máquinas elétricas_etapa 1_revisão 1

8/12/2019 Mquinas eltricas_Etapa 1_Reviso 1

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS

Delirose Ramos Pgina 1

E.T.E. Joo Luiz do Nascimento

Disciplina: Mquinas Eltricas

Professora: Delirose RamosEtapa 1 Introduo s Mquinas eltricas e

Transformadores

Reviso 1


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1 INTRODUO S MQUINAS ELTRICAS

1.1 Propriedades dos Materiais Magnticos

Existem na natureza trs tipos de materiais magnticos, quais sejam:paramagnticos, diamagnticos e ferromagnticos.

Os materiais paramagnticos possuem eltrons desemparelhados, masque, na presena de um campo magntico, se alinham, fazendo surgir um imque tem a capacidade de provocar um leve aumento na intensidade do valor docampo magntico em um ponto qualquer. Esses materiais so fracamenteatrados pelos ims. So materiais tais como o alumnio e o magnsio.

Os materiais diamagnticos so aqueles que, na presena de um campomagntico, tm seus ims elementares orientados no sentido contrrio ao docampo magntico aplicado. So materiais tais como o cobre, a prata e o

chumbo.Os materiais ferromagnticos so fortemente imantados quando

colocados na presena de um campo magntico, por essa razo, largamenteutilizados para obteno de campos magnticos de alta intensidade. Apenas oferro, o cobalto, o nquel e ligas formadas por essas substncias so materiaisferromagnticos.

Nos estudos de mquinas eltricas nos interessa, em especial, osmateriais ferromagnticos.

O ferromagnetismo resultado da estrutura eletrnica dos tomos.

Relembremos que no mximo dois eltrons podem ocupar cada um dos nveisde energia de um tomo isolado e que isso tambm vlido para os tomos deuma estrutura cristalina. Esses dois eltrons tm spins opostos e, como cadaeltron, quando girando em torno de si mesmo, equivalente a uma carga semovendo, cada eltron atua como um magneto extremamente pequeno, comos correspondentes plos norte e sul.

De uma maneira geral, em um elemento o nmero de eltrons que temum certo spin igual ao nmero de eltrons que tem o spin oposto e o efeitoglobal uma estrutura magneticamente insensvel. Entretanto, em umelemento com subnveis internos no totalmente preenchidos, o nmero deeltrons com spin num sentido diferente do nmero de eltrons com spincontrrio. Dessa forma esses elementos tm um momento magntico globalno nulo. Como os tomos ferromagnticos adjacentes se alinhammutuamente, de forma a terem suas orientaes numa mesma direo, umcristal ou gro contm domnios magnticos. Os domnios geralmente no tmdimenses superiores a 0.05 mm. Em um material magntico desmagnetizadoos domnios esto orientados ao acaso, de forma que seus efeitos se


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Para o vcuo a permeabilidade magntica = 0, que uma constantecom valor igual a 4 x 10exp(-7) no sistema internacional.

Porm, a permeabilidade magntica (unidade: H/m) no em geraluma constante, ou seja, B no uma funo linear de H para algumas

substncias. Portanto, mais importante que o valor da permeabilidade arepresentao usual dessa relao atravs de curvas BxH. Estas curvasvariam consideravelmente de um material para outro e para o mesmo materialso fortemente influenciadas pelos tratamentos trmicos e mecnicos.

Sua obteno feita da seguinte forma: Para um material inicialmenteno magnetizado, ao aumentar progressivamente a fora magnetizante de 0at Hmax na figura abaixo, obtm-se o ramo 0a'. Reduzindo-se em seguida Hde Hmax at zero, tem-se o ramo ab. Quando H = 0, B = 0b. Para reduzir B azero, necessrio aumenta H em sentido contrrio at 0c, obtendo-se o ramobc da curva. Continuando-se a fazer variar H at -Hmax tem-se o ramo cd.Fazendo-se variar H de -Hmax at zero, em seguida at Hmax e continuandodeste modo, obtm-se sucessivamente os pontos e- f - a- b - c - d -e - f -... 0a' a curva de magnetizao crescente.

A densidade de fluxo B = 0bque permanece quando se anula a foramagnetizante H o magnetismo remanescente. Repetindo-se a operaoacima descrita (variao de H entre Hmax e -Hmax) um nmero suficiente devezes, obtm-se uma curva fechada que se repete; o material ter entoatingido o estado de magnetizao cclica simtrica (curva abcdefg na Fig.2.5).A esta curva fechada que se obtm quando o material se acha em estado demagnetizao cclica d-se o nome de lao de histerese. Para um mesmo


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exemplar de material ferromagntico submetido a ensaio o lao de histeresedepende do valor mximo que se d fora magnetizante H; a Fig 2.6apresenta vrios laos de histerese correspondentes a valores mximosdiversos de H. Em qualquer dos laos os valores de B so maiores no ramodescendente que no ascendente; a substncia ferromagntica tende a

conservar o seu estado de magnetizao, isto , tende a se opor s variaesde fluxo. Essa propriedade tem o nome de histerese. A curva abaixo, que seobtm ligando os vrtices dos laos de histerese simtricos, correspondentes auma determinada substncia ferromagntica a curva normal demagnetizao; e geralmente empregada no clculo de aparelhos e mquinaseltricas.

Observaes sobre as curvas B-H: Quando o material se acha em estado de magnetizao cclica, o

magnetismo remanescente (densidade de fluxo que permanece quandoa fora magnetizante H removida) tem o nome de densidade residualde fluxo ou induo residual; e o valor 0c da fora magnetizante,necessrio para anular densidade de fluxo, a fora coercitiva;

Envelhecimento - as propriedades das substncias ferromagnticas emgeral variam com o tempo. A densidade de fluxo B que se pode obtercom um determinado valor da fora magnetizante H tende a diminuircom o tempo ( tende a diminuir); as perdas de histerese tendem aaumentar. As ligas de ferro-silcio utilizadas na construo deequipamentos eltricos so muito menos sujeitas ao envelhecimentoque o ferro e o ao.


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Magnetostrio - nos materiais ferromagnticos observa-se o fenmenoda magnetostrio, que consiste na variao de volume conseqente variao do estado de magnetizao. Este fenmeno causa a vibraodos ncleos ferromagnticos de aparelhos de corrente alternada, com o

dobro da freqncia da corrente. A magnetostrio utilizada naproduo e na deteco de ultrassons.

A temperatura tambm influencia nas caractersticas dos materiaisferromagnticos. A magnetizao de saturao mxima a 0 K, diminuigradualmente com o aumento de temperatura at cair abruptamente azero na chamada temperatura de Curie ou ponto de Curie. Vejamos ovalor do ponto de Curie de algumas substncias: ferro - 775 C; nquel -360 C; cobalto - 1110 C. A fig. 2.9 mostra a curva de saturao para oferro puro e o Fe3O4 em funo da temperatura.

A rea dentro de uma curva de histerese d uma indicao daquantidade de energia dissipada, ao se levar uma substnciaferromagntica atravs de um ciclo completo de imantao. Nofuncionamento de muitos dispositivos eltricos, essa energia desperdiada, e aparece como calor: a caracterstica de histerese de ummaterial ferromagntico , portanto, importante considerao a serlevada em conta no projeto desses dispositivos eltricos.

