Universidade Federal de Uberl ndia Faculdade de Engenharia ... · Apresentac˜ao Ao corpo discente...

Universidade Federal de UberlandiaFaculdade de Engenharia Eletrica

Roteiro para Laboratorio de:

Transformadores

Aulas Praticas e Ensaios

Prof.: Adalton Lima de AguiarProf.: Jose Roberto Camacho

Prof.: Elvio Prado da Silva

10 de agosto de 2010

Terceira Edicao

Sumario

Sumario ii

1 Ensaio para Determinacao da Rigidez Dieletrica do Oleo Isolante 31.1 Coleta da amostra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Preparacao do ensaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 Realizacao do Ensaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.5 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Verificacao da Corrente a Vazio e da Corrente Transitoria (INRUSH) 82.1 Componentes do Transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2 Preparacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3 Esquema de Montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.4 Obtencao da Corrente a Vazio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4.1 Questoes Referentes a Obtencao da Corrente a Vazio . . . . . . . . 102.5 Obtencao da Corrente Transitoria (INRUSH) . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.5.1 Questoes Referentes a Obtencao da Corrente Transitoria . . . . . . 102.6 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3 Ensaio em Vazio de um Transformador Trifasico 123.1 Preparacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.2 Esquema de Montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.3 Levantamento de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.5 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4 Ensaio em Curto-Circuito de um Transformador Trifasico 174.1 Preparacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.2 Esquema de Montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

ii

SUMARIO iii

4.3 Levantamento de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.3.1 Efetuando Ensaio com Corrente Reduzida . . . . . . . . . . . . . . 19

4.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204.5 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.6 Anexo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5 Ensaio para a Determinacao do Rendimento e Regulacao do Transforma-

dor 225.1 Rendimento do Transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5.1.1 Rendimento em Energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.2 Regulacao de Tensao em Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.3 Preparacao do Ensaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.3.1 Execucao do Ensaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.5 Conclusoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

6 Determinacao da Polaridade e Defasamento Angular de Transformadores

Trifasicos 286.1 Preparacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286.2 Determinacao da Polaridade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296.3 Determinacao do Defasamento Angular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.3.1 Defasamento Angular: Comparacao das Tensoes . . . . . . . . . . . 306.3.2 Defasamento Angular: Metodo do Golpe Indutivo . . . . . . . . . . 32

6.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336.5 Conclusoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

7 Operacao em Paralelo de Transformadores 347.1 Preparacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347.2 Ensaios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357.3 Paralelismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377.4 Questoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.5 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

UFU-Laboratorio de Transformadores 3aed. 10 de agosto de 2010

Apresentacao

Ao corpo discente

A disciplina TRANSFORMADORES, obrigatoria no currıculo do curso de Engenharia

Eletrica da Universidade Federal de Uberlandia, e uma disciplina e carater especıfico e parte

de um conjunto de disciplinas que compoem juntamente com Conversao de Energia, Ma-

quinas Eletricas, Maquinas Sıncronas e Projeto de Maquinas, o leque de disciplinas basicas

para a formacao de um profissional competente, com enfase em Sistemas de Potencia.

As aulas de Laboratorio ficam reservadas as discussoes de aspecto pratico dos transfor-

madores tais como: ensaios de rotina, de tipo e cuidados especıficos desde a manutencao

de transformadores de distribuicao.

Serao enfocados ate os cuidados especiais com sofisticados transformadores hoje utili-

zados nas mais modernas instalacoes em Extra-Alta Tensao.

O nosso intuito e fornecer a voce, nosso estudante, uma ferramenta para aprimorar a

sua capacidade de crıtica construtiva, sua iniciativa e sua criatividade, virtudes sem as

quais nao existe o profissional de qualidade em Engenharia Eletrica.

E nosso desejo que trabalhando em conjunto de forma cooperativa nesta disciplina, pos-

samos todos aprender muito e estimular a criacao de um profissional competente, desen-

volvendo um curso de qualidade e construindo uma Universidade que prima pela seriedade

e pelo trabalho.

Uberlandia, 10 de agosto de 2010

prof.: Adalton Lima de Aguiar

prof.: Jose Roberto Camacho

1

Roteiro para Elaboracao de RelatoriosDurante as aulas de laboratorio, realizaremos uma serie de procedimentos e ensaios em

transformadores de potencia.

Nos capıtulos seguintes encontram-se os procedimentos, materiais e ferramentas para

os ensaios. Cabera ao professor discursar a respeito do referido ensaio e do manuseio das

ferramentas. Ao aluno, cabera realizar o ensaio conforme os procedimentos zelando de

sua seguranca e dos demais colegas afim de evitar acidentes, bem como zelar para com os

materiais e ferramentas disponıveis para a realizacao do ensaio. Cabe tambem ao aluno a

confeccao de um relatorio completo referente a aula.

Ao fazer os relatorios o aluno deve proceder como se estivesse fazendo um relatorio

para seu chefe na empresa em que trabalha. Logo, e de se supor que os mesmos deverao

ter coerencia, aparencia, capricho, e o mais importante, devem estar corretos.

Cada relatorio devera conter obrigatoriamente estes ıtens nesta sequencia:

0. Capa (cabecalho, numero e nome do ensaio, nome do aluno, matrıcula, data);

1. Tıtulo;

2. Objetivos; (0,1 pontos)

3. Introducao Teorica; (0,4 pontos)

4. Preparacao:

(a) Materiais e ferramentas; (0,1 pontos)

(b) Montagem; (0,1 pontos)

5. Analise de Seguranca; (0,1 pontos)

6. Calculos e analise dos Resultados; (0,2 pontos)

7. Questoes; (0,8 pontos)

8. Conclusao. (no mınimo 10 linhas) (0,2 pontos)

9. Referencias Bibliograficas.

2

Laboratorio: Aula 1Ensaio para Determinacao da RigidezDieletrica do Oleo Isolante

Uma das principais funcoes do oleo em transformadores esta relacionada com a sua

rigidez dieletrica1.

