Acomponentereativaoriginadapelamagnetizaorepresentamaisque95%da corrente total, de forma que uma igualdade de Iq com lo leva somente a um pequeno erro. Emtransformadorestrifsicosnormais,Ionoidnticonastrsfases,emvirtude docaminhomaislongonoferro,relativosfasesexternas.PorissoIoreferentea fase central menor que das outras. Devido ao fato acima, o valor de Io fornecido pelo fabricante, representa a mdia das trs fases e expresso em porcentagem da corrente nominal. 2.4.3.Corrente de Curto-Circuito Emumcurto-circuitonotransformador,precisodistinguiracorrentepermanente (valor efetivo) e a corrente de pico (valor de crista). 2.4.3.1.Corrente de curto-circuito permanente Quandootransformador,alimentadonoprimriopelasuatensoefreqncia nominal e o secundrio estiver curto-circuitado nas trs fases, haver uma corrente de curto-circuito permanente, que se calcula pela seguinte expresso: 100(%)) ( ZNCA ccEII onde: IN = corrente nominal Ez = impedncia a 75oC (%) Informaes Tcnicas DT -1145 Aintensidadeeaduraomximadacorrentedecurto,quedevesuportaro transformador, so normalizadas. Se a Icc calculada for superior a 25 vezes a corrente nominal, o transformador dever suportar3segundos25vezesIn.Porm,seaIcccalculadaforinferior,o equipamentodeversuportardurante2segundosamesmacorrentedocaso anterior. 2.4.3.2.Corrente de curto-circuito de pico Entende-se como corrente de curto-circuito de pico, o valor mximo instantneo da onda de corrente, aps a ocorrncia do curto-circuito. Estacorrenteprovocaesforosmecnicoselevadosenecessrioqueos enrolamentosestejammuitobemancoradosporcuidadosadisposiodecabose amarraes para tornar o conjunto rgido. Enquantoacorrentedepicoafetaotransformadoremsuaestruturamecnica,a corrente permanente afeta de forma trmica. Osesforosmecnicosadvindosdacorrentedecurtosomaisacentuadosem transformadores de ligao zig-zag, porque somente a metade de cada enrolamento de fase percorrido pela corrente induzida de outra fase. 2.4.4.Corrente de Partida ou Inrush o valor mximo da corrente de excitao (Io) no momento em que o transformador conectadolinha(energizado)eladependedascaractersticasconstrutivasdo mesmo. Acorrentedepartidamaiorquantomaiorforainduousadanoncleoemaior quanto menor for o transformador. O valor mximo varia em mdia de 4 a 20 vezes a corrente nominal. Informaes Tcnicas DT -1146 Ofabricantedeverserconsultadoparasesaberoseuvalor.Costuma-seadmitir seu tempo de durao em torno de 0,1s (aps a qual a mesma j desapareceu). 2.5.FREQNCIA NOMINAL Freqncianominalafreqnciadaredeeltricadealimentaoparaaqualo transformador foi projetado. NoBrasiltodasasredesapresentamafreqnciade60Hz,deformaqueos equipamentos eltricos so projetados para esta mesma freqncia. Existem muitos pasesondeafreqncianominalpadro50HZ,comoArgentina,Uruguai, Paraguai, etc. 2.6.NVEL DE ISOLAMENTO Onveldeisolamentodosenrolamentosdeveserescolhidoentreosvalores indicados na Tabela 2.5 (NBR 5356). A escolha entre as tenso suportveis nominais, ligadas a dada tenso mxima do equipamentodatabelaacima,dependedaseveridadedascondiesde sobretenso esperadas no sistema e da importncia da instalao. NaNBR6939,osvaloresescolhidosdevemserclaramenteindicadosna especificao ou solicitao de oferta. Informaes Tcnicas DT -1147 TABELA 2.5 - NVEIS DE ISOLAMENTO PARA TENSO MXIMA IGUAIS OU INFERIOR A 242kV Tenso mximado equipamentokV (eficaz)Tenso suportvel nominal deimpulso atmosfricoPlenokV (crista)CortadokV (crista)Tenso suportvel nominal freqnciaindustral, durante 1 min. etenso induzidakV (eficaz)10,61,27,21524,236,272,592,41452422406095110125150150170200350380450450550650750850950344661051211381651651872203854184954956057158259351045441020345070140150185185230275325360395 2.7.DESLOCAMENTO ANGULAR Emtransformadorestrifsicos,osenrolamentosdecadafasesoconstrudos trazendo intrinsecamente o conceito de polaridade, isto , isolando-se eletricamente cadaumadasfases,podemosrealizarotestedepolaridadedomesmomodoque paraostransformadoresmonofsicos.Noentantotalprocedimentotorna-se pouco prtico,almdomais,nonosinformaamaneiracomoestointerligadosos enrolamentos. Informaes Tcnicas DT -1148 Assim uma nova grandeza foi introduzida, o deslocamento angular que o ngulo que define a posio recproca entre o tringulo das tenses concatenadas primrias e o tringulo das tenses concatenadas secundrias e ser medido entre fases. Deumamaneiraprtica:sejaotransformadorligadonaconfiguraomostradana Figura 2.3. FIGURA 2.3 Traamos os diagramas vetoriais de tenso do transformador, Figura 2.4. Tomando ofasordeATcomoorigem,determinamosodeslocamentoangularatravsdos ponteirosdeumrelgiocujoponteirogrande(minutos)seachaparadoem12 coincidecomofasordatensoentreopontoneutro(realouimaginrio)eum terminaldelinhadoenrolamentodealtatensoecujoponteiropequeno(horas) coincide com o fasor da tenso entre o ponto neutro (real ou imaginrio e o terminal de linha correspondente do enrolamento considerado. Informaes Tcnicas DT -1149 H1H3 H2 X1X2X3 FIGURA 2.4 Paraostransformadoresdequetratamosnestaespecificao,omaiscomuma utilizao da ligao tringulo na alta tenso e estrela na baixa (designado por Dy). Quando ao deslocamento angular, o normal de 30o paramaisoumenos(avano ou atraso), cujas designaes