Trabalho apresentado como requisito parcial de avaliao da disciplina de Instalaes Eltricas I, ministrado ao 7 perodo noturno, Curso de Engenharia Eltrica, do Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais CESCAGE.Prof.: Mauricio BiczkowskiPONTA GROSSA 20111 INTRODUO1

2 TRANSFORMADORES LEO2

2.1 PRINCIPAIS COMPONENTES2

2.1.1 Enrolamento (Bobinas)2

2.1.2 Ncleo3

2.1.3 leo Isolante4

2.1.4 Tanque principal4

2.1.5 Radiadores4

2.1.6 Tanque de Expanso (Balonete)4

2.1.7 Indicador de nvel de leo5

2.1.8 Secador de Ar (Tubo de Silica-Gel)6

2.1.9 Termmetro6

2.1.10 Imagem Trmica (Termmetro do Enrolamento)7

2.1.1 Tubo de Exploso (Vlvula de Alvio)8

2.1.12 Rel de Gs (Buchholz)9

2.1.13 Buchas (Isoladores)9

2.1.14 Sistema de Refrigerao10

2.2 FUNES DOS LEOS ISOLANTES1

2.2.1 Caractersticas e Estrutura1

2.2.2 Verificaes12

3 ENSAIOS13

3.1 ENSAIOS DE ROTINA13

3.2 ENSAIOS DE TIPO13

3.3 ENSAIOS DIELTRICOS14

3.4 ENSAIOS ESPECIAIS (EXATIDO)14

4 TRANSFORMADORES SECO15

4.1 NCLEO16

4.2 PRINCIPAIS CARACTERSTICAS17

5 TRANSFORMADORES LEO X TRANSFORMADORES SECO19

6 CONCLUSO20

SUMRIO BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 211 INTRODUOO transformador uma mquina esttica que, por meio de induo eletromagntica, transfere energia eltrica de um circuito (primrio), para outros circuitos (secundrio e/ou tercirio), mantendo a mesma freqncia, mas geralmente com valores de tenses e correntes diferentes. Relativo sua refrigerao, eles podem ser a leo ou a seco. Quanto classificao os transformadores podem ser classificados de elevador (eleva a tenso do enrolamento secundrio em relao ao primrio) e abaixador (abaixa a tenso do enrolamento secundrio em relao ao enrolamento primrio). Quanto aos tipos podem ser monofsico ou trifsico. Quanto ligao os transformadores podem ser ligados em estrela, tringulo (delta) ou zig-zag. Normalmente nas estaes primrias, os transformadores so trifsicos, abaixadores e suas ligaes so em tringulo (enrolamento primrio) - estrela (enrolamento secundrio).Definio de Transformador de PotnciaSegundo NBR 5356-1/2008 - Transformador um equipamento esttico com dois ou mais enrolamentos que, por induo eletromagntica, transforma um sistema de tenso e corrente alternadas em outro sistema de tenso e corrente, de valores geralmente diferentes, mas mesma freqncia, com o objetivo de transmitir potncia eltrica.2 TRANSFORMADORES LEOOs transformadores a leo possuem seu sistema isolante composto por uma parte slida (papel isolante) e uma parte lquida (leo isolante), este conjunto tem a funo de garantir a rigidez dieltrica e mecnica do bobinado. So os mais comuns e amplamente utilizados em diversas reas. So de emprego generalizado em sistemas de distribuio, transmisso e em plantas industriais comuns. Existem trs tipos de lquidos isolantes que so usados em transformadores: leo mineral;Silicone,Ascarel, cuja utilizao em territrio nacional proibida por lei. Obs.: Experimentalmente aparece o leo vegetal.2.1 PRINCIPAIS COMPONENTES2.1.1 Enrolamento (Bobinas)Primrio e secundrio so condutores eltricos enrolados ordenadamente sobre um ncleo de ferro. O enrolamento primrio est sempre conectado a fonte de energia, j o enrolamento secundrio sempre conectado a carga e sua fonte de energia induzida do primrio. Na prtica a relao de transformao depende exclusivamente do nmero de espiras nas bobinas primria (N1) e secundria (N2).