Em conformidade com o fim a que se destinam, os diferentes materiaisdevero possuir em maior ou menor escala determinadas propriedades.Vejamos alguns exemplos:

o para a fabricao de ms permanentes interessam materiais comgrande remanncia e alta fora coercitiva;

o para algumas aplicaes, normalmente blindagens para desviarcampos muito fracos, interessa utilizar materiais com uma grandepermeabilidade inicial;

o para a construo de mquinas interessa, geralmente, que aintensidade do campo de saturao seja to elevada quantopossvel e esta qualidade associada a uma resistividade tambmo mais elevada possvel para que as correntes induzidas no seio

do material, nas peas que fazem parte dos circuitos magnticos,sejam mnimas;

o para a construo de eletroms, isto , quando queremos exerceraes magnticas sob o comando de correntes eltricas,interessa usar materiais de pequena remanncia e pequena foracoercitiva;


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o nas peas sujeitas a magnetizao alternada, convm que o ciclohistertico do seu material seja de pequena rea porque, comoadiante se ver, as perdas por histerese so proporcionais reado ciclo, por unidade de volume do material.

1.2 Mquinas Eltricas

A figura abaixo mostra um esquema resumido dos diferentes tipos demquinas eltricas.


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2 TRANSFORMADORES

2.1 O Transformador Ideal

Um transformador eltrico de potncia um equipamento destinado atransformar valores de tenses, correntes e impedncias de um circuitoeltrico. constitudo por dois ou mais circuitos eltricos acoplados por umcircuito magntico comum.

O transformador ideal um artifcio meramente terico que nos permiteanalisar o transformador sem considerar as suas perdas, conforme figuraabaixo:

A corrente I1 percorre as espiras do circuito primrio, com uma tensoV1. Essa corrente induzida ao secundrio de forma inversamenteproporcional ao nmero de espiras do secundrio, correspondendo a estes umnovo valor de tenso V2.

A potncia do transformador possui um valor nico tanto para o primrioquanto para o secundrio.

A relao existente entre o nmero de espiras, a tenso e a corrente doprimrio e secundrio de um transformador expressa pela equao abaixo.Essa relao chamada de a.

Para encontrar a relao da impedncia, basta substituir na frmula osvalores das tenses por seu equivalente em funo da impedncia e dacorrente, conforme equaes abaixo:


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A figura a seguir traz o diagrama de um transformador ideal.

O transformador ideal em pu

Utilizando a magnitude das tenses terminais nominais como tenso debase, tem-se os seguintes valores de base para o primrio e secundrio,respectivamente:

Sendo a potncia de base do sistema, as correntes de base para oprimrio e secundrio so, respectivamente:

Desta forma, os valores em peu sero dados por:


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Portanto, quando as grandezas estiverem em pu, o transformador idealcom relao nominal pode ser substitudo por um curto-circuito, conforme figuraabaixo, pois tanto a tenso quanto a corrente representam o mesmo valor emambos os enrolamentos.

2.2 O Transformador Real (Ensaios , Rendimento e Perdas)

O transformador real acrescenta ao transformador ideal as perdas nosenrolamentos e no ncleo.

OBS: Embora no estejam expressas no circuito equivalente, existemainda as perdas suplementares, que sero definidas posteriormente.

A figura a seguir mostra o circuito equivalente de um transformador real:


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Onde,

r1 = Resistncia do enrolamento primrio

r2 = Resistncia do enrolamento secundrio

x1 = Reatncia de disperso do enrolamento primrio

x2 = Reatncia de disperso do enrolamento secundrio

xm = Susceptncia de magnetizao

rol = Condutncia

A partir do circuito equivalente podemos escrever as seguintes equaes:

Onde,

E1 = Fora contra-eletromotriz aplicada no enrolamento primrio

E2 = Fora eletromotriz induzida no enrolamento secundrio

Operao em Vazio

Quando um transformador de potncia opera sem carga conectada no

seu enrolamento secundrio dito que ele opera em vazio. Neste caso, ao seaplicar uma tenso V1 no enrolamento primrio, surge uma fora contra-eletromotriz -E1 neste enrolamento, que responsvel pelo surgimento dacorrente de excitao Io.

A corrente de excitao produz o fluxo magntico, cuja variao induzuma fora eletromotriz E1 no enrolamento primrio e uma fora eletromotriz E2no enrolamento secundrio. As foras eletromotrizes E1 e E2 esto


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relacionadas ao fluxo magntico que circula no ncleo pelas seguintesequaes:

A corrente de excitao I0 pode atingir valores de at 6% da correntenominal e composta de duas componentes: a componente de perdas IP e acomponente de magnetizao IM. A componente de magnetizao IM est emfase com o fluxo magntico e uma corrente puramente reativa. A componentede perdas IP est em fase com -E1 e usualmente muito pequena da ordemde 1 a 6% da corrente de excitao, por este motivo comum assumir acorrente de excitao como sendo a componente de magnetizao.

A Figura a seguir, apresenta o diagrama fasorial tpico de umtransformador de potncia operando em vazio.

A densidade de fluxo magntico ou quantidade de fluxo magntico quecircula por uma determinada seo do ncleo de um transformador de potnciatem seu valor mximo expresso em Gauss pela seguinte equao:


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Onde,

Bm - densidade de fluxo magntico mximo

V1 - tenso aplicada no enrolamento primrio

A - seo transversal do ncleo magntico em cm2f - freqncia eltrica ( 60 Hz )

N1 - nmero de espiras do enrolamento primrio

Os transformadores de potncia atualmente apresentam densidades defluxo magntico comumente variando de 10.000 a 16.000 Gauss. Atualmente,novos materiais esto sendo estudados como as ligas amorfas, onde valorestpicos de densidade de fluxo variam de 20.000 a 25.000. A refernciabibliogrfica [4] estima que, as ligas amorfas quando estiverem sendocomercializadas, devero reduzir as perdas do ncleo dos transformadores em

torno de 40% a 60% dos valores atualmente encontrados.

Operao em Carga

Ao ser conectada uma carga no secundrio de um transformador depotncia, a corrente que circula no secundrio produz um fluxo magntico quese ope ao fluxo produzido pelo enrolamento primrio. Como o fluxo magnticoque circula no ncleo est relacionado a tenso aplicada no primrio, umaumento da corrente do primrio ocorre no sentido de compensar o efeito dacarga. Esta parcela de corrente do primrio que circula para compensar o efeitoda carga denominada de componente de carga I1C. As equaes quepermitem analisar o comportamento de um transformador de potncia com umacarga no seu secundrio so:

O diagrama fasorial para um transformador em carga alimentando umacarga indutiva apresentado na figura a seguir. importante destacar quepara uma carga indutiva a tenso na carga possui um mdulo menor que atenso no primrio do transformador de potncia.


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Regulao

A regulao nos transformadores mede a variao de tenso nos terminaisdo enrolamento secundrio deste, quando conectado uma carga. A variaode tenso no secundrio do transformador desde a sua operao em vazio ata plena carga quantificada pela regulao. importante salientar que nestadefinio a tenso no enrolamento primrio do transformador consideradaconstante. Com o transformador em vazio, no secundrio tem-se a tenso E2,que passa a ser V2 quando o transformador est em carga. Por definio aregulao a diferena entre estas duas tenses expressas em percentual datenso do enrolamento secundrio em carga, assim:

Atravs da equao acima, pode ser observado que quanto maior aregulao de um transformador, maior a queda de tenso interna dotransformador, isto , maiores so as resistncias e reatncias.


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A regulao significativamente influenciada pela carga, ela assumevalores positivos para cargas de natureza indutiva e pode assumir valoresnegativos para cargas de natureza capacitiva. Uma regulao negativa significatenses na carga mais elevadas que as tenses aplicadas ao transformador equanto maior esta carga maior ser a regulao.

Esta situao pode ocorrer em sistemas eltricos comerciais onde emalguns casos os capacitores permanecem em paralelo com uma carga bemmenor que a nominal dos capacitores.

