Ler como deixar-se penetrar, digamos espiritualmente, por uma substncia que tem a capacidade de formar a alma

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SERVIO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL- SENAI/RO ESCOLA SENAI DE CACOALTcnico em Eletrotcnica

MAYCON ALVES MONTEIROMARCOS NICANORRAFAEL NOGUEIRAMARTINIANO PEREIRA DA CRUZMACIO MATIASWELITON RIBEIRO FARIAS

TRANSFORMADORES

Cacoal/ RO2012SERVIO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL- SENAI/RO ESCOLA SENAI DE CACOALTcnico em Eletrotcnica

TRANSFORMADORES

Trabalho apresentado ao curso Tcnico em Eletrotcnica do Servio Nacional de Aprendizagem Industrial de Rondnia Escola Senai Cacoal. Apresentado ao tutor da matria de Transformadores Leonardo Soares Brito, como requisito parcial para a obteno de nota.

Cacoal/ RO2012

Agradecemos primeiramente a Deus, pela oportunidade de concluso deste trabalho; Ao nosso grupo, por pesquisar e estudar os assuntos aqui abordados; Ao professor Leonardo, por tirar nossa dvidas e pelas explicaes.AGRADECIMENTOS

RESUMO

O presente trabalho tem como tema Transformadores, e resultado de pesquisa bibliogrfica e, indiretamente, em campo. Tem como principio estudar e relatar o funcionamento dos tipos de Transformadores descritos no trabalho, tais como Transformador de Fora e de Distribuio, Autotransformador, Transformador de Corrente e de Potencial. Foram descritas as caractersticas de funcionamento de cada mquina esttica, assim como sua construo e modo de controle.

PALAVRAS-CHAVE: Transformador, controle, mquina esttica, funcionamento.

SUMRIO

CAPTULO i

1.transformador de potencia111.1. Introduo111.2. Principio Basico de Funcionamento131.3. Caracteristicas Contrutivas161.3.1. Parte Ativa161.3.2. Ncleo171.3.3. Enrolamentos 201.3.4. Dispositivos de Prensagem, Calos e Isolamento 241.3.5. Derivaes251.3.5.1. Definies261.3.5.2. Tipo Painel271.3.5.3. Comutador Acionado Vazio281.3.5.4. Comutador Sob Carga311.3.6. Caractersticas Externas331.3.6.1. Buchas331.3.6.2. Tanque361.3.6.3. Transformadores com Conservador a leo371.3.6.4. Radiadores381.3.6.5. Placas de Identificao e Diagramtica391.3.7. Liquido Isolante411.3.8. Equipamentos Auxiliares411.3.8.1. Indicador de Nvel de leo411.3.8.2. Termmetro421.3.8.3. Termmetro do Enrolamento com Imagem Trmica431.3.8.4. Controladores Microprocessadores de Temperatura441.3.8.5. Vlvula de Alivio de Presso451.3.8.6. Secador de Ar Slica Gel461.3.8.7. Manmetro e Manovacumetro471.3.8.8. Rel Detetor de Gs Tipo Bucchholz471.3.8.9. Rel Regulador de Tenso481.3.9. Sistema de Resfriamento491.3.9.1. Motores pra Ventilao Forada51

CAPITULO II

2.TRANFORMADOR DE DISTRIBUIO532.1. Introduo532.2. Caracteristicas532.3. Tipos de Transformadores552.3.1. Transformador a leo552.3.2. Transformadores a Seco552.4. Transformador Para Uso Industrial562.5. Informaoes Tecnicas572.6. Derivaes572.6.1. Derivao Principal572.6.2. Derivao Superior582.6.3. Derivao Inferior582.6.4. Degrau de Derivao582.6.5. Faixa de Derivaes582.7. Correntes592.7.1. Corrente Nominal592.7.2. Corrente de Excitao592.8. Correntes de Curto-Circuito592.9. Nivel de Isolamento60

CAPITULO iii

3.autotransformadores613.1. Generalidades613.2. Principio de funcionamento623.3. Economia do Autotransformador com Relaao ao Transformador63

CAPITULO iv

4.transformador de corrente654.1. Introduo654.2. Caracteristicas Construtivas654.2.1. Transformador de Corrente Tipo Barra664.2.2. Transformador de Corrente Tipo Enrolamento 664.2.3. Transformador de Corrente Tipo Janela674.2.4. Transformador de Corrente Tipo Bucha674.2.5. Transformador de Corrente de Ncleo Dividido684.2.6. Transformador de Corrente com Vrios Enrolamentos Primrios694.2.7. Transformador de Corrente com Vrios Ncleos Secundrios694.2.8. Transformador de Corrente com Vrios Enrolamentos Secundrios704.2.9. Transformador de Corrente com Vrios Enrolamentos Secundrios714.3. Correntes de Magnetizaao734.4. Classificaoes774.4.1. Transformador de Corrente para Servio de Medio774.4.1.1. Classe de Exatido774.4.2. Transformador de Corrente Destinados Proteo79

CAPITULO v

5.transformador de potencial815.1. Introduo815.2. Caracteristicas Construtivas825.2.1. Transformador de Potencial do Tipo Indutivo835.2.2. Transformador de Potencial do Tipo Capacitivo885.3. Caracteristicas Eletricas895.3.1. Erro de Relao de Transformao895.3.2. Erro de ngulo de Fase915.4. Classe de Extidao915.5. Tensoes Nominais935.6. Cargas Nominais 945.7. Polaridade955.8.Descargas Parciais965.9. Potencia Termica Nominal965.10. Tensoes Suportaveis975.3.11.Ensaios de Rotina975.3.12.Ensaios de Tipo975.3.13. Ensaios Especiais98

CONCLUSO99

REFERNCIAS100INTRODUO

Com o descobrimento e uso devido da corrente alternada, a forma de transmisso de energia se revolucionou, quando o gnio Nicola Tesla deu o toque final para o perfeito funcionamento dos transformadores. Assim, reduziam-se drasticamente as sees dos condutores, alm de proporcionar uma transferncia mais segura e fcil de energia, a longas distancias. Com o passar do tempo, mais avanos tecnolgicos foram implementados nessas mquinas estticas, fazendo com n pudssemos desfrutar da energia eltrica, seja ela destinada para residncias ou indstrias, revolucionando o que hoje conhecemos como Sistema Eltrico de Potncia.

OBJETIVO GERAL

Aperfeioar o entendimento no aspecto construtivo e de funcionamento dos transformadores aqui citados, mesmo eles sendo to complexos.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Tirar ao mximo a dvida de nossos colegas de classe em relao aos transformadores aqui citados, e os nossos prprios, alm de expressar ao mximo os conhecimentos sobre essas mquinas estticas.

CAPTULO I

1. TRANSFORMADOR DE POTNCIA

1.1. INTRODUO

Transformador um equipamento de operao esttica que por meio de induo eletromagntica transfere energia de um circuito, chamado primrio, para um ou mais circuitos denominados, respectivamente, secundaria e tercirio, sendo, no entanto, mantida a mesma frequncia, porem com tenses e correntes diferentes.A inveno do transformador de potncia, que remonta o fim do sculo XIX, tornou-se possvel o desenvolvimento do moderno sistema de alimentao em corrente alternada, com subestaes de potncia frequentemente localizadas a 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 benefcios de uma ferramenta a qual poderia dispor alta corrente, normalmente obtida a baixa tenso de sada de um gerador eltrico, e transform-lo para um determinado nvel de tenso possvel de transmiti-la em condutores de dimenses prticos a consumidores que, naquele tempo, poderiam estar afastados a um quilmetro ou mais e poderiam fazer isto com uma eficincia e que, para os padres da poca, era nada menos que fenomenal.Atualmente, sistemas de transmisso e distribuio de energia so, claro, vastamente mais extensos e totalmente dependentes de transformadores os quais, por si s, so muito mais eficientes que aqueles de um sculo atrs; dos enormes transformadores elevadores, transformando, por exemplo, 23,5 kV (19.000 A) em 400 kV, assim reduzindo a corrente a valores prticos de transmisso de 1.200 A, 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.Para que os aparelhos consumidores de energia eltrica sejam utilizados com segurana pelos usurios, necessrio que se faa sua alimentao com tenses adequadas, normalmente inferiores a 500 V.No Brasil, as tenses nominais, aplicadas aos sistemas de distribuio secundrios das concessionrias de energia eltrica, variam em funo da regio. No Nordeste, a tenso padronizada de 380 V entre fases e de 220 V entre fase e neutro. J na Regio Sul, a tenso convencionalmente utilizada de 220 V entre fases e 127 V entre fase e neutro. No entanto, em alguns sistemas isolados, so aplicadas tenses diferentes destas, como, por exemplo, a de 110 V.Em um sistema eltrico, os transformadores so utilizados desde as usinas de produo, onde a tenso gerada elevada a nveis adequados para permitir a transmisso econmica de potncia, at os grandes pontos rurais, onde novamente reduzida para, enfim, ser utilizada com segurana pelos usurios do sistema, conforme j mencionado.Os transformadores so adjetivos em funo da posio que ocupam no sistema, conforme a Fig. 1.1, que trata de um esquema de gerao, transmisso, subtransmisso e distribuio de energia eltrica.

Fig. 1.1 - Esquema de gerao, transmisso, subtransmisso e distribuio de energia eltricaFonte: www.ebah.com.br

Existem diversos tipos de transformadores, mas todos adotam o mesmo princpio que a utilizao do campo magntico como forma de acoplamento.As exigncias tcnicas e econmicas impe a construo de grandes usinas eltricas, de forma geral as localizadas fora dos grandes centros de aproveitamento, pois devem utilizar a energia hidrulica dos lagos e rios das montanhas. Surge assim a necessidade do transporte de energia eltrica por meio de linhas de comprimento notvel.Devido a fatores econmicos e de construo, as sees dos condutores destas linhas devem ser limitadas, o que torna necessria a limitao da intensidade das correntes nas mesmas. Assim sendo, as linhas devero ser construdas para funcionar com uma tenso elevada, que em certos casos atinge a centenas de milhares de volts.Estas realizaes so possveis em virtude de a corrente alternada poder ser transformada facilmente de baixa tenso para alta tenso e vice-versa, por meio de uma mquina esttica, de construo simples e rendimento elevado, que o transformador.

1.2. PRINCPIO BSICO DE FUNCIONAMENTO

Como dito anteriormente, um transformador um dispositivo com a finalidade de transmitir energia eltrica ou potncia de um circuito a outro, convertendo tenses, correntes ou de modificar os valores da impedncia eltrica de um circuito. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princpios eletromagnticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz.

Fig. 1.2 Transformador de baixa potnciaFonte: www.ebah.com.br

Quando o indutor conectado a uma fonte de alimentao em corrente alternada ocorre o surgimento de um campo magntico induzido. Quando um segundo indutor imerso sobre este campo magntico, ocorre o processo de induo, onde o campo magntico convertido pelo indutor em forma de tenso induzida.No modelo bsico de um transformador sua estrutura formada por duas bobinas isoladas eletricamente e enroladas em torno de um ncleo comum. Para se transferir a energia eltrica de uma bobina outra se utiliza do artifcio do acoplamento magntico. A bobina que recebe a energia de uma fonte CA recebe a denominao de primrio. A bobina que fornece energia para uma carga CA designada como secundrio. O ncleo dos transformadores usados em baixa frequncia feito geralmente de material magntico, comumente se usa ao laminado. Os ncleos dos transformadores usados em altas frequncias so feitos de p de ferro e cermica ou de materiais no magnticos. Algumas bobinas so simplesmente enroladas em torno de formas ocas no magnticas como, por exemplo, papelo ou plstico, de modo que o material que forma o ncleo na verdade o ar. Se considerarmos que um transformador funcione sobre condies ideais, a transferncia de energia de uma tenso para a outra se faz sem nenhuma perda.