Figura 1. Transformador de Potncia e Bobinas

Figura 2. Isoladores eBobinasFigura 3. Transformador em Partes

A importncia do ncleo no transformador grande, pois atravs dele que flui o fluxo magntico do enrolamento primrio para o secundrio. composta de chapas de ferro-silcio isolada, sobreposta uma sobre a outra, formando um bloco de ferro concentrado. Tanto as bobinas como o ncleo devem estar isoladas entre si e, para isto, so empregados papel, papelo e verniz, e para sua sustentao, madeira. Todo este material deve esta bem fixo e prensado para evitar rudos e vibrao.2.1.3 leo IsolanteEm geral os transformadores de mdia e alta tenso so imersos em leo isolante, que tem a finalidade de proporcionar um meio isolante entre as partes energizadas, e como transferncia de calor do ncleo para o exterior do tanque. Os principais lquidos usados como meio isolante so: o ascarel (hoje proibido seu uso, devido agresso que o mesmo provoca ao meio ambiente), o silicone e o leo isolante mineral (derivado do petrleo).2.1.4 Tanque principal atravs do tanque que o calor transferido do ncleo e do enrolamento, atravs do leo isolante, liberado. Os tanques so confeccionados em chapas de ferro reforados, j que sua funo tambm de sustentao da parte ativa do transformador.Os radiadores so fixados na parte externa do tanque e tem como finalidade ajudar na refrigerao do leo isolante, transferindo o calor para fora do tanque. So confeccionados em chapas, com paletas abertas em suas extremidades, o que possibilita o movimento do leo em seu interior, recebendo o leo com temperatura mais elevada na parte superior e retornando o leo com temperatura menor pela parte inferior.2.1.6 Tanque de Expanso (Balonete)O balonete utilizado com a finalidade de compensar as variaes do volume do leo no tanque, em decorrncia da mudana de temperatura no interior do transformador e em funo da carga e da temperatura ambiente. Instalado na parte externa e no ponto mais alto do transformador, o balonete recebe o volume de leo aps sua dilatao e o libera aps sua contrao, ajudado pelo deslocamento do leo, para o tanque, atravs de gravidade (geralmente o volume do leo no balonete deve ficar em torno de 25 a 50% de sua capacidade).2.1.7 Indicador de nvel de leoTem a finalidade de indicar o volume de leo no interior do tanque. Pode ser instalado na extremidade do balonete ou no prprio tanque (quando o transformador no possuir balonete). Em transformadores com balonete, o nvel do leo vem acompanhado de um contato (tipo micro-chave), com finalidade de sinalizar com alarme caso o volume do leo atinja ponto crtico para a operao do transformador.

Figura 4. Indicador de Nvel de leo Mecanismo Interno Figura 5. Indicadores de Nvel de leo Viso Externa

2.1.8 Secador de Ar (Tubo de Silica-Gel)O ar que entra e sai do balonete, acompanhando as variaes do volume de leo, passa pelo secador de ar, deixando nele a umidade. O ar que entra vem do meio ambiente, traz consigo umidade e sujeira, esta no deve chegar at o leo para no contamin-lo, vindo a diminuir sua propriedade dieltrica. O secador de ar um tubo que vai at a parte superior do balonete, e com uma quantidade de cristais de silicagel, que possui a propriedade de absolver a umidade. Quando em condies normais a silica-gel de cor azul, aps sua saturao, pela absoro da umidade, ela muda de cor, adquirindo a tonalidade rosa, podendo ser recuperada aps ser aquecida em estufas. J a sujeira, retida em outro recipiente com leo localizado na parte inferior do tubo.

Figura 6. Secador de ar (tubo de slica-gel) 2.1.9 TermmetroO transformador, por se tratar de uma mquina, tende a sofrer aquecimento durante seu funcionamento. Esta temperatura deve ser acompanhada e controlada para no provocar um desgaste maior nas partes internas do mesmo. Como o leo um elemento de transmisso da temperatura no interior do transformador, este controle feito atravs do termmetro de leo. O termmetro consiste de um bulbo contendo mercrio, que ao sofrer aquecimento se expande atravs de um tubo capilar pressionando os ponteiros que registram a temperatura. Normalmente, no termmetro de temperatura do leo existe um ponteiro para registrar a temperatura, outro com contato para acionar os ventiladores (caso o transformador tenha refrigerao forada).

