Manutenção de Transformadores - Capítulo 01 - Princípios básicos de transformadores

Prévia do material em texto

5252
   AA
    p    p
    o    o
     i     i    o    o
  M  M
 a a
 n n
 u u  t  t
 e e
 n n
 ç ç
  ã  ã
 o o
  d  d
 e e
  t  t
 r r
 a a
 n n
 s s  f  f
 o o
 r r
 m m
 a a
  d  d
 o o
 r r
 e e
 s s
   Em Em 1885, 1885, George George Westinghouse Westinghouse JrJr. . compracompra
os direitos da patente de Goulard-Gibbs paraos direitos da patente de Goulard-Gibbs para
construir transformadores de corrente alternadaconstruir transformadores de corrente alternada
e encarrega William Stanley dessa tarefa. Stanleye encarrega William Stanley dessa tarefa. Stanley
desenvolveu o primeiro modelo comercialdesenvolveu o primeiro modelo comercial
do que, naquele momento, nomeou-se dedo que, naquele momento, nomeou-se de
transformador. O transformador possibilitavatransformador. O transformador possibilitava
a elevação das tensões diminuindo as perdasa elevação das tensões diminuindo as perdas
na transmissão de energia elétrica, permitidana transmissão de energia elétrica, permitida
pelo uso da corrente alternada, ao contrário dapelo uso da corrente alternada, ao contrário da
corrente contínua de Edison.corrente contínua de Edison.
O transformador é um equipamento elétrico,O transformador é um equipamento elétrico,
sem partes necessariamente em movimento,sem partes necessariamente em movimento,
que transfere energia elétrica de um ou maisque transfere energia elétrica de um ou mais
circuitos (primário) para outro ou outroscircuitos (primário) para outro ou outros
circuitos (secundário, terciário), alterando oscircuitos (secundário, terciário), alterando os
valores de tensões e correntes em um circuitovalores de tensões e correntes em um circuito
de corrente alternada, ou modicar os valoresde corrente alternada, ou modicar os valores
de impedância do circuito elétrico, semde impedância do circuito elétrico, sem
alterar a frequência do sistema. A necessidadealterar a frequência do sistema. A necessidade
da utilização de baixos níveis de tensão noda utilização de baixos níveis de tensão no
consumidor e a necessidade de transmitirconsumidor e a necessidade de transmitir
energia elétrica com tensões elevadas tornamenergia elétrica com tensões elevadas tornam
muito importante o papel desempenhado pelomuito importante o papel desempenhado pelo
transformador de potência.transformador de potência.
   Os Os transformadortransformadores es representam representam o o ativo ativo maismais
caro da cadeia que conecta a geração até os pontoscaro da cadeia que conecta a geração até os pontos
de utilização de energia elétrica. Atualmente,de utilização de energia elétrica. Atualmente,
Por Marcelo Paulino*Por Marcelo Paulino*
Capítulo ICapítulo I
Princípios básicos de transformadoresPrincípios básicos de transformadores
de potênciade potência
com a pressão imposta pelas necessidadescom a pressão imposta pelas necessidades
técnicas e comerciais, como as condições de umtécnicas e comerciais, como as condições de um
mercado de energia livre ou pelos esforços emmercado de energia livre ou pelos esforços em
manter o fornecimento de manter o fornecimento de energia com qualidadeenergia com qualidade
a todos os seus clientes, aumentam as abordagensa todos os seus clientes, aumentam as abordagens
de uma manutenção baseada nas condições dode uma manutenção baseada nas condições do
equipamento.equipamento.
   As As equipes equipes envolvidas envolvidas com com comissiona-comissiona-
mento e manutenção têm sofrido crescentemento e manutenção têm sofrido crescente
pressão para reduzir custos, mesmo sendopressão para reduzir custos, mesmo sendo
forçadas a manter antigas instalações emforçadas a manter antigas instalações em
operação por tanto tempo quanto possível.operação por tanto tempo quanto possível.
Os equipamentos elétricos instalados emOs equipamentos elétricos instalados em
subestações podem ser solicitados a operar sobsubestações podem ser solicitados a operar sob
diversas condições adversas, tais como: altasdiversas condições adversas, tais como: altas
temperaturas, chuvas, poluição, sobrecargatemperaturas, chuvas, poluição, sobrecarga
e, dessa forma, mesmo tendo uma operaçãoe, dessa forma, mesmo tendo uma operação
e manutenção de qualidade, não se podee manutenção de qualidade, não se pode
descartar a possibilidade de ocorrerem falhasdescartar a possibilidade de ocorrerem falhas
que deixem indisponíveis as funções deque deixem indisponíveis as funções de
transmissão e distribuição de energia elétricatransmissão e distribuição de energia elétrica
aos quais pertencem.aos quais pertencem.
   Entretanto, Entretanto, a a checagem checagem regular regular das das condiçõescondições
de operação desses equipamentos torna-sede operação desses equipamentos torna-se
cada vez mais importante. Torna-se imperativacada vez mais importante. Torna-se imperativa
a busca de procedimentos e de ferramentas quea busca de procedimentos e de ferramentas que
possibilitem a obtenção de dados das instalaçõespossibilitem a obtenção de dados das instalações
de forma rápida e precisa. Portanto, parade forma rápida e precisa. Portanto, para
N N o o v v o o ! ! 
N N o o v v o o ! ! 
  