Marcas de Polaridade

As marcas de polaridade so os smbolos utilizados para identificar aspolaridades dos terminais de um transformador.

Num transformador, a intensidade da corrente secundria e a sua relaode fase com a tenso secundria dependem da natureza da carga, entretanto,a cada instante o sentido dessa corrente deve ser tal que se oponha a qualquervariao no valor do fluxo magntico . Esta condio est de acordo com a leide Lenz: o sentido da corrente induzida sempre contrria a causa que lhe deu aorigem.

A figura a seguir mostra um transformador monofsico com enrolamento doprimrio no sentido anti-horrio e o do secundrio no sentido horrio.Considerando a corrente instantnea I1 crescente entrando no terminalsuperior do enrolamento primrio, criar um fluxo magntico crescente, quecircular no ncleo no sentido horrio (regra da mo direita). Para que a lei deLenz seja satisfeita, a corrente secundria I2 dever sair do terminal superior

do enrolamento secundrio.

A Figura a seguir, mostra tambm um transformador monofsico, com

uma nica diferena em relao figura anterior: o enrolamento do secundrioest no sentido anti-horrio. Para este caso, a corrente secundria I2 deversair do terminal inferior do enrolamento secundrio.


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bvio que, o sentido da corrente instantnea no secundrio dependeexclusivamente do sentido relativo dos enrolamentos. Para indicar os sentidosdos enrolamentos que se utiliza o conceito de polaridade.

Regra de Polaridade: No enrolamento primrio a corrente entra pelamarca de polaridade, enquanto que no enrolamento secundrio a correntesai pela marca de polaridade.

Polaridade Subtrativa: quando os fluxos dos enrolamentos primrio esecundrio se subtraem. Ao ligar um terminal primrio a um terminalsecundrio correspondente e aplicar a tenso a um dos enrolamentos, a tensoentre os terminais no ligados igual diferena das tenses nosenrolamentos. Neste caso, as marcas de polaridade so apresentadas nafigura a seguir:

Polaridade Aditiva: quando os fluxos dos enrolamentos primrio e secundriose somam. Ao ligar um terminal primrio a um terminal secundrio nocorrespondente e aplicar a tenso a um dos enrolamentos, a tenso entre osterminais no ligados igual soma das tenses nos enrolamentos. As marcasde polaridade so apresentadas na figura abaixo:


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Para determinar a polaridade de um transformador pode ser utilizada umatenso de corrente contnua (bateria de 6 a 10 V), uma chave e umgalvanmetro com zero central, ligados conforme o esquema da Figura aseguir:

O procedimento deste mtodo o seguinte: ao fechar a chave faca, deve-se observar o sentido da deflexo do ponteiro do galvanmetro. Se a deflexofor no sentido positivo, a polaridade ser subtrativa; se a deflexo por nosentido negativo, a polaridade ser aditiva.

Perdas em transformadores de potncia

Um transformador de potncia operando em regime permanentealimentando um dado sistema eltrico, est sujeito a trs tipos de perdas:perdas no cobre, perdas no ferro ou no ncleo e perdas suplementares.

Perdas no cobre So perdas variveis no transformador provocadas pelapassagem da corrente eltrica nos enrolamentos primrio e secundrio,

enrolamentos estes de determinada resistncia hmica. Estas perdas devidoao efeito Joule, aquecem os enrolamentos primrio e secundrio e estodiretamente relacionadas com o quadrado das correntes nos enrolamentosprimrio e secundrio. Elas so expressas pela seguinte equao:

Onde,I1= I2+ I0 e

PC - perdas no cobre por faseI- correntede excitaoPerdas no ncleo As perdas no ncleo ou no ferro esto relacionadas apassagem do fluxo magntico no ncleo de um transformador. Estas perdasoriginam o aquecimento das chapas de ao-slicio do ncleo e so quase queindependentes da carga eltrica atendida pelo transformador, sendo assumidaem vrias situaes como perdas fixas. Elas podem ser divididas em dois tipos:perdas por correntes parasitas e perdas por histerese.


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Perdas por Correntes Parasitas A passagem de um fluxo magnticoalternado pelo ncleo de um transformador d origem foras eletromotrizes,que por sua vez, originam correntes parasitas. Estas correntes ao travessaremas chapas de ferro do ncleo do transformador provocam perdas em forma decalor. As perdas por correntes parasitas por fase podem ser calculadas por:

Onde:f - freqncia em HzB - induo magnticad - espessura da chapa em milmetro

Perdas por Histerese O material ferromagntico do ncleo dostransformadores de potncia quando submetido a um campo magnticoalternado, consome energia para orientar os seus domnios magnticos na

direo do campo. Este fenmeno conhecido pelo nome de histerese e tambm responsvel pelo aquecimento do ncleo. Portanto a energia cedidano enrolamento primrio do transformador no totalmente cedida aoenrolamento secundrio. Esta energia perdida est relacionada com as perdaspor histerese. As perdas por histerese por fase dependem do fluxo magnticono interior do ncleo e da freqncia da rede, sendo expressa pela seguinteequao:

Onde,

f - freqncia em HzB - induo magnticaKs - constante que depende do tipo de material usado no ncleo

Adicionando as perdas por correntes de Foulcault com as perdas porhisterese obtemos as perdas no ncleo por fase, isto :

Da teoria do circuitos magnticos pode-se demonstrar que a induomagntica ou o prprio fluxo magntico so diretamente proporcionais a tensoaplicada ao transformador, pois:

Analisando as trs equaes acima, podemos verificar que as perdas noncleo dependem apenas da freqncia da rede e da tenso aplicada ao


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desprezvel, de modo que a potncia de entrada seja aproximadamente igual afora eletromotriz. induzida pelo fluxo resultante no ncleo.

A montagem para a realizao do ensaio de curto circuito apresentadana figura a seguir. Por razes de segurana o lado alta tenso usualmenteadotado como primrio e o enrolamento secundrio colocado em curtocircuito, bastando assim uma tenso primria de 2 a 12% do valor nominal parase obter a corrente de plena carga. Como o valor de fluxo no ncleo nestascondies correspondentemente baixo, a corrente de excitao e as perdasno ncleo so inteiramente desprezveis.


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A tenso induzida no secundrio pelo fluxo resultante no ncleo iguala aqueda de tenso na impedncia de disperso do secundrio e na correntenominal. Como esta tenso apenas uma parcela reduzida da tenso nominal,o valor de fluxo magntico no ncleo reduzido e a admitncia de excitao,pode ento ser omitida. Nestas condies as correntes de primrio esecundrio so quase iguais quando referidas ao mesmo lado. A potncia deentrada pode ser assumida igual a perda total no cobre nos enrolamentos daalta tenso e baixa tenso.

Quando nem os dados de placa nem os resultados dos ensaios de curtoe circuito aberto no so conhecidos, as normas tcnicas podem serconsultadas para estimar os dados no disponveis e permitir o clculo dos

parmetros do circuito equivalente em pu empregando as seis ltimasequaes. As principais normas tcnicas empregadas para esta finalidade so:

-Aplicao de carga em transformadores de potncia, NBR - 5416;-Transformadores de potncia. Mtodo de ensaio, NBR - 5380;-Transformadores de distribuio para postes e plataformas, NBR 5440;-Recebimento, instalao e manuteno de transformadores de potncia emleo mineral;


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- NBR 7037;-Transformadores de potncia. Especificao, NBR - 5356.