Para a execucao deste ensaio sao necessarios:

• Analisador portatil de rigidez dieletrica;

• Amostras do oleo isolante do transformador;

1.1 Coleta da amostra

Alguns cuidados devem ser tomados para a coleta da amostra do oleo a ser testado,

afim de evitar a contaminacao do mesmo, e sao definidos pela Norma Brasileira intitulada:

NBR-7037 Recebimento, Instalacao e Manutencao de Transformadores, a saber:

1. Usar um recipiente de vidro transparente com capacidade de aproximadamente 1

litro, que deve ser previamente lavado com alcool e benzina.

2. Esse recipiente deve ser seco e em seguida enxaguado com o proprio oleo a ser testado.

3. Recomenda-se que a rolha do mesmo seja de vidro esmerilhado e que apos a lavagem

com alcool e benzina, seja levada a estufa para secagem de 100oC.

4. De preferencia, deve-se mergulhar a rolha em parafina.

1Capacidade de isolamento

3

1.2 Preparacao do ensaio 4

5. Os demais recipientes (copos, funis, tubos e depositos) se possıvel, devem ser de vidro

e devem ser submetidos ao mesmo processo de limpeza e secagem.

6. Limpar cuidadosamente a valvula de drenagem evitando o uso de panos e estopas.

7. Abrir a valvula de drenagem existente no fundo do tanque do transformador, dei-

xando escorrer aproximadamente 1

2litro pela mesma antes de coletar a amostra. Isto

permitira a limpeza do sistema de drenagem propriamente dito.

8. Encher devidamente o recipiente com oleo, sem usar jato forte, para evitar a formacao

de espumas e bolhas.

9. Nao deve ser permitida tambem, a entrada de qualquer impureza.

10. Se o ensaio nao puder ser feito no proprio local, a amostra devera ser guardada em

vidro especialmente preparado, evitando o maximo possıvel o contato com o ar.

11. Antes do ensaio o oleo deve ser suavemente agitado, afim de que o conteudo seja

homogeneizado.

12. A coleta do oleo nao devera ser efetuada quando a temperatura ambiente for supe-

rior a do oleo, para evitar-se a absorcao de umidade pelo oleo, ja que esta tende a

condensar-se em superfıcie mais fria, nem tampouco com o ar ambiente agitado ou

empoeirado.

13. Nao colocar o dedo no receptaculo e nem deixar cair nele suor, respingos ou corpos

estranhos.

1.2 Preparacao do ensaio

Atentando aos cuidados para a coleta da amostra citados na secao 1, o procedimento

para a realizacao do ensaio vem a seguir:

• A tensao maxima do ensaio depende do equipamento. Seu valor mınimo deve ser de

35 kV.

• O analisador deve possuir dispositivos de seguranca adequados.

• Retirar a cuba de prova do analisador portatil e lava-la, juntamente com os eletrodos,

com uma parte do oleo de amostra. Neste momento verifique se o espacamento entre

as placas e o tabelado pelas normas (0,1 polegada).


1.3 Realizacao do Ensaio 5

• Encher a cuba de oleo, ate cerca de 1 cm acima dos eletrodos. Evitar que o oleo

borbulhe.

• Dar uma movimentacao branda de vaivem no oleo da cuba, para facilitar a saıda de

eventuais bolhas de ar.

• Colocar a cuba de volta no analisador e deixa-la repousar por aproximadamente

3 minutos, para que ela fique isenta de bolhas e iguale sua temperatura a do ambiente.

• Nao colocar o dedo no receptaculo e nem deixar cair nele suor, respingos ou corpos

estranhos.

• Apos estas providencias, o ensaio estara pronto para ser realizado.

• Abaixar a tampa de seguranca, sem o que o ensaio nao podera ser feito.

1.3 Realizacao do Ensaio

Verificar se a tensao de suprimento coincide com a indicada na placa do analisador.

Ligar a tomada do analisador, girando o potenciometro (reostato), para a posicao mı-

nima. Podera existir uma lampada piloto que devera estar acesa indicando que o circuito

esta pronto para operacao.

Girar o potenciometro, caso o analisador seja manual, na direcao aumentar, de maneira

a obter uma variacao gradual da tensao de ensaio, da ordem de 3 kV/segundo.

Alguns analisadores possuem dispositivo automatico que efetuam esta operacao sem

intervencao do operador.

Observar no voltımetro, a tensao de interrupcao quando houver o arco e, consequen-

temente, ocorrer abertura do disjuntor eletrico instantaneo automatico. Este devera ser o

valor anotado para o ensaio.

Se houver um miliamperımetro, anotar a corrente de fuga atraves do dieletrico.

Voltar o reostato para a posicao mınima e aguardar 3 minutos para a repeticao do

ensaio.

Repetir o ensaio 5 vezes, anotando as respectivas leituras.

Esvaziar a cuba, lava-la com oleo e enche-la com nova porcao da mesma amostra e

repetir as operacoes.

Preencher a tabela abaixo com as 15 leituras aguardando 3 minutos entre cada medicao:


1.3 Realizacao do Ensaio 6

Leitura Porcao 1 Porcao 2 Porcao 3 Media

1a

2a

3a

4a

5a

Media

A media geral (ultima coluna a direita) sera a rigidez dieletrica do oleo ensaiado. Este

valor deve ser comparado com os da tabela a seguir para sua classificacao. Esta tabela e

somente uma indicacao da qualidade do oleo, algumas empresas consideram o oleo aceitavel

somente com rigidez dieletrica acima de 35 kV/0,1 pol.

Rigidez Dieletrica Situacao do Oleo

(kV/0,1 pol) Isolante

Acime de 35 Excelente

de 30 a 35 Muito Bom

de 25 a 30 Bom

de 20 a 25 Satisfatorio

de 15 a 20 Duvidoso, recomendado a filtragem

abaixo de 15 Regeitado, indispensavel a filtragem

Apos o ensaio com o oleo, esvaziar a cuba e, usando o ar como dieletrico entre as placas,

medir a rigidez dieletrica do mesmo e comparar o resultado obtido com o do oleo ensaiado.

