Transformadores - Teoria e ensaios - José Carlos de Oliveira - João Roberto Cogo - José Policarpo G. de Abreu

 

J o s é   C a rl o s de O liv ei r a

P ro f esso r T itula itularr d a U niv er sida de   Fede Federràl de   U ber ân dia

J o ã o R o b er t o Co go  

P ro fessor fess or A dju djunt nt o   da  da   Es c ola   Fe de ral d de e E nge ngenh nh aria aria d  d e   lt jub á

Jo s é P o lica rp o G   d e A b re u

P rofe rofess ss or A ss istente isten te da E sc ola Fe dera derall d e En ge nh a ria  d e Jta jubá jubá  

TR NSFO RM   DO RES

teor te oriia

ensaios 

E N T R A IS   E LÉ TR IC AS   B RA SI LE IR A S   S A

~ l ~    ·

ES ESCO COLA LA   FEDER EDE R AL DE  DE   ENG E NHA R IA DE ITA ITAJUBÁ JUBÁ  

E DI TO RA   E DG AR D   B L Ü CH E R   L TD A

 

Lista de Símbolos \

ENS IOS

BT

= TS) Lado de baixa tensão = TI)

Ensaio a vazio Ensaio em curto-circuito Ensaio para a determinação da rigidez dielétrica do óleo

145 148

B

Indução magnética

CA

Corrente alternada

Ensaio de aquecimento Ensaio para a determinação. de valores de rendimento e de

155

151

cc

Corrente contínua

DA

Defasamento arigular

regulação e defasamento angular (D.A.) Polaridade Operação em paralelo de transformadores . .. .. .. Ensaio de tensão .aplicada, tensão induzida e verificação da resistência de isolamento ...... ........................ .......................... Ensa Ensaio io de de im impu puls lso o ...... ....... ....... ....... ....... ...... ....... ....... ....... ..... ·Ensaio de_ observação de compon component entes es harm harmôni ônico coss ... .... .... .... .... .... Ensaios a vazio e em curto en:i transformadores de três circuitos .

158 160 162

d

Espessura da chapa do núcleo

E1

Força contra-eletromotriz

E2

Força eletromotriz

fc

Fração de plena carga

AT

1.

2. 3. 4. 5

6. 7. 8. 9. 10. 11.

isolante

BIBLIOGRAFIA

165 167 169

172

f.p.

174

f

Lado de alta tensão

Fator de potência .

cos tp)

Indutância de dispersão do enrolamento secundá rio

12

Número de espiras do en rolamento primário i

Potência ativa de entrada Potência ativa de saída Perdas por correntes pa rasitas Perdas em curto

,

=

Freqüência Corrente nominal Componente ativa de cor rente

pj

Perdas no enrolamento

Pa

Perdas em vazio

PH

Perdas por histerese

Rego/o

Regulação de tensão em porcentagem Relutânéia magnética

. Compo nente reativa de corrente

Resistência do ramo mag netizante

Corrente a vazio

Resistência equivalente

. Corrente de circulação

dos enrolamentos primá rio e secundár io referida ao primário

Coeficiente Coeficien te de Steimmetz l K

Número de espira espirass do en rolamento secundário,

Relação de transforma ção teórica Relação de transforma ção prática

i

Relação do número de espiras Coeficiente de correção de temperatura Indutância de dispersão

do enrolamento primário

Resistência equivalente dos enrolamentos primá rio e secundário referida ao secundário Resistência elétrica do en rolamento primário

r

R lo

Resistência elétrica do en rolamento secundário Resistência porcentual

 

1 anstorm anstorma a ores teori teoria a e ensaios

 

I

Sabe-se também que, em sua forma instantânea, a força eletromotriz fem) necessária para a produção do flux fluxo.é o.é dada por:

mato para io Entretanto devido às propriedades do circuito magnético, que são não-lineares, a forma da onda da corrente a vazio i0 ) não será senoidal.

A forma de onda da corrente a vazio pode ser facilmente verificada com base na Fig. 1.5. 1.7)

l

em que:

a relutância do circuito magnético do > é o fluxo magnético; Rm ag núcleo; N 1 o número de espiras do enrolamento primário; e iq a parcela da corrente i 0 responsável pela produção do fluxo magnético.

O fluxo magnético é senoidal, o número de espiras é constante, mas a relutância varia devido a diferentes estados de saturação que ocorrem no núcleo. Com tais considerações, pode-se concluir que a parcela iq não é senoidal, acar retando como conseqüência uma forma de onda não-senoidal p a r a : · i ~ Ao mesmo resultado chegar-se-ia com base na curva de histerése: = / i ~ J , Aplica-se a condição anterior de que o fluxo é senoidal e, para cada va lor de , determina-se o correspond ente valor de i 0 • O processo gráfico é indi cado na Fig. 1.6. Figura 1 5 - Circuito magnético do transformador

Como o objetivo é a determinação de formas de ondas, trabalhar-se-á

com valores instantâneos, como se indica na figura. Para fuhcionamento a vazio, pode-se escrever, com certa

~ p r o x i m a ç ã o

que:

em que: v 1 é a tensão de alimentação e e1   a força contra-ele tromotriz fcem).

Admitindo-see uma forma de onda senoidal para vi. na forma para a fcem Admitindo-s também o será. Por outro lado, a relação entre o fluxo e a fcem é dada pela expressão:

e1

F i g ~ r a 1.fi\ - Processo gráfico para a determinação da forma de onda de io

cujo valor eficaz é dado por: E

;

4 44N1

_

1.6)

Sf

Sendo N 1 constante, se e 1 for senoidal, o

f l u x o

onda porém com uma defasagem de ; radianos.