Usualmente os dados nominais que mais freqentemente esto nodisponveis na placa de identificao dos transformadores de potncia so osdados referentes s perdas. A Tabela a seguir mostra as perdas mximas noferro e no cobre no carregamento nominal de transformadores com potnciaaparente variando entre 15 a 5000kVA coletadas das normas tcnicasdestacadas anteriormente.

Rendimento de Transformadores de Potncia

O rendimento de um transformador para uma dada condio de carga arelao, geralmente expressa em porcentagem, entre a potncia ativa saindo ea potncia ativa entrando no transformador, isto :

Referindo a resistncia do enrolamento primrio R1 ao enrolamentosecundrio e ainda assumindo que a corrente de excitao do transformador muito pequena, podemos escrever que:


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Logo:

Onde,- rendimentoPe - Potncia de entradaPs - Potncia de sadaReq - Resistncia equivalente

Analisando a equao acima, podemos concluir que: A tenso na carga

V2 no deve usualmente apresentar variaes significativas, portanto pode serassumida em clculos prticos como constante. As perdas no ncleo PN comofoi descrito anteriormente, dependem apenas da freqncia e da tensoaplicada. Como ambos parmetros pouco variam em sistemas eltricosoperando em regime permanente, o termo PN assumido constante naequao correspondendo s perdas do ncleo na tenso e freqncia nominal.Como o parmetro Req constante, as nicas grandezas sujeitas a variaesna equao so a corrente de carga I2 e o fator de potncia cos.

Na seo anterior, foi esclarecido que as perdas no cobre variam com o

quadrado da corrente de carga. Recordando que, o valor de corrente de carga definido pela potncia consumida pela carga, resta-nos apenas fazer comque a carga tenha o maior fator de potncia possvel de forma a minimizar acomponente reativa da corrente de carga. Portanto, ainda que a corrente decarga funo da potncia alimentada pelo transformador, para uma dadapotncia de carga, quanto maior o fator de potncia, menor a corrente paraatender esta mesma carga e consequentemente maior ser o rendimento destetransformador.

Definindo o fator de carga como sendo a relao entre a potnciaaparente da carga pela potncia nominal da transformao ou do simplesmentedo transformador de potncia, podemos escrever que:


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Paralelismo de transformadores

Algumas vezes mais vantajoso para o projeto da subestao colocarvrios transformadores ligados em paralelo, em vez de um nico que supratoda a potncia necessria. Dentre as muitas vantagens deste arranjo,podemos citar algumas:

1. Adequao a modelos de prateleira, o que significa valores deaquisio mais baixos e prazos de entrega menores, bem como

maior facilidade de substituio;2. Transformadores menores so mais fceis de transportar;

3. A perda de um transformador no implicar na desenergizaototal da carga.

Porm, para que seja possvel colocar dois ou mais transformadores emparalelo necessrio que:

1. A alimentao primria das vrias unidades tenha as mesmascaractersticas eltricas;

2. Os transformadores tenham o mesmo deslocamento angular;

3. As tenses secundrias sejam iguais;

4. As impedncias percentuais sejam preferencialmente iguais;

5. Os fatores de potncia de curto-circuito sejam iguais;


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6. A relao entre as potncias nominais das diversas unidades noseja superior a 3:1.

Para equipamentos idnticos, a distribuio de carga entre ostransformadores ser a mesma. No entanto, quando os transformadorespossuem potncias nominais e impedncias percentuais diferentes, o que uma prtica muito comum, a carga se distribuir diferentemente em cadaunidade de transformao.

Para determinao da distribuio de carga entre as diferentes unidadesde transformao, considerando um sistema de trs transformadores emparalelo, utilizaremos as seguintes equaes:

1 Passo: Calcular o valor da impedncia mdia de curto circuito

Onde,

Pntx Potncia nominal do transformador x

Zntx Impedncia percentual do transformador x.

2 Passo: Calcular o carregamento individual de cada transformador

Pc Potncia consumida pela carga

2.3 Aspectos Construtivos

Os transformadores de potncia so constitudos, construtivamente, pordiversos componentes que se distribuem entre trs grupos distintos, sejameles: Componentes Principais, Componentes Auxiliares e ComponentesAcessrios.

Os componentes principais, tambm denominados de parte ativa, soaqueles que so a prpria essncia de um transformador, isto :

Ncleo;

Bobinas.


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O meio refrigerante interno e os nveis de tenso de um transformadorde potncia definem os Componentes Auxiliares, so eles:

Tanque;

Meio Refrigerante;

Buchas.

Os Componentes Acessrios correspondem a um grupo decomponentes que permitem monitorar, controlar e proteger os transformadoresde potncia. A quantidade de componentes acessrios funo da tenso dosenrolamentos e da potncia nominal do transformador como est definido naNBR 5356, bem como por seu tipo de refrigerao. Os componentesacessrios so:

Tanque de Expanso;

Respirador;

Dispositivo de alvio de presso;

Indicador externo de nvel de leo;

Indicador de temperatura do enrolamento;

Vlvula de drenagem de leo;

Rel detetor de gs tipo Buchholz;

Comutador de tapes sem tenso; Caixa de terminais de cabos de controle;

Meios para locomoo;

Vlvula para carga de gs inerte.

O ncleo de um transformador, conforme sua construo, pode ser dedois tipos:

Tipo Envolvente ou Tipo Shell: Permite reduo da altura; possui travessas

horizontais menores; impedncia de seqncia positiva igual impedncia deseqncia zero; e seu enrolamento envolvido pelo circuito magntico.


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Tipo Envolvido ou Tipo Core: mais comum; possui fabricantes brasileiros;impedncia de seqncia zero diferente da de seqncia positiva; enrolamentoenvolve o circuito magntico.

Os enrolamentos de um transformador, assim como o ncleo, tambm

podem ser de dois tipos distintos:

Tipo camada: o caso mais comum de enrolamento, consiste num nicoenrolamento, enrolado continuamente, em formato helicoidal com espirassucessivas. Muito utilizados em transformadores de distribuio.


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Isolamento em ar;

Isolamento em resina epoxi.

Transformadores Lquido Isolante:

leo Mineral:

-Naftnico;-Parafnico.

leo Vegetal

Lquido Isolante Sinttico:

-Ascarel;

-Silicone.

importante salientar que embora ainda existam transformadores de

potncia ascarel em operao, este lquido isolante est proibido de ser

comercializado no pas, pois trata-se de componente txico, cancergeno e nosolvel em gua. Embora a grande maioria dos transformadores de potncia

em operao no mundo seja a leo, os transformadores a seco em resina epoxi

tm tido uma grande e crescente aplicao nos sistemas eltricos, devido a

sua segurana e reduzida manuteno. Os transformadores a seco possuem

utilizao quase obrigatrio em sistema eltricos especiais como plataformas

de petrleo, hotis, aeroportos e hospitais.

Componentes auxiliares:

Transformadores a lquido isolante: Existem quatro tipos de lquido isolanteutilizados em transformadores - leo mineral, leo vegetal, silicone e ascarel.

Transformadores a seco: So ligeiramente mais caros que os de lquidoisolante, porm essa diferena tem diminudo consideravelmente nos ltimosanos. So amplamente utilizados na indstria, porm, devido sua maiornecessidade de refrigerao, ainda no so muito utilizados em sistemas dedistribuio e edificaes. Os enrolamentos primrios podem ser construdos

em fita de alumnio e o enrolamento secundrio em folhas finas de alumnio,com altura da chapa igual a altura da bobina. O encapsulamento dessasbobinas pode ser do tipo reforado ou sob vcuo.

Observao: As bobinas dos transformadores a seco so em alumnio porqueeste material tem o coeficiente de dilatao muito parecido com o epxi, que o material que isola as mesmas, e h a dilatao de ambos quando o


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transformador aquece, fazendo com que os esforos resultantes sejamcompatveis com os mtodos de construo empregados.