Rigidez Dieletrica

Oleo Ensaiado Ar

(kV/0, 1pol) (kV/0, 1pol)


1.4 Questoes 7

1.4 Questoes

1. Comparar o oleo das amostrar e o ar, quanto a sua capacidade de isolamento eletrico.

2. O ar poderia substituir o oleo nos tanques dos transformadores? Por que isto nao e

feito nos transformadores de medio e grande porte?

3. Justificar as grandes divergencias entre os diversos valores de rigidez dieletrica para

uma mesma amostra, caso existam.

4. Efetuar o diagnostico do oleo com base nos resultados finais.

5. Explique a razao da observancia de intervalo de tempo entre as diversas medidas de

rigidez dieletrica do oleo.

6. O que ocorreria se a distancia entre os eletrodos fosse reduzida pela metade? Os

valores assim medidos, poderiam ser usados para analise do oleo sob a luz da teoria

vista?

7. A rigidez dieletrica do oleo isolante e afetada pela ocorrencia de uma faısca no mesmo?

No instante da faısca, qual e o valor da rigidez? O que acontece com ela apos a

extincao da faısca? Em que condicoes isso nao ocorre?

8. Qual a forma dos eletrodos recomendada pelas normas? Haveria diferenca dos valores

obtidos se os eletrodos fossem pontiagudos? Por que?

9. Quais as vantagens e desvantagens do Askarel em relacao aos oleos minerais?

10. Explicar o princıpio e a aplicacao do Rele Buchholz.

1.5 Conclusao

Escreva em um mınimo de 10 linhas as suas conclusoes sobre o ensaio para a deter-

minacao da rigidez dieletrica do oleo executado em laboratorio e sobre a importancia dos

parametros obtidos durante o teste.


Laboratorio: Aula 2Verificacao da Corrente a Vazio e daCorrente Transitoria (INRUSH)

A corrente a vazio e um parametro importante, pois define a energia consumida pelo

transformador quando opera sem carga e ainda fornece a energia necessaria para a magne-

tizacao do seu circuito magnetico. A forma de onda da corrente em vazio tambem indica

o nıvel de saturacao do nucleo magnetico do transformador.

Ja a corrente transitoria (de INRUSH) pode ser qualificada como um fator na qualidade

de fabricacao de um determinado transformador. A corrente transitoria pode inviabilizar

a aplicacao de um determinado esquema de protecao do circuito eletrico ao qual pertence

o transformador.

2.1 Componentes do Transformador

As principais partes componentes de um transformador de distribuicao tıpicos sao:

• tanque com aletas de refrigeracao;

• oleo isolante e refrigerante (oleo mineral);

• as buchas de alta e baixa tensao;

• nucleo magnetico;

• taps das bobinas do transformador (manual ou automatico);

• os enrolamentos de alta e baixa tensao;

• papel isolante envolvendo os condutores (bobinas) e as cabecas das bobinas.

8

2.2 Preparacao 9

2.2 Preparacao

Sera utilizado um transformador monofasico, para a visualizacao da forma de onda da

corrente em vazio do transformador.

Prepare portanto o seguinte material:

• 1 transformador monofasico;

• 1 varivolt monofasico;

• 1 osciloscopio com memoria;

• 1 reostato;

• 1 chave on-off.

2.3 Esquema de Montagem

Varivolt 1f Transformador 1f

H2

H1

X2

X1

Osciloscópio

Resistor

Figura 2.1: Montagem para obtencao da Corrente a Vazio

Neste estagio nao se preocupe com valores medidos, mas sim em entender o porque das

formas de onda obtidas.

Execute a montagem da aula de laboratorio seguindo o esquema da figura 2.1. De

acordo com o esquema o transformador devera estar operando em vazio.

Observe que na figura 2.1 temos um resistor em serie com o circuito, e as ponteiras do

osciloscopio medindo seus terminais. Devemos proceder desta forma pois sabemos que as

ponteiras comuns dos osciloscopios medem tensao, logo para conseguirmos uma forma de

onda de corrente proporcional a tensao (lei de Ohm), devemos medir os terminais de um

resistor.


2.4 Obtencao da Corrente a Vazio 10

2.4 Obtencao da Corrente a Vazio

Sabemos que as ponteiras de medicao de osciloscopios comuns medem tensao, logo, para

obtencao da corrente, devemos fazer uso da lei de ohm (V = R · i). Com as ponteiras do

osciloscopio medindo a diferenca de potencial nos terminais do resistor, veremos na tela do

osciloscopio uma forma de onda identica1 a forma de onda de corrente.

2.4.1 Questoes Referentes a Obtencao da Corrente a Vazio

Aumente gradualmente a tensao a partir de zero no varivolt e observe a forma de onda

registrada no osciloscopio.

1. O que se pode observar na forma de onda para as tensoes de excitacao mais baixas?

E para as mais altas? Em que situacao a onda e mais distorcida?

2. Desenhe as formas de onda observadas, para uma excitacao mais baixa e mais alta,

respectivamente. O que representa esta onda de tensao observada no osciloscopio?

2.5 Obtencao da Corrente Transitoria (INRUSH)

Desligue a alimentacao do circuito do transformador (chave em OFF), com o varivolt

em um valor que forneca uma corrente em vazio razoavel.

Prepare o recurso de gravacao e memoria do osciloscopio para que possamos obter a

corrente transitoria.

Ligue a chave on-off e verifique a forma de onda capturada pelo osciloscopio no momento

em que o circuito foi ligado. Esta corrente e denominada Corrente Transitoria (INRUSH),

pois ocorre somente no momento de chaveamento do circuito.

2.5.1 Questoes Referentes a Obtencao da Corrente Transitoria

1. O que pode se observar a respeito da corrente transitoria no instante em que o

transformador foi ligado em vazio?