Fig. 1.3 Aspecto construtivo de um transformador simples de baixa tensoFonte: www.ebah.com.br

A tenso induzida no secundrio de um transformador proporcional ao nmero de linhas magnticas que transpassa a bobina do secundrio, por esse motivo as bobinas so montadas sobre um material ferro magntico, de forma a diminuir a disperso de linhas, concentrando o campo magntico sobre a bobina do secundrio.Com a utilizao de um ncleo magntico para a melhora do fluxo magntico, contudo surge o problema de aquecimento, devido utilizao de um ncleo macio, assim utiliza-se de chapas de ferro silcio para a construo do ncleo.Com o ncleo laminado ocorre a reduo das perdas por histerese magntica e das correntes parasitas, tambm conhecidas como correntes Foucault.

1.3. CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS

Os transformadores so construdos com as mais diversas caractersticas, que dependem do tipo de carga que se quer alimentar ou mesmo do ambiente onde se pretende instal-los. Atualmente existem no Brasil algumas dezenas de indstrias que fabricam transformadores de fora. O processo de fabricao e a linha de produo destas fabricas so, de maneira geral, semelhantes, logicamente apresentando sensveis diferenas quanto aso recursos tcnicos disponveis, o que muitas vezes implicam na qualidade final do equipamento.A fabricao de um transformador comea coma construo do ncleo. Inicialmente, uma guilhotina, contendo na extremidade um rolo de chapa de ferro silcio, processa o corte com dimenses e formatos devidamente especificados pelo setor de projeto. medida que a chapa cortada, a prpria maquina (guilhotinada) efetua um empilhamento inicial, de modo que facilite a execuo de vrias unidades de transformao de uma mesma potncia e caractersticas. Aps o corte, efetuada a montagem do ncleo, sendo empilhadas as chapas, de acordo com o tipo a se fabricado.

1.3.1. PARTE ATIVA

Chamamos de parte ativa do transformador, ao conjunto formado pelos enrolamentos, primrio, o secundrio, tercirio e pelo ncleo, com seus dispositivos de prensagem e calos. A parte ativa deve constituir um conjunto mecanicamente rgido, capaz de suportar condies adversas de funcionamento. Na Fig. 1.4 est a parte ativa de um transformador de potncia.

Fig. 1.4 Parte ativa de um transformador de potnciaFonte: www.weg.com.br

1.3.2. NCLEO

O ncleo constitudo por um material ferromagntico, que contm em sua composio o silcio, que lhe proporciona caractersticas excelentes de magnetizao e perdas.Porm, este material condutor e estando sob a ao de um fluxo magntico alternado, d condies de surgimento de correntes parasitas. Para minimizar este problema, o ncleo, ao invs de ser uma estrutura macia, construdo pelo empilhamento de chapas finas, isoladas com Carlite. Presta-se especial ateno para que as peas metlicas da prensagem sejam isoladas do ncleo e entre si para evitar as correntes parasitas, que aumentariam sensivelmente as perdas em vazio.Estas chapas de ao durante a sua fabricao na usina, recebem um tratamento especial com a finalidade de orientar seus gros. este processo que torna o material adequado utilizao em transformadores, devido diminuio de perdas especficas. tambm com a finalidade de diminuir as perdas, que nestas chapas so feitos cortes a 45 nas junes entre as culatras e os pilares.As chapas de ferro silcio so laminadas a frio, seguidas de um tratamento trmico adequado, que permite que os gros magnticos sejam orientados no sentido da laminao. So cobertas por uma fina camada de material isolante e fabricadas dentro de limites mximos de perdas eletromagnticas, que variam entre 1,28 W/kg e uma densidade de fluxo de 1,5 T (tesla) a 1,83 W/kg, correspondente a uma densidade de fluxo de 1,7 T, na frequncia industrial. Alm disso, as chapas de ferro silcio devem apresentar uma massa especfica de cerca de 7,65 kg/dm e uma resistncia trao de cerca de 3,4 kg/mm. O desempenho do transformador vai depender da qualidade da mo-de-obra empregada nessa tarefa. Em um transformador de 112,5 kVA, por exemplo, so utilizadas cerca de 2.600 chapas num s ncleo. As chapas do ncleo dos transformadores de grande potncia sofrem um processo de colagem por meio de um composto de resina epxi, de modo que evitem a vibrao das mesmas, o que poderia resultar em danos na fina camada isolante de que so revestidas. Essas vibraes so percebidas atravs de um rudo intermitente no interior do transformador. Quando a isolao das chapas afetada, as perdas do transformador aumentam significativamente devido s correntes de Foucault.

Fig. 1.5 Ncleo empilhadoFonte: www.weg.com.br

Fig. 1.6 Vista do ncleo de um transformador de potncia trifsicoFonte: www.weg.com.br1.3.3. ENROLAMENTOS

Os enrolamentos, primrios e secundrios, so constitudos de fios de cobre ou alumnio isolados com esmalte ou papel, de seo retangular ou circular, de chapas ou de fitas de alumnio.Nos enrolamentos feitos com chapa de alumnio, as espiras esto enroladas uma sobre a outra no sentido radial da bobina (so concntricas), com folhas de papel para isolamento entre as espiras. O processo de fabricao desse tipo de bobina mais rpido que o de bobinas em cobre.Os enrolamentos so dispostos concentricamente, com o secundrio ocupando a parte interna e consequentemente o primrio a parte externa, por motivo de isolamento e econmicos, uma vez que mais fcil de puxar as derivaes do enrolamento externo (em funo das dimenses dos condutores do primrio).Chamamos de derivao, aos pontos, localizados no enrolamento primrio, conectados ao comutador, que veremos mais adiante.Ento, para o transformador de potncia, temos os seguintes tipos de bobinas:

Disco, acima de 3,5 MVA;

Fig. 1.7 Bobina tipo disco para transformador de potnciaFonte: www.weg.com Hobbart, acima de 3,5 MVA;

Fig. 1.8 Bobina tipo Hobbart para transformador de potnciaFonte: www.weg.com.br

Hlice, acima de 3,5 MVA;

Fig. 1.9 Bobina tipo Hlice para transformador de potnciaFonte: www.weg.com.br

Hlice mltipla, enrolamentos de regulao;

Fig. 1.10 Bobinas de regulaoFonte: www.weg.com.br

Discos paralelos, para altas correntes;

Fig. 1.11 Bobinas para altas correntesFonte: www.weg.com.br

Fig. 1.12 Bobinas para altas correntes conectadasFonte: www.weg.com.br

1.3.4. DISPOSITIVOS DE PRENSAGEM, CALOS E ISOLAMENTO

Para que o ncleo se torne um conjunto rgido, necessrio que se utilize dispositivos de prensagem das chapas. So vigas dispostas horizontalmente, fixadas por tirantes horizontais e verticais. Devem ainda estar projetadas para suportar o comutador, os ps de apoio da parte ativa, suporte das derivaes e ainda o dispositivo de fixao da parte ativa do tanque.Os calos so usados em vrios pontos da parte ativa e tem vrias finalidades. Servem para constituir as vias de circulao de leo, para impedir que os enrolamentos se movam, como apoio da parte ativa (neste caso chamado p), e outras. Os materiais dos calos so vrios e dentre eles podemos destacar o papelo (Presspan), o fenolite, a madeira densificada e a madeira laminada.O isolamento se faz necessrio nos pontos da parte ativa onde a diferena de potencial seja expressiva, nos condutores, entre camadas dos enrolamentos, entre primrio e secundrio, entre fases e entre enrolamentos e massa.Os materiais so diversos e devem atender s exigncias de rigidez dieltrica e temperatura de operao (classe A-105C ou E-120C). No caso dos condutores, estes podem estar isolados em papel Kraft neutro, termoestabilizado ou esmalte.

Fig. 1.13 Calos e isolamentoFonte: www.wg.com.br

1.3.5. DERIVAES

Para adequar a tenso primria do transformador tenso de alimentao, o enrolamento primrio, normalmente o de TS, dotado de derivaes (taps), que podem ser escolhidos mediante a utilizao de um painel de ligaes ou comutador, conforme projeto e tipo construtivo, instalados junto parte ativa, dentro do tanque.Este aparato, na maioria dos transformadores de baixa potncia, deve ser manobrado com o transformador desconectado da rede de alimentao. Em geral o valor da tenso primria, indicada pela concessionria constitui o valor mdio entre aqueles que efetivamente sero fornecidos durante o exerccio.

1.3.5.1. DEFINIES

1. Derivao principal: Derivao a qual referida a caracterstica nominal do enrolamento, salvo indicao diferente derivao principal :

No caso de nmero mpar de derivaes, a derivao central; No caso de nmero para de derivaes, aquela das duas derivaes centrais que se acha associada ao maior nmero de espiras efetivas do enrolamento; Caso a derivao determinada segundo a ou b no seja de plena potncia, a mais prxima derivao de plena potncia.

2. Derivao superior: Derivao cujo fator de derivao maior do que 1.

3. Derivao inferior: Derivao cujo fator de derivao menor do que 1.

4. Degrau de derivao: Diferena entre os fatores de derivao, expressos em percentagem, de duas derivaes adjacentes.

5. Faixa de derivaes: Faixa de derivao do fator de derivao, expresso em percentagem e referido ao valor 100. A faixa de derivaes expressa como segue:

Se houver derivaes superiores ou inferiores:+ a %, - b % ou + a % (quando a = b); Se houver somente derivaes superiores:+ a %; Se houver somente derivaes inferiores:- b %.A Fig. 1.14 a representao esquemtica de um enrolamento trifsico com trs derivaes e a forma de suas conexes.

Fig. 1.14 Representao esquemtica de um transformador com derivaesFonte: www.weg.com.br

1.3.5.2. TIPO PAINEL

O painel instalado imerso em leo isolante e localizado acima das ferragens superiores de aperto do ncleo, num ngulo que varia de 20 a 30 graus, para evitar depsitos de impurezas em sua superfcie superior.A Figura 1.15 mostra um comutador tipo painel de posies. Consta de chapa de fenolite a qual recebe dentro de determinada disposio, os terminais dos enrolamentos. Os parafusos que recebem estes terminais esto isolados desta chapa do painel por meio de buchas de porcelana ou epxi para garantir boa isolao entre eles.A conexo entre os parafusos feita por pontes de ligao de formato adequado a fcil troca de posio e perfeito contato com o aperto das porcas. S se usa comutador tipo painel para casos em que se tenha 8 ou mais derivaes ou no caso de religveis.