~ )

terá a mesmaforma de

fUol

e0

a partir de 0

=

Para a construção da forma de onda de i 0   observa se_ a seguinte ordem: P a ra ra u m ccee rt rt o te te mp mp o t determina-se o correspondente valor de . Para este valor de fluxo fluxo crescen crescente te ou dec decrescente rescente), ), ve verificarifica-se sena curva de histerese o valor de i0 • 3 - Transporta-se para aquele t o valor de i 0 e tem-se um ponto da curva de io 4 - De modo análogo, obtêm-se d diver iversos sos pontos e traça-se traça-se a curv curvaa procura· da. 12 -

1

11

O peração a Vazio

ra n sform sfo rm a d o re s te o ria  ria   e e n sa io s

1,

 

1

.

E

E1

V2

Zc

1 

1

igura 1 9 -

Condições de fu nci onarnent onarnent o de t ransf orm ador ador em carga car ga

1

um

transf ormadr: a t ransf orm ador aa   vazio;

Para o transf ormador a va z io, te m-se m- se o que   s r elação de transf trans f o r m a ç ão ã o teórica

c o n v e n c i o no n o u c h a m ar de

- _§j_

Figu Figura ra 1 8

Oscilograma da c orrente

e m a g n e t i z a ç ~ o

KT -

e  um trans formador

Co n forme a Fi g. g. 1 .8 é comum encontrar en contrar um v al o r d e p i co i n i ci al d e co r

rente várias várias   vezes su peri or ao da c orrente nomi nal do t ra n s f o r m ador.

6 RE LAÇÃO DE TR A NS F ORMAÇÃO

( 1.12) 1.1 2)

E

E m q ue u e E   e E 2 sã o os va lor es e s eficazes eficaz es das fcem e fen1 fen1 i n d u zida z ida s nos e nr o lan1en tos p ri mário e se c undá r io, re s p ect i v amen t e. A   parti lan1entos partirr d a Fi g . 1.9 po d e-s e co n str uir o c ir c u ito equiV alente de um transforma dor a va z io, i o, mostra mostrado do na . Fi g. 1.10

O e nsa ns a io a va z io visa ta mbé ni à d et e r m i n a ç ã o da r e la ç ã o de   transformação; ou Seja, à p r ó p o r ç ã o que e xiste xiste  entre a t e n s ã o o u c o r r e n t e do p rimário e a t e n s ã o o u c o r r e n t e  d o s e c undá r io, r e spe c tiva me nte. n te. Como Co mo e xiste m du a s de f iniç in iç õe s para a ci ta da r e la ç ã o , v a m o s c o n s i d e r a r as r  as

fi g ur a s a seguir se guir para uma  m e l h o r   c onc e itua ç ã o de ssa dife dif e r e nç a . É im p ortante o b s e r v a r que , in d e p e n d e n t e m e n t e da f o r m a d e on da   de i0   to das as tensõe s e c o r r e n t e s se s e r ã o tratad as como se noida is,  is,   se ndo que a s c o m p o ne ne nt e s ha r môni  cas   não se r ã o c o n s i d e r a da d a s na s a ná lise s subse q üe nte s.

l.1   '

1 

EI

l

g ~ ~

1 1 0   Circuito equivalente  equivalente de   urn lr dnsformaaor·a

vaz ,

Na   Fig. 1.10 têm- se: r1

-

E 1 

-

ri 2  -

2  -

E2

-

resistência d o e n r o la la me nto pr imár io r e a tâ nc ia de dispe di spe r sã o d o e n r o l a m e n to t o p r i m á r io fç_em i n d u z i d a n o p r itná r io resistência resis tência do   e r ir ola me nto  s e c u n d á r io r e a tâ nc ia  de dis-pe dis-p e rsã rsã o do e nr o l a m e n t o se c undá r io fem   i n d u z i d a n o s e c u n d á r io

14  

per pe r ação

e e  ensa ios T ran sf o rm a do re s teo ria e

 

.

1

v

E

1 

im  im 

15

D o ex po s to ,  c o ns tata -s e q u e se p od e o bt er u m a m es m a  i m pe dâ nc i a Z m as so ci an d o u m a r es i st ê nc i a m   sé r ie co r n u m a· r ea t ân c ia ; o u u m a   r ea t ân c ia m   cia.   A lg u ns  a u to r es us a m a r ep r es en t aç ão sér ie e  ou  · p ar a le l o c om   o utra r ea t ân cia.  Cada  re p re se n ta çã o  t e m su a s v an ta g en s alel a. Cada m a p ar alela. lizam tr os ut i liza s, l em br an d o qu e   d o  e ns a io a V azio tem  .:las, term rm iná ..:la Ve ja - se ,   po is ,   co m o   de te se:  se:  0 , V 1 e 0 •

o

o 

azio   a V azio 

Ez 

Xmss a} a}   D e te r m i na çã o  d e Rms   e Xm

 12 2 1 1 Fi g ura 1

â nc ia do r a m o m ag  r , i ncl ui n do a i m p e d ânc o rm a d o r, C i rcui t o equi v al e n t e de  um tr a n s f orm ne ti zante  

Pa r a a  d e te r m i na ç ão   da  im pe dâ nc i a, ba st a  c o ns i de ra r  q u e n a c o n d iç ão  d e   o   c ircu it o fi ca ria re su m id o a o in d ic a do   n a   peraçç ão a   va zi o, s en do   i 0 1   o pera F ig .   1. 13 .

se   dis  cia  t ia  q ua l   se ictícia P e la F ig . 1. 14 , c o n s id e ra n d o  q u e m s é  a r es i st ê nc i a f ictí -erdid did a n o n úc le o , p od e- s e e sc r ev e r: si p ar i a a   po tê n ci a p -er

d o q ua l:

J 

ms =

Po Po  

1.19) 

i 

o

Vi sto   se r a  c o ne x ão   sé rie : 1. 20 ) F i g u ra 1

3  -

b D et e rm in a çã o d e

nto a  vaziO onamento funci oname par a o funci Ci rc u i t o e q ui val en te si m pl i fi ca d o para

A   p ar t ir d a Fig . 1 .1 3 , t em -se :

v, v,  

( 1 .18 )

=  

m p  e   X m p

.