Tanque: a parte do transformador destinada a abrigar a parte ativa e o leoisolante. Se apresenta em tamanho e formatos diversos, podendo ter acopladoradiadores ou no. Est sujeito a processos acelerados de corroso e a fortespresses, devendo ser a espessura de sua chapa especificada de acordo comas normas, assim como o tratamento das chapas.

Sistemas de resfriamento: Os processos de transferncia de calor, em geral,acontecem de trs formas: Conduo, radiao e conveco. Nostransformadores, essa transferncia se d por conveco, e pode ocorrer deforma natural ou forada. Na forma natural, o leo quente sobe e o refrigeradodesce, atravs do processo normal e lento, a forada parte do mesmo princpio,porm, nesse caso, so utilizadas bombas de leo para fazer a troca de calorde maneira mais eficaz.

Buchas: Tm a funo de interligar os enrolamentos do tanque com o meioexterno, ou seja, so as terminaes do transformador, local por onde ele interligado ao meio externo. Devem ser capazes de transportar as correntesdos equipamentos em regime normal e de sobrecarga, de manter a isolaotanto para a tenso nominal quanto para as sobre-tenses e resistir aosesforos mecnicos. Podem ser do tipo capacitivas ou no-capacitivas.

No-capacitivas: Sua isolao constituda s de porcelana para tenses at25kV, para isolao at 69kV utilizado isolante slido do tipo herkolite.

Capacitivas: So fabricadas para tenses de 25kV at 765kV. Em volta docondutor central so colocados cilindros condutores concntricos para formarsuperfcies equipotenciais e melhorar a distribuio de tenso. isolado comleo ou massa isolante, o capacitor colocado dentro da porcelana com leomineral ou massa isolante, pressionado contra a gaxeta. Possuem indicadorde nvel de leo e cmara de extino.

Conservador de lquido isolante: um reservador fixado acima da carcaa, nostanques a expanso, destinado a receber o leo quando esse se expande,devido aos efeitos do aquecimento por perdas internas. Os tanques aexpanso podem utilizar o rel Buchholz, que verifica se existe gs no

transformador. No so indicados para ambientes com intensa poluio.Transformadores selados so aqueles em que existe uma camada de gsinerte entre a tampa e o lquido isolante, normalmente 15cm, e quando o leose expande cria uma fora resultante no tanque.

A umidade entra no transformador atravs da respirao do mesmo com avariao de carga pesada e leve o leo aquece e resfria, nesse processo, omesmo acaba absorvendo umidade.


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Secador de ar: Recipiente contendo silica-gel, produto qumico de cor azuladacom grande capacidade de absoro da umidade, sendo necessria a suatroca periodicamente, quando a cor da silica-gel mudar para rosa. A silica-gelpode ser secada em estufa, voltando a obter a cor azul e podendo serreutilizada, porm, at chegar um ponto em que a cor ser branca, nesse ponto

a silica-gel satura e deve ser utilizada uma nova.Comutador de Derivao: Para realizar a mudana de derivao (tape) a normaestabelece que o sistema seja de comando rotativo, com mudana simultneanas trs fases, para operao sem tenso com comando interno e acessvel,atravs de abertura para inspeo. O comando do comutador deve serinstalado acima do nvel de leo para no contaminar o mesmo. Por ser anica pea mvel do transformador, o ponto mais sujeito a falhas. Suafuno bsica elevar/baixar o nvel de tenso no secundrio de acordo comas variaes de tenso do primrio.

Placa de identificao: Deve ser de alumnio anodizado ou ao inox, fixada narea externa do transformador, atravs de rebites e resistente corroso, edeve conter as principais informaes eltricas e funcionais do mesmo.

Termmetro: Ficam localizado na parte superior do tanque, possuem contatosauxiliares que indicam temperaturas de alarme e desligamento, por exemplo,sendo os mesmos ajustveis e independentes. Pode ser utilizada sonda.

Termmetro de imagem trmica: Tcnica comumente utilizada para medir atemperatura nos enrolamentos do transformador. Tem este nome porreproduzir indiretamente a temperatura do enrolamento. Este sistema

composto de uma resistncia de aquecimento e um sensor de temperaturasimples ou duplo, ambos encapsulados e montados em um poo protetorimerso em uma cmara de leo, indicando assim a temperatura do ponto maisquente do enrolamento. A resistncia de aquecimento alimentada por umtrafo de corrente associado ao enrolamento secundrio do transformadorprincipal.

Indicador de nvel de leo: Mede o nvel de leo, normalmente possui doiscontatos auxiliares, um para indicar atingimento do nvel mnimo e outro para onvel mximo. Segundo norma, devem possuir bia, cujos contatos devem serdisponibilizados para sinalizao ou at atuao de disjuntor, quando

projetado.

Caixa de comando e proteo: Local do transformador onde, normalmente, soreunidos os contatos auxiliares dos instrumentos existentes no mesmo. Sofixadas carcaa do transformador, diretamente ou atravs de dispositivosanti-vibratrios.


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Dispositivo para retirada da amostra de leo: Normalmente consta de umavlvula de drenagem provida de bujo.

Vlvula para alvio de presso: As vlvulas utilizadas para esta finalidadedevem possuir contatos eltricos auxiliares a fim de permitir o desligamento dodisjuntor de proteo. A diferena entre em rel de sbita presso e umavlvula de alvio de presso a de que o primeiro atua durante a ocorrncia deuma variao instantnea de presso interna, enquanto a segunda opera naeventualidade de a presso ultrapassar um limite pr-estabelecido.

Os transformadores dotados de ventilao forada so designados atravs dedois valores de potncia nominal, como por exemplo, 5/6, 25 kVA, sendo que oprimeiro valor refere-se potncia do equipamento sem o funcionamento dosventiladores, enquanto o segundo valor considera a capacidade nominal doequipamento com o funcionamento de todos os estgios do sistema deventilao forada.

Rel de gs ou buchholz: constitudo de duas bias, uma superior que forada a descer se h um acmulo excessivo de gs no mesmo, se umaproduo excessiva de gs provoca uma passagem de leo no rel, quem atua a bia inferior. utilizado em transformadores com tanque de expanso, instalado no tubo que liga o tanque ao conservador, atua nos casos de sbitavariao no nvel do leo, essas variaes so decorrentes de descargasinternas, vazamento de leo, e defeitos entre espiras, entre partes vivas e entrepartes vivas e a terra.

Sistema de secagem com bolsa de ar: A selagem feita atravs de uma bolsade neoprene cheia de ar, essa bolsa aumenta ou diminui de volume de acordo

com as variaes do volume do leo dentro do transformador.Tubo de exploso: Consiste de um tubo que de um lado conectado ao tanquee do outro possui um disco de ruptura, quando a presso dentro do tanqueeleva muito, esse disco acionado fazendo cair a presso interna do tanque.

Caractersticas eltricas dos transformadores: Potncia nominal, tenso,corrente, freqncia nominal, sistema de refrigerao.

O processo de fabricao do transformador comea pelo ncleo, umaguilhotina corta no formato e dimenses do projeto, a medida que a chapa cortada, a prpria guilhotina executa o empilhamento inicial. Num processoparalelo, as bobinas so enroladas, tanto os enrolamentos primrios quanto ossecundrios. Os processos de secagem da parte ativa podem ser realizadospor estufa com ar quente; estufa com ar quente na presena de vcuo; estufaatravs de vapor de solvente. O ncleo constitudo de colunas e travessas,que podem ser unidas atravs de juntas frontais ou de juntas encaixadas.


