Manutencao-de-transformadores (1).pdf

8/12/2019 Manutencao-de-transformadores (1).pdf

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poio

Manuteno

de

transfor

madores

Em 1885, George Westinghouse Jr. compra

os direitos da patente de Goulard-Gibbs para

construir transformadores de corrente alternada

e encarrega William Stanley dessa tarefa. Stanley

desenvolveu o primeiro modelo comercial

do que, naquele momento, nomeou-se de

transformador. O transformador possibilitava

a elevao das tenses diminuindo as perdasna transmisso de energia eltrica, permitida

pelo uso da corrente alternada, ao contrrio da

corrente contnua de Edison.

O transformador um equipamento eltrico,

sem partes necessariamente em movimento,

que transfere energia eltrica de um ou mais

circuitos (primrio) para outro ou outros

circuitos (secundrio, tercirio), alterando os

valores de tenses e correntes em um circuito

de corrente alternada, ou modicar os valoresde impedncia do circuito eltrico, sem

alterar a frequncia do sistema. A necessidade

da utilizao de baixos nveis de tenso no

consumidor e a necessidade de transmitir

energia eltrica com tenses elevadas tornam

muito importante o papel desempenhado pelo

transformador de potncia.

Os transformadores representam o ativo mais

caro da cadeia que conecta a gerao at os pontos

de utilizao de energia eltrica. Atualmente,

Por Marcelo Paulino*

Captulo I

Princpios bsicos de transformadores

de potncia

com a presso imposta pelas necessidades

tcnicas e comerciais, como as condies de um

mercado de energia livre ou pelos esforos em

manter o fornecimento de energia com qualidade

a todos os seus clientes, aumentam as abordagens

de uma manuteno baseada nas condies do

equipamento.

As equipes envolvidas com comissiona-mento e manuteno tm sofrido crescente

presso para reduzir custos, mesmo sendo

foradas a manter antigas instalaes em

operao por tanto tempo quanto possvel.

Os equipamentos eltricos instalados em

subestaes podem ser solicitados a operar sob

diversas condies adversas, tais como: altas

temperaturas, chuvas, poluio, sobrecarga

e, dessa forma, mesmo tendo uma operao

e manuteno de qualidade, no se pode

descartar a possibilidade de ocorrerem falhas

que deixem indisponveis as funes de

transmisso e distribuio de energia eltrica

aos quais pertencem.

Entretanto, a checagem regular das condies

de operao desses equipamentos torna-se

cada vez mais importante. Torna-se imperativa

a busca de procedimentos e de ferramentas que

possibilitem a obteno de dados das instalaes

de forma rpida e precisa. Portanto, para

Novo!Novo!


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53Apoio

subsidiar os artigos futuros sobre aspectos e procedimentos

de manuteno, o presente texto apresenta os princpios

bsicos de funcionamento de transformadores de potncia.

Princpio de funcionamento do

transformador monofsico O transformador um aparelho esttico, sem partesem movimento, que se destina a transferir energia eltrica

de um circuito para outro, ambos de corrente alternada

(CA), sem mudana no valor da frequncia. O lado que

recebe a potncia a ser transferida chamado de circuito

primrio e o lado do transformador que entrega potncia

chamado de circuito secundrio. A transferncia

realizada por induo eletromagntica.

Simplicando-se a lei de Lenz-Faraday, tem-se que,

sempre que houver movimento relativo entre um campo

magntico e um condutor, ser induzida uma tenso

(f.e.m. - fora eletromotriz) em seus terminais.

Pode-se ainda armar que ocorrer a induo de

corrente quando uma espira condutora colocada (imvel)em uma regio onde existe um campo magntico varivel

ou quando um circuito posto em movimento dentro

de um campo magntico constante. A Figura 1 mostra

a representao do estabelecimento do uxo magntico

pela bobina primria devido aplicao da tenso U1.