. 

tifi ca n do -s e  a A nt e ri o rm en te ,   a co r re n te / 0 foi   d e co m p os ta e m P e Iq ju s tifica ig.. l. 1 4 b . C o n s id e ra n d o   co nh ec i da s istr ib u iç ão de   co rr e nt e s i nd i .ca da s   n a F ig d istrib tê m -s e: ~ i s _ Ç Q J l l p _ o n n t e s 1.21 )

icos circuicos e-se  c on s id e ra r u m d os   circu Em Em   re la ç ão   ao s c ál c ul o s d e Rm e X m   d ev e-se c .1 4. eq ui v al en t es d a Fig . 1 .14.

9

-r;-

~

A

 

e

(l . 22 )

J 

 \ \  

v

Rmp

v 

jip

lq  

lXms

 P AR A  T R AN S F OR M AD O RES  T R I FÁ S I C O S APT A ÇÃO  PAR 8. AD ADAPT para  tr a n s fo r m a do re s  m on of á si  A   t eo r ia vi s ta a té   ag o ra  f o i d es e nv ol v id a   para licá -la   p a ra   tr a ns fo r m a  c os . C om   al gu m a s r áp i da s c on si d er a çõ e s, po de - se ap licá-la do re s   tr i fá s ic o s, os q u ai s   p o d e m ser   co ns id e ra d os   co m o   u m ag ru p am en to de so   di v er so s   it en s   de vem   s er ad ap t ad o s: isso tr três ês en rola m en t o s  m o ri o fá s ic o s. Po r is

1

1

iXmp iXmp  

a C or r en te a v az i o

a)  

ó 

tico   d o t ra n sf o rm ad o r  t ri fá s ic o , as co rr en t es a C o n f o rm e o c ir c ui t o m ag né tico ses   la ter ais   e as   fa ses  rão   a p re se n ta r v al o fe s   ig ua i s p ar a as  po c;lerão va z io da s tr ês   f a ~ e s poc;le

09

b)

ara\el o   séri e ; e b p ara\elo iz ante: a  série agnetiz p onden ondentt es ao r a m o m agnet o.rresp ssoc ia ções c o.rres F i g u r a 1  14 - A ssocia

 

16  

Tra ns nstt Or ma d o res te oria e e n s a i o s  

Op e ra ç ão a V azio  azio 

um   v a lor d i feren t e p ar a a c e n t ral . P ara es t e c as o , a d o t a-s a -s e a v azio azi o , dad a pe la   m éd i a arit ar it m é t i c a do s   três v al o re r e s.

um a   ún i c a corrente corrente

lo=

s erá

d ad a   p ela re r e l a ç ão ã o   e n t r e  a s t e n s õ eess de

Pa ra a d eterm eterminaçã inação o de   K N   t e m - se s e   que   e s t a Ob s e rvan rvand d o a   Fi g . 1 .15:

P a ra

o c a so d e t ra n sf or m ad ores or es m o n o f á si s i c os, a   re la ç ã o de  de   t r a n f o r m a   Ç ~ o t e ó r i ccaa   é se m p r e ig i g ual à  à   rel açã aç ã o en tr e o s n úme r os de   es p i ra r a s . Is to  se d e ve ao   fa< to   de as  as   tensõ e s E  1 e   E 2 s erem   d eter eterm m in a d as ex a ta n 1 e n t e en t re o s  s   t erm i n ai s d os enrolame enro lamen n tos e m q u e fora foram m in d u zi d a s. e n 1 a

_ j á .

V3

é t ã o s im pl e s , exi

g indo in do cer.tó cer.tóss   c u i d a d o s ,,   confo conforr me_ 9 s tip o s c o n e x ã o , a s a b e r :  :   es t re la , t r i â a u _ ~ i l i e i à _ U e ~ - i l ü e ~ a n t O paÍa  tÜ-dÜ paÍa tÜ-dÜss  o s ca s os b asta r acioci acio ci na r  do  s egu in te - -mod o: A re la ção   de tr an fo r m a çã o  t  tee óri órica ca  

A   t í t u lo l o   de e x e m pl p l o , a d eterm eterminaçã inação o de   K e s t rêl a -t ri ân g u l o é   r e a llii z a d a  a   a   se g u ir.

e

K  N

..___ ..___

s õ es  es   de

Da

V1

__   ___

K  T  

e

Pa r a tan to to  

-

1 1

1 

1

1 

V2

··- n1  n1  Y   fJ

c l u i

qu e   n e m s e m p r e   KT c oinci oinc i de c o m

e

KN .

u s ar-s e -i am   as m e sm a s   ex p r e s s õ es e s   a nter nterio iorme rme n te a p r e s e n t a  os tr an sf o rm ad or es t ri fás ic o s , o s cu i d a d o s  a   s ere m   ob s er 

pa r a

Quando Quan do da  d eter eterm m inaç inaçãã o

d e   Zr n , Xm e   Rm   a

mes ma

é fei t a a   por fa se.

Po1 3

•   N as  e xpre s sõe s,  s,   tê m- s e ten s õe s e  e   c o r r en e n te s, n e x ã o, o , obs e r v a r a s gra n d e z a s por   fase. fase.  