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TRANSFORMADOR A LEO

TRANSFORMADOR A SECO

A figura abaixo traz um comparativo entre o transformador a leo e otransformador a seco, em termos de dimenses e de peso.


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2.4 Auto-transformadores, Transformadores de MltiplosEnrolamentos e Bancos de Transformadores

Auto-transformadores

No transformador normal, cada enrolamento projetado para suportar apotncia nominal. possvel ligar os enrolamentos de forma a melhoraproveitar o material utilizado. Este equipamento chamado deautotransformador.

O secundrio de um autotransformador (ou o seu lado de baixa tenso) tirado de uma derivao do enrolamento principal (ou primrio). A figura aseguir mostra um desenho esquemtico de um autotransformador.

Pode-se analisar o autotransformador com se fosse um transformadorde dois enrolamentos. O enrolamento 1 com N1 espiras e o enrolamento 2 comuma parcela das espiras do enrolamento 1, ou N2 espiras com N2 < N1.

O fluxo concatenado sendo o mesmo, tem-se:


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O equilbrio ampre-espira tambm tem que ser obedecido:

Visto dos terminais, portanto, o autotransformador se comporta como sefosse um transformador de dois enrolamentos com relao de transformaoa.

A vantagem do autotransformador a capacidade, ou potncia nominal,que muito maior que o transformador normal. A principal desvantagem queno h isolao entre os enrolamentos primrio e secundrio, o que no otorna recomendvel para classes de tenso muito diferentes entre estes.

Transformadores de Trs Enrolamentos

Em sistemas de energia eltrica bastante comum a presena de umterceiro enrolamento nos transformadores de fora, alm dos enrolamentosprimrio e secundrio. Este enrolamento denominado tercirio e empregado para fornecer caminho para as correntes de sequncia zero, para aconexo dos alimentadores de distribuio, para alimentar os serviosauxiliares das subestaes de energia ou para conexo dos equipamentos

empregados na compensao de reativos (normalmente bancos decapacitores).

A figura a seguir mostra um transformador monofsico de trsenrolamentos juntamente com o seu circuito equivalente em pu.


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O ponto de juno mostrado no diagrama equivalente da figura a seguir fictcio e no possui qualquer relao com o neutro do sistema.

As impedncias de qualquer ramo da figura acima podem serdeterminadas atravs da impedncia de curto-circuito entre os respectivos

pares de enrolamentos, mantendo o enrolamento restante em aberto (ensaiode curto-circuito). Desta forma, sendo a impedncia obtida no ensaio noqual aplicada tenso no enrolamento primrio suficiente para fazer circular acorrente nominal quando o secundrio est em curto-circuito e o tercirioaberto, desprezando-se o ramo de magnetizao (conforme mostrado na figuraabaixo), tem-se:

Para as demais combinaes, tem-se:

As impedncias de quaisquer ramos da figura acima podem serdeterminadas resolvendo-se o sistema formado pelas equaes anteriores,cuja soluo dada por:


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Notar que este modelo pode apresentar resistncias e/ou reatnciasnegativas. O significado fsico de tais parmetros pode parecer contrariar anatureza do equipamento mas deve-se levar em conta que o circuitoequivalente representa o transformador a partir de seus terminais (portanto, oscomponentes no precisam possuir individualmente ligao direta com umenrolamento especfico).

Diferentemente dos transformadores de dois enrolamentos, os

transformadores de trs enrolamentos geralmente apresentam enrolamentoscom potncias nominais diferentes.

Bancos de transformadores

Podemos utilizar associao de transformadores monofsicos para formarum nico transformador trifsico, associando seus enrolamentos de acordocom a funcionalidade requerida.

Este procedimento, a despeito do carter econmico envolvido, na medidaem que trs transformadores monofsicos mais caro que um nico

transformador trifsico, apresenta flexibilidade de operao vantajosa emalguns casos. Se ocorrer uma contingncia que implica inutilizao de umtransformador, sua substituio rpida e menos onerosa que a substituiode um transformador trifsico e, dependendo ainda do tipo de conexoutilizado, o suprimento de energia pode ser parcialmente garantido com apenasdois transformadores, o que no ocorre quando um defeito acomete umtransformador trifsico.

Conexo Estrela-Estrela

A Figura a seguir mostra um banco trifsico constitudo por trstransformadores monofsicos, cujos enrolamentos primrio e secundrio soconectados em estrela (Y).


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O nico cuidado nesta conexo observar que os terminais da estrela so osterminais de mesma polaridade das unidades monofsicas.

Sejam os valores do transformador monofsico:Snom: potncia nominalV1nom: tenso nominal do primrioV2nom: tenso nominal do secundrio

Os valores nominais do banco trifsico de transformadores resultam:Potncia nominal do banco: Sbanco=3xSnomTenso nominal de linha do primrio: VB1=3x V1nomTenso nominal de linha do secundrio: VB2=3x V2nom

Conexo Tringulo-Tringulo

A Figura a seguir mostra um banco trifsico constitudo por trstransformadores monofsicos, cujos enrolamentos primrio e secundrio so

conectados em tringulo ou delta ().


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Os valores nominais do banco trifsico de transformadores resultam:Potncia nominal do banco: Sbanco=3xSnomTenso nominal de linha do primrio: VB1=V1nomTenso nominal de linha do secundrio: VB2=V2nom

Conexo Estrela-Tringulo

A Figura a seguir mostra um banco trifsico constitudo por trstransformadores monofsicos, cujos enrolamentos do primrio estoconectados em estrela (Y) e os enrolamentos do secundrio conectados emtringulo ().


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Os valores nominais do banco trifsico de transformadores resultam:Potncia nominal do banco: Sbanco=3xSnomTenso nominal de linha do primrio: VB1=3x V1nomTenso nominal de linha do secundrio: VB2=V2nom

2.5 Manuteno de Transformadores

A vida til de um transformador depende, essencialmente, do grau de

deteriorao do seu isolamento. As bobinas e todas as ligaes so isoladascom camadas de papel, composto por celulose especialmente tratada, cujoselementos bsicos so o carbono, o hidrognio e o oxignio. A degenerao doisolamento consiste na degradao do grau de polimerizao, produzindo CO eCO2 e deixando o isolante em forma de camadas cristalizadas e friveis(quebradias), podendo ser facilmente rompidas. A degradao do isolamento funo do tempo e da temperatura, sendo diretamente proporcional a esta.

As bobinas do transformador esto imersas em leo, o qual circula entreelas por efeito termo sifo, de baixo para cima, e leva o calor, gerado pelasperdas produzidas pela passagem da corrente eltrica no condutor, aos

radiadores ou trocadores de calor para resfri-lo. O ponto mais quente do leono transformador se situa na parte superior da caixa onde se encontram assadas para os radiadores. Neles o leo circula de cima para baixo entrando nacaixa pela parte inferior.

As perdas devido ao ncleo do transformador e principalmente asperdas devido passagem de corrente nas bobinas so responsveis peloaquecimento do leo no seu interior. No caso do transformador do forno a arco,onde necessrio que a instalao seja o mais prximo possvel do forno, h


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uma elevao na temperatura ambiental, e ento para aumentar a eficincia darefrigerao dos condutores, fora-se circulao do leo no interior da caixa edo ar atravs dos radiadores. Portanto, so necessrios trocadores de calorleo gua cujo elemento refrigerante a gua.

denominado gradiente de temperatura do cobre como sendo o salto

de temperatura entre o condutor, com seu isolamento de papel, e o leo. Umapequena parcela deste salto se forma pela conduo do calor atravs da finacamada de papel impregnada com leo, mas a maior parcela se realiza pelatransmisso de calor por conveco do isolamento ao leo.