so Dy11 e Dy1. Asdemaisligaesedeslocamentosangularesnorequeremnenhumcuidado especial e podem ser facilmente fornecidas. ATabela2.6mostradesignaodeligaesdetransformadorestrifsicosdeuso generalizado, e o correspondente deslocamento angular. Osdiagramasdeligaopressupemigualsentidodebobinagemparatodosos enrolamentos. AFigura2.5mostraodefasamentodoexemplo,usandoindicaohorriode fasores, o deslocamento no caso Dy11, ou seja, - 30. Informaes Tcnicas DT -1150 TABELA 2.6 DESLOCAMENTO ANGULAR Informaes Tcnicas DT -1151 . FIGURA 2.5 2.8.IDENTIFICAO DOS TERMINAIS Juntoaosterminais(buchas)encontramosumaidentificao,pintada,oumarcada embaixorelevonachapadotanque,constitudadeumaletraeumalgarismo.As letras podero ser duas, H ou X. Os terminais marcados em H so os de alta tenso eosmarcadoscomXsodebaixatenso.Osalgarismospoderoser0,1,2e3 correspondendo,respectivamente,aoterminaldeneutroeaodasfases,1,2e3. Portanto, as combinaes possveis so H0, H1, H2, H3 e X0, X1, X2 X3. A disposio dos terminais no tanque normalizada, de tal forma, que se olharmos o transformadorpeloladodebaixatenso,encontraremosmaisaesquerdaum terminalXacompanhadodemenoralgarismodaquelesqueidentificameste enrolamento(porexemplo:X0ouX1).Consequentemente,aoolharmoso transformador pelo lado da alta tenso, encontraremos o terminal H1 mais a direita. Paraumamelhorcompreenso,observeasFiguras2.6a2.10.Nestasfiguras encontramostambmoesquemadeligaodostransformadoresredede alimentao e carga. NaFigura2.11encontramosattulodeilustrao,transformadoresmonofsicos ligadosembanco,demodoaformarumequivalentetrifsico.Estetipodeligao apresenta a vantagem da manuteno e operao, quando danificar uma fase, basta Informaes Tcnicas DT -1152 trocarumdostransformadoresporumdereserva,commenortempodeparada, caso existir o de reserva disposio. Porm, a desvantagem est no capital inicial empregado em 3 ou 4 transformadores monofsicos ao invs de 2 transformadores trifsicos de potncia equivalente a custo menor. FIGURA 2.6 TRANSFORMADORMONOFSICO FN (1 BUCHA DE AT E 2 BUCHAS DE BT) FIGURA 2.7 TRANSFORMADORMONOFSICO FN (1 BUCHA DE AT E 3 BUCHAS DE BT) Informaes Tcnicas DT -1153 FIGURA 2.8 TRANSFORMADORMONOFSICO FF (2 BUCHAS DE AT E 2 BUCHAS DE BT) FIGURA 2.9 TRANSFORMADOR MONOFSICO FF (2 BUCHAS DE AT E 3 BUCHAS DE BT) Informaes Tcnicas DT -1154 FIGURA 2.10 TRANSFORMADORTRIFSICO FF (3 BUCHAS DE AT E 4 BUCHAS DE BT) FIGURA 2.11 TRANSFORMADORES MONOFSICOS LIGADOS EM BANCO TRIFSICO Dyn Informaes Tcnicas DT -1155 3.CARACTERSTICAS DE DESEMPENHO 3.1.PERDAS Emcondiesnormaisdefuncionamentoealtitudedeinstalaoat1000m, considerado que a temperatura ambiente no ultrapasse os 40oC a mdia diria no seja superior aos 30oC. Para estas condies, os limites de elevao de temperatura previstos em normas so: -mdia dos enrolamentos: 55oC; -do ponto mais quente dos enrolamentos: 65oC; -do leo (prximo superfcie): 50oC (selados), 55oC (com conservador). 3.1.1.Perdas no Material dos Enrolamentos (Perdas em Carga ou Perdas no Cobre) a) perdas na resistncia hmica dos enrolamentos: so perdas que surgem pelapassagemdeumacorrente(I)porumcondutordedeterminada resistncia(R);estasperdassorepresentadaspelaexpressoI2Re dependem da carga aplicada ao transformador; b)perdasparasitasnocondutordosenrolamentos:soperdasproduzidas pelascorrentesparasitasinduzidas,noscondutoresdasbobinas,pelo fluxodedisperso;soperdasquedependemdacorrente(carga),do carregamento eltrico e da geometria dos condutores das bobinas; c) perdas parasitas nas ferragens da parte ativa e tanque. 3.1.2.Perdas no Ferro do Ncleo Magntico (Perdas em Vazio) a)perdasporhisterese:soperdasprovocadaspelapropriedadedas substncias ferromagnticas de apresentarem um atraso entre a induo magntica(B)eocampomagntico(H);ofenmenodahisterese anlogo ao da inrcia mecnica; Informaes Tcnicas DT -1156 b) perdas por correntes parasitas: assim como no caso das perdas parasitas nomaterialcondutordosenrolamentos,ofluxoindutorvarivelinduzno ferroforaseletromotrizesqueporsuavezfarocircularascorrentes parasitasemcircuitoseltricosfechados;estassoproporcionaisao quadrado da induo. Comovimos,asperdasseapresentamprincipalmentenoncleoenos enrolamentos, e so expressas em watts. Existemperdasoriginriasdeinduonasferragensenotanque;eoutrasde origensaleatriasnemsempredeperfeitadefinio,quepormcomparadasas descritas nos itens 3.1.1 e 3.1.2 deste captulo, podem ser desprezadas. Quando da realizao de ensaio para determinao das perdas, estas aleatrias so detectadas juntamente com as principais. Alm da elevao de temperatura, a ABNT tambm estabelece as perdas mximas paratransformadoresdedistribuioimersosemleo,emfunodapotncia,do nmero de fases e da tenso do primrio. Reproduzimos a seguir as tabelas da ABNT encontradas na NBR 5440, onde consta o valor das perdas acima descritas. Informaes Tcnicas DT -1157 TABELA 3.1 - VALORES GARANTIDOS DE PERDAS, CORRENTES DE EXCITAO E TENSES E CURTO-CIRCUITO EM TRANSFORMADORES TRIFSICOS DE TENSO MXIMA DO EQUIPAMENTO DE 15kV Potncia [kVA] Corrente de excitao mxima [%]Perdas em vazio mxima [W] Perdas totais mxima [ W] Tenso de curto-circuito a 75oC [%] 12345 15 30 45 75 112.5 150 4,8 4,1 3,7 3,1 2,8 2,6 100 170 220 330 440 540 440 740 1000 