N 

b

E 

•   A ss i m , s e   foi d e term termin inad ad a a p o t ê n c i a t o t al fo r n e c iidd a a o tra ns fo r ma do r . d ev e -s e d i v i d i -l a  a   po r t r ês q ue  se t en ha o   v al o r c orre orress pond pondee nte a   fa  se.

N 

i 

fa s e .

p or i g u a ld a d e s .  

T ab. 1 .2

=

N

K  N  

da s , se nd o q ue   va d o s se ri ria m :

e 

B 

po r

C   D et e rm in a çã o d e Z m   X  m  e R m  

pa ra um   tr a n sform sfor m ad o r

• A

é   defin definii da

c i o c i n a n d o   d es s e   mo d o par a di v e rs o s t ra nsfo d e -s e e la bo  res dpo , ra r aR  Taab . 1. 2 .   N a ta b e l a, a ,  s u b s t i t u em - s e as a s   a p r o x nsfor im a çrõmad e s io n d i c aad a s n a s  e xp re s

K r)  é de fi n i d a c a  c o rn o   a rela rel a ç ã o d a s ten 

s õ es   e 2 m e d i d a s  s   eJ.l,l eJ.l,l@ @ flgs flgs.. A   rela relaçã çã o d o n ú m e ro de   es pir as K N ) é d e f i n id i d a com o a r e l a ç ão ã o   en t r e os nú m er o s. d e e s p i rraa s p or fase fase   ( en ro l an 1 e n t o s s i tuad tuados os   n um a m e s m a c o luna  luna   do nú c l eo ).  

T,-.,.

K T

(1.2 3 )

b)   Rel a çã o de   tra n sf o rm aç ão

Fig ura   1 15 -

tr tran an s fo rm aç ã o

A r e l açã o   de lin h a:

17

port portaa nto c onfo onforr me o t i p o de d e  co 

/ ldl/SJLJ l / T l d U( ) /t /t S /t O flél

lJ

ettr 9 ae ez z u e e

l:Jf/Sél / ()S

 

6. C O NTROLE NTROLE   DE

5

0  

E

C AIXA

BUC HA 8

CONTROLE CO NTROLE .-

DE

INTE INTER R RUPTOR

DE  DE   REVERSÃO 111. 1. 0V - 22 0V

E L ETROCUTO

PI

EN ENTRADA DA   AUMENTA(;Ão   TRADA DA

8

P O R T INH INH O L A S

©

MA Ç A NETAS DAS R :>RTINHOLAS :>RTINHOLAS  

0

CHAMINÉ

DE DE--

DOS

C OMPARTIMEN T OS

EXA USTÃO

ESPONTlNEA ESPON TlNEA  

5

An a lisador de ri g idez dielétrica dielétric a  ,(cortesi  ,(cortesiaa Trie Tri e l Indústria e C om érci o)

CID EZ  

-

C o rltrole de aci d ez CIFRA   DE CIFRA DE   NEUT R AL I Z AÇÃO

INTERPRETAÇ ÃO  

OBSERVA OBSER VA Ç ÃO

4

Aié 0 05

Novo

Óleo sem   uso, novo

5 

De 0  0 5 a 0 2 5

Bo m

Óle o   usado. Trata Trat a m ent o d esnecessário esnecessário  

6

De 0 2 5 a   0 40

Du v id oso

7

De 0 40 a   O, 70

Pr e cário

B

Fig ura 3.3 3.3 -

s o an tes tes

tão lt re sistên cia à o x i d a ção ç ão qu anto o óle o   n o v o. o . A T ab. 3 . 3 forne for ne c e a lguns lguns   e le me ntos n tos re la c iona ion a dos a o c o n trole  de a cidez. c idez.

C ÓDIGO

Estu fa   de secagem Estufa secagem  

te os

P ara os   óleos  óleos  isolantes, isola ntes, introd uz -se urú a n o v a g r a n d e z a c o m o o bjetiv o. de e xpressa xpre ssa r a sua a  sua acidez. a cidez.   Esta se rá a  a   c ifra d ifra  d e u t r l ç ~ ~ o v a l o r v r  v a r i ará a rá de z e ro a 1. Co nside ra -se um índice ín dice n o r m a l d l  d e ac ide z o q ap r e s e n ta ta c om   um v a lor igual ig ual a  a   0,4. Qua ndo o   óle o de tr ansfo ansformado rmadorr us a d o t em e m lt c ifra   de n e utra liz a ç ão ão a c im a de de    0,40),   n ã o é   su f iciente   re c ondic ondic io ná -lo , se ja   co m   filtro-pre filtro-pre n sa de m ata borrão bo rrão o u u n id i d a d e d e de sidra s idra ta ç ã o a  a   vá c uo. u o. O t ratam ratamento ento r e q u er e r i d o pa p a ra re duz ir  ir   a acidez, acid ez, p ara re m o v e r a la m a e aum entar a   rigide rigide z re q u e r u so de  de   e q u i p a m e n t o  espec  especial. ial. Se o cu s t o da  insta la ç ã o  e oper ope r a ç ã o  f o r alto a lto o sufic s ufic iente ie nte p ar a  tornar torn ar o p roc e sso ss o a n ti t i e c o n óm ó m i c o , se rá  m e l ho h o r r e je j e ita r o  o   óle o  o  usa do, d o, lim lim  pa r o   transforma tran sformador dor e  s u b s tituir tituir por ól e o no vo. A c ifra de d e neu tra liz aç a ç ã o p o d e ser s er re duz ida   por filtros filtros   qu e   e m p r eg eg u e m   a terr terra a ~ f ú / e ar g ila ativ ati v a d a ou a lu l u m i n a   a tiva tiv a d a . E sses me ios  ios   de filtrage iltragem m sã o   n 1uito mais a tivos  tivos  quan quando do o ó leo é tratado tratado    a q ue nte .   O óleo óle o é c irc i rc ula do d o a tra vé s de leito filtran te a té   que a c ifra ifr a de _neutra _ neutralizaçã lização o at inja o p onto onto   de se ja j a do, ou ou q u e h a j a e x a ustã o da a rgila .  .   T a l tratam tratamento ento r e m o ve v e óxidos óxid os qu e p o s sam s am te rest ado no   óle o.  o.  Isolante Isola nte s u s a d o s, s , que   fora m  m   tra ta ta d o s c o m terra fú/er. f ú/er. não t êm