Fig. 1.15 Comutador tipo painel de posiesFonte: www.weg.com.br

1.3.5.3. COMUTADOR ACIONADO VAZIO

Este tipo de comutador tem como principal vantagem a facilidade de operao, sendo sua manobra feita internamente por meio de uma manopla situada acima do nvel do leo, ou feita externamente. O acionamento externo usado obrigatoriamente quando o transformador possui conservador de leo, ou ainda quando o mesmo possui potncia maior que 300kVA.Os tipos de comutadores acionados vazio utilizados so:

Comutador linear 30 A: com nmero de posies inferior ou igual a 7; h tanto com acionamentos externo quanto interno, simples ou duplo; usado at 500 kVA (Fig. 1.16); Comutador linear 75 A, 200 A ou 300 A: com as mesmas caractersticas do anterior, sendo que este usado de 750 kVA at 4000 kVA (Fig. 1.17);

Comutador linear 300 A: nmero de posies at 13; acionamento externo; usado para potncias superiores a 3 MVA; este comutador possui grande flexibilidade; admite at 3 colunas, com at 4 grupos de contato por colunas;

Comutador rotativo: at 7 posies, com acionamento externo para tenses at classe 145kW e corrente at 1200 A, normalmente 200, 300, 400, 800 e 1200 A (Fig. 1.18);

Comutadores lineares especiais: construdos com at 13 posies, e para qualquer classe de tenso e corrente at 2500 A; podem vir com contatos para bloqueio de operao intervinda.

Todos os comutadores mencionados so para acionamento sem tenso e sem carga.

Fig. 1.16 Comutador linear 30 A 5 posiesFonte: www.weg.com.br

Fig. 1.17 Comutador linear 75 A duplo com 7 posiesFonte: www.weg.com.br

Fig. 1.18 Comutador rotativoFonte: www.weg.com.br

1.3.5.4. COMUTADOR SOB CARGA

Os fabricantes nacionais de comutadores sob carga so: MR do Brasil (Fig.1.19) e ABB (Fig. 1.20).Este tipo de comutador permite a troca da posio das derivaes com o transformador energizado e com carga. Isto possvel porque durante a comutao, a corrente mantida (e limitada nas bobinas), atravs dos transistores de transio. A tenso mantida na posio anterior at que a troca de conexes aos pinos seja completamente concluda.O comutador sob carga composto de alguns sistemas de proteo prprios. Possui pontos bsicos de funcionamento para conexo externa: alimentao do motor de rotao, pontos de conexo para comando elevar-baixar (ligados s bobinas dos contatores das chaves de partida reversora), ponto de reteno e ponto de conexo para comando remoto externo.O motor ligado ao eixo do comutador acionado por chave reversora. Os pontos de reteno da tenso de alimentao tambm dever ser alimentados, fase-fase ou fase-neutro conforme especificado pelo cliente. Os pontos elevar-baixar so acionados por comando externo e do partida chave reversora. Com este mecanismo fazemos o giro do eixo do comutador e consequentemente do mecanismo de fechamento dos contatos.Muitas vezes, os sistemas dos clientes exigem controle remoto da posio em que se encontra o comutador. Existem trs tipos de disco potenciomtrico que normalmente so utilizados para fazer o paralelismo entre transformadores e medio de posio: o denominado par-mpar, o de posio e o potenciomtrico.Todos possuem diferentes representaes diagramticas, devem ser especificados no pedido do comutador para compra e sua utilizao deve ser definida por quem especifica o comutador.O acionamento motorizado do comutador pode fazer comutaes independentes de circuitos externos, para isto basta aliment-lo corretamente. Neste caso, a comutao eltrica feita apenas manualmente nos botes de comando do prprio acionamento (ou manual na manivela, no possibilitando qualquer outro tipo de acionamento).Porm normalmente os sistemas dos clientes exigem controle remoto da posio em que o comutador est operando em tambm a possibilidade de oper-lo remotamente. A operao remota pode ser feita atravs de sistemas digitais, rels reguladores de tenso ou sistemas manuais.

Fig. 1.19 Comutador sob carga MRFonte: www.weg.com.br

Fig. 1.20 Comutador sob carga ABBFonte: www.weg.com.br

1.3.6. CARACTERSTICAS EXTERNAS

H tambm nos transformadores de fora as partes externas constituintes.

1.3.6.1. BUCHAS

So os dispositivos que permitem a passagem dos condutores dos enrolamentos ao meio externo. So constitudos basicamente por:

Corpo isolante: de porcelana vitrificada; Condutor passante: de cobre eletroltico ou lato; Terminal: de lato ou bronze; Vedao: de borracha e papelo hidrulico.

As formas e dimenses variam com a tenso e a corrente de operao, e para os transformadores desta especificao subdividem-se em:

Buchas ABNT: conforme NBR 5034Buchas de alta tenso, classe 15, 24.2 e 36,2 kV e todas com capacidade de 160 A (Fig. 1.21).Buchas de baixa tenso com tenso nominal 1,3kV e correntes nominais de 160, 400, 800, 2000, 3150 e 5000 A (Fig. 1.22).

Buchas DINPara a alta tenso nas classes de 15, 24.2 e 36,2 kV e correntes nominais de 250, 630, 1000, 2000 e 3150 A (Fig. 1.23).

Buchas condensivasSo usadas apenas em transformadores com potncia superior a 2500 kVA e tenses maiores que 36,2 kV, sendo encontradas apenas nas correntes de 800 a 1250 A. Para correntes maiores, s existem importadas. No Brasil se fabrica buchas at a classe 245 kV, para tenses maiores, somente importadas. Estas buchas so muito mais caras que as de cermica, tanto DIN quanto ABNT. (Fig. 1.24) Buchas especiaisExistem buchas para correntes at 24000 A na classe 36,2 kV, mas s importadas.

Buchas polimricasA porcelana substituda por um isolante polimrico. A vantagem desse tipo de bucha que elas so mais resistentes a quebras ou vandalismos. Normalmente so utilizados em transformadores subterrneos.

Figs. 1.21 e 1.22 Buchas ABNT de baixa e alta tensoFonte: www.weg.com.br

Fig. 1.23 Bucha DINFonte: www.weg.com.br

Fig. 1.24 Buchas condensivas para alta tenso e altas correntesFonte: www.weg.com.br

1.3.6.2. TANQUE

Destinado a servir de invlucro da parte ativa e de recipiente do lquido isolante, subdivide-se em trs partes: lateral, fundo e tampa.Neste invlucro encontramos os suportes para poste (at 225kVA), suportes de roda (normalmente para potncias maiores que 300kVA), olhais de suspenso, sistema de fechamento da tampa, janela de inspeo, dispositivos de drenagem e amostragem do lquido isolante, conector de aterramento, furos de passagem das buchas, radiadores, visor de nvel de leo e placa de identificao.O tanque e a respectiva tampa devem ser de chapas de ao, laminadas a quente, conforme NBR 6650 e NBR 6663. Para transformadores de potncia maiores no h normalizao, cada fabricante escolhe as chapas conforme a especificao do projeto mecnico.Com referncia aos tipos construtivos, os transformadores podem ser: selados e com conservador de leo.

Fig. 1.25 Vista de um tanque de um transformador de potnciaFonte: http://www.energy.siemens.com/br

1.3.6.3. TRANSFORMADORES COM CONSERVADOR DE LEO

A partir de 750 kVA, utiliza-se em transformadores, de potncia, o conservador de leo. O conservador de leo um acessrio destinado a compensar as variaes de volume de leo decorrentes das variaes de temperatura e da umidade. Tem forma cilndrica, com seu eixo disposto na horizontal e instalado a uma altura suficiente que possa assegurar o nvel mnimo permissvel para as partes isolantes, na condio de nvel mnimo de leo. Sua construo em chapa de ao e possui resistncia mecnica para vcuo pleno. fixado em suporte em perfis de ao estrutural.Tem como vantagem melhor controle de presso interna no tanque e possibilita o controle constante de gases no leo atravs do rel Buccholz, que veremos mais adiante.

Fig. 1.26 Transformador de potencia com conservador de leoFonte: www.comtrafo.com.br

1.3.6.4. RADIADORES

Todo o calor gerado na parte ativa se propaga atravs do leo e dissipado no tanque (tampa e sua lateral). As elevaes de temperatura do leo e do enrolamento so normalizadas e devem ser limitadas para evitar a deteriorao do isolamento de papel e do leo. Dependendo da potncia do transformador, ou melhor, de suas perdas, a rea da superfcie externa poder ser insuficiente para dissipar este calor e ento necessrio aumentar a rea de dissipao. Para tal usam-se radiadores que podero ser de elementos ou tubos. Para transformadores de potncia, comumente usa-se radiadores tipo aleta, como mostrado na figura abaixo.

Fig. 1.27 Transformador de potncia com radiadores tipo aletaFonte: www.weg.com.br

O tanque, inclusive radiadores, aps a sua fabricao, so submetidos a um tratamento de jato de granalha de ao at o metal quase branco em instalaes automticas e manuais.Concluindo este tratamento, imediatamente aps, as peas so pintadas com tinta primer, recebendo em seguida duas demos de esmalte sinttico de acabamento, resistente ao tempo, em cor cinza claro.

1.3.6.5. PLACAS DE IDENTIFICAO E DIAGRAMTICA

A placa de identificao um componente importante, pois ela quem d as principais caractersticas do equipamento.No caso de manuteno, atravs dos dados contidos nela, a assistncia tcnica, independente da marca do transformador, ser capaz de identificar exatamente o que contm a parte ativa, sem ter que abrir o tanque, e no caso de ampliao da carga, em que o outro transformador ligado em paralelo teremos condies de construir um equipamento apto a este tipo de operao.O material da placa poder ser alumnio ou ao inoxidvel, a critrio do cliente.Abaixo, um exemplo de uma placa de identificao de um transformador WEG de potncia de 200 MVA. As informaes nela contidas so normalizadas (NBR 5356) e representam um resumo das caractersticas do equipamento.

Fig. 1.28 Placa de identificao de um transformadoFonte: www.weg.com.br1.3.7. LQUIDO ISOLANTE

Os leos isolantes possuem dupla finalidade: garantir isolao entre os componentes do transformador e dissipar para o exterior o calor gerado nos enrolamentos e no ncleo.Para que o leo possa cumprir satisfatoriamente as duas condies acima, deve ser perfeitamente livre de umidade e outras impurezas para garantir seu alto poder dieltrico.Os leos mais utilizados em transformadores so os minerais, que so obtidos da refinao do petrleo. Sendo que o de base parafnica (tipo B) e o de base naftnica (tipo A) sos usados em equipamentos com tenso igual ou inferior a 145 kV. Existem tambm, fludos isolantes base de silicone, recomendados para reas de alto grau de segurana. Ao contrrio dos leos minerais, este tipo de fluido possui baixa inflamabilidade, reduzindo sensivelmente uma eventual programao de incndio. A utilizao do leo vegetal envirotemp recente no mercado. Tem por vantagem alm de ser biodegradvel possuir alto ponto de fulgor. Tem a desvantagem de ser altamente oxidante na presena de oxignio, sendo preferencialmente utilizado em transformadores selados.

1.3.8. EQUIPAMENTOS AUXILIARES

So componentes necessrios para o perfeito funcionamento do transformador. Abaixo, citaremos alguns desses componentes.