1470 1990 2450 3,5 225 300 2,3 2,2 765 950 3465 4310 4,5 TABELA 3.2 - VALORES GARANTIDOS DE PERDAS, CORRENTES DE EXCITAO E TENSES DE CURTO-CIRCUITO EM TRANSFORMADORES TRIFSICOS DE TENSES MXIMAS DO EQUIPAMENTO DE 24,2kV E 36,2kV Potncia [kVA] Corrente de excitao mxima [%]Perdas em vazio mxima [W] Perdas totais mxima [ W] Tenso de curto-circuito a 75oC [%] 12345 15 30 45 75 112,5 150 5,7 4,8 4,3 3,6 3,2 3,0 110 180 250 360 490 610 500 825 1120 1635 2215 2755 4,0 225 300 2,7 2,5 820 1020 3730 4620 5,0 Informaes Tcnicas DT -1158 TABELA 3.3 - VALORES GARANTIDOS DE PERDAS, CORRENTES DE EXCITAO E TENSES DE CURTO-CIRCUITO EM TRANSFORMADORES MONOFSICOS COM TENSO MXIMA DE 15kV Potncia [kVA] Corrente de excitao mxima [%] Perdas em vazio mxima [W] Perdas totais mxima [ W] Tenso curto-circuito a 75oC [%] 12345 3 5 10 15 25 37,5 50 75 100 4,9 4,0 3,3 3,0 2,7 2,4 2,2 2,0 1,9 40 50 60 85 120 160 190 230 280 115 160 260 355 520 700 830 1160 1500 2,5 TABELA 3.4 - VALORES GARANTIDOS DE PERDAS, CORRENTES DE EXCITAO E TENSES DE CURTO-CIRCUITO EM TRANSFORMADORES MONOFSICOS COM TENSES MXIMAS DE 24,2kV E 36,2kV Potncia (kVA) Corrente de excitao mxima [%] Perdas em vazio mxima [W] Perdas totais mxima [ W] Tenso curto-circuito a 75oC [%] 12345 3 5 10 15 25 37,5 50 75 100 5,7 4,8 4,0 3,6 3,1 2,9 2,7 2,1 1,5 40 50 70 90 130 170 220 250 300 115 170 285 395 580 775 975 1260 1550 2,5 (para 24,2kV) 3,0 (para 36,2kV) Informaes Tcnicas DT -1159 3.2.RENDIMENTO Relao, geralmente expressa em porcentagem, entre a potncia ativa fornecida e apotnciaativarecebidaporumtransformador.Estaadefiniodadaao rendimento pela norma NBR 5356. dada pela expresso 100 +tP PP[%] onde: = rendimento do transformador em % Pt = perdas totais, em kWP =potncia fornecida pelo transformador em kW. Orendimentodedeterminadotransformadornofixoaolongodoseuciclode operao, pois depende do fator de potncia e da relao entre a potncia fornecida e a potncia nominal. Esta ltima relao conhecida como fator de carga. Usa-se ento, para o clculo do rendimento: 100cos122

,_

+ + + Pc b P S bPc b Po no[%] onde: b = fator de carga =nPP Sn = potncia nominal em kVA. Po = perdas no ferro do ncleo magntico em kW.Pc = perdas no material dos enrolamentos em kW (perdas de carga) cos = fator de potncia da carga Orendimentomximodeumtransformadorocorrequandoasperdasnomaterial Informaes Tcnicas DT -1160 dos enrolamentos e as perdas no ferro forem iguais. Sequisermossaberqualacargaquedeveseraplicadaaumtransformadorpara que este opere com rendimento mximo, devemos fazer: noS b SePcPb TABELA 3.5 Transformadores trifsicos Rendimentos Potncia [kVA] 15304575112.5150225300500 15kV97,0297,4997,7498,0098,1998,3298,4298,5298,32 24,2kV96,6497,2197,4897,7897,9998,1298,3098,4297,80 36,2kV96,6497,2197,4897,7897,9998,1298,3098,4297,30 Transformadores monofsicos Rendimentos Potncia [kVA] 510152537.55075100 15kV96,1597,3797,5997,8898,0998,3098.4298,47 24,2kV96,5297,0897,3397,6597,8898,0198,2998,42 36,2kV96,5297,0897,3397,6597,8898,0198,2998.42 3.3.REGULAO Na linguagem prtica a queda de tenso industrialV, referida corrente de plena carga,chamadaderegulao,sendoexpressaemporcentagemdatenso secundria nominal e dada pela expresso: 11]1

,_

+ + 2200sen cossen cos % E E E E a RR Xx R

sendo: a = fator de carga ER = componente resistiva da impedncia em % Ex= componente reativa da impedncia em % Informaes Tcnicas DT -1161 cos = fator de potncia da carga dotransformador 2cos 1 sen Exemplo: Clculo de rendimento e regulao, com os seguintes dados: Potncia nominal = 300kVA; Perda a vazio = 1120W; Perda total = 4480; Impedncia = 4,5% TABELA 3.6 CosCarga %Rend %Regul % 0,8 0,8 0,8 0,8 25 50 75 100 97,83 98,39 98,35 98,16 0,8876 1,775 2,662 3,550 0,9 0,9 0,9 0,9 25 50 75 100 98,06 98,56 98,53 98,36 0,7416 1,483 2,225 2,966 1,0 1,0 1,0 1,0 25 50 75 100 98,25 98,71 98,67 98,52 0,3037 0,6074 0,9112 1,214 3.4.CAPACIDADE DE SOBRECARGA Como dissemos anteriormente, a elevao de temperatura que limita a potncia a serfornecidaporumtransformador.Oaquecimentoemexcesso,contribuiparao envelhecimento precoce do isolamento, diminuindo a vida til do transformador que teoricamente de 65.000 horas de operao contnua com o ponto mais quente do enrolamento a 105oC. Atemperaturaambienteumfatorimportantenadeterminaodacapacidadede carga dos transformadores, uma vez que a elevao de temperatura para qualquer carga, deve ser acrescida a temperatura ambiente para se determinar a temperatura de operao. Informaes Tcnicas DT -1162 Os transformadores normalmente operam num ciclo de carga que se repete a cada 24horas.Esteciclodecarga,podeserconstante,oupodeterumoumaispicos durante o perodo. Para se usar as recomendaes de carregamento da NBR 5416/97, mostradas nas tabelas 3.7, 3.8, 3.9 e 3.10, o ciclo de carga real precisa ser convertido para um ciclo decargaretangularsimples,mastermicamenteequivalente.Acargapermissvel, obtida das tabelas acima citadas, so funes da carga inicial, da ponta de carga e dasuadurao.Cadacombinaodecargasnastabelasdeveserconsiderada como um ciclo retangular de carga, constitudo de uma carga inicial, essencialmente constante de 50, 70, 90 ou 100% da capacidade nominal, seguida de uma ponta de carga retangular de grandeza e durao dadas. Nohumcritrionicoparaaavaliaodofimdavidadotransformador. Entretantopossvelfazer-seumavaliaodavelocidadedoenvelhecimento adicional a que est sendo submetido o equipamento, comparando a perda de vida com uma taxa de perda de vida mdia de referncia. Calcula-se a perda de vida, ao longo de um perodo de tempot (horas), em que a temperaturadopontomaisquentedoenrolamento (e)permanececonstante,pela equao: t PVABe