Ta_bels Ta_bels 3.3

Fi gu ra 3.2

ae

Acima   de O, 70

Perigoso

Improváv e l f orm ação de lama. Tratar  ou trocar. Tratar  De s necessário lav la v ar núcleo c o m Jato de óle o Inicio de f orm ação de  de   lama. Trata Tratarr ou trocar. . La v ar todos os c o m ponent es com jato de ó leo Formaç ã o franca de la lama. ma. Troc Trocaa r. Indispensáv Indispensá v el lavagem de   todos os co m ponent es com co m   jato de óleo. óleo.   Verificar isolament o   sólido do ra raff o - p o s s ív íveis eis danos

,

u

u

" " f u 1 a y a u uco 1 c;:11;; au

 

r

P  [KW lt

o

.

RE N D I M E N TO  

'• 99,5

9.

9 9 .5

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Pn

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C h a m a n d o a dife rença (i µj s entad a po r:

-. 

Para alelism lelism o

Zi, t em-se: em-s e: .

.

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.

22 ) -

tµj) tµj)  

=

.6 ..t ..tµ µ i,

a equaçã equação o anterior seria rep repre;. re;.

/ 

7 .23)

89 89  

Assim veri verifica-se fica-se que q ue ,   com os  os  mesmos me smos dois do is t r a n s f o rn rn i a d dores ores , c om l .iµi = O (isto (isto  é, R í   X  i = R 'í X J'), tem-se tem-se o  o valor máxi má xi m o de  de  po tênc i a a p a re r e n t ee dis  dis ponível, poníve l, pois a so m a  vetoria  vetoriall se se   res ume  ume à s o m a a r itm i tm é tica (S = S' S "  ). Co n cl u i-se finalm fina lm e nte, que qu e a   condição condição d e mes m a r elação ent e nt r em as r ea tâ n cias e resist re sistências ências é  um  p r o b l e ma ma d e otimiza otimi za ç ão do co nj u nto, pois, po is, neste n este ca so so,, te r-se-á a m a ior potência potê ncia a  a p a r e nte nte ,que ,q ue se p od e rá extrair extra ir d o sistem a.

D onde s e  e   co conclui: nclui: Ca s o   se tenha Z i = Zi' m ódulos). as as   correntes se distribuir distri buirã ã o c o m m e sm os m ó d u lo s; entretan entreta n to, se os â n gulos inter inte r n o s f o r e m   diferentes, as m e s m a s  s  não estarão estarã o   em fase. .

C om o as tensõe ten sõe s nos term te rm i nais dos  dos   tr afos s ão  ão  

Vz ) , as c or r es ponde nt e s potência potênc ia s   aparentes aparentes s eriam

as

mes mas ma s por:

V:;

=

V;

=

(7 .2 4)

S"   = V ,

li *  

7 .25)

N as quais o quais  o símbolo *) repres enta en ta o conju ga d o da da  co r re n te. 0

A  potênci potênciaa a p a r e n t e tota totall fornecid fornec id a   pelo conj conj u nto s erá: erá :

.

.

.

S =S '   + S''

7 .26) .26)  

existirr o defas am en to .6..tµi e ntre  existi ntre  as du a s co rrentes ,  ,  en então tão es ta dife ta  diferença rença se m ai l ifestará   ta mbém nas na s p otências otências.. E m cons eqü e qü ê ncia, a so m a a n t e rior r ior po d e r ia i a se r repres en t ada pela  pela   Fig. Fig. 7 12. I

/ 

' '

 

92

Translormadores teori teoria a e ensaios

Verificação do Isolamento: Resistência

NÚCLEO 1 \l•O)

e

Isolamen to Tensão Aplica da e Tensão Induzida

res mais baixos. Existem normas especificando quais as tensões pa ra este teste, que, resumindo,, são expressas em função da tensão nominal do transforma dor. Assim, chamando V a tensão nominal em volt, para transformadores até 10 kV o megôhmetro deverá ter uma fonte com tensão, em volt, dada por:

8.1)

E, para transformadores acima de 10 kV: 15 000

1,75

8.2)

VN

As mesmas normas especificam que a prova deverá ser realizada com ten sões alternadas para que as condições de operação do enrolamento, no que se refere ao isolamento, sejam as mesmas que em funcionamento normal. Acontece que, para se obter um megôhmetro com as características espec especi i ficadas, facilmente se conclui das dificuldades de construção ver va valores lores de tensão). Devido a esse inconveniente e ao alto custo, a substituição é feita por