2. O que pode se observar a respeito da corrente transitoria alguns ciclos apos seu

chaveamento?

1Podemos dizer que a forma de onda de corrente que passa por um resistor e identica a forma de onda

de tensao desde que consideremos o resistor como sendo puramente resistivo.


2.6 Conclusao 11

3. Repetindo o processo de energizacao do transformador por varias vezes, o que se

pode concluir a respeito da influencia do instante de energizacao sobre a corrente

transitoria? Nao se esqueca que a tensao aplicada ao transformador e senoidal e de

frequencia igual a 60 Hz.

4. Desenhe formas de onda tıpicas de corrente transitoria em transformadores.

5. Por que entre dois processos de obtencao da corrente transitoria, a forma de onda

registrada no osciloscopio nunca se repete?

2.6 Conclusao

Escreva em um mınimo de 10 linhas as suas conclusoes sobre a corrente em vazio, a

corrente transitoria (de inrush) do transformador monofasico observado em laboratorio e

sobre os componentes tıpicos dos transformadores trifasicos de distribuicao.


Laboratorio: Aula 3Ensaio em Vazio de um TransformadorTrifasico

Em um ensaio em vazio1, como o proprio nome diz, o transformador e ensaiado sem

carga.

Os objetivos do teste em vazio do transformador trifasico sao:

• Determinar as perdas no nucleo por histerese e Foulcault (perdas no ferro);

• Determinar a corrente em vazio Io;

• Determinar a relacao de transformacao de placa (K) e a relacao do numero de espiras

(Kn);

• Determinar os parametros do ramo magnetizante.

3.1 Preparacao


• 1 transformador trifasico;

• 3 amperımetros com escalas apropriadas;

• 1 voltımetro com escala apropriada;

• 2 wattımetros de escalas apropriadas;

• 1 varivolt trifasico.1Nao confunda este ensaio com o experimento da aula 2. Nesta aula 3, realizaremos um ensaio em vazio

do transformador, e na aula 2, foram realizadas apenas medicoes e oscilografias.

12

3.2 Esquema de Montagem 13


Varivolt 3f

A

B

C

NTransformador 3f

X3

X2

H3

H2

X1 H1Amp

Amp

Amp

Volt

Watt

A

V

Watt

A

V

Figura 3.1: Montagem para obtencao do Ensaio em Vazio

Lembre-se que a notacao H1, H2 e H3 refere-se aos terminais da alta tensao e que X1,

X2 e X3 referem-se aos terminais da baixa tensao. Veja que os terminais H1, H2 e H3

estao em vazio (sem carga) neste ensaio.

3.3 Levantamento de Dados

Sera utilizado para a realizacao do teste em vazio, um transformador trifasico com as

seguintes caracterısticas:

Potencia Nominal Tensao Tensao Frequencia Ligacao Ligacao

(Pn) (AT) (BT) (Hz) (AT) (BT)

Neste estagio os valores medidos sao muito importantes, todo cuidado deve ser to-

mado durante a leitura de tensoes, correntes e potencias. Execute a montagem da aula de

laboratorio seguindo o esquema da figura 3.1.

De acordo com o esquema, o transformador trifasico devera estar operando todo o

tempo em vazio.


3.4 Questoes 14

Aplicando tensao nominal ao enrolamento de baixa tensao, efetuar as medicoes abaixo:

V n I01 I02 I03 W01 W02

(V) (A) (A) (A) (W) (W)

Sabemos que W0 = W02 +W01, mas fique atento ao valor lido nos wattımetros e conserve

o sinal positivo ou negativo medido.

A fim de determinar a relacao de transformacao do transformador sob teste, aplicar

uma tensao reduzida ao enrolamento de alta tensao, anotando os valores:

VAT VBT

(V) (V)

3.4 Questoes

1. Com os dados de VAT e VBT , determine os valores de K:

KP laca Kn KEnsaiado

(Fornecido na Placa)(

Kn = N1

N2

) (

KEnsaiado =VAT

VBT

)

2. Com os valores obtidos na secao 3.3, calcule a corrente de magnetizacao I0 (na linha

e na fase), a potencia perdida a vazio por fase e a tensao de alimentacao na fase,

obedecendo a conexao do enrolamento de baixa tensao.

I0−Linha =I01 + I02 + I03

3⇒ W0−Fase =

W0

3

I0−Linha I0−Fase W0−Fase VFase

(A) (A) (W) (V)


3.4 Questoes 15

3. Calcular os parametros do ramo magnetizante, por fase, para as representacoes serie

e paralela do circuito equivalente, o fator de potencia a vazio e as correntes I0p e I0q.

W0−Fase = VFase · I0−Fase · cos(φ0)

I0p =W0−Fase

VFase

⇒ I20−Fase = I2

0p + I20q

Para circuito equivalente serie:

Rms =W0−Fase

I20−Fase

⇒ Zm =VFase

I0−Fase

⇒ Zm2 = Rm2

s +Xm2

s

Para circuito equivalente paralelo:

Zm =VFase

I0−Fase

⇒ Rmp =W0−Fase

I20p

⇒ Xmp =VFase

I0q

cos(φ0) I0p I0q Zm Rms Xms Rmp Xmp

(A) (A) (Ω) (Ω) (Ω) (Ω) (Ω)

4. Determinar a porcentagem da corrente de magnetizacao em relacao a corrente nomi-

nal do transformador:

Corrente Nominal do Transformador ⇒ InLinha =Wn

√3 · V nLinha

InLinha InFase I0−Fase I0% de InFase

(A) (A) (A) (%)


3.5 Conclusao 16

5. Por que uma das correntes obtidas pelos amperımetros nao apresenta o mesmo valor

das outras duas?

6. Por que o ensaio em vazio deve ser realizado alimentando-se o enrolamento de baixa

tensao?