Na operao de um forno a arco h grandes variaes de correntedurante os perodos muito instveis do arco, como ocorre durante a perfuraoda sucata e incio de fuso dos carregamentos. Mesmo nos pontos maisestveis da operao a corrente no permanece estvel. Considerando oelevado valor da constante de tempo de aquecimento e resfriamento, atemperatura do leo e dos enrolamentos vai se situar num valor mdiocorrespondente a uma potncia mdia de perdas durante os perodos deoperao.

As temperaturas do leo e dos enrolamentos so controladas pormedidores de temperatura que podem acionar alarmes ou mesmo desligar otransformador quando elas forem ultrapassadas. Para a medio e controle datemperatura dos enrolamentos comum o uso de um aparelho denominado deimagem trmica, porque ele consegue reproduzir uma imagem dosenrolamentos sob o ponto da elevao de temperatura em relao ao leo,apesar de no estar em contato com as bobinas. Podem existir nosenrolamentos algumas zonas em que, por erro de projeto ou por erro demontagem, a refrigerao tenha ficado deficiente. Ento, a temperatura destes

pontos no detectada pela imagem trmica, mas pode ser suficientementeelevada a ponto de diminuir consideravelmente a vida til do transformador.

A manuteno preditiva de transformadores deve ser realizadaperiodicamente com a utilizao de anlises fsico-qumicas e cromatogrficasque se pode detectar vrios sintomas.

A seguir, esto apresentadas as tcnicas de identificao de falhas deacordo com o padro ABNT, a partir da anlise cromatogrfica do leo isolante.

Gs predominante AcetilenoQuando grandes quantidades de hidrognio e acetileno so produzidas

no leo, com pequenas quantidades de metano e etileno h a indicao deocorrncia de arco eltrico e o leo pode ser carbonizado.

Gs predominante EtilenoQuando o leo apresenta como produtos de decomposio o etileno e

metano, juntamente com quantidades menores de hidrognio e etano, h aindicao de superaquecimento do leo.

Gs predominante Hidrognio


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A formao de grandes quantidades de hidrognio, com pequenasquantidades dos outros gases combustveis so um sinal de decomposioeletroltica da gua ou decomposio da gua associada com a ferrugem.

A produo de hidrognio e metano, porm com pequenas quantidadesde etano e etileno e quantidades comparveis de monxido e dixido de

carbono uma indicao de ocorrncias de descargas parciais na celulose.Gs predominante Monxido de carbonoGrandes quantidades de dixido e monxido de carbono presentes no

leo so liberadas pela celulose superaquecida. Porm, quando hhidrocarbonetos gasosos presentes, como metano e etileno, a falha envolveuma estrutura impregnada em leo.


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EXERCCIOS

1) Para a alimentao de uma carga trifsica equilibrada de 150kVA, 220Vfase-fase, a partir de um alimentador trifsico de 4500V fase-fase, 60Hz,

ser utilizado um banco trifsico constitudo por 3 transformadoresmonofsicos idnticos. As caractersticas de cada um dostransformadores monofsicos e suas ligaes primria e secundria,para o atendimento dos requisitos citados so:a) Potncia nominal 50kVA, 2600/220 V, 60Hz, conexo estrela-

tringulo;b) Potncia nominal 50kVA, 4500/120 V, 60Hz, conexo tringulo-

estrela;c) Potncia nominal 150kVA, 2600/220 V, 60Hz, conexo tringulo-

estrela;d) Potncia nominal 150kVA, 2600/120 V, 60Hz, conexo estrela-

tringulo;e) Potncia nominal 50kVA, 4500/220 V, 60Hz, conexo estrela-

tringulo;

2) Um transformador monofsico de potncia nominal de 552kVA,13800/2300V, 60Hz, apresenta perda no ncleo de 3880W quandoopera em condies nominais de tenso e freqncia. A resistncia doenrolamento do lado de alta tenso de 6 ohms e a do lado de baixatenso de 0,2 ohms. Operando em condies nominais e fator depotncia unitrio, o rendimento aproximado deste transformador ser de:

a) 88,2%b) 89,4%c) 90,1%d) 92,0%e) 95,6%

3) Um transformador rebaixador de tenso usado em uma linha de1650V, para fornecer 45A e 110V. A corrente que ela recebe, supondoum rendimento de 100%, ser de:

a) 3A

b) 4Ac) 5Ad) 6Ae) 6,25A

4) Um transformador de 10.000kVA apresenta eficincia nominal de 99%.Em vazio, ele consome da rede 10kW. Operando a 75% da carganominal, a perda por Efeito Joule :


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a) 90kWb) 80kWc) 50,625kWd) 38,4kWe) 27,6kW

5) Se a regulao de tenso nominal de um transformador 1,5%, pode-seafirmar que a sua tenso terminal operando em vazio :

a) 1,500 pub) 1,150 puc) 1,000 pud) 1,015 pue) 0,985 pu

6) O rel Buchholz detecta:a) A reduo da resistncia de isolamento;b) A formao de gases;c) A existncia de curto-circuito interno;d) A elevao de temperaturae) A reduo da rigidez dieltrica

7) A cor roxeada dos gros de slica gel de um transformador indica que oseu leo isolante:

a) Contm umidade;b) Est com reduzida rigidez dieltrica;c) Contm borras;

d) Est com elevado ndice de acidez;e) Est com reduzida tenso interfacial.

8) A carga do secundrio de um transformador abaixador com uma razode espiras de 5:1 de 900ohms. A impedncia do primrio :

a) 180 ohms;b) 4500 ohms;c) 22500 ohms;d) 32400 ohms;e) 36000 ohms.

9) Considerando que um transformador de potncia trifsico com relaode tenses de linha 13,8kV/138kV, potncia nominal igual a 100MVA ereatncia equivalente srie igual a 0,10 pu na base dos dados nominaisdo transformador seja submetido aos ensaios de curto-circuito e decircuito aberto para avaliao de alguns dos seus dados de placa, julgueos itens subsequentes:


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I O ensaio de curto-circuito realizado com a finalidade de avaliaoda relao entre as tenses primrias e secundrias do transformador.II Calculado em ohm, o valor da reatncia equivalente srie dotransformador no enrolamento de alta tenso igual a cem vezes o valorda mesma reatncia referenciada ao lado de baixa tenso.

III Por meio do ensaio de circuito aberto no transformador, possvelse determinar a regulao de tenso esperada para o transformadorpara funcionamento sob tenso nominal no lado de alta tenso.IV A impedncia base que utilizada para calcular a reatnciaequivalente em pu no lado de alta tenso apresenta valor superior a 169ohms.V No ensaio de curto-circuito, aplicada tenso nominal no lado debaixa tenso e, simultaneamente, aplicado um curto-circuito aosterminais de alta tenso do transformador e efetuadas medidas detenso e de corrente no lado de baixa tenso.

Esto certos apenas os itens:

a) I e II;b) I e V;c) II e IV;d) III e IV;e) III e V.