1.3.8.1. INDICADOR DE NVEL DE LEO

O leo isolante do transformador se dilata ou se contrai conforme a variao da temperatura ambiente e variao da carga alimentada pelo transformador, em funo disso, haver elevao ou abaixamento do nvel do leo. Sendo assim, a finalidade do indicador de nvel do leo mostrar com perfeio o nvel de leo no visor e ainda servir como aparelho de proteo ao transformador.O ponteiro do indicador de nvel de leo movimentado por meio de dois ims magnticos permanentes, que so acoplados a um flutuador (bia). O movimento efetuado pela bia, de acordo com o nvel de leo, que transmite indicaes precisas ao ponteiro, devido a grande sensibilidade dos magnticos.

Fig. 1.29 Indicador de nvel de leoFonte: www.weg.com.br

1.3.8.2. TERMMETRO

So constitudos de um bulbo, um capilar e um mostrador. O bulbo colocado na parte mais quente do leo, logo abaixo da tampa. O mostrador constitudo de uma caixa, um visor com indicador, um microrruptor, dois ponteiros de limite, que se movimentam apenas por ao externa, e um ponteiro de indicao de temperatura mxima. Este ponteiro impulsionado pela agulha de temperatura, apenas quando em ascenso desta, pois na reduo fica imvel, possibilitando assim, a verificao da temperatura mxima atingida em um dado perodo.Conforme a variao da temperatura do bulbo, o lquido (mercrio) em seu interior sofre dilatao ou contrao, transmitindo a variao de temperatura at mecanismo interno do mostrador do termmetro, no mesmo instante o ponteiro indicador acionado e, dependendo do valor da temperatura atingida, o sistema de proteo acionar o alarme, desligando e fazendo o controle automtico do dispositivo de resfriamento do transformador imerso em leo.

Fig. 1.30 Termmetro com capilar para transformadores de foaFonte: www.weg.com.br

1.3.8.3. TERMMETRO DO ENROLAMENTO COM IMAGEM TRMICA

A imagem trmica a tcnica utilizada para medir a temperatura no enrolamento do transformador. Ela denominada imagem trmica por reproduzir indiretamente a temperatura do enrolamento.A temperatura do enrolamento, que a parte mais quente do transformador, a temperatura do leo acrescida da sobreelevao da temperatura do enrolamento (t) em relao ao leo. O termmetro do enrolamento com imagem trmica composto de uma resistncia de aquecimento e um sensor de temperatura simples ou duplo, ambos encapsulados e montados em um poo protetor, imerso em uma cmara de leo. O conjunto instalado na tampa do transformador, equalizando-se com a temperatura do topo do leo, indicando assim a temperatura no ponto mais quente do enrolamento. A resistncia de aquecimento alimentada por um transformador de corrente associado ao enrolamento (normalmente) secundrio do transformador principal. Portanto, a elevao da temperatura da resistncia de aquecimento proporcional elevao da temperatura do enrolamento alm da temperatura mxima do leo.A constante do tempo do sistema da mesma ordem de grandeza do enrolamento, logo o sistema reproduz uma verdadeira imagem trmica da temperatura do enrolamento.

Fig. 1.31 Termmetro do enrolamento com imagem trmica e seu esquema diagramtico Fonte: www.weg.com.br

1.3.8.4. CONTROLADORES MICROPROCESSADOS DE TEMPERATURA

Os controladores microprocessados de temperatura foram desenvolvidos para substituir, com vantagens da tecnologia microprocessada, os termmetros de leo e enrolamento tradicionais utilizados em transformadores e reatores de potncia.Este equipamento recebe o valor da resistncia de um sensor e o transforma (atravs de um transdutor incorporado) em temperatura equivalente, a qual vista em painel frontal digital, podendo ser transmitida remotamente atravs de interface serial RS 485 ou sinal analgico.Desempenha diversas funes de controle e acionamento de contatos, sendo que atravs de teclado frontal podemos configurar os parmetros de sua atuao e ler os valores medidos e ajustados.

Fig. 1.32 Controlador de temperatura microprocessado e seu sensor de temperaturaFonte: www.weg.com.br

1.3.8.5. VLVULA DE ALVIO DE PRESSO

A vlvula de alvio de presso, de fechamento automtico, instalada em transformadores imersos em lquido isolante, tem a finalidade de proteg-los contra uma possvel deformao ou ruptura do tanque em casos de defeitos internos com aparecimento de presso elevada. A vlvula extremamente sensvel e rpida (opera em menos de dois milsimos de segundo), fecha-se automaticamente aps a operao impedindo assim a entrada de qualquer agente externo no interior do transformador.

Fig. 1.33 Vlvula de alvio de pressoFonte: www.weg.com.br1.3.8.6. SECADOR DE AR DE SLICA GEL

O secador de ar de slica gel (Figura 5.37) usado nos transformadores providos de conservador de leo, funcionando como um desumidificador de ar do transformador.Para evitar a deteriorao do leo do equipamento ou bolsa de borracha pelas impurezas e umidade no ar respirado, coloca-se um copo com leo e slica gel na passagem por onde o ar suspirado. Quando o nvel do leo no conservador baixar, haver o respiro de ar atmosfrico, este ar passar primeiramente pelo copo de leo, onde ficaro eliminadas as impurezas slidas e em seguida o ar atravessa os cristais de slica gel, que retiram a umidade do ar, em seguida, j totalmente limpo e sem umidade, o ar penetra no conservador.Ao passar pela slica gel, o ar deixar na mesma a umidade, fazendo que a slica gel troque de colorao, at a sua saturao conforme indicado abaixo:

Colorao laranja: slica gel seca; Colorao amarela: slica gel com aproximadamente 20% da umidade absorvida; Colorao amarelo-claro: slica gel com 100% de umidade absorvida (saturada); para regenerao da slica gel recomenda-se colocar em estufa com temperatura mxima de 120 C de 2 a 4 horas.

Fig. 1.34 Secador de ar de slica gelFonte: www.weg.com.br1.3.8.7. MANMETRO E MANOVACUMETRO

O manmetro um instrumento utilizado para medir a presso interna do tanque de leo, e o manovacumetro mede presso e vcuo.

Fig. 1.35 Manmetro, esquerda, e manovacumetro, direitaFonte: www.weg.com.br

1.3.8.8. REL DETETOR DE GS TIPO BUCHHOLZ

O rel de gs (Fig. 1.36) tem por finalidade proteger equipamentos imersos em lquido isolante, atravs da superviso do fluxo anormal do leo ou ausncia, e a formao anormal de gases pelo equipamento. Normalmente so utilizados em transformadores que possuem tanque para expanso de lquido isolante. Este tipo de rel detecta de forma precisa, por exemplo, os seguintes problemas: vazamento de lquido isolante, curto-circuito interno do equipamento ocasionando grande deslocamento de lquido isolante, formao de gases internos devido a falhas intermitentes ou contnuas que estejam ocorrendo no interior do equipamento.O rel detetor de gs normalmente instalado entre o tanque principal e o tanque de expanso do leo dos transformadores. A carcaa do rel de ferro fundido, possuindo duas aberturas flangeadas e ainda dois visores nos quais est indicada uma escala graduada de volume de gs. Internamente encontram-se duas bias de gs no rel, a bia superior forada a descer (isto acontece tambm caso haja vazamento de leo). Se por sua vez uma produo excessiva de gs provoca uma circulao de leo no rel, a bia inferior que reage, antes mesmo que os gases formados atinjam o rel. Em ambos os casos, as bias ao sofrerem o deslocamento, acionam contatos de sinalizao ou de comando para o desligamento do disjuntor de proteo.

Fig. 1.36 Rel BuchholzFonte: www.weg.com.br

1.3.8.9. REL REGULADOR DE TENSO

Tem como finalidade manter a tenso do transformador sob a mesma tenso da rede de alimentao.Atravs de um transformador de potencial e um transformador de corrente instalados na rede de alimentao (normalmente no lado de baixa tenso), faz um comparativo entre a tenso na rede e o valor nele ajustado da tenso e correntes nominais a serem fornecidas. Caso os valores permanecerem divergentes por tempo maior que um pr-ajustado, o equipamento, atravs do fechamento dos seus contatos envia sinais de elevar tap ou baixar tap ao mecanismo motorizado do comutador sob carga. Tambm possuem proteo contra sobrecorrente, subtenso e sobretenso, bloqueando a comutao sob carga em caso de ocorrncia.

Fig. 1.37 Rel regulador de tensoFonte: www.weg.com.br

1.3.9. SISTEMA DE RESFRIAMENTO

Os transformadores em operao geram internamente uma grande quantidade de calor que necessita ser levado ao meio externo, a fim de no prejudicar a qualidade da isolao dos enrolamentos.O calor gerador resultado das perdas hmicas nos fios dos enrolamentos, quando o transformador est em carga, e das perdas por histerese e correntes Foucault, em qualquer condio de operao. O calor assim gerado transferido ao meio de resfriamento interno, que o leo mineral isolante, e que em contato com as paredes do tanque ou atravs dos radiadores conduzido ao meio ambiente. Os processos de transferncia de calor, tanto interna como externamente, so realizados das seguintes formas:

Conduo; Radiao; Conveco.

A contribuio da transferncia de calor por conduo e radiao de procura importncia e pode ser desprezada para fins prticos. Dessa forma, o processo de conveco basicamente o responsvel tanto pela transferncia de calor no ncleo para o leo como do tanque para o meio ambiente. No entanto, a transferncia de calor do leo carcaa do transformador feita por conduo.O processo de transferncia de calor por conveco pode ser feito por duas diferentes formas:

Conveco natural; Conveco forada.

Na conveco natural, a massa de ar aquecida em contato com o corpo do transformador movimenta-se para cima, sendo substituda por uma massa de ar mais frio que, ao ser aquecida, circula como a anterior, num processo lento e contnuo. Quando a massa de leo quente atinge a parte superior do transformador, inicia o caminho de retorno atravs dos radiadores, cedendo calor ao meio exterior, chegando na sua parte inferior j bastante resfriada. Assim, a conveco natural apresenta baixas taxas de transferncia de calor nos transformadores.No caso da conveco forada necessria a utilizao de motores acoplados a ventiladores que aceleram a movimentao das massas de ar quente que so imediatamente substitudas por massas de ar frio, num processo rpido e contnuo. Este processo comum aos transformadores de potncia, principalmente os de tenso nominal acima de 69 kV e acima. Apresenta um custo de valor absoluto significativo, porem e economicamente vivel, j que obtm-se, por este processo, uma capacidade adicional de potncia nominal do transformador. Por exemplo, um transformador de 20 MVA/69 kV pode ser operado continuamente com at 26,6 MVA, dentro dos requisitos de expectativa de vida esperada, de acordo com a NBR 5416, e posteriormente analisado.Os transformadores so designados quanto ao tipo de resfriamento por um conjunto de letras que representam as iniciais de palavras correspondentes, ou seja, transformador a:

leo natural com resfriamento natural ONAN (leo Natural, Ar Natural); leo natural com ventilao forada ONAF (leo Natural, Ar Forado); leo com circulao forada do lquido isolante e com ventilao forada OFAF (leo Forado, Ar Forado); leo com circulao forada do lquido isolante e com resfriamento a gua OFWF (leo Forado, gua (water) Forada); Seco com resfriamento natural AN (Ar Natural); Seco com ventilao forada AF (Ar Forado).