Figura 7. Indicador de Temperatura do leo 2.1.10 Imagem Trmica (Termmetro do Enrolamento) uma proteo contra alta temperatura nos enrolamentos do transformador. Como no enrolamento que o processo de transformao da tenso acontece, tambm l o ponto mais quente do equipamento e o que mais rpido aquece (esta temperatura relacionada carga do transformador). fundamental o controle desta temperatura, j que, quando ela atinge valores elevados, deteriora o material isolante. O termmetro do enrolamento, assim como o bulbo e o tubo capilar, idntico ao termmetro de leo. A diferena fundamental est no processo de medio desta temperatura (como o custo da leitura direta alto, optou-se pela leitura indireta atravs da relao carga/temperatura). instalado um transformador de corrente (TC) em srie com o enrolamento principal do transformador, seus terminais secundrios esto ligados, tambm em srie, com uma resistncia. A resistncia fica dentro de uma cuba com leo. Com o aumento da carga no transformador, a corrente eltrica que circula no enrolamento tende a aumentar, aumentando tambm no TC, que por sua, vez aquece a resistncia e o leo da cuba,

dilatando o mercrio do tubo capilar, provocando, portanto o deslocamento do ponteiro no termmetro. Quando esta temperatura atinge valores elevados, um contato acionado emitindo alarmes, caso a temperatura persista em aumentar, o transformador desligado atravs de outro contato, que aciona o sistema de proteo desligando o disjuntor e isolando o transformador.

Figura 8. Termmetro de Imagem trmica 2.1.1 Tubo de Exploso (Vlvula de Alvio)O tubo de exploso tem como finalidade proteger o transformador contra presses excessivas que possam ocorrer no seu interior, devido formao de um arco eltrico ou queima de isolante. O tipo mais simples e mais utilizado consiste de um tubo curvado, montado na tampa superior do transformador que ao sofrer a presso interna, rompe uma membrana de vidro vindo a despressurizar o tanque. Atualmente nos transformadores de alta tenso estes tubos esto sendo substitudos por vlvulas de segurana (vlvula de alivio).

Figura 9. Vlvula de alvio2.1.12 Rel de Gs (Buchholz) um dispositivo com a finalidade de proteger os transformadores imersos em leo e com conservador (balonete), contra defeitos internos, que se fazem sentir por movimento brusco do leo ou curto-circuito. Com o curto-circuito, h uma queima do material isolante, dentro do transformador, gerando bolhas de gases (algumas vezes inflamvel). Localizado entre o tanque e o balonete, o rel equipado com duas bias (balancim): uma para registrar baixo e passageiro fluxo de gases ou ar, o qual aciona um alarme sonoro ou luminoso; a outra bia, quando acionada pelo alto e constante fluxo de gases ou ar, desliga o transformador atravs do disjuntor, isolando e evitando sua queima.

Figura 10. Rel de Gs (Buchholz) 2.1.13 Buchas (Isoladores)A funo bsica das buchas ou isoladores nos equipamentos eltricos proporcionar um isolamento eltrico entre o condutor energizado e a carcaa do equipamento. Os materiais mais empregados na sua construo so porcelana e vidro.Figura 1. Isoladores e BuchasQuanto s caractersticas podem ser: rgidos e de suspenso. Quanto forma eles so: isolador de pino, pedestal, suporte e de passagem.2.1.14 Sistema de RefrigeraoPara evitar que a temperatura nos transformadores atinja valores perigosos aos isolamentos, utilizam-se processos de resfriamento, tais como: refrigerao natural (ONAN), ventilao forada (ONAF), circulao forada do leo (OFAF) e refrigerao gua (OFWF). Nos transformadores de mdia tenso, os sistemas, mais usados so: refrigerao natural, que feita pela circulao natural do leo, que retira o calor do conjunto ncleo-bobina, transferindo-o ao meio ambiente. Este processo chamado lquido natural (ONAN). E o transformador classificado como transformador a banho de leo, ou auto-refrigerao. O outro sistema a ventilao forada e nestes casos existem ventiladores fixos nos radiadores, com a finalidade de aumentar a circulao do ar nos radiadores, aumentando a transferncia do calor do leo para o exterior do tanque. Este processo chamado Lquido com ventilao forada (ONAF) e o transformador classificado como transformador a banho de leo, com resfriamento por ventilao.2.2 FUNES DOS LEOS ISOLANTESO isolamento eltrico entre as espiras feito por meio de papel ou outro isolante slido (como os vernizes), colocado sobre a superfcie do condutor. A resistncia eltrica dos condutores das bobinas causa, quando da passagem da corrente, o seu aquecimento. O calor, assim gerado, ir causar a degradao trmica do material isolante e, portanto, fcil observar que quanto mais eficientemente for removido maior ser a vida til do sistema. Assim, vemos que a principal funo dos isolantes fluidos a refrigerao das espiras de material condutor. Alm disso, fcil observar que quanto melhores forem as caractersticas isolantes do fluido utilizado, mais econmico poder ser o projeto do sistema pela reduo da quantidade do isolante slido e pela diminuio das distncias entre espiras, entre bobinas e ncleo e entre estes e as partes aterradas. Portanto, vemos que os lquidos isolantes devem cumprir duas funes principais nos transformadores: - Refrigerao(Parte1de 3)