7. Justificar a diferenca entre os tres valores de K (Kn,KP laca, KEnsaiado) e definir cada

um deles.

8. Com base nos dados do teste em vazio e na sua capacidade de julgar os resultados

o que e melhor para o sistema de energia eletrica equipado com muitos transfor-

madors: transformadors operando sempre com muita folga (superdimensionados) ou

transformadores operando no limite de sua capacidade? Explique.

9. Desenhe o circuito equivalente do transformador (ramo serie e ramo paralelo), consi-

derando somente a parte magnetica. Inserir nos desenhos os valores calculados.

3.5 Conclusao

Escreva em um mınimo de 10 linhas as suas conclusoes sobre o ensaio em vazio, e sobre

as importancias deste ensaio.


Laboratorio: Aula 4Ensaio em Curto-Circuito de umTransformador Trifasico

Em um ensaio em curto-circuito, o transformador e submetido a curto-circuito trifasico,

e aumenta-se a tensao gradativamente ate atingir a corrente nominal. Logo, este ensaio

simula transformador com carga maxima.

Os objetivos do ensaio em curto-circuito do transformador trifasico sao:

• Determinar as perdas no cobre (nos condutores que compoem as bobinas).

• Determinar a impedancia, resistencia e reatancia percentuais.

• Determinar a queda de tensao interna.

4.1 Preparacao



• 3 amperımetros com escalas apropriadas;

• 1 voltımetro com escala apropriada;

• 2 wattımetros de escalas apropriadas;

• 1 varivolt trifasico.

17

4.2 Esquema de Montagem 18


Varivolt 3f

A

B

C

NTransformador 3f

H3

H2

X3

X2

H1 X1Amp

Amp

Amp

Volt

Watt

A

V

Watt

A

V

Figura 4.1: Montagem para obtencao do Ensaio em Curto-Circuito

Lembre-se que a notacao H1, H2 e H3 refere-se aos terminais da alta tensao e que X1,

X2 e X3 referem-se aos terminais da baixa tensao. Veja que os terminais X1, X2 e X3

estao em curto-circuito neste ensaio.

4.3 Levantamento de Dados

Sera utilizado para a realizacao do teste em curto-circuito, um transformador trifasico

com as seguintes caracterısticas:

Potencia Nominal Corrente Nominal Tensao Tensao Frequencia Ligacao Ligacao

(Pn) (In) (AT) (BT) (Hz) (AT) (BT)

Neste estagio os valores medidos sao muito importantes, todo cuidado deve ser to-

mado durante a leitura de tensoes, correntes e potencias. Execute a montagem da aula de

laboratorio seguindo o esquema da figura 4.1.

Apos calculada a corrente nominal do transformador, aumente a tensao gradativamente,

e anote tensao e corrente ate atingir a corrente nominal.


4.3 Levantamento de Dados 19

Vcc Icc1 Icc2 Icc3

(V) (A) (A) (A)

4.3.1 Efetuando Ensaio com Corrente Reduzida

Caso nao seja possıvel fazer circular pelos enrolamentos do transformador, a sua corrente

nominal obtenha os valores abaixo, para um valor reduzido de corrente:

In Icc Wcc1 Wcc2 Wcc

(A) (A) (W) (W) (W)

Efetue as devidas correcoes e obtenha os valores nominais da tensao e da potencia de

curto-circuito:

Icc V cc V ccn Wccn

(A) (V) (V) (W)

In =Pn

√3 · V n

V ccn =V cc · In

Icc⇒ Wccn =

In2

Icc2·Wcc


4.4 Questoes 20

4.4 Questoes

1. Construa a curva caracterıstica de curto-circuito V cc = f(Icc).

2. Faca um comentario sobre a curva obtida. Qual a sua aplicacao no ensaio em curto-

circuito?

3. Calcule a porcentagem da tensao primaria de curto-circuito, relativamente a tensao

primaria nominal:

V n V cc V cc% de V n

(V) (V)

4. Calcule o valor da impedancia Z, da resistencia R e da reatancia X percentuais,

efetuando as devidas correcoes para 75oC.

R X Z R75oC Z75oC

(%) (%) (%) (%) (%)

R% =Wcc

Wn· 100% ⇒ Z% =

V cc

V n· 100%

X% =√

Z%2 −R%2

R75oC = R ·

(

1

α+ θ75oC

1

α+ θamb

)

⇒1

αcobre

= 234, 5

5. Determine para o transformador ensaiado, as perdas adicionais e as perdas nos enro-

lamentos.

W0 Wad = 20% de W0 Wccn Wenrolamento

(W) (W) (W) (W)

6. Compare as perdas nos enrolamentos com as a vazio e tire suas conclusoes sobre o

transformador sob teste.


4.5 Conclusao 21

7. Enumere as vantagens e desvantagens de um transformador que tenha um valor muito

alto de V1cc.

8. Segundo a ABNT, quais sao os valores normais de V1cc

9. Analisar a diferenca dos resultados desprezando-se ou nao as perdas adicionais.

10. Durante o ensaio em curto, o que acontece com a inducao no nucleo do transformador?

Por que?

4.5 Conclusao

Escreva em um mınimo de 10 linhas as suas conclusoes sobre o ensaio em curto-circuito

de um transformador trifasico executado em laboratorio e sobre a importancia dos para-

metros obtidos durante o teste.

4.6 Anexo

Figura 4.2: Propriedades dos Materiais


Laboratorio: Aula 5Ensaio para a Determinacao doRendimento e Regulacao doTransformador

5.1 Rendimento do Transformador

Por definicao, Rendimento e a relacao entre a potencia de saıda P2 e a potencia de

entrada P1, normalmente expressa em porcentagem, como mostra a equacao 5.1.

η% =P2

P1

· 100% (5.1)

O calculo do rendimento pode ser feito usando-se as medidas das duas potencias. Entre-

tanto, nos transformadores, os valores dos rendimentos, sao muito altos, fazendo com que

os valores medidos sejam muito proximos e sua diferenca supera frequentemente a classe

de precisao dos instrumentos de medida. Nestes casos, e comum utilizar-se um processo

indireto.

