Transformadores Eletricos - Conceitos Normatizacao Componentes e Instalacao

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO ENGENHARIA HÍDRICA Prof Ricardo Scherer Pohndorf ELETROTÉCNICA TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES ELÉTRICOS CONCEITO NORMALIZAÇÕES COMPONENTES CONSTRUTIVOS TENSÃO DE CURTOCIRCUITO POLARIDADE DESLOCAMENTO ANGULAR BANCO DE TRANSFORMADORES INSTRUÇÕES PARA INSTALAÇÃO E MANUTENÇÃO TRANSFORMADORES ELÉTRICOS CONCEITO Aparelho estático que transporta energia elétrica por indução eletromagnética do primário entrada para o secundário saída Os valores da tensão e da corrente são alterados porém a potência transformador ideal1 e a frequência se mantêm inalterados TRANSFORMADORES ELÉTRICOS CONCEITO Principais variáveis que definem o dimensionamento do transformador bitola dos condutores corrente enrolamentos de alta tensão AT com várias espiras de fio fino enrolamentos de baixa tensão BT com menos espiras de maior bitola relação de transformação a razão entre as tensões do primário e do secundário razão entre os respectivos números de espiras dos seus enrolamentos a1 transformador rebaixador a1 transformador elevador TRANSFORMADORES ELÉTRICOS CONCEITO Transformador ideal S1S2 S1 potência aparente do primário S2 potência aparente do secundário Se S1S2 as correntes I1 e I2 obedecem a relação U1I1 U2I2 Portanto Equação fundamental de transformação TRANSFORMADORES ELÉTRICOS NORMALIZAÇÕES Como o estudo dos transformadores envolve as principais grandezas elétricas a estabeleceu normas nacionais de operação construção manutenção e uso dos mesmos Segundo a NBR 5440 as potências padronizadas para transformadores de distribuição em kVA são a Transf monofásico em poste 3 5 10 15 25 375 50 75 100 b Transf trifásico em poste 15 30 45 75 1125 150 c Transf trifásico em plataforma 225 300 500 750 1000 TRANSFORMADORES ELÉTRICOS NORMALIZAÇÕES Os bornes externos são identificados com as letras x para BT H para AT TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Parte ativa bobinas enrolamentos do primário e do secundário núcleo ferromagnético Para que haja um funcionamento eficaz é necessário que seus componentes sejam prensados e devidamente calçados a fim de suportarem as condições ambientais a que são submetidos Parte ativa Acessórios complementares TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Parte ativa bobinas enrolamentos do primário e do secundário Enrolamentos constituídos de fios de cobre isolados com esmalte ou papel Enrolamentos de BT e AT normalmente concêntricos BT ocupa a parte interna AT ocupa a parte externa Ambos são fracionados em bobinas de menor número de espiras por motivo de isolação facilidade de manutenção e retirada das derivações para conexão ao comutador TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Parte ativa bobinas enrolamentos do primário e do secundário TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Parte ativa núcleo ferromagnético constituído de lâminas de material ferromagnético contendo em sua composição o silício excelentes características de magnetização baixas perdas por histerese e por mudança de temperatura O empilhamento das lâminas isoladas entre si e do núcleo é feito para minimizar a ação das correntes parasitas provenientes da variação de fluxo ocorridos sobre o material que é condutor TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Tanque Serve de invólucro da parte ativa e do líquido isolante apresenta os seguintes componentes placa de identificação radiadores dispositivos de drenagem e amostragem do líquido isolante visor de nível do óleo suportes para fixação em postes ganchos e olhais de suspensão tampa de inspeção conector de aterramento fios de passagem das buchas TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Tanque radiadores dispositivos de drenagem e amostragem do líquido isolante visor de nível do óleo TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Buchas dispositivos que permitem a passagem dos condutores constituintes dos enrolamentos para o meio externo redes elétricas apresenta os seguintes componentes corpo isolante porcelana condutor passante cobre ou latão terminal bronze ou latão vedações borracha e papelão TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Buchas TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Radiadores calor gerado na parte ativa se propaga pelo óleo sendo dissipado na tampa e laterais do tanque em casos de potência elevada e ventilação insuficiente os transformadores são munidos de radiadores que aumentam a área de dissipação ou adaptados com ventilação forçada TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Radiadores TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Radiadores TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Comutador dispositivo mecânico que permite variar o número de espiras dos enrolamentos de alta tensão sua finalidade é corrigir o desnível de tensão devido à queda de tensão que ocorrem ao longo das redes de distribuição TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Placa de identificação de alumínio ou aço inoxidável informações construtivas resumidas e normatizadas do aparelho TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Placa de identificação nome e dados do fabricante numeração da placa indicação das NBR potência kVA impedância equivalente tensões nominais AT e BT tipo de óleo isolante diagramas de ligações diagrama fasorial massa total kg volume total do líquido l TRANSFORMADORES ELÉTRICOS COMPONENTES CONSTRUTIVOS Acessórios complementares Placa de identificação nome e dados do fabricante numeração da placa indicação das NBR potência kVA impedância equivalente tensões nominais AT e BT tipo de óleo isolante diagramas de ligações diagrama fasorial massa total kg volume total do líquido l TRANSFORMADORES ELÉTRICOS TENSÃO DE CURTOCIRCUITO É o valor da tensão que se deve aplicar nos enrolamentos de AT para se obter nos enrolamentos de BT curtocircuitados a corrente nominal In de funcionamento a plena carga do transformador TRANSFORMADORES ELÉTRICOS TENSÃO DE CURTOCIRCUITO A razão percentual entre a tensão de curtocircuito e a tensão nominal de operação na AT denominase impedância equivalente Ze UCC é a tensão de curtocircuito e U1 é a tensão nominal de operação em AT O módulo desta impedância tem uma importância significativa na participação de cada transformador num paralelismo banco de transformadores TRANSFORMADORES ELÉTRICOS POLARIDADE É a defasagem existente entre as tensões induzidas no primário e no secundário de um transformador monofásico Se os sentidos destas tensões forem iguais dizse que o transformador possui polaridade subtrativa e caso sejam contrárias a polaridade é aditiva tensão induzida no primário tensão induzida no secundário TRANSFORMADORES ELÉTRICOS POLARIDADE A ABNT estabelece que os transformadores construídos no Brasil sejam de polaridade subtrativa A polaridade depende do sentido dos enrolamentos das bobinas e das ligações internas das mesmas TRANSFORMADORES ELÉTRICOS DESLOCAMENTO ANGULAR É o ângulo que existe entre a posição recíproca do triângulo das tensões concatenadas do primário e o triângulo das tensões concatenadas do secundário de um transformador trifásico Este deslocamento angular depende da polaridade do transformador e do esquema de agrupamento das fases TRANSFORMADORES ELÉTRICOS DESLOCAMENTO ANGULAR Representação sinusoidal do deslocamento angular dos transformadores com polaridade subtrativa em duas situações 0 e 30 TRANSFORMADORES ELÉTRICOS DESLOCAMENTO ANGULAR Exemplo de formatação gráfica do deslocamento angular de um transformador trifásico agrupado em triângulo no primário e em estrela no secundário OBS Como no Brasil só operamos com transformadores de polaridade subtrativa os deslocamentos angulares possíveis são de 0 e 30 TRANSFORMADORES ELÉTRICOS BANCO DE TRANSFORMADORES É a ligação de dois ou mais transformadores em paralelo entre si conectados a uma única rede de alimentação TRANSFORMADORES ELÉTRICOS BANCO DE TRANSFORMADORES A utilização do paralelismo é recomendada nas seguintes situações a quando houver a necessidade de aumentar a potência disponível sem alterar consideravelmente a distribuição interna de uma instalação b nos casos de necessidade de manutenção de um transformador sem o corte do fornecimento de energia elétrica c alimentação de cargas sazonais TRANSFORMADORES ELÉTRICOS BANCO DE TRANSFORMADORES Para a ligação de transformadores trifásicos em paralelo é necessário tenham a mesma tensão de entrada tenham a mesma relação de transformação possuam a mesma polaridade pertençam a um mesmo grupo de deslocamento angular TRANSFORMADORES ELÉTRICOS BANCO DE TRANSFORMADORES Considerando que todos os transformadores alimentarão a mesma rede de distribuição a participação de cada um em relação à corrente total solicitada será diretamente proporcional à sua potência S e inversamente à sua impedância equivalente Ze de acordo com as relações que se seguem TRANSFORMADORES ELÉTRICOS INSTRUÇÕES PARA MANUTENÇÃO Verificar se os dados da placa de características estão de acordo com a linha à qual o transformador será ligado Verificar a ocorrência de vazamento de óleo limpar o local com benzina e colocar talco ou pó de giz Verificar o nível do óleo