1.3.9.1. MOTORES PARA VENTILAO FORADA

Os transformadores de potncia, em geral, com capacidade superior a 2,5 MVA, so dotados de ventiladores acoplados ao seu tanque com a finalidade de refrigerao forada do equipamento. Os ventiladores, normalmente ligados em estgios, operam medida que o transformador adquire uma temperatura predeterminada nos seus enrolamentos. Desta forma, pode-se aumentar a capacidade nominal do transformador em cerca de 25%.Os transformadores dotados de ventilao forada so designados atravs de dois valores de potncia nominal, como, por exemplo, 5/6,25 MVA, sendo que o primeiro valor refere-se potncia do equipamento sem o funcionamento dos ventiladores, enquanto o segundo valor considera a capacidade nominal do equipamento com o funcionamento de todos os estgios do sistema de resfriamento forado de um transformador com sete ventiladores, conforme a NBR 9368/87.A tenso de alimentao deve ser de 220 V, em sistemas trifsicos e de frequncia de 60 Hz, segundo a NBR 9398. A proteo trmica dos motores dos ventiladores deve ser individual para cada unidade. Deve possuir, tambm, uma proteo por falta de fase. Quando o numero de ventiladores for inferior ou igual a sete, cada circuito dever ser protegido individualmente. Para um nmero maior de ventiladores, cada grupo de dois ventiladores deve ter a sua proteo.Os elementos utilizados na proteo contra curto-circuito podem ser fusveis, de preferncia do tipo NH, ou disjuntores do tipo magntico.Os ventiladores so fixados do lado externo dos radiadores, de forma que seja retirada a maior quantidade de calor contida no leo circulante. A figura a seguir, mostra um detalhe da instalao de quatro ventiladores num transformador de fora.

Fig. 1.38 Circuito eltrico dos ventiladores de resfriamento do transformadorFonte: Livro Manual de Equipamentos Eltricos; Mamede Filho, Joo

Fig. 1.39 Transformador de fora com ventilao foradaFonte: Acervo pessoal

CAPITULO ii

2. TRANSFORMADOR DE DISTRIBUIO2.1. INTRUDUAOEste trabalho tem como objetivo o estudo terico dos Transformadores de distribuio, sua utilizao, tipos de construo, materiais utilizados, relao de tenso, relao entre potncia no primrio e secundrio e sua eficincia.2.2. CARACTERSTICASTransformador um dispositivo destinado a transmitir energia eltrica ou potncia eltrica de um circuito outro, transformando tenses, correntes e ou de modificar os valores das Impedncia eltrica de um circuito eltrico. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princpios eletromagnticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz. O transformador consiste de duas ou mais bobinas ou enrolamentos e um "caminho", ou circuito magntico, que "acopla" essas bobinas. H uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito, mas todos operam sobre o mesmo princpio de induo eletromagntica. No caso dos transformadores de dois enrolamentos, comum denomin-los como enrolamento primrio e secundrio, existem transformadores de trs enrolamentos sendo que o terceiro chamado de tercirio. Transformadores de potncia so destinados primariamente transformao da tenso e das correntes operando com altos valores de potncia, de forma a elevar o valor da tenso e consequentemente reduzir o valor da corrente. Este procedimento utilizado, pois ao se reduzir os valores das correntes, reduz-se as perdas por efeito Joule nos condutores. O transformador constitudo de um ncleo de material ferromagntico, como ao, a fim de produzir um caminho de baixa relutncia para o fluxo gerado. Geralmente o ncleo de ao dos transformadores laminado para reduzir a induo de correntes parasitas ou de corrente de Foucault no prprio ncleo, j que essas correntes contribuem para o surgimento de perdas por aquecimento devido ao efeito Joule. Em geral utiliza-se ao-silcio com o intuito de se aumentar a resistividade e diminuir ainda mais essas correntes parasitas. Transformadores tambm podem ser utilizados para o casamento de impedncias, que consiste em modificar o valor da impedncia vista pelo lado primrio do transformador, so em geral de baixa potncia. H outros tipos de transformadores, alguns com ncleo ferromagntico, outros sem ncleo, ditos transformadores com ncleo de ar, e ainda aqueles com ncleo de ferrite.Os materiais ferromagnticos adequados para esses ncleos devem possuir, alm de alta permeabilidade magntica, uma resistividade eltrica relativamente elevada e uma induo residual relativamente baixa quando submetido a uma magnetizao cclica. Essas propriedades implicaro, pela ordem, em baixa relutncia e, portanto, em pequena absoro de corrente magnetizante e de potencia relativa de magnetizao, baixas perdas por correntes parasitas (parda Foucault) e baixa perda histertica. Os aos-silcio (ligas de ferro, carbono, silcio) so os materiais ferromagnticos que satisfazem as exigncias dos ncleos desses transformadores. Eles so utilizados laminados, com espessura entre 0,25 e 0,5mm, com as laminas isoladas, normalmente pelo prprio oxido da laminao siderrgica, e prensadas para formar o ncleo. Essas providencias so tomadas, tambm, para atenuar as correntes induzidas no ncleo e, portanto, atenuar as perdas Foucault. Nos transformadores maiores, onde se exige bom rendimento, as laminas so de ao-silcio de gros orientados, que alm de alta permeabilidade quando excitados no sentido da laminao, apresentam baixssimas perdas magnticas especificas (watts por unidade de massa). Os transformadores de medida, bem como muitos do tipo de controle, tambm so constitudos com ncleo ferromagntico, seja laminado ou sintetizado, com a inteno de diminuir as perdas e a corrente magnetizante e melhorar o acoplamento magntico. Transformadores com ncleo de ar. O ncleo de ar confere uma caracterstica linear ao circuito magntico do transformador, e no apresenta perdas magnticas, porm apresenta grande relutncia (mHar/10470 ==pi) e, conseqentemente, necessita de maior f.m.m. de excitao. No ltimo elo de um sistema de gerao e distribuio de energia, desde os geradores at o consumidor final, esto os transformadores de distribuio, que fornecem a potncia necessria para edifcios, hospitais, pequenas e mdias empresas, etc... com alto nvel de desempenho, confiabilidade, eficincia sendo ao mesmo tempo silenciosos. Transformadores de distribuio so utilizados em tenses primrias de at 34,5 kV, tenses secundrias de 220, 380, 440, 460 ou 480 V, em potncias de 750 kVA at 2500.Transformadores de distribuio de energia em concessionrias e subestaes de grandes indstrias, incluindo aplicaes especiais como fornos de induo e a arco e retificadores.

2.3.TIPOS DE TRANSFORMADORES

2.3.1. TRANSFORMADOR A LEOTransformadores de distribuio imerso em lquidos isolantes podem ser monofsicos ou trifsicos. Durante sua operao so expostos a fatores externos tais como alto stress dieltrico, causado por descargas atmosfricas, assim como a grandes esforos mecnicos decorrentes de curtos-circuitos. Por isso seu ncleo magntico e enrolamentos estes fabricados com fios ou chapas de cobre e/ou alumnio - devem ter projeto adequado para oferecer baixas perdas, alto rendimento e confiabilidade. Normas tcnicas ABNT, como a NBR 5440 e NR 5356 especificam detalhes de projeto, ensaio, manuteno e operao destes transformadores2.3.2.TRANSFORMADOR A SECOPara atender aos requisitos das normas e regulamentaes tcnicas de instalaes eltricas, como por exemplo, a NBR14039 e a NR10, os transformadores de distribuio devem garantir a mxima segurana em reas frequentadas por pessoas. Os transformadores GEAFOL, encapsulados em resina sob vcuo, so a soluo ideal para o atendimento a estas especificaes, pois superam com vantagens tcnicas e econmicas as limitaes dos transformadores imersos em lquidos isolantes, sem prejuzo de suas comprovadas caractersticas, tais como segurana operacional pois no oferecem risco de exploses e/ou incndios riscos ao meio ambiente e longa vida til. Os transformadores GEAFOL so fabricados no Brasil em potncias de 75 a 25 MVA e at 40 MVA na Alemanha, em tenses nominais de at 34,5 kV.Existem concessionrias que quando do fornecimento de transformadores ao mercado particular exigem que estes sejam construdos e ensaiados em atendimento integral as suas normas, recomenda-se verificar esta particularidade com a concessionria local antes da aquisio dos transformadores. 2.4.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.

Quando a potncia dos transformadores for superior a 3MVA no se recomendabaixar a tenso diretamente para tenso de uso, pois os mesmos tornam-se muito caros devido as altas correntes. Recomenda-se baixar para uma mdia tenso, ou seja, 6,9kV, 4,16kV ou 2,4kV e, prximo aos centros de carga rebaixar novamente para as tenses de uso.Ainda um caso particular de nvel de tenso primria deve ser comentado. Existem algumas regies onde o nvel de tenso de distribuio est sendo alterado. Neste caso, a concessionria avisa o interessado, que a tenso atual passar a outro nvel dentro de um determinado perodo de tempo; logo, o transformador a ser instalado dever ser capaz de operar em duas tenses primrias, para evitar a necessidade de aquisio de novo equipamento quando da alterao. Estes transformadores especiais so chamados de religveis.A escolha da tenso do secundrio depende de vrios fatores. Dentre eles destacamos:a) econmicos, a tenso de 380/220V requer sees menores dos 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 instalaes onde equipamentos como motores, bombas, mquinas de solda e outras mquinas constituem a maioria da carga, deve-se usar 380/220V e para instalaes de iluminao e fora de residncias deve-se adotar 220/127V. Na NBR 5440 da ABNT encontramos a padronizao das tenses primrias e secundrias.

2.5.INFORMAES TCNICAS

Conforme projeto e tipo construtivo, instalados junto parte ativa, dentro do tanque. Este aparato, na maioria dos transformadores de baixa potncia, deve ser manobrado com o transformador desconectado da rede de alimentao.Em geral o valor da tenso primria, indicada pela concessionria constitui o valor mdio entre aqueles que efetivamente sero fornecidos durante o exerccio.

2.6. DERIVAES

Para adequar a tenso primria do transformador tenso de alimentao, o enrolamento primrio, normalmente o de TS, dotado de derivaes (taps), que podem ser escolhidos mediante a utilizao de um painel de ligaes ou comutador.

2.6.1. DERIVAO PRINCIPAL

Derivao a qual referida a caracterstica nominal do enrolamento, salvo indicao diferente derivao principal :a) no caso de nmero mpar de derivaes, a derivao central;b) no caso de nmero para de derivaes, aquela das duas derivaes centrais que se acha associada ao maior nmero de espiras efetivas do enrolamento;c) caso a derivao determinada segundo a ou b no seja de plena potncia, a mais prxima derivao de plena potncia ser utilizada.

2.6.2. DERIVAO SUPERIOR

Derivao cujo fator de derivao maior do que 1.

2.6.3. DERIVAO INFERIOR

Derivao cujo fator de derivao menor do que 1.

2.6.4. DEGRAU DE DERIVAO

Diferena entre os fatores de derivao, expressos em percentagem, de duas derivaes adjacentes.

2.6.5. FAIXA DE DERIVAES

Faixa de derivao do fator de derivao, expresso em 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 %.