O rendimento depende obviamente, dos valores da carga e do seu fator de potencia.

O rendimento fornecido pelo fabricante, segundo a ABNT, deve ser referente a sua carga

nominal com fator de potencia unitario.

A equacao 5.2 permite o calculo do rendimento pelo processo indireto.

η% =V2 · I2 · cos(φ)

V2 · I2 · cos(φ) +R2 · I22 + P0 + Pad

· 100% (5.2)

22

5.1 Rendimento do Transformador 23

Onde:

• V2 · I2 · cos(φ) ⇒ e a potencia P2 de saıda;

• R2 · I2 ⇒ corresponde as perdas em curto-circuito;

• P0 ⇒ corresponde as perdas em vazio;

• Pad ⇒ sao perdas adicionais diversas alem das citadas, que correspondem a apro-

ximadamente 20% de P0, logo: P0 + Pad = 1, 2 · P0.

Nesta aula, usaremos o processo direto para a medicao do rendimento, utilizando como

cargas tres resistores.

5.1.1 Rendimento em Energia

As empresas de energia eletrica calculam o rendimento em energia diario dos transfor-

madores, consideram o rendimento em n intervalos de tempo de potencia aproximadamente

constante (no intervalo de tempo n), sendo que h e medido em horas (rendimento diario)

para cada intervalo.

A expressao para o rendimento diario em energia sera dada pela equacao 5.3.

η% =

n∑

V2 · I2 · cos(φ) · h

n∑

V2 · I2 · cos(φ) · h+n∑

R2 · I22 · h+ 1, 2 · P0 · 24· 100% (5.3)

Sendo:

• E2h =n∑

V2 · I2 · cos(φ) · h ⇒ Energia de saıda no intervalo de tempo n;

• Ecc =n∑

R2 · I22 · h ⇒ Energia do ensaio em curto-circuito (Pcc) para o intervalo

de tempo n;

• P0 ⇒ perdas em vazio, que ocorrem durante as 24 horas do dia.


5.2 Regulacao de Tensao em Transformadores 24

5.2 Regulacao de Tensao em Transformadores

A Regulacao de Tensao e a variacao da tensao na saıda do transformador quando a

carga nominal e retirada. Ela indica portanto, a capacidade do transformador de manter

tensao estavel com a variacao da carga desde vazio ate plena carga. Normalmente, seu

valor e fornecido em porcentagem da tensao nominal de saıda.

Reg% =E2 − V2

V2

· 100[%] (5.4)

Sendo que:

• Reg% ⇒ Regulacao percentual;

• E2 ⇒ tensao a vazio;

• V2 ⇒ tensao com carga nominal.

Da teoria vista em sala, sabe-se que a regulacao depende tambem do valor da carga

(corrente) e do tipo de carga (indutivo ou capacitivo) e do valor do seu fator de potencia.

A regulacao fornecida pelos fabricantes refere-se as condicoes nominais de carga com

fator de potencia unitario.

Devemos saber que a melhor regulacao deve ser proxima de zero. Quanto maior a

regulacao, pior e a variacao de tensao no secundario do transformador, e esta variacao nao

pode ser grande.

5.3 Preparacao do Ensaio

Sera necessario para este ensaio os seguintes equipamentos:

• 1 Transformador Trifasico;

• 2 Voltımetros;

• 6 Amperımetros;

• 4 Wattımetros;

• 1 Varivolt Trifasico;


5.3 Preparacao do Ensaio 25

• 3 Reostatos;

• Fios e cabos para as ligacoes.

Registrar os dados de placa do transformador a ser ensaiado e calcular as correntes nominais

do mesmo. Efetuar a montagem conforme diagrama 5.1.

Varivolt 3f

A

B

C

NTransformador 3f

H3

H2

X3

X2

H1 X1Amp

Amp

Amp

Volt

Watt

A

V

Watt

A

V

Amp

Amp

Amp

Volt

Watt

A

V

Watt

A

V

Reostato

Reostato

Reostato

Figura 5.1: Esquema de ligacao para ensaio de Rendimento e Regulacao

5.3.1 Execucao do Ensaio

1. Colocar uma carga variavel no secundario do transformador e alimenta-lo com tensao

nominal no primario.

2. Registrar a tensao no secundario com carga zero.

3. Variar a carga com fator de potencia constante, com valores de I2 medidos de 0,5 em

0,5 Ampere, ate atingir a corrente nominal I2n.

4. Para cada valor de I2 lido, registrar as diversas leituras dos instrumentos, preenchendo

a tabela 5.1.

5. Calcular o Rendimento e a Regulacao para cada valor de I2.


5.4 Questoes 26

Tabela 5.1: Tabela a ser preenchida e calculada para obtencao do Rendimento e Regulacao

do transformador

I2 V2 W3 W4 P2 I1 V1 W1 W2 P1 Reg% η%

5.4 Questoes

1. Com os dados obtidos no ensaio(tabela 5.1), tracar para o transformador em questao

a curva do rendimento em funcao da carga (η% x I2 ou η% x fc).

2. Analise o grafico da questao anterior em relacao a carga, verificando o comportamento

do transformador em vazio, a meia carga e com carga maxima.

3. Se voce fosse o engenheiro responsavel, qual o regime de carga voce recomendaria

para este transformador trabalhar a maior parte do dia?

4. Classificar o transformador pela curva obtida (forca ou distribuicao).

5. Desenhe uma curva de carga diaria hipotetica de um transformador. Faca a analise de

rendimento com base nesta curva e na expressao para o rendimento diario em energia


5.5 Conclusoes 27

fornecida pelo transformador. (Nao se esqueca que o carregamento do transformador

se altera ao longo de um dia de funcionamento e que as perdas a vazio sao constantes).

6. Utilizando a mesma montagem, determinar os valores de R2, X2 e Z2 do transforma-

dor em uso.