interna ou externamente Verificar o estado e a limpeza das buchas se sujas limpar com estopa embebida em benzina e se estiverem trincadas proceder a substituição TRANSFORMADORES ELÉTRICOS INSTRUÇÕES PARA MANUTENÇÃO Verificar a existência de água condensada sob a tampa de inspeção se houver secar a tampa e antes de fechar secar também a parte ativa se persistir realizar a desidratação do óleo Medir o valor da rigidez dielétrica do óleo não deve ser inferior a 38 kVpolegada na temperatura de 20C TRANSFORMADORES ELÉTRICOS INSTRUÇÕES PARA MANUTENÇÃO Verificar a continuidade elétrica dos circuitos através de um meghômetro entre os terminais da AT e depois entre os terminais da BT Verificar a resistência de isolamento através de um meghômetro entre os terminais de AT e BT entre os terminais de AT e a carcaça entre os terminais de BT e a carcaça TRANSFORMADORES ELÉTRICOS EXERCÍCIOS O enrolamento de alta tensão de um transformador tem 500 espiras enquanto o de baixa tensão tem 100 espiras Quando ligado como rebaixador a corrente de carga secundário é 12 A Calcule a A relação de transformação b A corrente no enrolamento primário TRANSFORMADORES ELÉTRICOS EXERCÍCIOS O lado de alta tensão de um transformador tem 500 espiras enquanto o outro lado baixa tensão tem 100 espiras Calcule a A relação de transformação TRANSFORMADORES ELÉTRICOS EXERCÍCIOS Um transformador de 46 kVA 2300115 V 60 Hz foi projetado para ter uma fem induzida de 25 Vespira Imaginando um transformador ideal calcule a Número de espiras de alta Na b Número de espiras de baixa Nb c A corrente nominal para o enrolamento de alta Ia d A corrente nominal para o enrolamento de baixa Ib e A relação de transformação funcionando como elevador ae f A relação de transformação funcionando como rebaixador ar TRANSFORMADORES ELÉTRICOS EXERCÍCIOS Um transformador de 46 kVA 2300115 V 60 Hz foi projetado para ter uma tensão induzida de 25 Vespira Imaginando um transformador ideal calcule a Número de espiras de alta Na b Número de espiras de baixa Nb 𝑁𝑏 𝑈𝑏 25𝑉𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 115𝑉 25𝑉𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 𝟒𝟔 𝒆𝒔𝒑𝒊𝒓𝒂𝒔 𝑁𝑎 𝑈𝑎 25𝑉𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 2300𝑉 25𝑉𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 𝟗𝟐𝟎 𝒆𝒔𝒑𝒊𝒓𝒂𝒔 TRANSFORMADORES ELÉTRICOS EXERCÍCIOS Um transformador de 46 kVA 2300115 V 60 Hz foi projetado para ter uma fem induzida de 25 Vespira Imaginando um transformador ideal calcule c A corrente nominal para o enrolamento de alta Ia d A corrente nominal para o enrolamento de baixa Ib 𝐼𝑎𝐴 𝑆 𝑉𝐴 𝑉𝑎𝑉 4600 2300 𝟐 𝑨 𝐼𝑏𝐴 𝑆 𝑉𝐴 𝑉𝑏𝑉 4600 115 𝟒𝟎 𝑨 TRANSFORMADORES ELÉTRICOS EXERCÍCIOS Um transformador de 46 kVA 2300115 V 60 Hz foi projetado para ter uma fem induzida de 25 Vespira Imaginando um transformador ideal calcule e A relação de transformação funcionando como elevador αe f A relação de transformação funcionando como rebaixador αr 𝛼𝑒 𝑁𝑎 𝑁𝑏 46 920 𝟎 𝟎𝟓 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟 𝛼𝑟 𝑁𝑎 𝑁𝑏 920 46 𝟐𝟎 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑟𝑒𝑏𝑎𝑖𝑥𝑎𝑑𝑜𝑟 TRANSFORMADORES ELÉTRICOS EXERCÍCIOS Marque V ou F Transformadores são dispositivos eletromagnéticos que transformam o valor da tensão elétrica alternada ou contínua aplicada em sua entrada para uma tensão alternada diferente na saída Os transformadores podem ser usados tanto para aumentar quanto para diminuir o valor da tensão Um transformador consiste em duas bobinas enroladas no mesmo núcleo ferromagnético Um transformador consiste em uma bobina enrolada em dois núcleos ferromagnéticos Em transformadores com dois enrolamentos é comum denominá los de enrolamento primário e enrolamento secundário TRANSFORMADORES ELÉTRICOS EXERCÍCIOS Uma máquina de solda elétrica precisa operar com uma corrente elétrica de 400 A para que haja potência dissipada suficiente para fundir as peças metálicas Com a intenção de obter esse valor de corrente elétrica utilizase um transformador que está ligado a uma rede elétrica cuja tensão vale 110 V e pode fornecer um máximo de 40 A Qual deve ser a razão do número de espiras entre o enrolamento primário e o secundário do transformador e qual a tensão de saída N1N2 5 U 9 V N1N2 10 U 11 V N1N2 15 U 15 V N1N2 20 U 20 V N1N2 25 U 22 V TRANSFORMADORES ELÉTRICOS EXERCÍCIOS Num transformador a razão entre o número de espiras no primário N1 e o número de espiras no secundário N2 é N1N2 10 Aplicandose uma diferença de potencial alternada U1 no primário a diferença de potencial induzida no secundário é U2 Supondo tratarse de um transformador ideal qual a relação entre U2 e U1 U2 U1100 U2 10U1 U2 100U1 U2 U1 U2 U110