CARCAÇA

f V•

O}

Figura 8 2 - O transformador em forma esquemática, de modo a visualizar os gradientes de po tencial: V , o gradiente de potencial entre bobinas da alta tensão e a baixa ten são; V2 o gradiente de potencial entre bobinas de baixa tensão e a massa· v4 , V3 , o gradiente potenciar entre bobinas de alta tensão e a massa; e gradiente de potencial entre espiras do enrolamento de alta tensão

de isolamento antes de se submeter o transformador aos ensaios dielétricas tensão aplicada, tensão induzida e impulso). Além disso, as medições permi tem um acompanhamento do processo de secagem do transformador. Para a medida da resistência do isolamento, usa-se um instrumento que nada mais é que urna fonte de tensão ligada em série com um amperímetro. Como a cor rente registrada é proporcional à resistência a ser medida, a graduação doami:erí1:1etr0 é e i ~ a d i r e t m ~ n t e em ohm ou, no caso, em megohm. Como o obje tivo e a determinação do isolamento entr e os enrolamentos e entre os mesmos e a massa,· massa,· é co.nv co.nvenie eniente nte unifor mizar o potencial em toda a bobina. Para tanto conectam-se os terminais de um mesmo enrolamento, como mostra a Fig. 8.3. A medição deve ser feita entre os pontos 1 e 2, entre 1 e 3, e entre 2 e 3. Existem hoje em dia diversos tipos de megôhmetros: manual, motorizado e eletrônico. O último é um dos mais difundidos atualmente. Para medir corretamente o isolamento, a fonte deveria ter uma tensão que não poderia ser inferior a normal de serviço c · J ser tesi,,,• fh is

Figura 8 3 - Uso do megôhmetro para verificação do isolaménto

fontes de corrent e contí nua que fornecem tensões de 50 500 0 a 5 000 V dependen

do do tipo. Nota-se, deste modo, que em muitos casos o uso dos megôhmetros

é falho pelo fato de se usarem as tensões citadas, que poderão ser bastante in feriores à tensão nominal de um determinado transformador a ser ensaiado ensaiado.. A ABNT fixa que a tensão aplicada deverá ser de no mínimo 1 000 V para um transformador de até 69 kV, inclusive; e de 2 000 V no mínimo, para os trans formadores de classe superior aos 69 kV. Os valores observados para as resistências medidas deverão ser iguais ou maior:es aos dados pelas expressões a seguir, para que os transformadores pos sam ser empregados.

-

, , . . _ , , . _ , ,, , ,

,,



•

;;;.

Verificação Verificaçã o do Isolament o: Resistencia de Isolamento Ten Tensão são Aplicada e Tensão Induzida

a Transformadores secos

 

Tabela 8.1 -

v, .

n

+

100

ºCl

o

e

1s

º

2,65

_ 0,265

V n/f

75 ºC -

que:

(8.5)

é a resistência mínima do i s o l m ~ n t o a 75 ºC, para cada fase; a classe de tensão de isolamento nominal do enrolamento consi derado (em kV); Sn, a potência nominal do enrolamento considerado em kV A. Se o transf ormador for trifásico, trifásico, a potência de cada enrola mento será 1/3 daquela dada na placa; e f a freqüência nominal em Hz. Ri 75 ºC

Vi

Nota-se que os valores valores mínimos reco mendados se referem a uma tempera tura de 75 ºC, que pode não corresponder àquela para a qual se está medindo Ri com o megôhrrietro. Normalmente, o valor encontrado refere-se à tempera tura ambiente. Considerando que a resistência de isolamento é fortemente afetada pela temperatura, de modo a comparar o valor lido com o uso do megôhmetro com os mínimos recomendados, deve-se antes de mais nada colocá-los em uma mesma temperatura.

a

Para

j

tanto podem-se utilizar dois métodos:

Corrigindo a resistência resistência mín ima R,) de 75° para a temperatura ambiente

É o método recomendado pela ABNT.

tanto, multiplica-se o valor encontrado para R por um fator de correção dado pela Tab. 8.1. O resultado corresponderá ao valor mínimo da resistência de isolamento permitido, para um determinado transformador à temperatura ambiente. Exemplo: Qual a menor resistência de isolamento admissível 25 ºC para um transformador monofásico monofásico da classe de 15 kV, com potência de 15 kVA e fre qüência de 60 Hz, imerso em óleo mineral? Por aplicação da expressão correspondente: Para

.a

Rj?S ºC

2,65 X 15 V 15/601

=

78

MQ

----

 

Fator de correção

41

10,6

42

9,9

1 58

43

9,2

147

44

8,6

137

45

8,0

128

46

7,5

9 1

47

7,0

48

6,5

104

49

6, 1

97

50

5,7

10

91

51

5,3

11

84

52

4,92

12

79

53

4,59

13

74

54

4,29

14

69

55

4, 00

15

64

56

3, 73

16

60

57

3. 48

17

56

58

3, 25

18

.5 2

59

3, 03

(8.4)

V,

ºCl

169

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Transformadores imersos em Ascarel K

em

v,

= -=:..:.V=-=S -n-1- -f- -,-

Temperatura

Fator de correção 181

100

b Transformadores imersos em óleo R

Fatores Fatores de c correção orreção para a determinação da resi resistênc stência ia de isolam isolamento ento míni mínima ma em temperaturas diferentes de 75 ºC.

Temperatura

(8.3)

95

11 11

-

 

-

19

48,5

60

2,83

20

45,3

61

2,64

21

42,2

62

2,46

22

36, 4

63

2,30

23

36, 8

64

2, 14

24

34, 3

65

2,00

25 26

32, 0 29,9

66 67

1,87 1, 74

27

27,9

68

1,62

28

26, 0

69

1,52

29

24,3

70

1,41

30

22,6

71

1,32

o

•

21, 1

72

1,23

32

19,7

73

1, 15

33

18,4

74

1,07

34

1 7.2

75

1,00

35

16, 0

76

0,93

36

14,9

77

0,87.