,_

++100 10 %273 onde:A igual a 14,133 (transformador de 55oC) A igual a 13,391 (transformador de 65oC) B igual a 6972,15 PV a perda de vida t o intervalo de tempo genrico e a de temperatura do ponto mais quente do enrolamento Informaes Tcnicas DT -1163 Normalmente,ostransformadoresdevemoperar,segundociclosdecargaqueno propiciemperdasdevidaadicionais,masnoscasosextremosdeoperao,onde esta perda de vida se torna necessria, deve-se impor um valor mximo de perda de vida adicional. ATabela3.8mostraacargaadmissvel,apsumcarregamentocontnuode70%, comtemperaturaambientea30oC,de133%duranteumahora,semquesejam ultrapassados os val ores-limite de temperatura prescritos na norma NBR 5416. Deve-seevitaroperarotransformadorcomtemperaturasdopontomaisquentedo enrolamento superiores a 140oC, devido a provvel formao de gases na isolao slidaenoleo,quepoderiamrepresentarumriscoparaaintegridadedarigidez dieltrica do equipamento. Nestanorma,tambmsoadmitidascargasprogramadasdeat1,5vezesa corrente nominal, para as quais, segundo a NBR 5416, no devem existir quaisquer outras limitaes alm das capacidades trmicas dos enrolamentos edo sistema de refrigerao. Informaes Tcnicas DT -1164 TABELA 3.7 - CARREGAMENTO DE TRANSFORMADORES DE 55OC ONAN CARGA INICIAL = 50% DP (h)Ta (oC)CP(%)TO(oC)TE(oC)OBS. 101503684 151504189 201504694 251505199 3014456104 3515061105 0,5 4013565105 101504492 151504997 2015054102 2514858105 3014162105 3513365105 1,0 4012669105 1015056104 1514659105 2014062105 2513465105 3012868105 3512171105 2,0 4011574105 1013963105 1513365105 2012868105 2512370105 3011873105 3511275105 4,0 4010678105 1013166105 1512769105 2012271105 2511773105 3011275105 3510777105 8,0 4010179105 1012967104X 1512569105X 2012071105X 2511573105X 3011076105X 3510578105X 24,0 4010080105X NOTAS 1 DP a durao do tempo de ponta de carga; Ta a temperatura ambiente; CP a carga durante o tempo de ponta; TO a temperatura do topo do leo; TE a temperatura do pont o mais quente do enrolamento.2 Os carregamentos assinalados com X provocam envelhecimento acelerado do papel isolante. Informaes Tcnicas DT -1165 TABELA 3.8 - CARREGAMENTO DE TRANSFORMADORES DE 55OC - ONAN - CARGA INICIAL = 70% DP (h)Ta (oC)CP(%)TO(oC)TE(oC)OBS. 101504390 151504895 2015053100 2515058105 3014262105 3513366105 0,5 4012470105 101504997 1515054102 2014859105 2514062105 3013366105 3512569105 1,0 4011773105 1014859105 1514261105 2013664105 2513067105 3012370105 3511773105 2,0 4011076105 1013764105 1513266105 2012769105 2512171105 3011674105 3511076105 4,0 4010478105 1013166105 1512668105 2012171104 2511773105 3011175105 3510677105 8,0 4010180105 1012967104X 1512569105X 2012071105X 2511573105X 3011076105X 3510578105X 24,0 4010080105X NOTAS 1 DP a durao do tempo de ponta de carga; Ta a temperatura ambiente; CP a carga durante o tempo de ponta; TO a temperatura do topo do leo; TE a temperatura do pont o mais quente do enrolamento.2 Os carregamentos assinalados com X provocam envelhecimento acelerado do papel isolante. Informaes Tcnicas DT -1166 TABELA 3.9 - CARREGAMENTO DE TRANSFORMADORES DE 55OC - ONAN - CARGA INICIAL = 90% DP (h)Ta (oC)CP(%)TO(oC)TE(oC)OBS. 101505098 1515055103 2014560105 2513764105 3012868105 3511972105 0,5 4010976105X 1015056103 1514559105 2013863105 2513167105 3012370105 3511574105 1,0 4010778105X 1014361105 1513764105 2013067105 2512470105 3011873105 3511176105 2,0 4010479105X 1013565105 1513067105 2012469105 2511972105 3011374105 3510877105X 4,0 4010280105X 1013167105 1512669105 2012171105 2511673105 3011175105X 3510678105X 8,0 4010080105X 1012967104X 1512569105X 2012071105X 2511573105X 3011076105X 3510578105X 24,0 4010080105X NOTAS 1 DP a durao do tempo de ponta de carga; Ta a temperatur a ambiente; CP a carga durante o tempo de ponta; TO a temperatura do topo do leo; TE a temperatura do pont o mais quente do enrolamento.2 Os carregamentos assinalados com X provocam envelhecimento acelerado do papel isolante. Informaes Tcnicas DT -1167 TABELA 3.10 - CARREGAMENTO DE TRANSFORMADORES DE 55OC - ONAN - CARGA INICIAL = 100% DP (h)Ta (oC)CP(%)TO(oC)TE(oC)OBS. 1015055102 1514659105 2013863105 2512968105 3012072105X 3511176105X 0,5 4010180105X 1014759105 1514062105 2013366105 2512569105 3011773105X 3510976105X 1,0 4010080105X 1014063105 1513466105 2012768105 2512171105 3011474105X 3510777105X 2,0 4010080105X 1013466105 1512868105 2012370105 2511873105 3011275105X 3510678105X 4,0 4010080105X 1013067105 1512669105 2012171105X 2511674105X 3011176105X 3510578105X 8,0 4010080105X 1012967105X 1512569104X 2012071105X 2511573105X 3011076105X 3510578105X 24,0 4010080105X NOTAS 1 DP a durao do tempo de ponta de carga; Ta a temperatura ambiente; CP a carga durante o tempo de ponta; TO a