2.7. CORRENTES

2.7.1.CORRENTE NOMINAL

A corrente nominal (In) a corrente para a qual o enrolamento foi dimensionado, e cujo valor obtido dividindo-se, a potncia nominal do enrolamento pela sua tenso nominal e pelo fator de fase aplicvel (1 para transformadores monofsicos e 3 para transformadores trifsicos).

2.7.2. 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 frequncia nominal, enquanto os terminais do outro enrolamento (secundrio) sem carga apresentam a tenso nominal.A corrente de excitao varivel conforme o projeto e tamanho do transformador, atingindo valores percentuais mais altos quanto menor for potncia do mesmo.A componente reativa originada pela magnetizao representa mais que 95% da corrente total, de forma que uma igualdade de Iq com lo leva somente a um pequeno erro.Em transformadores trifsicos normais, no idntico nas trs fases, em virtude do caminho mais longo no ferro, relativo s fases externas. Por isso referente a 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. 2.8. CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO

Em um curto-circuito no transformador, preciso distinguir a corrente permanente (valor efetivo) e a corrente de pico (valor de crista). A intensidade e a durao mxima da corrente de curto, que deve suportar o transformador, so normalizadas.2.9. NVEL DE ISOLAMENTO

O nvel de isolamento dos enrolamentos deve ser escolhido entre os valores indicados NBR 5356.A escolha entre as tenso suportveis nominais, ligadas a dada tenso mxima do equipamento da tabela acima, depende da severidade das condies de sobretenso esperadas no sistema e da importncia da instalao.Na NBR 6939, os valores escolhidos devem ser claramente indicados na especificao ou solicitao de oferta.

CAPTULO III

3. AUTOTRANSFORMADOR

3.1. GENERALIDADES

Um Autotransformador um transformador que no dispe de um enrolamento secundrio propriamente dito, mas que utiliza o enrolamento primrio como secundrio.

Fig. 3.1 Esquema de um AutotransformadorFonte: http://pessoal.utfpr.edu.br

A figura nos mostra um esquema de um autotransformador. Consta de um bobinado dos extremos A e D, no qual se fez uma derivao no ponto B.Chamaremos de primrio o bobinado AD e secundrio poro BD. Para os Autotransformadores elevadores de tenso, esta denominao ficaria ao contrrio.Podemos observar que o Autotransformador intervm somente para modificar a tenso de entrada e isto significa que conduzir uma potncia tanto mais reduzida quanto menor for a diferena entre as tenses de entrada (Ee) e sada (Es). Chamando Pu a potncia til na sada do autotransformador, a potncia transformada Pt ser dada por uma das seguintes frmulas, conforme o aparelho trabalhe como elevador ou redutor da tenso:

Elevador: Pt=Pu(1-Ee/Es)

Redutor: Pt = Pu(1- Es/Ee)

Esta potncia Pt a que servir de base para fixar a seo do circuito magntico.

3.2. PINCPIO DE FUNCIONAMENTO

Suponhamos um transformador monofsico normal, de dois enrolamentos e de relao de transformao 2:1, como o da figura abaixo:

Fig. 3.2 Esquema de um transformador monofsicoFonte: http://pessoal.utfpr.edu.br

Se unirmos eletricamente os bornes P e S, no haver nenhum inconveniente porque esto constantemente ao mesmo potencial. Ao longo do enrolamento primrio, encontraremos outro ponto cuja tenso coincida com o borne S do enrolamento secundrio. Este ponto ter exatamente, desde P, o mesmo n de espiras que o enrolamento secundrio, ou seja, a metade do primrio, j que a relao de transformao 2:1.Unindo-se tambm estes dois pontos, j que esto ao mesmo potencial no se modificam as condies eletromagnticas de transformao. Dessa maneira, reunindo-se os dois enrolamentos, teramos o esquema da figura abaixo, que o esquema de um Autotransformador.

Fig. 3.3 Esquema de um AutotransformadorFonte: http://pessoal.utfpr.edu.br

3.3. ECONOMIA DO AUTOTRANSFORMADOR COM RELAO AOTRANSFORMADOR

Suponhamos que a potncia do transformador da figura seja de 1000 W. Sendo de 100 V a tenso de entrada, as correntes que circularo nos dois enrolamentos so 10 A e 20 A, como mostra a Fig. 3.3.Sobrepondo-se os dois enrolamentos, vemos que entre os pontos PS e S', circulam duas correntes (10 A e 20 A) de sentido contrrio e a corrente resultante, ser a diferena entre elas.Isto significa que, ao convertermos um transformador em Autotransformador, no s economizaremos o cobre correspondente ao enrolamento secundrio mas preciso aumentar o dimetro do condutor do primrio, pois na parte comum circula a mesma corrente de antes.Ao suprimir-se um enrolamento, se reduz o ncleo magntico e portanto as perdas no ferro e o tamanho fsico. Alm disso, o rendimento tambm melhora.Frente a essas vantagens econmicas que acabamos de citar, os Autotransformadores tem o inconveniente de manter eletricamente unidos os circuitos primrio e secundrio. O Autotransformador possui outro inconveniente pois se houver um rompimento nas bobinas no secundrio a tenso do primrio fica igual a do secundrio. A utilizao principal dos Autotransformadores tem lugar quando possumos um determinado aparelho em uma tenso (por ex. 110 V) e a tenso da rede diferente (por ex. 220 V). Tambm podem ser usados nas partidas dos motores de induo e dos motores sncronos.

CAPTULO IV

4. TRANSFORMADOR DE CORRENTE

4.1. INTRODUO

Os Transformadores de Corrente (popularmente chamados de TC) so equipamentos que permitem aos instrumentos de medio e proteo funcionarem adequadamente sem que seja necessrio possurem correntes nominais de acordo com a corrente de carga do circuito ao qual so ligados. Na sua forma mais simples, eles possuem um primrio, geralmente poucas espiras, e um secundrio, no qual a corrente nominal transformada , na maioria dos casos, igual a 5 A. Dessa forma, os instrumentos de medio e proteo so dimensionados em tamanhos reduzidos com as bobinas de corrente constitudas com fios de pouca quantidade de cobre.Os Transformadores de Corrente so utilizados para suprir aparelhos que apresentam baixa resistncia eltrica, tais como ampermetros, rels de induo, bobinas de corrente de rels diferenciais, medidores de energia, de potncia etc.Os TC's transformam, atravs do fenmeno de converso eletromagntica, correntes elevadas, que circulam no seu primrio, em pequenas correntes secundrias, segundo uma relao de transformao.A corrente primria a ser medida, circulando nos enrolamentos primrios, cria um fluxo magntico alternado que faz induzir as foras eletromotrizes Ep e Es, respectivamente, nos enrolamentos primrio e secundrio.Dessa forma, se nos terminais primrios de um TC, cuja relao de transformao nominal de 20, circular uma corrente de 100 A, obtm-se no secundrio a corrente de 5 A , ou seja : 100/20 = 5A.

4.2. CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS

Os transformadores de corrente podem ser construdos de diferentes formas e para diferentes usos.

4.2.1. TRANSFORMADOR DE CORRENTE TIPO BARRA

aquele cujo enrolamento primrio constitudo por uma barra fixada atravs do ncleo do transformador, conforme mostrado abaixo.

Fig. 4.1 TC tipo barraFonte: www.ebah.com.br

4.2.2. TRANSFORMADOR DE CORRENTE TIPO ENROLADO

aquele cujo enrolamento primrio constitudo de uma ou mais espiras envolvendo o ncleo do transformador, conforme ilustrado abaixo.

Fig. 4.2 TC tipo enroladoFonte: www.ebah.com.br

4.2.3. TRANSFORMADOR DE CORRENTE TIPO JANELA

aquele que no possui um primrio fixo no transformador e constitudo de uma abertura atravs do ncleo, por onde passa o condutor que forma o circuito primrio, conforme abaixo.

Fig. 4.3 TC tipo janelaFonte: www.ebah.com.br

4.2.4. TRANSFORMADOR DE CORRENTE TIPO BUCHA

aquele cujas caractersticas so semelhantes ao Transformador de Corrente do tipo barra, porm sua instalao feita na bucha dos equipamentos ( transformadores, disjuntores, etc.), que funcionam como enrolamento primrio, de acordo como mostrado abaixo.

Fig. 4.4 TC tipo buchaFonte: www.ebah.com.br

4.2.5. TRANSFORMADOR DE CORRENTE DE NCLEO DIVIDIDO

aquele cujas caractersticas so semelhantes s dos tipo janela , em que o ncleo pode ser separado para permitir envolver o condutor que funciona como enrolamento primrio, conforme mostrado abaixo.

Fig. 4.5 TC de ncleo divididoFonte: www.ebah.com.br

4.2.6. TRANSFORMADOR DE CORRENTE COM VRIOS ENROLAMENTOS PRIMRIOS

aquele constitudo de vrios enrolamentos primrios montados isoladamente e apenas um enrolamento secundrio, conforme abaixo.

Fig. 4.6 TC com vrios enrolamentos primriosFonte: www.ebah.com.br

4.2.7. TRANSFORMADOR DE CORRENTE COM VRIOS NCLEOS SECUNDRIOS

aquele constitudo de dois ou mais enrolamentos secundrios montados isoladamente , sendo que cada um possui individualmente o seu ncleo, formado, juntamente com o enrolamento primrio, um s conjunto, conforme se na figura abaixo. Neste tipo de transformador de corrente, a seo do condutor primrio deve ser dimensionada tendo em vista a maior das relaes de transformao dos ncleos considerados.

Fig. 4.7 TC com vrios ncleos secundriosFonte: www.ebah.com.br

4.2.8. TRANSFORMADOR DE CORRENTE COM VRIOS ENROLAMENTOS SECUNDRIOS

aquele constitudo de um nico ncleo envolvido pelo enrolamento primrio e vrios enrolamentos secundrios, conforme se mostra na figura abaixo, e que podem ser ligados em srie ou paralelo.

Fig. 4.8 TC com vrios enrolamentos secundriosFonte: www.ebah.com.br

4.2.9. TRANSFORMADOR DE CORRENTE COM VRIOS ENROLAMENTOS SECUNDRIOS

aquele constitudo de um nico ncleo envolvido pelos enrolamentos primrio e secundrio, sendo este provido de uma ou mais derivaes. Entretanto o primrio pode ser constitudo de um ou mais enrolamentos, conforme se mostra na figura a seguir. Como os amperes-espiras variam em cada relao de transformao considerada, somente garantida a classe de exatido do equipamento para a derivao que estiver o maior nmero de espiras. A verso deste tipo de TC dada na figura abaixo.

Fig. 4.9 TC com vrios enrolamentos secundariosFonte: www.ebah.com.br

Os transformadores de corrente de baixa tenso normalmente tm o ncleo fabricado em ferro-silcio de gros orientados e est, juntamente com os enrolamentos primrio e secundrio, encapsulado em resina epxi, submetida a polimerizao, o que lhe proporciona endurecimento permanente, formando um sistema inteiramente compacto e dando ao equipamento caractersticas eltricas e mecnicas de grande desempenho, ou seja:J os transformadores de corrente de mdia tenso, semelhantemente aos de baixa tenso, so normalmente construdos em resina epxi, quando destinados s instalaes abrigadas, conforme as figuras a seguir.