Aplicando-se a tenso U1, no primrio do transformador,

circular uma pequena corrente denominada corrente

em vazio, representada neste texto por I0. Se a tenso

aplicada varivel no tempo, a corrente I0tambm o .

De acordo com a lei de Ampre, tem-se:

Figura 1 Estabelecimento do uxo entre duas bobinas.

Tenso

Alternada

de Entrada

U1

Tenso

Alternada

de Sada

U2

Fluxo Magntico -

SecundrioPrimrio

Em que:

H a intensidade do campo;

l o comprimento do circuito magntico;

N1I0 a fora magnetomotriz.


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Manuteno

de

transfor

madores A expresso (9) importante, pois E1e E2so acessveis

a uma medio. Assim, utilizando-se um voltmetro

no primrio, obtm-se U1 e, no secundrio, estando o

transformador em vazio, U2; desta forma, acha-se a relao

do nmero de espiras com pequeno erro.

Relao de transformao real

Ao aplicar uma carga ZCao secundrio, a corrente I

2

circula pelo secundrio e I1assume valores superiores

a I0assim, haver queda de tenso no primrio e no

secundrio e, portanto:

Observe-se que:

se K > 1, o transformador abaixador; e, se K < 1, o transformador elevador.

Princpio de funcionamento dotransformador trifsico

A transformao trifsica pode ser realizada com

um nico transformador destinado a este m ou por um

banco de transformadores monofsicos. No caso de um

transformador nico, o custo inicial inferior ao uso de

bancos, pois existir apenas uma unidade. Entretanto, exige

outro transformador de mesma potncia como reserva.A Figura 4 mostra a representao de um transformador

trifsico com as bobinas de cada fase dispostas em uma

nica perna do ncleo magntico. Alm de promover a

sustentao mecnica para as bobinas, o ncleo cria o

caminho para a conduo do uxo magntico.

Ncleo

O ncleo do transformador construdo com uso

de chapas de ao-silcio, laminadas e cobertas por uma

pelcula isolante. Com laminao a frio e tratamento

Nestas condies, dene-se a relao de transformao

real ou a relao entre as tenses primrias e secundrias

quando do transformador em carga, ou seja:

Eventualmente, se a queda de tenso secundria

for pequena (o que acontece para transformadores bem

projetados) pode-se supor que:

Figura 4 Representao de um transformador trifsico.

Figura 5 Ncleo de um transformador trifsico real.

trmico, ocorre a orientao dos domnios magnticos

permitindo a reduo das perdas e da corrente de

magnetizao e possibilitando alcanar altas densidades

de uxo. A estrutura formada pelas chapas sustentada

por traves metlicas solidamente amarradas por faixas de

bra de vidro impregnadas com resina.

Um sistema trifsico simtrico e equilibrado possui trs

correntes com mesmo mdulo, porm, defasadas de 120

eltricos uma das outras. Pela lei de Ampre, elas originam

uxos nos ncleos monofsicos, tambm defasados de

120. Analogamente s correntes trifsicas, quando os

uxos juntarem-se em um ponto, sua soma ser nula, o

que ocorre no local de unio dos trs ncleos. A soluo

que se adota, em termos prticos, bastante simples, ou

seja: retira-se um dos ncleos, inserindo entre as colunas

(ou pernas) laterais, outra com as mesmas dimenses.

O circuito magntico das trs fases, neste caso, resulta

desequilibrado. A relutncia da coluna central menor que

as outras, originando uma pequena diferena nas correntes

de magnetizao de cada fase. Existem diversos tipos de

ncleo, entretanto o mostrado na Figura 5 o mais comum

devido sua facilidade construtiva e de transporte.

Este tipo de ncleo, em relao a trs monofsicos,

apresenta como vantagem o fato de que quaisquer


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Figura 6 Disposio dos enrolamentos montados no ncleo do

transformador.