temperatura do topodo leo; TE a temperatura do pont o mais quente do enrolamento.2 Os carregamentos assinalados com X provocam envelhecimento acelerado do papel isolante. Informaes Tcnicas DT -1168 4.CARACTERSTICAS DA INSTALAO 4.1.OPERAOEMCONDIESNORMAISEESPECIAISDE FUNCIONAMENTO. As condies normais de posicionamento, nos quais o transformador deve satisfazer as prescries da norma NBR 5356, so as seguintes: a) paratransformadoresresfriadosaar,temperaturadoarderesfriamento (temperaturaambiente)nosuperiora40oCetemperaturamdia,em qualquer perodo de 24 horas, no superior a 30oC; b) paratransformadoresresfriadosagua,temperaturadaguade resfriamento (temperatura ambiente para transformadores) no superior a 30oCetemperaturamdia,emqualquerperodode24horas,no superior a 25oC; c) altitude no superior a 1000m; d) tensodealimentaoaproximadamentesenoidaletensodefase,que alimentamumtransformadorpolifsico,aproximadamenteiguaisem mdulo e defasagem; e) correntedecargaaproximadamentesenoidalefatorharmnicono superior a 0,05pu; f)fluxo de Potncia, os transformadores identificados como transformadores (ouautotransformadores)interligadosdesistemasdevemserprojetados para funcionamento como abaixadores, ou elevadores (usinas), conforme for especificado pelo comprador. Informaes Tcnicas DT -1169 4.2.Condies Normais de Transporte e Instalao. O transporte e a instalao devem estar de acordo com NBR 7036 ou a NBR 7037, a que for aplicvel. So consideradas condies especiais de funcionamento, transporte e instalao, os quepodemexigirconstruoespeciale/ourevisodealgunsvaloresnormaiseou cuidadosespeciaisnotransporte,instalaoefuncionamentodotransformador,e que devem ser levadas ao conhecimento do fabricante. Constituem exemplos de condies especiais: a) instalao em altitudes superiores a 1000m; b) instalaesemlocaisemqueastemperaturasdomeioderesfriamento estejam fora dos limites estabelecidos em 4.1.1; c) exposioaumidadeexcessiva,atmosferasalina,gasesoufumaas prejudiciais; d) exposio a ps prejudiciais.; e) exposio a materiais explosivos na forma de gases ou ps; f)sujeio a vibraes anormais, choque ou condies ssmicas; g) sujeioacondiesprecriasdetransporte,instalaoou armazenagem; h) limitaes de espao na sua instalao; i)dificuldades de manuteno; Informaes Tcnicas DT -1170 j)funcionamentoemregimeoufreqncianousuaisoucomtenses apreciavelmente diferentes das senoidais ou assimtricas; k) cargasqueestabelecemharmnicasdecorrenteanormais,taiscomoos queresultamdeapreciveiscorrentesdecargacontroladaspor dispositivos em estado slido ou similares; l)condiesdecarregamentoespecificados(potnciasefatoresde potncia) associadas a transformadores ou autotransformadores de mais de dois enrolamentos; m) exignciadenveisderudoeouradiointerferncia,diferentesdas especificadas na norma NBR 5356; n) exigncia de isolamento diferente das especificadas na norma NBR 5356; o) condiesdetensoanormais,incluindosobretensestransitrias, ressonncia,sobretensesdemanobra,etc.,quepossamrequerer consideraes especiais no projeto da isolao; p) campos magnticos anormalmente fortes; q) transformadoresdegrandeportecombarramentosblindadosdefases isoladas de altas correntes que possam requerer condies especiais do projeto; r)necessidade de proteo especiais contra contatos acidentais de pessoas com partes vivas do transformador; s) operao em paralelo com transformadores de outro fornecimento. Informaes Tcnicas DT -1171 4.3.OPERAO EM PARALELO Aoperaoemparalelodetransformadoressefaznecessriaemduassituaes principais: a) quandonecessrioaumentaracargadedeterminadainstalaosem modificaoprofunda no lay-out da mesma; b) quando,aoprevermospaneemumdostransformadores,quisermos continuar operando o sistema, mesmo carga reduzida. Dois transformadores operam em paralelo, quando esto ligados ao mesmo sistema de rede, tanto no primrio quanto no secundrio (paralelismo de rede e barramento, respectivamente). Masnopossvelligarmosdoistransformadoresemparalelo,paraoperao satisfatria, se no forem satisfeitas as condies dos itens 4.2.1, 4.2.2 e 4.2.3. 4.3.1.Diagramas Vetoriais com mesmo Deslocamento Angular Se as demais condies forem estabelecidas, basta ligarmos entre si os terminais da mesma designao. 4.3.2.Relaes de Transformao Idnticas inclusive Derivaes Surgirumacorrentecircularentreosdoistransformadorescasotenhamtenses secundrias diferentes. Estacorrentesesomacorrentedecarga(geometricamente)enocasodecarga indutivahaverumaumentodecorrentetotalnotransformadorcommaiortenso secundriaenquantoqueacorrentetotaldotransformadorcommenortenso secundriadiminui.Istosignificaqueapotnciaquepodeserfornecidapelosdois Informaes Tcnicas DT -1172 transformadores menor do que a soma das potncias individuais, o que representa desperdcio. Acorrentecirculanteexistetambmseostransformadoresestiverememvazio, sendo independente da carga e sua distribuio. 4.3.3.Impedncia A impedncia referida a potnci a do transformador. Transformadoresdamesmapotnciadeveroterimpednciasiguais,noentantoanorma NBR 5356 admite uma variao de at 7,5%. Transformadoresdediferentespotncias:aplicandoafrmulaabaixo,saberemos qual a impedncia do novo transformador a ser instalado. 