Fig. 4.10 TCs de mdia tensoFonte: www.ebah.com.br

Tambm so encontrados transformadores de corrente para uso interno, construdos em tanque metlico cheio de leo mineral e provido de buchas de porcelana vitrificada comum aos terminais de entrada e sada da corrente primria.Os transformadores de corrente fabricados em epxi so normalmente descartados depois de um defeito interno. No possvel a sua recuperao.Os transformadores de corrente de alta tenso para uso ao tempo so dotados bucha de porcelana vitrificada com saias, comum aos terminais de entrada da corrente primria. A figura abaixo mostra um transformador de corrente para uso ao tempo isolado 72,6 kV.

Fig. 4.11 TC de alta tensoFonte: www.ebah.com.br

Os transformadores de corrente destinados a sistemas iguais ou superiores a 69 kV tm os seus primrios envolvidos por uma blindagem eletrosttica, cuja finalidade uniformizar o campo eltrico.

4.3. CORRENTES DE MAGNETIZAO

Corrente de magnetizao a que circula no enrolamento primrio do transformador de corrente como conseqncia do fluxo magnetizante do ncleo.A curva de magnetizao dos transformadores de corrente fornecida pelos fabricantes permite que se calcule, entre outros parmetros, a tenso induzida no seu secundrio e a corrente magnetizante correspondente.De acordo com a Fig. 4.12, que representa a curva de magnetizao de um transformador de corrente para servio de proteo, a tenso obtida no joelho da curva aquela correspondente a uma densidade de fluxo B igual a 1,5 tesla (T), a partir da qual o transformador de corrente entra em saturao. Deve-se lembrar de que 1 tesla a densidade de fluxo de magnetizao de um ncleo, cuja seo de 1 m2 e atravs da qual circula um fluxo de 1 weber (W). Por outro lado, o fluxo magntico representa o nmero de linhas de fora magntica, emanando de uma superfcie magnetizada ou entrando na mesma superfcie. Resumindo o relacionamento destas unidades, tem-se:

Fig. 4.12 Curva de magnetizao de um transformador de correnteFonte: www.ebah.com.br

A corrente de magnetizao varia para cada transformador de corrente, devido a no linearidade magntica dos materiais de que so constitudos os ncleos. Assim, medida que cresce a corrente primria, a corrente de magnetizao no cresce proporcionalmente, mas, segundo uma curva dada na figura abaixo, tornada como ordem de grandeza.

Fig. 4.13 Curva da corrente primriaFonte: www.ebah.com.br

Os TC's destinados ao servio de proteo, por exemplo, que atingem o incio da saturao a 20 x In, ou a 1,5 T, segundo a curva da caracterstica, devem ser projetados para, em operao nominal, trabalhar com uma densidade magntica aproximadamente igual a 0,075 T. Quando no se consegue uma chapa de ferro-silcio que trabalhe a corrente nominal primria com um valor de densidade magntica igual ou inferior a 1/20 do valor da densidade magntica de saturao, necessrio utilizar reatores no lineares em derivao com os terminais de carga. Logo, neste caso, a corrente deduzida da carga igual corrente de magnetizao mais a corrente que flui pelo reator em derivao. importante observar que um transformador de corrente no deve ter o seu circuito secundrio aberto, estando o primrio ligado rede. Isso se deve ao fato de que no h fora desmagnetizante secundria que se oponha fora magnetizante gerada pela corrente primria, fazendo com que, para correntes elevadas primrias, todo o fluxo magnetizante exera sua ao sobre o ncleo do TC, levando-o saturao e provocando uma intensa taxa de variao de fluxo na passagem da corrente primria pelo ponto zero e resultando numa elevada fora eletromotriz induzida nos enrolamentos secundrios. Nesse caso, a corrente de magnetizao do TC assume o valor da prpria corrente de carga. Logo, quando os aparelhos ligados aos TC's forem retirados do circuito, os terminais secundrios devem ser curto-circuitados. A no observncia deste procedimento resultar em perdas Joule excessivas, perigo iminente ao operador ou leiturista e alteraes profundas nas caractersticas de exatido dos transformadores de corrente.A permeabilidade medio muito elevada, magntica, em torno de 0,1, entrando o TC em processo de saturao a partir de 0,4 T.Estes valores de permeabilidade magntica se justificam para reduzir ao possvel a corrente de magnetizao, responsvel direta, como j se observou, pelos erros introduzidos na medio pelos TC's. A permeabilidade magntica caracteriza pelo valor da resistncia ao fluxo magntico oferecido por um determinado material submetido a um campo magntico. Claro que, quanto maior for a permeabilidade magntica menor ser o fluxo que ir atravessar o ncleo de ferro TC, e, conseqentemente, menor ser a corrente de magnetizao.J os transformadores de corrente destinados ao servio de proteo apresentam um ncleo de baixa permeabilidade quando comparada com os TCs de medio, permitindo a saturao somente para uma densidade de fluxo magntico elevado, conforme se pode constatar atravs da curva da figura a seguir.

Fig. 4.14 Diferentes saturaes dos TCsFonte: www.ebah.com.br

4.4. CLASSIFICAO

Os transformadores de corrente devem ser fabricados de acordo com a destinao no circuito no qual estaro operando os transformadores de corrente para medio e para proteo.

4.4.1. TRANSFORMADORES DE CORRENTE PARA SERVIO DE MEDIO

Os transformadores de corrente empregados na medio de corrente ou energia so equipamentos capazes de transformar as correntes de carga na relao, em geral, de Ip/5 A, propiciando o registro dos valores pelos instrumentos medidores sem que estes estejam em ligao direta com o circuito primrio da instalao.Eventualmente, so construdos transformadores de corrente com vrios ncleos, uns destinados medio de energia e outros, prprios para o servio de proteo. Porm, as concessionrias, geralmente, especificam em suas normas unidades separadas para a sua medio de faturamento, devendo o projetista da ao reservar uma unidade independente para a proteo, quando for o caso.

4.4.1.1. CLASSE DE EXATIDO

A classe de exatido exprime nominalmente o erro esperado do transformador de corrente levando em conta o erro de relao de transformao e o erro de defasamento entre as correntes primria e secundria.Considera-se que um transformador de corrente para servio de medio est dentro de sua classe de exatido nominal, quando os pontos determinados pelos fatores de correo de relao percentual (FCRp) e pelos ngulos de fase estiverem dentro do paralelogramo de exatido.De acordo com os instrumentos a serem ligados aos terminais secundrios do transformador de corrente, devem ser as seguintes as classes de exatido destes equipamentos:

Para aferio e calibrao dos instrumentos de medida de laboratrio: 0,1; Alimentao de medidores de demanda e consumo ativo e reativo para fins de faturamento: 0,3; Alimentao de medidores para fins de acompanhamento de custos industriais: 0,6; Alimentao de ampermetros indicadores, registradores grficos, reles de impedncia, rels diferenciais, reles de distncia, reles direcionais: 1,2; Alimentao de reles de ao direta, por exemplo, aplicados em disjuntores primrios de subestaes de consumidor: 3,0

A classe de preciso 3,0 no tem limitao de erro de ngulo de fase e o seu fator de correo de relao percentual (FCRp) deve situar-se entre 103 e 97% para que possa ser considerado dentro de sua classe de exatido. Como o erro de um transformador de corrente depende da corrente primria para ser determinada a sua classe de exatido, a NBR 6856/81 especifica que sejam realizados dois ensaios que correspondem, respectivamente, aos valores de 10% e 100% da corrente nominal primria.Como tambm o erro funo da carga secundria do transformador de corrente, os ensaios devem realizados, tomando-se como base os valores padronizados destas cargas que podem ser obtidos na j mostrada. O transformador de corrente s considerado dentro de sua classe de exatido se os resultados dos ensaios levados para os grficos das figuras do paralelogramo.Uma anlise dos paralelogramos de exatido indica que, quanto maior for a rente primria, menor ser o erro de relao permitido para o transformador de corrente. Contrariante, quanto menor for a corrente primria, maior ser o erro de relao permitido. Isto se deve influncia da corrente de magnetizao. Outra maneira de testar esta afirmao observar o grfico da figura abaixo.

Fig. 4.15 Grfico de exatido do TCFonte: www.ebah.com.br

4.4.2. TRANSFORMADORES DE CORRENTE DESTINADOS PROTEO

Os transformadores de corrente destinados proteo de sistemas eltricos so equipamentos capazes de transformar elevadas correntes de sobrecarga ou de curto-circuito em pequenas correntes, propiciando a operao dos rels sem que estes estejam em ligao direta com o circuito primrio da instalao, oferecendo garantia de segurana aos operadores, facilitando a manuteno dos seus componentes e, por fim, tornando-se um aparelho extremamente econmico, j que envolve reduzido emprego de matrias-primas.Ao contrrio dos transformadores de corrente para medio, os transformadores de corrente para servio de proteo no devem saturar para correntes de elevado valor, tais como as que se desenvolvem durante a ocorrncia de um defeito no sistema. Caso contrario, os sinais de corrente recebidos pelos rels estariam mascarados, permitindo, desta forma, uma operao inconsequente do sistema eltrico. Assim, os transformadores de corrente para servio de proteo apresentam um nvel de saturao elevado, igual a 20 vezes a corrente nominal, conforme se pode mostrar na curva da figura abaixo, como exemplo genrico.

Fig. 4.16 Diferentes curvas de saturao dos TCsFonte: www.ebah.com.br

Pode-se perfeitamente concluir que jamais se deve utilizar transformadores de corrente de proteo em servio de medio e vice-versa. Alm disso, deve-se levar em conta a classe de exatido em que esto enquadrados os transformadores de corrente para servio de proteo que, segundo a NBR 6856/81, podem ser de 5 ou 10.

CAPTULO V

5. TRANSFORMADOR DE POTENCIAL

5.1. INTRODUO

Os transformadores de potencial so equipamentos que permite a medio e a proteo dos equipamentos de medida e dos operadores.Os TPs possuem um enrolamento primrio com muitas espiras e um secundrio onde se tem uma tenso desejada, esta tenso no secundrio normalmente padronizada em 115 V ou 115 / 3 V. Desta forma os instrumentos de medio so dimensionados em tamanhos reduzidos com bobinas e demais componentes de baixa isolao, promovendo economia e segurana.Os transformadores de potencial so utilizados para aparelhos que apresentam elevada impedncia, tais como voltmetro, rels de tenso, bobinas de tenso de medidores de energia, etc. Em geral os TPs so instalados juntamente com os TCs (Transformadores de corrente).

Fig. 5.1 Instalao de um conjunto TP-TCFonte: manual de equipamentos eltricos, cap.6 pag. 192

Fig. 5.2 Instalao de um TPFonte: manual de equipamentos eltricos, cap.6 pag. 193

Como se observa a Fig. 5.1, uma subestao ao tempo de 230 kV de tenso nominal. J a Fig. 5.2 mostra a instalao de um transformador de potencial na sua base de concreto armado.Os transformadores para instrumentos (TP-TC) devem fornecer corrente e/ou tenso aos instrumentos conectados ao enrolamento do secundrio, que atenda as seguintes prescries: o circuito secundrio deve ser galvanicamente separado e isolado do primrio a fim de proporcionar segurana aos operadores dos instrumentos ligados ao TP; a medida da grandeza eltrica de ser adequada aos instrumentos que sero utilizados, tais como rels, medidores de energia, medidores de tenso, corrente, etc.