Figura 7 Conexes possveis dos enrolamentos de um transformador

trifsico: (a) estrela, (b) delta, (c) zig-za

desequilbrios magnticos causados pelas diferentes

condies eltricas das trs fases, tendem desaparecer

graas interconexo magntica existente entre elas; assim,

a uxo de cada perna distribui-se obrigatoriamente pelas

outras duas. Alm disso, existe a economia de material

em relao ao uso de trs transformadores monofsicos, econsequente diminuio das perdas em vazio.

Como desvantagem, tem-se que as unidades reservas so

mais caras, pois devero ter a potncia total do transformador

a ser substitudo; o monofsico de reserva, por outro lado,

pode ter apenas um tero da potncia do conjunto.

Enrolamentos

Responsvel pela conduo da corrente de carga, os

condutores so enrolados em forma de bobinas cilndricas

e dispostas axialmente nas pernas do ncleo. A Figura 6

mostra a disposio dos enrolamentos com ordem crescente

de tenso, ou seja, a bobina de tenso inferior colocada

prxima ao ncleo e assim por diante.

Os enrolamentos de um transformador trifsico

podem ser conectados em estrela (Y), delta () ou zig-

zag, conforme mostra a Figura 7.

As ligaes delta e estrela so as mais comuns.

A ligao zig-zag tipicamente uma conexo


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de

transfor

madores secundria. A sua caracterstica principal sempre

afetar igual e simultaneamente duas fases primrias,

pois os seus enrolamentos so montados em pernas

distintas seguindo uma ordem de permutao circular.

Naturalmente, este fato a torna mais adequada para ser

utilizada em presena de cargas desequilibradas. Adotando-se o padro de designar as ligaes

primrias por meio de letras maisculas e secundrias

por letras minsculas, tem-se na Tabela 1 as conexes

dos enrolamentos. O princpio de funcionamento

basicamente o mesmo do monofsico, tanto em vazio

como em carga.

Relao de transformao de transformadores

trifsicos

Como se sabe, a relao de transformao real

denida como a relao entre as tenses primrias (U1)

e as secundrias (U2), ou seja:

No transformador trifsico a relao de

transformao tem a mesma denio, sendo as tensesentre fases; porm, devido conexo dos enrolamentos

(E1 e E

2 so tenses induzidas entre os terminais dos

enrolamentos), ela no ser, em todos os casos, igual

relao de espiras. A Figura 8 mostra duas conexes de

transformadores trifsicos.

Entretanto, como os enrolamentos podem estar

conectados de diversas maneiras, nota-se que para

cada modo de ligao haver uma diferena entre a

relao de transformao e a relao do nmero de

espiras. A Tabela 2 mostra os valores de K em funo

de KNpara cada ligao:

Corrente em vazio

Nos transformadores trifsicos, com a montagem

de ncleo mostrada, as correntes de magnetizao

devem ser iguais entre si, nas fases laterais, e

ligeiramente superiores na fase da perna central.

Isto se deve ao fato de que as relutncias das pernas

correspondentes as laterais so maiores. Dessa

forma, adota-se um valor mdio para a corrente em

vazio, ou seja:

Circuito equivalente e parmetros do

transformador

De uma forma geral, os sistemas de potncia

so representados por apenas uma fase e um

neutro, considerando as restantes como simtricas,

evidentemente, consegue-se isto com a ligao Y. No

caso dos parmetros percentuais, tal fato ir relevante,

pois independem das conexes dos enrolamentos,

enquanto nos magnetizantes, ocorre exatamente o

contrrio.

Assim no caso do primrio em ligao delta,

utiliza-se transform-la na estrela equivalente. Desta

forma, o transformador trifsico ser representado

Sendo assim, as relaes de transformao K e KN

para cada caso seriam:

Na Figura 8a:

Sendo (13) e estando o transformador em vazio, tem-se:

Na Figura 8b:

Ento:

TABELA1 CONEXESDOSENROLAMENTOS

D D D Y Y Y

d y z d y z

PRIMRIO

SECUNDRIO

Figura 8 Conexes de transformador trifsico.