7. Utilize os valores de R2, X2 e Z2, para o calculo da regulacao pelos metodos: grafico

(Desenhe o diagrama de Kapp do transformador) e analıtico (Calcule a regulacao:

Reg% = Z% · fc · cos(φi − φc)). Lembre-se que o fator de potencia para cargas

resistivas e unitario.

5.5 Conclusoes

Escreva em no mınimo 10 linhas as suas conclusoes sobre o ensaio para a determinacao

do Rendimento e da Regulacao de um transformador trifasico.


Laboratorio: Aula 6Determinacao da Polaridade eDefasamento Angular de TransformadoresTrifasicos

A polaridade de um transformador esta relacionada ao sentido de enrolamento das

bobinas, e esta pode ser aditiva ou subtrativa.

Ja o defasamento angular esta relacionado ao tipo de ligacao trifasica do transformador

que pode ser ∆, Y ou Z.

6.1 Preparacao

Registrar os dados de placa do transformador a ser ensaiado.

Material necessario:

• 1 fonte CC;

• 2 voltımetros CA;

• 2 voltımetros CC;

• 1 amperımetro CC de ponteiro central;

• 1 varivolt trifasico;


• 1 chave liga-desliga.

28

6.2 Determinacao da Polaridade 29

6.2 Determinacao da Polaridade

Determinar pelo metodo do golpe indutivo, a polaridade de cada coluna do transfor-

mador, usando a montagem da figura 6.1.

H1 X1

H0 X0

CH

Fonte CC Volt Volt

Figura 6.1: Montagem para determinacao da Polaridade

Realizar a ligacao sucessivamente para cada uma das fases. Ao ligar, se V1 defletir

positivamente, observar a deflexao de V2 ao desligar:

• Se V2 defletir negativamente, a polaridade e subtrativa.

• Se V2 defletir positivamente, a polaridade e aditiva.

Polaridade Encontrada


6.3 Determinacao do Defasamento Angular 30

6.3 Determinacao do Defasamento Angular

6.3.1 Defasamento Angular: Comparacao das Tensoes

Efetue a ligacao mostrada na figura 6.2.

Varivolt 3f

A

B

C

N

Volt

Transformador 3f

H3

H2

X3

X2

H1 X1

100V

Figura 6.2: Esquema de ligacao para determinacao de Defasamento Angular

Fechar um curto entre H1 e X1 e alimentar o lado de VTS com tensao trifasica reduzida.

Medir as tensoes especificadas na tabela 6.1 para a determinacao do defasamento angular

do transformador pelo metodo da comparacao das tensoes.

Tabela 6.1: Medicoes para o Metodo da Comparacao das Tensoes

VTS

[V ]

VH1−H3

[V ]

VH3−X2

[V ]

VH2−X2

[V ]

VH3−X3

[V ]

VH2−X3

[V ]

Com os dados da tabela 6.1 em maos, consulte a tabela 6.2 afim de obter o angulo do

defasamento angular. Observe que nao e possıvel a determinacao do tipo de ligacao do

transformador, pois varios tipos de ligacao possuem o mesmo angulo de defasamento.


Tabela 6.2: Obtencao do angulo de defasamento

6.3 Determinacao do Defasamento Angular 32

6.3.2 Defasamento Angular: Metodo do Golpe Indutivo

Determinar o defasamento pelo metodo do golpe indutivo efetuando as ligacoes e efe-

tuando as medicoes conforme a figura 6.3.

CH

Fonte CC

Amp

Transformador 3f

H3

H2

X3

X2

H1 X1

CH

Fonte CC

Amp

Transformador 3f

H3

H2

X3

X2

H1 X1

CH

Fonte CC

Amp

Transformador 3f

H3

H2

X3

X2

H1 X1

Figura 6.3: Determinacao de Defasamento Angular pelo metodo do Golpe Indutivo

• Ligar uma fonte de CC atraves de uma chave a TS, positivo em H1 e negativo em

H2.

• Ligar um amperımetro em tres posicoes, aos terminais da TI, da seguinte forma:

– 1a posicao - X1X2 - positivo do instrumento em X1.



• Fechar o interruptor na TS, fazendo desta forma, H1 positivo e H2 negativo e verificar

para as tres posicoes, a polaridade dos terminais X1-X2, X1-X3 e X2-X3, completando

a tabela 6.3.

• Verificar se a polaridade das fases A, B e C esta corretamente ligada aos terminais

H1, H2 e H3 nesta ordem respectivamente. Caso alguma destas polaridades estiverem

ligadas invertidas nos terminais, a verificacao do defasamento angular atraves da

tabela 6.4 sera impossıvel.

Atraves dos dados obtidos na tabela 6.3 podemos compara-los com a tabela 6.4 afim

de obter o defasamento angular pelo metodo do golpe indutivo.


6.4 Questoes 33

Tabela 6.3: Anote as polaridades encontradas

X1 X2 X1 X3 X2 X3

Tabela 6.4: Tabela para verificacao do Defasamento Angular pelo Golpe Indutivo

X1 X2 X1 X3 X2 X3 Defasamento

+ - + - - + 0o

+ - 0 0 - + 30o

- + - + + - 180o

- + 0 0 + - 210o

6.4 Questoes

1. Apos a montagem da figura 6.2, e com os dados da tabela 6.1 em maos, consulte a

tabela 6.2 e obtenha o angulo do defasamento angular pelo metodo da comparacao

das tensoes.

2. Apos a montagem da figura 6.3, e com os dados da tabela 6.3 em maos, consulte a

tabela 6.4 e obtenha o angulo do defasamento angular pelo metodo do golpe indutivo.

3. Por que o ensaio da determinacao do defasamento angular nao permite conhecer o

tipo de ligacao das TS e TI do transformador?

4. Como o ensaio para determinacao do defasamento angular nao permite conhecer o

tipo de ligacao, ha alguma forma de saber qual o tipo de ligacao do transformador?