37

13,9

78

0,81

38

13,0

79

0, 76

39

12, 1

80

0,71

40

11 ,3

 

1

Tra ns .formad .form ad ores  ores   te oria oria   e  e ns aio s

C o nclu i -se qu q u e, p ara d obra obrarr   a   te nsã o, p o der-se der- se -ia d obra obrarr B p o ré m  c om o   s e   m o st ra n a   Fi g. 8.6, a   satur satu r a ç ã o  o   seria seria   mui to t o   gr an de e , por co ns e q üê ncia nc ia , a c o r r e nte nt e   de ex cita citaçã çã o se r ia alta al ta . O q ue se se   faz en e n tão é  au m ent ar  a   fr eq üênc ia .

• 

capít ap ítul ulo o 9   1 

nsaio aio   de imp im pu lso lso   

OB OBJE JE TIV O  

O s tr a nsf or o r m ad o r e s de d e verão verã o , por: no r m as, supo suporr tar sem se m   q u a l que r da n o d u ra n te um  um   certo cert o  inte  interv rv alo d e tem p o, u n i va lo r de  de   sobr eete te ns ã o  co m p atíve atívell  c om   s u a clas cla s se e  tens tensãã o . No c apít u lo a n terio r , co n s idera ider a r a m-s m- s e al gu ns te stes stes   de a lt a te ns ão ao s qu ai s os t r a nsfo ns fo rm a d or e s s s  serão erão  sub1,1 sub1 ,1etido etidoss . Ne st e ca p ítulo  será  será co nsid e r a do  do  o ensa io   de  de   im pu l so, quan quand d o en t ã o, a lé m d e   su a  int e rp r p retaç ã o, p r oc ura ur a r-ser-se-áá   d iscut iscutir ir   as o n d a s a s er em a plica d as, v alor alores es   e te m po s   re co m en d a dos  dos   pela  pela   A B N T ,   be m   co m o   os m étod étodoo s e a s   an áli lises ses do d o s re su ltad o s. 2. N   TU RE Z   DA S   S O B R ET E N S Õ E S

F ig u r a 8.6 8 .6  

O b tenç ão   do d o bro da tensã tensão o no m in al pe pelo lo au m en to da da   i nduç ão  m agn ética  

E m m u i tos ca sos, sos,   o au m en t o cheg chegaa   ao dob r o d a fr e qüên qüê n cia n omi na n a l e, n e sses c asos asos,, a in d uç ã o   c o n tin t in u a ig ual àq uela   de f u nc i on o n am e nt o no m in a l as si m  c om o  a co rren te  a va zio. C on h ecid a   a fr free qüê nc n c ia, p ara o· c álcu álcull o da   du ra ção  d o ensa i o, em   se gun  dos, dos,   vem: vem:  

T

= 

7 200

s eg un d o s)

O s co m entá r i os re r e aliza alizadd os a   seguir, egui r,   e m bora bora    b a st a nntt e supe sup e rficia rfici a is, têm tê m   p o r o bjeti bjetivv o m o s t r a r  r   n a tu reza s  d as s as  sobr obr et e t ensõ e s, qu e  o s tr a nsfo nsf o r ma d o res d eve rã o s up ort ar   d e nt ro r o   d e ce rtas  rtas   espec specii ficaç ficaçõõ es. G er al m en t e, o te rm o  so  s o b r et e nsã o  é em preg a do q uan d o oc orr or r e u m   proces proc es  so t ra nsi tó t ó rio de d e   tensõ tensõ es o u c or re r e nt e de d e  n ív ívei eiss elev ele v ados ados m  m u it o  acim  acimaa  d o n o rm a l de c urta  urta   d u r a ç ão ã o . Ta l   pr oce sso pod e rá ser a i nda  p eriód erió d ico ou n ã o co n f o rm e   s erá an a n alisad alis ad o · ppos os terio teri o r me n t e. As  As   causas caus as   da s  sobr sobree tensõ tensõee s sã o   n o rm al m e nt e at a t ribu íd as a   a 

f e i t os o s at m os férico féri co s

S em entra entr a r em em   d e talh es   de f o r m aç a ç ão e   out rroo s fato fat o res, s abeabe-se se   qu e  a de s c arga   atm o s féric féricaa   é ca r acte ri z a da  da   por c orrent orre nt es d a or d em   de  de   10 10   a   200 k A .

Q u e , no   caso d e / =   1 20 20   H z, v e m s er  i gual gu al   a 1 m  min. in. E m  r  relaç elaç ão  ao e sque m a, é  o m  o m esm es m o u ti lizad lizadoo  no  en saio saio a  a   va zi o, e o prob l e m a   d a de te cção cção   de d e feito feitoss   seria seria  e f e tu tu a d o m ais se gu n d o a p r átic a do e n carre carr e g a d o  o  do tes te s te, ssen en d o q u e as  as   carac caractt erístic erístic as p a ra u m  d efei ef ei to g ro ssei sseiro ro  se ria  alte  alte ra çã o   d a re la çã o   de tr a n sf o rm aç ã o , e o s  m en o res, res,   por fu m aç a   ou m es m o   bo  lh a s n a   sup e rf ície d o ól eo . O R R E N T E  E  O

tO

o

2

K  A  

 

104  

Tr a n sf o rm ad o re s  te o ri a e  ens  ens a i o s

Ta be la  9 . 1 -

n s aio

V a lor es   pa ra   e ns aio s di e lé tri ca s em   tr an sf or ma do re s co com m   líq ui do  i s ola n te

e Im p ul s o  

10 5

V  B 

Cl ass e de  de   te n sã o   de

i so la m ent o   n om in al  

lkV kVII

N íve l d e   i m pu ls o  

INll

kV kV   (c ri sta )  