TABELA2 VALORESDEK EMFUNODEKN PARAASDIVERSASLIGAES

DD DY DZ YY YD YZLIGAO

K


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pelos parmetros de uma fase, supondo as conexes

primrias em estrela e carga trifsica simtrica e

equilibrada.

Tipos de transformadores de potncia

So classificados como transformadores depotncia em dois grupos:

Transformadores de potncia ou de fora, os

quais so utilizados, normalmente, em subestaes

abaixadoras e elevadoras de tenso, empregados para

gerar, transmitir ou distribuir energia eltrica. Podem

ser considerados como transformadores de fora

aqueles com potncia nominal superior a 500 KVA,

operando com tenso de at 765 KV;

Transformadores de distribuio, cuja funo

de abaixar a tenso para a distribuio a centros deconsumo e clientes finais das empresas de distribuio.

So normalmente instalados em postes, plataformas

ou cmeras subterrneas. Possuem potncia tpicas

de 30 kVA a 300 kVA. Em alta tenso apresenta de 15

kV ou 24,2 KV, e em baixa tenso de 380 V a 127 V.

Figura 9 Transformadores de distribuio (monofsico e trifsico,

respectivamente).

Figura 10 (a) Transformador subterrneo utilizado em cmaras abaixo

do nvel do solo. (b) Transformador enclausurado em que o leo do

transformador no tem contato com o exterior.


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poio

A funo do isolante em transformadores garantir o

isolamento eltrico entre as partes energizadas e permitir

a refrigerao interna. Transformadores utilizam leomineral derivado de petrleo, leos sintticos como

leos de silicones e ascaris, leos isolantes de origem

vegetal, isoladamente a base de compostos resinosos a

seco ou isolado a gs SF6 (hexauoreto de enxofre).

A partir da denio do isolante, um transformador

pode ser classicado como:

Transformador em lquido isolante, cujas partes ativas so

imersas em leo isolante mineral, vegetal ou sinttico; ou

Transformador a seco, geralmente isolados com resinas.

Critrios de classificao

Vrios autores e trabalhos tcnicos tm classificado

os transformadores de acordo com sua funo no

sistema, com os enrolamentos, com o material do

ncleo, com a quantidade de fases, dentre outros

elementos. A seguir so apresentados alguns desses

critrios:

Figura 12 (a) Transformador de fora a leo. (b) Transformador a seco.

Finalidade

De corrente

De potencial

De distribuio

De potncia

Funo no sistema

Elevador

Abaixador

De interligao

Sobre os enrolamentos

Dois ou mais enrolamentos

Autotransformador

Material do ncleo Ferromagntico

Ncleo a ar

Quantidade de fases

Monofsico

Polifsico

Normas tcnicas As principais normas da ABNT sobre

transformadores de potncia so as seguintes:

ABNT NBR 5356-1 Transformadores de potncia

Parte 1: Generalidades;


Parte 2: Aquecimento;


Parte 3: Nveis de isolamento, ensaios dieltricos e

espaamentos externos em ar;


Parte 4: Guia para ensaio de impulso atmosfrico e demanobra para transformadores e reatores;


Parte 5: Capacidade de resistir a curto circuitos;

ABNT NBR 5416 Aplicao de cargas em

Transformadores de potncia Procedimento;

ABNT NBR 5440 Transformadores para redes

areas de distribuio Requisitos;

ABNT NBR 5458 Transformadores de potncia

Terminologia;

ABNT NBR 7036 Recebimento, instalao e

Manuteno

de

transfor

madores

Figura 11 (a) Transformador autoprotegido incorpora componentes

para proteo do sistema de distribuio contra sobrecargas e curto

circuitos na rede. (b) Transformador de pedestal (pad-mounted), que,

alm dos componentes de protees contra sobrecargas, curtos-

circuitos e falhas internas, possui caractersticas particulares de

operao, manuteno e segurana.