21'12PZ PZ(4.1) sendo:P = potncia total da instalao (P1 + P2) P1 = potncia do transformador velho P2 = potncia do transformador novo Z1 = impedncia do transformador velho Z2 = impedncia do transformador novo Z1 = impedncia do transformador velho referido a base do novo. Devemos inferir as impedncias a uma mesma base de potncia, que pode ser a de qualquer um deles, da seguinte maneira: 21 22'PP ZZ(4.2) Informaes Tcnicas DT -1173 12 11'PP ZZ (4.3) onde: Z1 e Z2 so as impedncias dos transformadores na base nova de potncia. Adivisodepotnciaentretransformadoresemparalelocalculadacomosegue abaixo: P1Z1P2Z2 FIGURA 4.1 2 121Z ZZ PP+(4.4) 2 112Z ZZ PP+(4.5) 2 1P P P + (4.6) Para os transformadores que iro operar em paralelo, as impedncias ou tenses de curto-circuitonopoderodivergirmaisdoque7,5%damdiadasimpedncias individuais, como j foi mencionado anteriormente, caso contrrio o transformador de impedncia menor receber uma carga relativa maior do que o de impedncia maior. Quandootransformadordemenorpotnciativeramaiorimpedncia,entoso economicamente aceitveis diferenas de 10 a 20% na impedncia. Casocontrrio,condiesdeservioantieconmicasjocorreroem transformadores ligados em paralelo, cuja relao de potncias for 1:3. Informaes Tcnicas DT -1174 Exemplo: Qual a impedncia de um novo transformador cuja potncia 1500kVA, o qual ser ligado em paralelo com outro j existente com as seguintes caractersticas: -Potncia: 1000kVA -Tenses Primrias: 13,8 - 13,22 - 12,6kV -Tenses Secundrias: 380/220V -Impedncia: 5% -Deslocamento Angular: Dyn 1 A impedncia de 5% est referida na base de 1000kVA. Deveremos referi -la para a base do transformador novo. Usando a equao 4.3: % 5 , 710001500 51'12 11'ZPP ZZ Este valor a impedncia do 1000kVA na base do novo transformador de 1500kVA. Calcularemos a impedncia que dever ter, o novo transformador de 1500kVA. Da equao 4.1: % 515005 , 7 1000221'12ZPZ PZ Esta impedncia j est na base do novo transformador (1500kVA). O novo transformador dever ter as seguintes caractersticas: Informaes Tcnicas DT -1175 -Tenso Primria: 13,8 - 13,2 - 12,6kV -Tenso Secundria: 380/220V -Impedncia: 5% -Deslocamento angular: Dyn1 4.4.OPERAO EM PARALELO Diviso de carga entre transformadores Pode-se calcular a potncia fornecida individualmente, pelos transformadores de um grupo em paralelo, atravs da seguinte frmula: Pcn EEMn PNn PNn PF ... 1 ... 1... 1... 1 (4.7) n En PNn PNEM... 1......(4.8) onde: PF1...n = potncia fornecida carga pelo transformador [kVA] PN1...n = potncia nominal do transformador [kVA] EM = tenso mdia de curto-circuito [%] E1...n =tenso de curto-circuito do transformador 1 ...n [%] Pc = potncia solicitada pela carga [kVA] Exemplo:Calcularaspotnciasfornecidasindividualmente,pelostransformadores, PN1 = 300kVA, PN2 = 500kVA e PN3 = 750kVA, cujas tenses de curto-circuito so as seguintes: E1 = 4,5%, E2 = 4,9%, E3 = 5,1%, e a potncia solicitada pela carga de 1550kVA. % 908 , 41 , 57509 , 45005 , 4300750 500 300+ ++ + EM Informaes Tcnicas DT -1176 kVA PF 2 , 327 15505 , 4908 , 4750 500 3003001 + + kVA PF 8 , 500 15509 , 4908 , 4750 500 3005002 + + kVA PF 8 , 721 15501 , 5908 , 4750 500 3007503 + + Observa-sequeotransformadorde300kVAporteramenorimpedncia,est sobrecarregado,enquantoqueotransformadorde750kVA,quepossuiamaior impedncia, est operando abaixo de sua potncia nominal. Informaes Tcnicas DT -1177 5.SELEO DOS TRANSFORMADORES 5.1.DETERMINAO DA POTNCIA DO TRANSFORMADOR Noprojetodeumainstalaoeltrica,oscritriosdedimensionamentodos equipamentos e condutores assumem uma importncia vital, uma vez que envolvem os dois principais fatores que esto na base do projeto, ou seja, a funcionalidade e o custo. evidente que um projeto superdimensionado pode tambm ser funcional, uma vez quenovenhasuperarcertoslimites,almdosquaispodemsobrevirefeitos negativos, porm o custo resultante no pode ser justificado. Portanto,necessriochegaraestabelecerumpontodeinterseoentre funcionalidadeecusto,detalmodoquesatisfaaapartetcnicaeaeconmica, tendopresentequeumbomtcnico,aquelequeconsegueprojetarouconstruir uma instalao completamente funcional de maneira econmica. Noquedizrespeitoaostransformadores,ondesequerchegaraumvalorde potncia,deumoumaisdeles,asereminstalados,sefaznecessrioqueo projetistatenhaemmenteclaramenteoconceitodefatordedemanda,demodo que,partindodosvaloresdepotnciadosequipamentosalimentadospelo transformador, possa chegar a estabelecer, com conhecimento de causa, o valor de demandamxima(oudapotnciadealimentao)absorvvelpelaplanta,e, portanto, definir de modo econmico, o dimensionamento dos transformadores. 5.2.FATOR DE DEMANDA (d) Entende-se por fator de demanda (d) como a razo da demanda mxima total (Dmt) da instalao para a respectiva potncia instalada (Pt) e definido para um ponto de distribuio. Portanto conhecendo-se: Informaes Tcnicas DT -1178 TMTPDd (5.1) PodemosdeterminarqualapotnciadotransformadoratravsdeDmt,sendo conhecida a potncia instalada. 5.2.1.Determinao da Demanda Mxima de um Grupo de Motores Dadoumgrupodenmotores(comnmaiorouiguala10)dediversaspotncias. Procedemos da seguinte maneira: 1. Determina-se a potncia nominal de cada motor em kVA 10003 V IPnom [kVA] (5.2) sendo: Pnom = potncia nominal de cada motor I = corrente absorvida pelo motor em A (retirada pelo catlogo do fabricante) V = tenso de alimentao dos motores 2. Determina-seapotnciainstalada:apotnciainstalada(Pinst)sero somatrio das potncias nominais de cada motor. 