10) Um cliente adquiriu de uma empresa fabricante de transformadores umaunidade monofsica para atendimento de sua instalao eltrica. O

transformador adquirido, entre outros dados tpicos, contm as seguintesinformaes: relao de transformao: 500V/100V, 60Hz, potnciaigual a 1kVA, impedncia srie equivalente referenciada ao lado de altatenso composta por uma resistncia igual a 1 ohm e reatncia igual a 2ohms. Considere que o transformador supre, em seu lado de baixatenso, uma carga de 1kVA e que as perdas no ncleo de ferro sodesprezveis. Essa carga apresenta fator de potncia unitrio e otransformador opera com tenso igual a 100V no lado de baixa tenso.Com relao s caractersticas e ao funcionamento desse transformadorpara atender a carga, assinale a opo INCORRETA:

a) A regulao de tenso nesse transformador na condio defuncionamento inferior a 8%;

b) A tenso necessria no lado de alta tenso para atender a cargadeve ser superior a 500V;

c) A impedncia srie do transformador, caso fosse desconhecida,poderia ser estimada por meio de ensaio de curto-circuito nesseequipamento;


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O primrio est ligado em tringulo e o secundrio em estrela. O valorda corrente nominal de fase no primrio, em ampre, aproximadamente:

a) 28,8

b) 33,3c) 38,8d) 43,3e) 48,8

15) Dois transformadores trifsicos de mesmas tenses nominais noprimrio e secundrio, ambos com ligao no primrio em tringulo e nosecundrio em estrela e com idntico deslocamento angular no primrioe secundrio, um com potncia nominal de 500kVA e impedncia de 5%e o outro com potncia nominal de 750kVA e impedncia de 7,5%, soinstalados ligados em paralelo. Quando a carga ligada ao secundriodos dois for 800kVA, o transformador de 500kVA transportar,aproximadamente, carga, em kVA, de:

a) 240b) 280c) 320d) 360e) 400

16) Um transformador trifsico de 500kVA, com tenses nominais

13200/380V, possui o primrio ligado em tringulo e o secundrio ligadoem estrela e alimenta uma carga equilibrada de 300kW com fator depotncia 0,8. A corrente de linha absorvida pelo enrolamento primriodo transformador, em ampre, vale aproximadamente:

a) 7,1b) 10,3c) 13,5d) 16,7e) 19,9.

17) Considere:


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A corrente absorvida pelo enrolamento primrio do transformador dafigura acima, em ampre, vale, aproximadamente:

a) 0,55b) 0,66c) 0,77d) 0,88e) 0,99.

18) Um transformador possui as especificaes seguintes:110V/15V, 30W erendimento igual a 90%. Se no secundrio for instalada uma carga de10 ohms, a corrente no primrio ser, aproximadamente, de:

a) 90mAb) 150mA

c) 230mAd) 480mAe) 560mA.

19) A fim de se reduzir as perdas devido ao efeito das correntes parasitas(Foucault) em um transformador de potncia, necessrio:

a) Aumentar o valor da induo magntica nas lminas de ferro-silcio.

b) Aumentar a freqncia do sinal alternadoc) Reduzir o valor das resistncias dos enrolamentos primrio e

secundriod) Reduzir a espessura da chapa do ncleo do ferro do

transformador

20) Para que um transformador, trabalhando em regime de plena carga,tenha um rendimento mximo, necessrio que os (as):


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a) Valores das impedncias dos enrolamentos primrios esecundrios sejam iguais.

b) Perdas nominais no ferro e no cobre sejam iguaisc) Perdas nominais por histerese sejam o dobro das perdas nos

enrolamentos por efeito jouled) Valores das perdas por histerese e Foucault, no ncleo de ferrodo transformador, sejam iguais.

21) No caso dos transformadores de potncia, a relao no linear entre ofluxo de magnetizao e a corrente de excitao correspondente chamada de:

a) Harmnicos.b) Efeito Ferrantic) Histeresed) Fora Magnetomotriz

22) O ensaio a vazio em transformadores tem como finalidade determinar:

a) Perdas no cobre.b) Impedncia percentualc) Perdas por histerese e Foucaultd) Resistncia dosenrolamentos

23) A fim de se garantir que os leos isolantes cumpram a finalidade degarantir um perfeito isolamento entre os componentes do transformadore dissipar o calor produzido nos enrolamentos e no ncleo, necessriaa realizao de testes do tipo:

a) Descarga eletrosttica.b) Controle de pressoc) Filtragemd) Rigidez dieltrica

24) Um transformador trifsico, de potncia 750kVA,13,8kV delta (AT) e220/127Vestrela aterrado (BT), alimenta uma carga de 600kW com fatorde potncia 0,8 indutivo. O valor de corrente de linha, em ampres, nolado da alta tenso , aproximadamente, igual a:

a) 26,28.b) 31,38


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c) 38,54d) 54,35

25) Um transformador trifsico, ligado em estrela-delta, relao detransformao a, alimentado por uma tenso de linha V e uma

corrente de linha I. Determine as relaes secundrias de tenso delinha e corrente de linha, respectivamente:

a) V/a e aI.b) V/raiz(3)a e raiz(3)aIc) V/a e aI/raiz(3)d) Raiz(3)aV e I/raiz(3)ae) aV e I/a

26) Um transformador trifsico, de potncia 75kVA,13,8kV (delta) (AT) e380/220V estrela, aterrado (BT) alimenta uma carga de 69kW com fator

de potncia 0,92 indutivo. O valor da corrente de linha em ampres,nolado de baixa tenso , aproximadamente, igual a:

a) 68,5A.b) 113,95Ac) 196,82Ad) 252,4A

27) Um transformador com ncleo de ferro funcionando numa linha de 120Vpossui 500 espiras no primrio e 100 espiras no secundrio. A tenso

no secundrio de:

a) 600V.b) 120Vc) 50Vd) 24Ve) 12V

28) Um transformador ideal de 4,6kVA, 2.300/115V,freqncia de 60Hz, foiprojetado para ter uma f.e.m. induzida de 2,5V/espira. Determinar o

nmero de espiras do enrolamento de alta (Na) e as correntes nominaispara os enrolamentos de alta (Ia) e de baixa (IB)

a) Na = 920 espiras, Ia = 2mA e Ib = 40mA.b) Na = 460 espiras, Ia = 40A e Ib = 2A.c) Na = 1.840 espiras, Ia = 2mA e Ib = 40mA.d) Na = 460 espiras, Ia = 20A e Ib = 4A.e) Na = 920 espiras, Ia = 2A e Ib = 40A.


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29) Um banco transformador trifsico formado por trs transformadoresmonofsicos. Se o transformador trifsico utilizado para abaixar atenso de 230kV para 69kV (tenses de linha) e encontra-se ligadoestrela-delta, qual a a relao de transformao de cada transformador

monofsico?

a) 230:69kV.b) 230/raiz(3):69/raiz(3)kV.c) 230:69/raiz(3)kV.d) 230raiz(3):69kV.e) 230/raiz(3):69k.

30) Um transformador de potncia T1 de 1000kVA, 13800V:380V,impedncia de 5%, conectado em Dyn1, colocado em paralelo comum transformador T2 de 500kVA, 13800V:380V, impedncia de 4,5%,

conectado em Dyn1. possvel afirmar que:

a) A carga total que pode ser alimentada sem sobrecarregarnenhum dos transformadores de 1200kVA.

b) A carga total que pode ser alimentada sem sobrecarregarnenhum dos transformadores de 1300kVA.

c) A carga total que pode ser alimentada sem sobrecarregarnenhum dos transformadores de 1400kVA.

d) A carga total que pode ser alimentada sem sobrecarregarnenhum dos transformadores de 1500kVA.

e) Os transformadores T1 e T2 no podem operar em paralelo.


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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

MARTIGNONI, Alfonso. Transformadores. Editora Globo: 1983. 6edio.

MILASCH, Milan. Manuteno de transformadores em lquido isolante.Editora Edgard Blucher Ltda: 1993.

SIEMENS. Catlogo: Transformadores de potncia.

SIMONE, Gilio A. Transformadores Teoria e exerccios. Editora rica:2011.

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