5353
      A      A
    p    p
    o    o
     i     i    o    o
subsidiar os artigos futuros sobre aspectos e procedimentossubsidiar os artigos futuros sobre aspectos e procedimentos
de manutenção, o presente texto apresenta os princípiosde manutenção, o presente texto apresenta os princípios
básicos de funcionamento de transformadores de potência.básicos de funcionamento de transformadores de potência.
Princípio de funcionamento doPrincípio de funcionamento do
transformador monofásicotransformador monofásico
   O O transformador transformador é é um um aparelho aparelho estático, estático, sem sem partespartes
em movimento, que se destina a transferir energia elétricaem movimento, que se destina a transferir energia elétrica
de um circuito para outro, ambos de corrente alternadade um circuito para outro, ambos de corrente alternada
(CA), sem mudança no valor da frequência. O lado que(CA), sem mudança no valor da frequência. O lado que
recebe a potência a ser transferida é chamado de circuitorecebe a potência a ser transferida é chamado de circuito
primário e o lado do transformador que entrega potênciaprimário e o lado do transformador que entrega potência
é chamado de circuito secundário. A transferência éé chamado de circuito secundário. A transferência é
realizada por indução eletromagnética.realizada por indução eletromagnética.
   Simplicando-se Simplicando-se a a lei lei de de Lenz-FaradaLenz-Faradayy, , tem-se tem-se que,que,
sempre que houver movimento relativo entre um camposempre que houver movimento relativo entre um campo
magnético e um condutor, será induzida uma tensãomagnético e um condutor, será induzida uma tensão
(f.e.m. - força eletromotriz) em seus terminais.(f.e.m. - força eletromotriz) em seus terminais.
Pode-se ainda armar que ocorrerá a indução dePode-se ainda armar que ocorrerá a indução de
corrente quando uma espira condutora é colocada (imóvel)corrente quando uma espira condutora é colocada (imóvel)
em uma região onde existe um em uma região onde existe um campo magnético variávelcampo magnético variável
ou quando um circuito é posto em movimento dentroou quando um circuito é posto em movimento dentro
de um campo magnético constante. A Figura 1 mostrade um campo magnético constante. A Figura 1 mostra
a representação do estabelecimento do uxo magnéticoa representação do estabelecimento do uxo magnético
pela bobina primária devido à aplicação da tensão Upela bobina primária devido à aplicação da tensão U
11
..
Aplicando-se a tensão UAplicando-se a tensão U
11
, no primário do , no primário do transformadortransformador,,
circulará uma pequena corrente denominada “correntecirculará uma pequena corrente denominada “corrente
em vazio”, representada neste texto por Iem vazio”, representada neste texto por I
00
. Se a tensão. Se a tensão
aplicada é variávelno tempo, a corrente Iaplicada é variável no tempo, a corrente I
00
 também o é. também o é.
De acordo com a lei De acordo com a lei de Ampère, tem-se:de Ampère, tem-se:
Figura 1 – Estabelecimento do uxo entre duas Figura 1 – Estabelecimento do uxo entre duas bobinas.bobinas.
TensãoTensão
AlternadaAlternada
de Entradade Entrada
U1U1
TensãoTensão
AlternadaAlternada
de Saídade Saída
 U U
22
Fluxo Magnético -Fluxo Magnético - ∅∅
SecundárioSecundárioPrimárioPrimário
Em que:Em que:
• H • H é a é a intensidade do intensidade do campo;campo;
• l • l é o é o comprimento do circuito comprimento do circuito magnético;magnético;
• N• N
11
II
00
   é a é a força magnetomotriz.força magnetomotriz.
  