3.Determina-seonmerodemotoresncujaspotnciasnominais, calculadas pelo item 1 sejam maiores ou iguais que a metade da potncia nominal do maior motor. 4. Calculam-se as relaes: nnN' (5.3) Informaes Tcnicas DT -1179 instinstPPP' (5.4) sendo: n = somatria dos motoresn = nmero total de motores Pinst = potncia instalada dos n motores 5.Com N e P iremos a Tabela 5.4 obtendo o fator de demanda (G) para a instalao. 6.Calcula-se a demanda mxima por: instP G DM (5.5) Obs.:Estecritrioapresentadoemprico,poisdependendodainstalao todos os motores operaro juntos, o que nos dar um G = 1. Considera-sesemprecomo100%ademandadomaiormotor,ou dependendo dos maiores motores. Exemplo: Determinar a demanda mxima do grupo de motores indicados na Tabela 5.1: TABELA 5.1 IIIIII No.cvkVAPinst [kVA] 27572,40144,8 53028,58142,9 81516,39131,1 205 5,72114,4 301,52,1364,0 65597,2 Informaes Tcnicas DT -1180 Na tabela obtemos: n = 65 Pinst = 597,2 Consideramos o maior motor com demanda de 100% (kVA), sendo o valor dividido por dois. Para determinar n o nmero de motores cujas as potncias, sejam maiores ou iguais que a metade da potncia nominal do maior motor. kVA 2 , 36240 , 72 Ser: n = 8+5 = 13 Aos quais corresponde uma potncia instalada: Pinst = 142,9 + 131,1 = 274 kVA Calculamos as relaes: 2 , 06513' nnN 458 , 02 , 597274' instinstPPP Na Tabela 5.4 com N = 0,2 e P = 0,50 obteremos : G = 0,64 A demanda mxima ser: Informaes Tcnicas DT -1181 ( ) [ ]kVA DMDM3 , 4348 , 144 8 , 144 2 , 597 64 , 0+ Nota: Atravs do item 1 obtemos os valores DM [kVA]. 5.2.2.Determinao da Demanda Mxima da Instalao Com o auxlio das tabelas 5.2, 5.3, 5.4, 5.8 e da frmula a seguir, pode-se calcular a demandamximadainstalao,queporsuavezdefinirapotnciado transformador: Dmt = A + B + C + D + E sendo: A =demandadapotnciaparailuminaoetomadas,conformeTabela 5.7. B =demandadetodososaparelhosdeaquecimento(chuveiros, aquecedores, fornos, foges, etc.) calculada conforme Tabela 5.8 onde deve-se diversificar a demanda por tipo de aparelho. C =demandadeaparelhosdearcondicionadocalculadoconformeTabela 5.2. D =demanda dos motores eltricos conforme item 5.2.1. E =demandaindividualdasmquinasdesoldaatransformador,calculada conforme Tabela 5.3. Emtodososcasos,noclculodademanda,ofatordepotnciaeorendimento devem ser considerados. 5.3.CONSIDERAES SOBRE O USO DAS TABELAS Osvaloresencontradosnastabelasdevemsercompreendidoscomoreferidosaos casosmaisfreqentesedevemserusadosquandonafaltadealgumdado informativo. Informaes Tcnicas DT -1182 naturalqueotcnico,antesderecorrerstabelas,seinformesobreosciclos usuaisdefuncionamentoefaaquantomaispossvel,comqueseaproximemos valores dos fatores com a realidade do caso que deve resolver. 5.4.CRITRIOSDEESCOLHADOSTRANSFORMADORESCOMBASENO VALOR OBTIDO NA DEMANDA Umavezdescobertoovalordademandaabsorvidapelainstalao,devemos escolherotransformadorouostransformadoresasereminstalados.Osprincipais critrios de escolha so: a) eventuais aumentos de potncia instalada; b) convenincia da subdiviso em mais unidades; c) potncia nominal normalizada. TABELA 5.2 - FATORES DE DEMANDA DE CONDICIONADORES DE AR Nmero de AparelhosFator de Demanda [%]1 a 10100 11 a 2086 21 a 3080 31 a 4078 41 a 5075 51 a 7570 76 a 10065 Acima de 10060 Informaes Tcnicas DT -1183 TABELA 5.3 - DEMANDA INDIVIDUAL DAS MQUINAS DE SOLDA A TRANSFORMADOR Solda a Arco Nmero de Aparelhos Fator de Demanda [%]1 e 2 maior aparelho100 3 aparelho85 4 aparelho70 soma dos demais aparelhos 60 solda resistncia maior aparelho100 soma dos demais aparelhos60 TABELA DE MOTORES IP54, IP(W) 55 E QUMICO - Diviso II * Vide Catlogo de Motores Trifsicos. Informaes Tcnicas DT -1184 TABELA 5.4 FATORES DE DEMANDA DE GRUPOS DE MOTORES P N 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 0,005 0,34 0,18 0,11 0,073 0,051 0,039 0,030 0,024 0,019 0,016 0,013 0,011 0,010 0,009 0,007 0,007 0,006 0,005 0,005 0,01 0,52 0,32 0,20 0,14 0,10 0,076 0,059 0,047 0,037 0,031 0,026 0,023 0,019 0,017 0,015 0,013 0,012 0,011 0,009 0,02 0,71 0,51 0,36 0,26 0,19 0,14 ,011 0,09 0,07 0,06 0,05 0,04 0,04 0,03 0,03 0,03 0,02 0,02 0,02 0,03 0,81 0,64 0,48 0,36 0,27 0,21 0,16 0,13 0,11 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,04 0,04 0,03 0,03 0,04 0,86 0,72 0,57 0,44 0,34 0,27 0,22 0,18 0,15 0,12 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,05 0,04 0,04 0,05 0,90 0,79 0,64 0,51 0,41 0,33 0,26 0,22 0,18 0,15 0,13 0,11 0,10 0,08 0,07 0,07 0,06 0,05 0,05 0,06 0,92 0,83 0,70 0,58 ,047 ,038 ,031 0,26 0,21 0,18 0,15 0,13 0,12 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,06 0,08 0,94 0,89 0,79 0,68 0,57 0,48 0,40 0,33 0,28 0,24 0,20 0,17 0,15 0,13 0,12 0,11 0,09 0,08 0,08 0,10 0,95 0,92 0,85 0,76 0,66 0,56 0,47 0,40 0,34 0,29 0,25 0,22 0,19 0,17 0,15 0,13 0,12 0,10 0,09 0,15 0,95 0,93 0,88 0,86 0,72 0,67 0,56 0,48 0,42 0,37 0,32 0,28 0,25 0,23 0,20 0,17 0,16 0,14 0,20 0,95 0,93 0,89 0,83 0,76 0,69 0,64 0,54 0,47 0,42 0,37 0,33 0,29 0,26 0,23 0,21 0,19 0,25 0,95 0,93 