111

121

0 ,6

8, 7 1  5-B  

En sa ios io s d e im pu ls o (v a lo r d e cri sta ) com co m   o nd a c o rta da  

du ra nt e   1   m in .   (v al or fic az , e m   kVl  Vl 

kV

Te m po   m ín m ín  m o   de  c or t e ( µ;  

131  131 

141 141 

151

-

-

4

-

1  2 5

E ns aio s co com m  fr e qü ê n ci a in d u st rial ri al  

com   onda nd a p lena  lena  

-

kV

10   19 26  

36 69   88 

95  

34  34

11 0   1 30  

1,8   2,0  

95 11 0  

15 0 2 00

1,0   1 ,5 ,5  

1 ,6

25 3 4, 5   46 69

1 50   200 25 0   35 0  

50   70   95   140

17 5 2 30   20 0   40 0  

3, 0 3, 0   3, 0   3, 0

35 0  

92  

4 50   55 0   6 50  

1 85   23 0   2 75

5 20   6 30   75 0  

3, 0 3, 0   3 ,0  

4 50 55 0   65 0  

6 50   7 50  

2 75 32 5  

75 0 8 65  

3, 0   3, 0  

650 7 50  

1 38 16 1  

82 5 900 1 0 50

36 0 3 95 46 0  

950 1  0 3 5 1 2 10  

3 ,0 3 ,0   3,0

3 4 5- 8 2 34 5- 81  81   34 5  

82 5 90 0 1 0 50

1  1 7 5  1 4 25  

1  3 0 0

51 0 5 70 6 30

1   35 0   1  5 0 0 1  6 40

3 ,0 3 ,0 3, 0  

1  3 0 0 1   42 5

1   42 5   1   55 0   1   67 5  

63 0 68 0 7 40  

1   64 0   1   78 5   1   92 5  

3, 0 3 ,0 3 .0  

1   42 5   1   55 0 1  6 7 5

4 4 0- 8 ; 1:

44 0  

'

' A 

e 

D

-

i5

2 30 - 8 2 2 30 -8 1 230

4 4 0- 8 2

'  ' - - --··-+ + -- - -- - - - - - - - - - -- - -- -- -

50"'•

60   75 

11 11   o  

161   B

90 •1 .

30

15  

13 8 B  

- VÃL VÃL.O .O ÃD f:CR f:CRII STA

.

161 161  -

30   60   75

106

a) 

ú  DESCA DESCARGA  RGA 

I  S

ATMOS MOSFÉRI FÉRICA

E N T I   O  

DE PROP PR OPAG AGAÇ AÇ Ão  Ão   DA   OND A 

1   17 5  

OB SE R V A ÇÕ ES :   1.  1.   A clas cl asse se   15-B 5-B (c (com om   N I re m zi çdão)o  sep o od d en se tad o s p ar a   sis te m a s d e   dis trdu i b ui cu dárr u iasa .  da   t ra n sf o r m ad or e s p r oj e

2 . B  - N ível ível d e i s ol a m e nt o b aix o   ep rm it id o p o r  esstt a e s pe ci fic a çã o , b) Figu Figura ra

9  3

-

A o nd a  de s o br e t ensã o: aJ  no r m aliza aliz a çã oo da  daoo nd a .  b s ent· ent·dd o ae or o p ag a c ão d a on 

da

b i   T em p o   e su b id a

T o m an d o- se  um  um   v a lo r de J Oº Oºo o   an fr en te te   d e o n,d n,daa  eo  eo ut ro  d e 90   na na   m es m a,  raç t a -s e u m se g me n to  d e re ta ta  A B co m o  mo st ra  a F    F ig. ig . 9 3a   N o po n to   de i n t c r ~ : i _ ~ ~ : ç 3 d a   r e ta A B   co rri  rri  t11no•, t11no•, p ar a lel a ao  ao   ei eixo xo   o d s te m p os , tir a da   eelo pl o s

112

Tra.nsformadores teoria e ensaios

113

Introdução ao Fenômeno de Harmônicos

 

O campo devido às ondas de 180 Hz será a soma dos campos criados por cada uma das fases e terá amplitude tripla, visto estarem em fase entre si. Des sa forma será induzida na linha de comunicação uma fem de 3? harmônico (e seu seuss múltiplos), que irá interferir no circuito de comunicação. Esta interferên cia se faz sentir de dois modos: ruídos nos_rec_e_p_to_res e _ i _ n d ' : _ ç : _ â : Q _ ç l e _ t e n s _ ~ s - 1 - - ª - l : _ g ~ E :

Para o secundário, tem-se: e2

_ ~ ~ r i g o s a s .

= N2

d

(10.2)

t

Sabe-se que o fluxo é criado pela éorrente i 0 (mais especificamente por ; ) e que essas grandezas não estão linearmente relacionadas. A relação entre q . 3 i na e 0 é representada Fig. 10

Notou-se também que, para certos transformadores, as tensões que _fica vam sujeitas às fases (fase neutro) eram -maiore -maioress que as esperadas, causa'ndo problemas isolamento nos enrolamentos. Este e outros problemas serão dis cutidos a s e de g ~ i r . 2. GERAÇÃO DOS COMPONENTES HARMÔNICOS

CURVA M ÉO I A NORMALMENTE

Para analisar a geração de harmônicos por um transformador, transformador, a Fig. 10.2 indica seu funcionamento a vazio.

il

\ \

Ê

CONSfOfRAOA

i /.

l,

\

{ \\,

-A QUE

v = r

'.

0

+

,

p ~ d e

s e

dio +· N _.