Funcionamento e Características dos Transformadores de Potência

TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Identificar o princípio de funcionamento e circuito equivalente de trans formadores monofásicos Explicar o papel dos transformadores trifásicos e sua respectiva operação Determinar o carregamento admissível de transformadores Introdução Os transformadores de potência são dispositivos elétricos estáticos ou seja não possuem partes móveis que têm por objetivo converter os níveis de tensão por meio da ação de um campo magnético Eles desempenham um papel fundamental nos sistemas de distribuição tanto no suprimento de média quanto no de baixa tensão Para suprimentos de rede de média tensão utilizamse transformadores trifásicos para os de baixa tensão os monofásicos Neste capítulo você vai estudar as características de cada um dos trans formadores de potência identificando seu funcionamento e sua aplicação Transformadores monofásicos Um transformador monofásico Figura 1 basicamente tem dois enrolamentos um primário e o outro secundário em torno de um núcleo ferromagné tico comum que aumentará a capacidade de transmissão do primário para o secundário melhorando assim a condição de transformação de energia Transformadores de potência Raquel Lívia Nascimento Rodrigues Figura 1 Esquema de um transformador monofásico Fonte Adaptada de Bissoli c2013 Núcleo ferromagnético Tensão elétrica recebida Tensão elétrica fornecida Os transformadores são eletricamente isolados pois não há conexão elé trica entre os enrolamentos primários e secundários O que induz a tensão do primário no secundário é um campo eletromagnético Se o campo magnético fosse constante não existiria a transmissão do primário para o secundário O que faz essa transmissão ou indução de tensão acontecer é a variação do campo magnético por isso o transformador nunca será conectado a uma corrente contínua mas sempre a uma corrente alternada A tensão será aplicada no enrolamento primário no enrolamento secun dário será conectada a carga Assim é necessário que o material tenha baixa relutância magnética para a redução das perdas por correntes de Foucault Assumese como hipótese simplificativa que a resistência ôhmica dos rolamentos é nula que o núcleo de ferro é ideal não apresentando perdas no ferro histerese e Foucault com fluxo de dispersão nulo isto é todo o fluxo produzido no enro lamento primário concatenase com o enrolamento secundário KAGAN BARIONI ROBBA 2010 p 113 Em consequência da aplicação de uma tensão alternada no enrolamento primário e da formação de um fluxo magnético no núcleo circulará uma corrente a vazio I0 Assim através da Lei de Ampère uma vez que a tensão é variável no tempo a corrente também será variável Hl N1I0 Transformadores de potência 2 Observe na Figura 2 a seguir as duas formas de representação de um transformador segundo a ABNT Primário Primário Secundário Secundário Figura 2 Representação do transformador Fonte Adaptada de Núcleo ATS Transformadores c2021 Transformadores trifásicos Desde o sistema de geração até a transmissão e a distribuição de energia utilizamse normalmente os sistemas de transformadores trifásicos Eles são de dois tipos os compostos pela ligação de três transformadores monofásicos também chamados de banco trifásico ou um transformador com um núcleo de três colunas monofásicas núcleo trifásico Um transformador trifásico trabalha com três fases e seu núcleo é cons tituído por chapas de liga metálica que possuem três colunas unidas por uma armadura Em cada coluna estão localizados dois enrolamentos um primário e outro secundário Essa coluna servirá como núcleo para uma fase Assim cada transformador tem no mínimo seis enrolamentos três primários e três secundários Conforme Guedes 2004 p 1 nos transformadores trifásicos existe uma diferença de fase entre os fasores representativos da tensão no enrolamento primário e da tensão do enrolamento secundário Este ângulo de diferença de fases depende da ligação dos enrola mentos de cada um dos lados do transformador e da forma como é construído o enrolamento Existem três tipos de conexões possíveis em um transformador trifásico triângulo Δ estrela Y e ziguezague Z As conexões em Y e em Δ são executadas tanto no enrolamento primário quanto no secundário É possível realizar também as seguintes combinações Transformadores de potência 5 A seguir a relação de transformação e corrente de um transformador ligado em YΔ lY lΔ 3 3 3 1 3 Ligação ΔY Essa ligação é mais empregada como transformador elevador em subestações O lado em triângulo é o de menor tensão o lado em estrela o de maior tensão o que proporciona uma economia no isolamento Como vantagem quando ocorre um desequilíbrio em uma das fases não há desequilíbrio nas demais Como desvantagem há o fato de que o transformador se torna inoperante quando há ausência de uma das fases As relações de transformação e corrente são equacionadas a seguir Δ 3 3 Δ 3 3 Lei de Faraday ou lei da indução magnética no século XIX Michael Faraday por meio de diversos experimentos relacionou variações em campos magnéticos com indução de corrente elétrica relacionando a variação de campo com força eletromotriz induzida A1 A partir dos experimentos Faraday estabeleceu que um campo magnético variável induz um campo elétrico A relação entre a diferença de potencial e a variação do campo magnético se dá por Transformadores de potência 8 Os valores de 55 e 65C são valores preestabelecidos pela NBR 54161981 para transformadores operando a plena carga O gráfico da Figura 3 apresenta a curva que relaciona a perda de vida horária em função da temperatura em ponto quente O traço contínuo representa PV segundo a ABNT Figura 3 Perda horária em função da temperatura em ponto quente Fonte Adaptada de Kagan Barioni e Robba 2010 1000 100 10 Temperatura ponto quente C Perda de vida horária 100E08 100E07 100E06 100E05 100E04 100E03 100E02 100E01 100E00 Qual deverá ser a temperatura do ponto quente de um transformador de classe 55C para que sua vida útil seja de 20 anos de acordo com a ABNT Considere carga e temperatura constantes Transformadores de potência 10 Leituras recomendadas BORELLI R GEDRA R L BARROS B F Geração transmissão distribuição e consumo de energia elétrica São Paulo Érica 2014 OLIVEIRA J C COGO J R ABREU J P G Transformadores teoria e ensaios São Paulo Blucher 1984 PINTO M O Energia elétrica geração transmissão e sistemas interligados Rio de Janeiro LTC 2014 Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados e seu funcionamento foi comprovado no momento da publicação do material No entanto a rede é extremamente dinâmica suas páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo Assim os edito res declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade precisão ou integralidade das informações referidas em tais links Transformadores de potência 12