(Parte2de 3)- Isolamento Eltrico2.2.1 Caractersticas e EstruturaOs leos para transformadores devem possuir:- Boa Condutibilidade Trmica Neste ponto, podemos observar que o material a ser empregado deve atender a duas exigncias opostas, isto , os materiais isolantes eltricos so tambm isolantes trmicos.- Baixa Viscosidade Para compensar esta deficincia natural (acima citada), necessrio que o lquido a ser utilizado tenha uma viscosidade tal que permita a sua rpida circulao entre as fontes de calor e o meio externo.- Boa Estabilidade Trmica Sabendo que a principal funo dos fluidos isolantes a refrigerao das bobinas, fcil observar que estes materiais no devem sofrer a ao da temperatura.- Baixa Reatividade Qumica Durante a operao dos transformadores os isolantes lquidos, por circularem em todo o sistema, estaro em contato com todos os demais materiais presentes nos equipamentos. Estes materiais no devem sofrer ataque qumico por parte do lquido isolante de forma a no perder suas propriedades originais.Assim, em resumo, os leos isolantes para transformadores devem apresentar as seguintes caractersticas fundamentais: - Boa Condutibilidade Trmica;- Boas Caractersticas de Isolamento Eltrico;- Baixa Viscosidade;- Boa Estabilidade Trmica;- Baixa Reatividade Qumica;- Resistncia ao fogo. importante ainda, apontar que os transformadores instalados em locais onde o risco de incndios e exploses deve ser minimizado, exigem uma propriedade especial do isolante a ser empregado: a propriedade de resistncia ao fogo. Assim, os transformadores instalados em locais de circulao de pessoas, como prdios residenciais e comerciais, instalaes industriais internas e veculos, devem ter um meio isolante que, alm das propriedades bsicas j descritas, seja tambm retardante de chama.2.2.2 VerificaesNos transformadores deve-se verificar: se no existem vazamentos, (na caixa, radiadores e balonete) e se os registros dos mesmos esto abertos. Verifica-se, o nvel do leo do balonete, condies da silica-gel (caso esteja rosada substitu-la), ventiladores, isoladores (buchas), ligaes a terra. Na caixa de fiao necessrio verificar, limpar, e reapertar os blocos de fiao, chaves trmicas e contadores.3 ENSAIOSAtravs da realizao de ensaios as condies de funcionamento, a eficincia e a capacitao de um transformador so verificadas. Os ensaios so procedimentos de avaliao de um transformador, executados nas instalaes do fabricante ou em outro laboratrio devidamente credenciado. Os ensaios aplicados em transformadores de potncia (ou distribuio) podem ser classificados em, segundo a NBR-6855: Ensaios de Rotina; Ensaios de Tipo; Ensaios Dieltricos; Ensaios Especiais.3.1 ENSAIOS DE ROTINAConstituem ensaios de retina os abaixo relacionados, devendo os ensaios de a a f ser realizados na ordem indicada: a) tenso Induzida; b) tenso suportvel a freqncia Industrial a seco; c) descargas parciais; d) polaridade; e) exatido; f) fator de perdas dieltricas do isolamento; g) estanqueidade, a frio.3.2 ENSAIOS DE TIPOConstituem ensaios de tipo os seguintes: a) todos os ensaios especificados em 3.1; b) resistncia dos enrolamentos; c) corrente de excitao e perdas em vazio; d) impedncia de curto-circuito; e) tenso suportvel de impulso atmosfrico; f) tenso suportvel de impulso de manobra, a seco e sob chuva; g) curto-circuito; h) tenso de radiointerferncia; i) estanqueidade a quente; j) tenso suportvel a freqncia industrial, sob chuva; l) elevao da temperatura.3.3 ENSAIOS DIELTRICOS a) tenso Induzida; b) tenso suportvel a freqncia industrial; c) tenso suportvel de impulso atmosfrico; d) tenso suportvel de impulso de manobra; e) descargas parciais (DP); f) fator de perdas dieltricas do isolamento.3.4 ENSAIOS ESPECIAIS (EXATIDO) a) resistncia dos enrolamentos, corrente de excitao, corrente de curto-circuito e perdas em vazio; b) elevao da temperatura; c) curto-circuito; d) estanqueidade, a frio; e) estanqueidade, a quente; f) tenso de radiointerferncia; g) Condies especficas de TPI projetado para altitude superior a 1000 m;4 TRANSFORMADORES SECOO desenvolvimento dos transformadores a seco, moldados em resina, ocorreu no incio dos anos 60 e teve um grande avano com estudos inovadores das caractersticas convencionais, alm de estudos de substncias vantajosas e de qualidades eltricas aplicadas a ele.Com o objetivo do desenvolvimento plenamente atingido, milhares de transformadores neste padro tm sido fornecidos por indstrias de projetos e construo de transformadores a seco, com aplicaes nas mais diversas condies e instalaes, atestando a sua excepcional confiabilidade, alm da sua caracterstica mpar de ser ecologicamente irrestrito.O projeto e construo dos transformadores a seco devem atender s normas da ABNT, as especificaes para transformadores e reatores, e com isto tambm atender s normas internacionais IEC 76, bem como os nveis de tenses de ensaio como os transformadores em leo, conforme ABNT.Transformadores moldados em resina epxi renem todas as vantagens para a distribuio de energia eltrica, de forma mais econmica, segura, confivel e ecolgica.