5. Por que e importante conhecer o defasamento angular do transformador?

6.5 Conclusoes

Escreva em um mınimo de 10 linhas as suas conclusoes sobre a importancia do ensaio

para determinacao do defasamento angular de transformadores trifasicos.


Laboratorio: Aula 7Operacao em Paralelo deTransformadores

Para que transformadores possam ser conectados em paralelo, eles devem satisfazer as

seguintes condicoes:

• possuir a mesma relacao de transformacao;

• possuir o mesmo grupo de defasamento angular;

• apresentar a mesma impedancia percentual;

• apresentar mesma relacao entre resistencia e reatancia equivalentes.

Portanto, antes de se executar a ligacao em paralelo dos transformadores, estas condi-

coes devem ser verificadas atraves de testes.

7.1 Preparacao

Prepare portanto os seguintes materiais:

• 2 voltımetros CA;

• 2 wattımetros CA;

• 3 amperımetros CA;

• 1 varivolt trifasico;

• 2 transformadores trifasicos;

34

7.2 Ensaios 35

7.2 Ensaios

Para a verificacao das condicoes de paralelismo, proceda como se segue:

1. Verifique se os transformadores possuem a mesma relacao de transformacao medindo

as tensoes no primario e secundario e preencha a tabela 7.1.

Tabela 7.1: Verifique a relacao de transformacao

V1 V2 Kn

[V ] [V ] Kn = V1

V2

2. Verifique se os transformadores possuem a mesma impedancia percentual realizando

os ensaios do capıtulo 4 na pagina 17 e preencha a tabela 7.2.

Tabela 7.2: Verifique a impedancia percentual

///// Transformador 1 Transformador 2

Potencia

V1

V2

Vcc

Pcc

Z%

R%

X%


7.2 Ensaios 36

3. Verifique se os transformadores possuem a mesma relacao entre resistencia e reatancia

equivalentes utilizando os dados obtidos no ıtem anterior, e preencha a tabela 7.3.

Tabela 7.3: Verifique a relacao entre resistencia e reatancia equivalentes

///////////////// R%

X%

R%

X%

Transformador 1

Transformador 2

4. Verifique se os transformadores possuem o mesmo defasamento angular realizando os

ensaios do capıtulo 6 na pagina 28, e preencha a tabela 7.4. Para tanto, sugere-se

o metodo da comparacao das tensoes. Para isso, pode-se aproveitar a montagem do

circuito do ensaio em curto-circuito, bastando apenas retirar o curto do secundario,

ligar H1 e X1 e medir as tensoes da tabela 7.4 e compara-las, conforme tabela 6.2 da

pagina 31.

Tabela 7.4: Medicoes para o Metodo da Comparacao das Tensoes

Transformador 1 Transformador 2

V1

[V ]

VH1−H3

[V ]

VH3−X2

[V ]

VH2−X2

[V ]

VH3−X3

[V ]

VH2−X3

[V ]

Defasamento

Angular


7.3 Paralelismo 37

7.3 Paralelismo

De posse dos dados dos ensaios, concluir se ha condicoes de ligacao em paralelo dos

transformadores.

Se for possıvel, apos liga-los conforme a figura 7.1, verifique as condicoes de opera-

cao, fazendo medidas das correntes de circulacao nas conexoes secundarias e da tensao

secundaria correspondente.

Varivolt 3f

A

B

C

N

Volt

Transformador 3f

H3H2

X3X2

H1

X1 X0

Transformador 3f

H3H2

X3X2

H1

X1 X0

Volt

Amp

Carga

Figura 7.1: Ensaio de Transformadores em Paralelo

Uma vez os transformadores ligados em paralelo meca a corrente circulante entre os

dois transformadores com os neutros interligados e com os neutros no secundario isolados

e anote seus valores na tabela 7.5.

Tabela 7.5: Verificacao da Corrente circulante

Neutros Interligados

Neutros Isolados


7.4 Questoes 38

7.4 Questoes

1. Sabemos que uma das condicoes de se ligar transformadores em paralelo e que eles

possuam a mesma impedancia interna. Explique por que.

2. Por que e necessario conhecer o defasamento angular dos transformadores para liga-

los em paralelo?

3. Sabemos que transformadores com potencias diferentes podem ser ligados em para-

lelo, mas um engenheiro sabio nao projeta sistemas desta forma. Explique o que pode

ocorrer ao se ligar em paralelo transformadores com potencias diferentes.

4. Voce ja observou que os transformadores de distribuicao estao ligados em paralelo

apenas no primario? Por que e recomendado que os transformadores de distribuicao

nao sejam ligados em paralelo tambem no secundario?

5. Muitas vezes opta-se por varios transformadores em paralelo ao inves de somente um

transformador com potencia suficiente para atender a carga. Voce como engenheiro

da empresa ou concessionaria de energia, como justificaria tal procedimento? Quais

as vantagens e desvantagens de se tomar esta decisao?

6. Considerando a corrente circulante com neutro interligado e com neutro isolado, em

qual das duas situacoes a corrente circulante e menor? Por que?

7. Qual e a situacao real de operacao em paralelo? Com os neutros interligados ou

isolados? Por que?

8. A operacao satisfatoria do circuito em paralelo composto pelos transformadores e

concluıda apos analise das leituras da corrente circulante Icirc e da tensao secundaria

V2. Na situacao ideal, a corrente Icirc deve ser nula e a tensao V2 deve ser exatamente

igual a nominal secundaria dos dois transformadores. Justifique o por que.

9. Demonstre que no caso do paralelismo entre os transformadores T1 e T2, a relacao

mostrada na equacao 7.1 e verdadeira.

ST1%

ST2%=

ZT2%

ZT1%(7.1)


7.5 Conclusao 39

7.5 Conclusao

Escreva em um mınimo de dez linhas suas conclusoes sobre a importancia de um estudo

detalhado dos transformadores quando a sua conexao em paralelo.


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