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TABELA3 - TIPOSDETRANSFORMADORESEMRELAOAOTIPODESUBESTAO

TIPODESUBESTAO

ABRIGADAEMALVENARIA

ABRIGADAEMCABINEMETLICA

SUBTERRNEAESTANQUE

SUBTERRNEANOESTANQUE

AOTEMPONONVELDOSOLO

AOTEMPOACIMADONVELDOSOLO

PARAUSOINTERIOR

X

X

PARAUSOEXTERIOR

X

X

FORA

X

X

X

X

DISTRIBUIO

X

SUBTERRNEO

X

SUBMERSVEL

X

PEDESTAL

X

manuteno de transformadores de potncia para

distribuio, imersos em lquidos isolantes;

ABNT NBR 7037 Recebimento, instalao e

manuteno de transformadores de potncia em leo

isolante mineral;

ABNT NBR 8926 Guia de aplicao de rels paraproteo de transformadores Procedimento;

ABNT NBR 9368 Transformadores de potncia de

tenses mximas at 145 kV Caractersticas eltricas

e mecnicas;

ABNT NBR 9369 Transformadores subterrneos

Caractersticas eltricas e mecnicas Padronizao;


com tenso mxima igual ou superior a 72,5 kV

Caractersticas especficas Padronizao;

ABNT NBR 10295 Transformadores de potnciasecos Especificao;


de tenses mximas at 36,2 kV e potncia de 225

kVA at 3750 kVA Padronizao;

ABNT NBR 15349 leo mineral isolante

Determinao de 2-furfural e seus derivados;

ABNT NBR 15422 leo vegetal isolante para

equipamentos eltricos.

Tipos de transformadores em relao aostipos de subestaes

Conforme a seo 9 da ABNT NBR 14039

(subestaes), os transformadores podem ser

instalados em subestaes abrigadas (em alvenaria

ou cabinas metlicas), subterrneas (em cmaras

estanques ou no penetrao de gua) e ao tempo

(no nvel do solo ou acima dele).

Neste sentido so definidos na ABNT NBR 5458 os

seguintes tipos de transformadores:

*MARCELO EDUARDO DE CARVALHO PAULINO engenheiro

eletricista e especialista em Manuteno de Sistemas

Eltricos pela Escola Federal de Engenharia de Itajub

(EFEI). Atualmente, gerente tcnico da Adimarco

|[email protected].

Transformador para interior: aquele projetado para

ser abrigado permanentemente das intempries;

Transformador para exterior: aquele projetado para

suportar exposio permanente s intempries;

Transformador submersvel: aquele capaz de

funcionar normalmente mesmo quando imerso emgua, em condies especificadas;

Transformador subterrneo: aquele construdo para

ser instalado em cmara, abaixo do nvel do solo;

A Tabela 3 indica os tipos de transformadores

que podem ser utilizados em funo dos tipos de

subestaes definidos na ABNT NBR 10439.

RefernciasALMEIDA, A. T. L.; PAULINO M. E. C. Manuteno de

transformadores de potncia. Curso de Especializao

em Manuteno de Sistemas Eltricos UNIFEI, 2012.

MILASCH, M. Manuteno de transformadores em

lquido isolante. So Paulo: Edgard Blucher, 1984.

OLIVEIRA, J. C.; ABREU. J. P. G.; COGO, J. R.

Transformadores: teoria e ensaios. So Paulo: Edgard

Blucher, 1984

GUIA O SETOR ELTRICO DE NORMAS

BRASILEIRAS. So Paulo, Atitude Editorial, 2011.

Continua na prxima edioConra todos os ar tigos deste fascculo em www.osetoreletrico.com.br

Dvidas, sugestes e comentrios podem ser encaminhados para o e-mail

[email protected]

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