0,90 0,85 0,78 0,71 0,64 0,57 0,51 0,45 0,41 0,36 0,32 0,29 0,26 0,24 0,30 0,95 0,94 0,90 0,86 0,80 0,73 0,66 0,60 0,53 0,48 0,43 0,39 0,35 0,32 0,29 0,35 0,95 0,94 0,91 0,86 0,81 0,74 0,68 0,62 0,56 0,50 0,45 0,41 0,37 0,33 0,40 0,95 0,93 0,91 0,86 0,81 0,75 0,69 0,63 0,57 0,52 0,47 0,42 0,38 0,45 0,95 0,93 0,91 0,87 0,81 0,76 0,70 0,64 0,58 0,52 0,47 0,43 0,50 0,95 0,94 0,91 0,87 0,82 0,76 0,70 0,64 0,58 0,53 0,48 0,55 0,95 0,94 0,91 0,87 0,82 0,75 0,69 0,63 0,57 0,52 0,60 0,95 0,94 0,91 0,87 0,81 0,75 0,69 0,63 0,57 0,65 0,95 0,94 0,91 0,86 0,81 0,74 0,68 0,62 0,70 0,95 0,94 0,90 0,86 0,80 0,73 0,66 0,75 0,95 0,93 0,90 0,83 0,78 0,71 0,80 0,95 0,94 0,89 0,83 0,76 0,85 0,95 0,93 0,88 0,80 0,90 0,95 0,92 0,85 1,0 0,95 Informaes Tcnicas DT -1185 TABELA 5.5 VALORES NOMINAIS TPICOS DE APARELHOS ELTRICOS (TENSO NOMINAL 220V) APARELHOPOTNCIAS NORMAIS TPICAS Aquecedor de gua central (Boiler)- de 50 a 100 litros1000W - de 150 a 200 litros1250W - 250 litros1500W - de 300 a 350 litros2000W - 400 litros2500W Aquecedor de gua local 4000 a 8000W Aquecedor porttil de ambiente 700 a 1300W Aspirador de p250 a 800W Barbeador8 a 12 W Batedeira 70 a 250W Cafeteira1000W Chuveiro3000 a 5300W Cobertor150 a 200W Condicionador de ar - 3/4cv1200VA - 1 1/2cv2400VA - central (residencial) 5000VA Congelador (freezer) 350 a 500VA Copiadora (tipo xerox)1500 a 6500VA Exaustor de ar (para cozinha) 300 a 500VA Ferro de passar roupa400 a 1650W Fogo residencial 4000 a 12000W Forno residencial 4500W Forno de microondas (residencial) 1200W Geladeira (residencial) 150 a 400VA Informaes Tcnicas DT -1186 Lavadora de pratos (residencial) 1200 a 2800VA Lavadora de roupas (residencial) 750 a 1200VA Liqidificador100 a 250W Mquina de costura (domstica) 60 a 100W Mquina de escrever 150W Moedor de lixo300 a 600VA Secador de roupa4000 a 6000W Secador de cabelos500 a 1200W Televisor - porttil 75 a 100W - tipo Console150 a 350W Torradeira500 a 1200W Torneira2500 a 3200W Ventilador - porttil 60 a 90W - de p250VA TABELA 5.6 POTNCIAS NOMINAIS DOS PRINCIPAIS TIPOS DE LMPADAS TIPO DE LMPADAPOTNCIAS NORMAIS TPICAS [W]Incandescente15 - 25 - 40 - 60 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 - 500- 1000 - 1500 Fluorescente15 - 20 - 30 - 40 - 65 - 100 - 110 - 125 - 135 Vapor de mercrio80 - 125 - 250 - 400 - 700 - 1000 - 2000 Vapor Metlico375 - 1000 2000 Sdio Baixa Presso35 - 90 - 135 - 180 Sdio Alt a Presso250 - 400 - 1000 Halgenas500 - 1000 - 1500 - 2000 Mistas160 - 250 - 500 Informaes Tcnicas DT -1187 TABELA 5.7 FATORES DE DEMANDA DE ILUMINAO E TOMADAS DESCRIOFATOR DE DEMANDA [%]Auditrios, sales para exposies e semelhantes.100 Bancos, lojas e semelhantes. 100 Barbearias, sales de beleza e semelhantes. 100 Clubes e semelhantes. 100 Escolas e semelhantes.100 para os primeiros kVA 50para o que exceder de 12kVA.Escritrios (edifcios de)100 para os primeiros 20kVA 70 para o que exceder de 20kVAGaragens comerci ais e semelhantes. 100 Hospitais e semelhantes.40 para os primeiros 50kVA 20 para o que exceder de 50kVAHotis e semelhantes. 100 Igrejas e semelhantes. 100 Edifcios de apartamentos residenciais100 para os primeiros 10kVA 35 para os seguintes 110kVA 25 para o que exceder de 120kVARestaurantes e semelhantes. 100 Informaes Tcnicas DT -1188 TABELA 5.8 Fator de Demanda [%] Fator de Demanda [%]Nmero de Aparelhos Com potencial de at 35kW Com potencial superior a 35kW Nmero de Aparelhos Com potencial de at 35kW Com potencial superior a 35kW 18080163926 27565173828 37055183728 4660193628 56745203528 65943213426 75640223326 85336233226 95135243126 104934253026 11473226 a 303024 12453231 a 403022 13433241 a 503020 14413251 a 603018 15403261 ou mais3016 NOTA: Os fatores devem ser aplicados para cada tipo de aparelho separadamente. 5.4.1.Eventuais Aumentos da Potncia Instalada provvelquenosprimeirosanosdefuncionamentodeumainstalao,se verifiquemaumentosnacargainstalada,pormaisbemprojetadaquesejaa instalao na partida. Em geral este aspecto se verifica em 90% dos casos. Portanto,serinteressantequeoprojetistaconheaafundoocasodequeest tratando e dever prever um aumento de 5% a 15%. 5.4.2.Convenincia da Subdiviso em mais Unidades Esteaspectofoicomentadoanteriormentenocaptulorelativooperaoem paralelo.Sodoisosaspectosaseremlevadosemconsideraonestemomento: Informaes Tcnicas DT -1189 operaoemparalelo(econmico)eeventuaisdanosnotransformadoresou manuteno. O primeiro traz benefcios, diminuindo as perdas totais, e o segundo alerta ao fato de que poder operar carga reduzida, mesmo com a parada de uma unidade. Nocasododano,teraplicadoocritrioeconmicoqueaconselhaaaquisiode umanicamquinadepotnciaadequada,podeseracausadeumproblemade grandeza diretamente proporcional ao valor da produo, uma vez que, vindo a faltar a fonte de energia, se impe um perodo mais ou menos longo de completa parada de uma instalao. Noobstanteocustoinicialdeaquisiosermaior,quandoapotncianecessria ultrapassaos150kVA,asubdivisoemmaiornmerodemquinasoferecea possibilidade de criar uma instalao articulada e flexvel, apta a adequar-se a cada situao e permitir o mximo e racional aproveitamento dos transformadores, com o mnimo dano. 5.4.3.Potncia Nominal Normalizada