Figura 12. Transformador Trifsico em Resina EpxiQuanto mais prxima for fonte de energia do ponto de consumo e quanto mais alta for a tenso, menores sero as perdas no transporte da energia e mais simples a rede eltrica. Sua instalao dispensa portas corta-fogo, poos de recolhimento de fludos e sistemas de combate a incndios, permitindo com isso ser colocado praticamente em qualquer local.Transformadores requerem espao, o qual normalmente escasso e valioso, especialmente na proximidade dos pontos de consumo. Para atender essas exigncias, os transformadores devem ser seguros e confiveis, pois, caso no atendam a essas premissas, representam perigo s pessoas e equipamentos.Os transformadores a seco em resina epxi so compactos, seguros, sem restries ao meio ambiente, versteis tanto no que se referem s conexes e aumento da potncia com o emprego de ventilao forada, no necessitam de manuteno e so ecolgicos.4.1 NCLEOO ncleo utilizado em sua maioria do tipo convencional envolvido, mas pode ser tambm projetado e construdo na forma envolvente. A diferena entre os dois tipos pode ser observada nas figuras 12 e 13. Em geral, o tipo de ncleo envolvente mais econmico para transformadores a seco de baixa tenso, enquanto o tipo de ncleo envolvido mais econmico para os de tenso elevada.

Figura 13. Transformador trifsico do tipo ncleo envolventeOs transformadores do tipo de ncleo envolvente tm sido construdos para tenses at 230kV.