5.2. CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS

Os transformadores de potencial so fabricados conforme o grupo de ligao requerido, com as tenses primrias e secundrias necessrias e com tipo de instalao.O enrolamento do primrio constitudo de uma bobina com varias camadas de fio, submetida a uma esmaltao, em geral dupla, enrolada a um ncleo de ferro magntico no qual tambm se obtm o enrolamento secundrio.No enrolamento secundrio ou tercirio de fio de cobre duplamente esmaltado e isolado do ncleo e do enrolamento primrio por meio de fitas e papel especial. Se o transformador for feito em epxi, o ncleo com as respectivas encapsulado atravs de processos especiais de modo a evitar formao de bolhas, o que, para tenses elevadas, se constitui em um fator de defeito grave. Nestas condies este transformador torna-se compacto, de peso relativamente pequeno, porm descartvel ao ser danificado.Se for de construo a leo, o ncleo com as respectivas bobinas so secos sob vcuo e calor. O transformador, ao ser completamente montado, tratado a vcuo para em seguida ser preenchido com leo isolante. O tanque, onde acoplado o ncleo juntamente com os enrolamentos, construdo com chapa de ferro pintada ou galvanizada a fogo. Na parte superior so fixados os isoladores de porcelana vitrificada, dois para TPs do grupo 1 e somente um para os TPs dos grupos 2 e 3. Alguns transformadores possuem tanque de expanso de leo, localizado na parte superior da porcelana.J na parte inferior do TP est localizado o tanque com os elementos ativos, onde se encontra a caixa de ligao dos terminais secundrios. Os transformadores de potencial podem ser construdos de dois tipos bsicos: TPs indutivos e TPs capacitivos.

5.2.1. TRANSFORMADOR DE POTENCIAL DO TIPO INDUTIVO

So, desta forma, construdos basicamente todos os transformadores de potencial para utilizao at a tenso de 138 kV, por apresentarem custo de produo inferior ao tipo capacitivo. Os transformadores de potencial indutivo so dotados de um enrolamento primrio envolvendo um ncleo de ferro-silcio que comum ao enrolamento secundrio, conforme e visto na Fig. 5.3.Os transformadores de potencial funcionam com base na converso eletromagntica entre os enrolamentos primrio e secundrio. Assim, para uma determinada tenso aplicada nos enrolamentos primrios, obtm-se nos terminais secundrios uma tenso reduzida devido relao de transformao de tenso. Da mesma forma acontece se for aplicada uma tenso no secundrio devido relao de transformao considerada, obtida nos terminais primrios uma tenso elevada. Se, por exemplo, aplica-se uma tenso de 13.800 V nos terminais primrio de um TP, cuja a relao de transformao nominal de 120, logo teramos a tenso no secundrio de 115 V, ou seja: 13,800/120 = 115V.Os transformadores de potencial indutivos so construdos segundo trs grupos de ligao previstos na NBR6855 Transformadores de Potencial Especificaes:

Grupo 1 so aqueles projetados para ligao entre fases. So basicamente os do tipo utilizado nos sistemas de at 34,5 kV. Os transformadores enquadrados nesse grupo devem suportar continuamente 10% de sobrecarga. A Fig.5.6 mostra um transformador de potencial do grupo 1, em leo mineral, classe 15 kV. J a Fig. 5.7 mostra um TP do mesmo grupo em epxi.

Grupo 2 so aqueles projetados para ligao entre fase e neutro de sistemas diretamente aterrados, isto : Rz/Xp 1, sendo Rz o valor da resistncia de sequencia zero do sistema e Xp o valor da resistncia de sequencia positiva do sistema.

Grupo 3 so aqueles projetados para ligao entre fase e neutro de sistemas onde se garanta a eficcia do aterramento.

Os transformadores enquadrados nos grupos 2 e 3 segundo a Fig.5.4. A tenso primria destes transformadores corresponde tenso de fase da rede, enquanto no secundrio as tenses podem ser de 115/3 V ou 115 V, ou ainda as duas tenses mencionadas, obtidas atravs de uma derivao, conforme visto na Fig.5.5. A Fig. 5.8 mostra um transformador de potencial do grupo 2, a leo mineral da classe 230 kV.Existem transformadores de potencial que, por causa da sua classe de tenso e consequentemente de suas dimenses, so constitudos de duas partes acopladas formando uma nica unidade de conformidade com a Fig.5.9.

Fig. 5.3 Representao de um transformador de potencialFonte: manual de equipamentos eltricos, cap.6 pag. 194

Fig. 5.4 Representao dos transformador de potencial dos grupos 2 e 3Fonte: manual de equipamentos eltricos, cap.6 pag. 195

Fig. 5.5 Representao de um transformador de potencial com derivaoFonte: manual de equipamentos eltricos, 3 edio, cap.6 pag. 195

Fig. 5.6 TP de 15kV, tipo leo mineralFonte: manual de equipamentos eltricos, 3 edio, cap.6 pag. 195

Fig. 5.7 TP de 15Kv, instalao a secoFonte: manual de equipamentos eltricos, 3 edio, cap.6 pag. 195

Fig. 5.8 transformador de potencial de classe 230kVFonte: manual de equipamentos eltricos, 3 edio, cap.6 pag. 196

Fig. 5.9 - transformador de potencial indutivoFonte: manual de equipamentos eltricos, 3 edio, cap.6 pag. 196

5.2.2. TRANSFORMADOR DE POTENCIAL DO TIPO CAPACITIVO

Os transformadores deste tipo so construdos basicamente com a utilizao de dois conjuntos de capacitores que servem para fornecer um divisor de tenso e permitir a comunicao atravs do sistema Carrier. So construdos normalmente para tenses iguais a 138 kV e apresentam como esquema bsico a Fig.5.8.O transformador de potencial capacitivo constitudo de um divisor capacitivo, cujas clulas que formam o condensador so ligadas em serie e o conjunto fica imerso no interior de um invlucro de porcelana. O divisor capacitivo ligado entre fase e terra. Uma derivao intermediaria, alimenta um grupo de medida de media tenso que compreende, basicamente, os seguintes elementos:

Um transformador de potencial ligado na derivao intermediaria, atravs de um ponto de conexo e fornecendo as tenses secundrias desejadas; Um reator de compensao ajustvel para controlar as quedas de tenso e a defasagem no divisor capacitivo, na frequncia nominal, independente da carga, porm nos limites previstos pela classe de exatido considerada; Um dispositivo de amortecimento dos fenmenos de ferro-ressonncia.

A no ser pela classe de exatido, os transformadores de potencial no se diferencial entre aqueles destinados medio e proteo. Contudo, so classificados de acordo com erro que introduzem nos valores medidos no secundrio.A Fig. 5.10 mostra um transformador de potencial capacitivo, detalhando as suas partes componentes.

Fig. 5.10 - transformador de potencial capacitivoFonte: manual de equipamentos eltricos, 3 edio, cap.6 pag. 197

5.3. CARACTERISTICAS ELETRICAS

Sero estudadas agora as caractersticas eltricas dos transformadores de potencial, particularizando cada parmetro que merea importncia para o conhecimento desse equipamento.Os transformadores de potencial so bem caracterizados por dois erros que cometem ao reproduzir no secundrio a tenso a que esto submetidos no primrio. Estes erros so: o erro de relao de transformao e o erro de ngulo de fase.

5.3.1 ERRO DE RELAO DE TRANSFORMAO

Esse tipo de erro registrado na medio de tenso com TP, onde a tenso primaria no corresponde exatamente ao produto da tenso lida no secundrio pela relao de transformao de potencial nominal. Este erro pode ser corrigido atravs do fator de correo de relao (FCR). O produto entre a relao de transformao de potencial nominal (RTPr), ou seja:

FCRr = RTPr RTP

Finalmente, o erro de relao pode ser calculado percentualmente atravs da equao a seguir:

p= RTP x Vs Vp X 100% Vp

Vp tenso aplicada no primrio do TP

Fig. 5.11 grficos de classe de exatido dos transformadores de potencialFonte: manual de equipamentos eltricos, 3 edio, cap.6 pag. 198.

5.3.2 ERRO DE NGULO DE FASE

o ngulo Y que mede a defasagem entre a tenso vetorial secundria de transformador de potencial. Pode ser expresso pela equao a Seguir Y=26x(FCTP FCRP) ()

FCTp o fato de correo de transformao que considera tanto o erro de relao de transformao (FCRp), como erro do ngulo de fase, nos processos de medio de potencia. A relao entre o ngulo de fase () e o fator de correo de relao dada nos grficos da Fig. 5.12, extrada da NBR 6855.Os grficos da Fig.5.11 so determinados a partir da equao acima. Assim, fixando-se os valores de FCTp para cada classe de exatido considerada e variando-se os valores de FCRP, tem-se para a classe 0,6:FCTp= 100,6 %FCTP= 99,4%Y =26x(99,4 - 100,6) = -31,2 Y =26x(100,6 99,4) = 31,2

5.4. CLASSE DE EXATIDO

A classe de exatido exprime nominalmente o erro esperado do transformador de potencial, levando em conta o erro de relao de transformao e o erro de defasamento angular entre as tenses primaria e secundria. Este erro medido pelo fator de correo de transformao.Dessa forma conclui-se que o FCT o numero que deve ser multiplicado pelo valor da leitura de determinados aparelhos de medida, tais como o medidor de energia eltrica e de demanda wattmetro, varmetro, etc., de sorte a se obter a correo dos efeitos simultneos do fator de correo de relao e do ngulo de defasagem entre Vs e o inverso de Vp.Os erros verificados num determinado transformador de potencial esto representados com a carga secundaria a ele acoplada e ao fator de potencia correspondente desta mesma carga.Considera-se que um TP est dentro da sua classe de exatido, quando os pontos determinados pelos fatores de correo de relao (FCR) e pelos ngulos d fase () estiverem dentro do paralelogramo de exatido correspondente a sua classe de exatido. Para se determinar a classe de exatido do TP, so realizados vrios ensaios em vazio e em carga com valores padronizados por norma. Cada ensaio correspondente a cada carga padronizada efetuado para as seguintes condies:

Ensaio sob tenso nominal; Ensaio a 90% da tenso nominal; Ensaio a 110% da tenso nominal.

Os transformadores de potencial, segundo a NBR 6855, podem apresentar as seguintes classes de exatido: 0,3 - 0,6 - 1,2. Existindo ainda TPs da classe de exatido 0,1. Os TPs construdos na classe de exatido 0,1 so utilizados nas medies em laboratrios ou em outras que queiram uma elevada precisam de resultado. J os TPs enquadrados na classe de exatido 0,1 so destinados medio de energia eltrica com fins de faturamento. No caso de um transformador de potencial da classe de exatido 3, considera-se que ele esta dentro de sua classe de exatido em condies especificadas quando, nestas condies, o fator de correo de relao estiver entre os limites 1,03 e 0,97.Os transformadores de potencial com um nico enrolamento secundrio devem estar dentro da sua classe de exatido quando submetidos s tenses compreendidas entre 90% e 110% da tenso nominal e para todos os valores de carga nominal desde a sua clas