Figura 14. Transformador trifsico do tipo ncleo envolvidoConsiderando o dimensionamento trmico favorvel dos transformadores a seco, e a resistncia ao envelhecimento dos materiais isolantes empregados, a sua vida til esperada igual ou superior dos transformadores em leo isolante. O clculo da ventilao natural ou forada, necessria para os recintos de instalao destes transformadores o mesmo que o aplicado para transformadores em lquidos isolantes.Sem ultrapassar as elevaes mximas de temperatura, os transformadores a seco podem ser submetidos a sobrecargas quando, antes da mesma, operavam em carga parcial e/ou a temperatura mxima ambiente inferior a 40C. De qualquer maneira, a sobrecarga deve ser interrompida quando atingida a temperatura mxima permitida ao isolamento.A parte mais sensvel do transformador quanto temperatura o seu enrolamento. A temperatura do enrolamento no deve ultrapassar um dado valor correspondente classe do material isolante empregado no mesmo.4.2 PRINCIPAIS CARACTERSTICASDe uma forma geral, um transformador a seco foco desta dissertao apresenta as seguintes caractersticas principais: Ocupa aproximadamente 45% da rea de um transformador isolado com leo isolante; Projetos com transformadores a seco, alm de ocuparem menor espao, simplificam as obras civis que so necessrias com os transformadores em lquido isolante (dispensam a execuo de poos de recolhimento de lquido, sistemas de combate a incndio, paredes corta-fogo, etc.), simplificam a instalao eltrica pela dispensa dos acessrios de superviso do transformador; Apresentam baixo custo operacional, pois no requerem manuteno nem apresentam os instrumentos de proteo e controle, tpicos de transformadores com lquido isolante;(Parte2de 3)

(Parte3de 3) Devido inexistncia de fludo isolante, no h risco de exploso e incndio e, adicionalmente, no propagam ou intensificam o fogo tendo em vista o material isolante ser auto-extinguvel; Quando envolvidos em incndios, no produzem nenhum gs ou cinza txicos, no poluindo o ar nem o solo. So, portanto, ecolgicos e em plena sintonia com o meio ambiente; So insensveis umidade, permitindo a energizao a qualquer momento, mesmo estando desligados por longos perodos; Suportam fortes sobrecargas e apresentam excelente resistncia a curtocircuito devido configurao e construo das bobinas; Quando equipados com ventilao forada adequada, proporcionam uma sobrecarga de no mnimo 40%; Admitem uma elevao de temperatura superior aos transformadores isolados a leo.5 TRANSFORMADORES LEO x TRANSFORMADORES SECOOs transformadores a leo possuem seu sistema isolante composto por uma parte slida (papel isolante) e uma parte lquida (leo isolante), este conjunto tem a funo de garantir a rigidez dieltrica e mecnica do bobinado. Os transformadores a leo so os mais comuns e amplamente utilizados em diversas reas.Os transformadores a seco no utilizam leo e possuem seu bobinado encapsulado em resina, os mesmos possuem menor dimenso e so recomendados para instalaes internas que exigem segurana e confiabilidade, logo que no utilizam leo isolante. Este tipo de transformador indicado para reas onde h a presena de pessoas, como fbricas em geral, indstrias qumicas, petroqumicas, prdios residenciais, hospitais, shopping centers, transportes, etc, devido ao menor risco de combusto.As vantagens dos transformadores a seco so: a maior robustez mecnica, menor nvel de descargas parciais internas e a possibilidade de instalao mais prxima ao ponto de carga diminuindo assim as perdas com os cabos de alimentao. Porm, este tipo de transformador possui limitaes de potncia e tenso, alm do custo mais elevado que os transformadores a leo.6 CONCLUSODependendo da necessidade, podemos observar que existem restries, quando da escolha do tipo e potncia de transformadores, relativas custos e segurana.Portanto, de fundamental importncia a anlise dos seguintes fatores relacionados s cargas que sero atendidas: Demanda; Curva de carga; Fator de utilizao; Fator de demanda; Fator de diversidade; Fator de carga; Potncia nominal e fator de potncia; Conservao e uso racional da energia eltrica; Escolha dos nveis de tenso; Lay-out da planta (indstrias).Destra forma indispensvel a avaliao destes fatores para que exista um projeto eficiente, de menor custo, seguro e que atenda as necessidades do usurio, bem como a legislao e normas vigentes.- OLIVEIRA, Jos Carlos de; COGO, Joo Roberto; ABREU, Jos Policarpo G. de Transformadores: Teoria e Ensaios - 1 Edio. So Paulo: Ed. Blucher, 1984; - KOSOW, Irving Mquinas Eltricas e Transformadores. So Paulo: Ed. Globo, 1985; - http://catalogo.weg.com.br;- w.bdtd.ufu.br; http://www.eletrica.ufpr.br; - http://www.aneel.gov.br