5454
   AA
    p    p
    o    o
     i     i    o    o
   Com Com o o transformador transformador operando operando em em vazio, vazio, ou ou semsem
carga, a corrente Icarga, a corrente I
00
 magnetiza o transformador e induz magnetiza o transformador e induz
as tensões Eas tensões E11   e e EE22. Fechando-se a chave S do circuito. Fechando-se a chave S do circuito
secundário do transformador, haverá circulação dasecundário do transformador, haverá circulação da
corrente Icorrente I
22
  em seu enrolamento, cujo valor depende  em seu enrolamento, cujo valor depende
exclusivamente da carga Zexclusivamente da carga Z
CC
. Como visto, de acordo. Como visto, de acordo
Em que:Em que:
Da expressão (4) é possível concluir que, emDa expressão (4) é possível concluir que, em
qualquer condição de operação do transformador,qualquer condição de operação do transformador,
sempre existirá a corrente Isempre existirá a corrente I
00
  e que somente ela  e que somente ela
é responsável pela indução de Eé responsável pela indução de E
11
   e e EE
22
, em outras, em outras
palavras, Epalavras, E11 e  e EE22 independem do regime de carga. independem do regime de carga.
Relação de transformação de umRelação de transformação de um
transformadotransformador r monofásicomonofásico
   A A relação relação de de transformação das transformação das tensões tensões de de umum
transformador monofásico é definida de duas formas:transformador monofásico é definida de duas formas:
Relação de transformação teórica ou relação de espirasRelação de transformação teórica ou relação de espiras
   A A relação relação de de número número de de espiras, espiras, definida definida por por KK
NN
, é, é
dada pela relação das quedas de tensão internas nasdada pela relação das quedas de tensão internas nas
bobinas do transformador. Assim, tem-se:bobinas do transformador. Assim, tem-se:
Em que:Em que:
• • Re Re é é a a relutância relutância do do núcleo;núcleo;
•• φφ   é é o o uxo uxo magnético.magnético.
   Dessa Dessa forma, forma, verifica-se verifica-se que que a a força força magnetomotrizmagnetomotriz
impulsiona o fluxo magnético pelo núcleo, sendoimpulsiona o fluxo magnético pelo núcleo, sendo
limitado pela relutância. Naturalmente, se a correntelimitado pela relutância. Naturalmente, se a corrente
é variável no tempo, o fluxo magnético tambémé variável no tempo, o fluxo magnético também
é. Por outro lado, sabe-se pela lei de Faraday queé. Por outro lado, sabe-se pela lei de Faraday que
“sempre que houver movimento relativo entre o“sempre que houver movimento relativo entre o
fluxo magnético e um circuito por ele cortado serãofluxo magnético e um circuito por ele cortado serão
induzidas tensões neste circuito”.induzidas tensões neste circuito”.
O transformador em operaçãoO transformador em operação
   Considerando Considerando a a Figura Figura 3:3:
A expressão (1) pode ser rescrita como:A expressão (1) pode ser rescrita como:
  M  M
 a a
 n n
 u u  t  t
 e e
 n n
 ç ç
  ã  ã
 o o
  d  d
 e e
  t  t
 r r
 a a
 n n
 s s  f  f
 o o
 r r
 m m
 a a
  d  d
 o o
 r r
 e e
 s s
Figura 2 – Aplicação de tensão no primário do transformador eFigura 2 – Aplicação de tensão no primário do transformador e
estabelecimento da corrente em vazio.estabelecimento da corrente em vazio.
Figura 3 – Representação do transformador operando em vazio.Figura 3 – Representação do transformador operando em vazio.
com a lei de Ampère, Icom a lei de Ampère, I
22
 criará o uxo de reação criará o uxo de reação φφ
22
 e de e de
dispersãodispersão φ φ
disp2disp2
, sendo que o primeiro tende a anular, sendo que o primeiro tende a anular φφ
mm
..
Para que o transformador continue magnetizado, haveráPara que o transformador continue magnetizado, haverá
uma compensação de uxo no primário, ou seja: parauma compensação de uxo no primário, ou seja: para
manter a magnetização, o transformador exigirá da redemanter a magnetização, o transformador exigirá da rede
uma corrente suplementar a Iuma corrente suplementar a I
00
, de modo a compensar, de modo a compensar φφ
22
;;
esta corrente receberá a denominação de I2’, a qual criaesta corrente receberá a denominação de I2’, a qual cria
o uxoo uxo φφ11. Assim, a corrente primária I. Assim, a corrente primária I11 é: é:
   PPara ara o o transformador transformador operando operando em em vazio, vazio, tem-se tem-se que:que:
   Devido Devido a a este este fato, fato, a a queda queda de de tensão tensão primária éprimária é
mínima; assim:mínima; assim:
   Além Além disto, disto, nesta nesta condição:condição:
  Assim  Assim
  
5656
   AA
    p    p
    o    o
     i     i    o    o
  M  M
 a a
 n n
 u u  t  t
 e e
 n n
 ç ç
  ã  ã
 o o
  d  d
 e e
  t  t
 r r
 a a
 n n
 s s  f  f
 o o
 r r
 m m
 a a
  d  d
 o o
 r r
 e e
 s s    A A expressão expressão (9) (9) é é importante, importante, pois pois EE11 e  e EE22 são acessíveis são acessíveis
a uma medição. Assim, utilizando-se um voltímetroa uma medição. Assim, utilizando-se um voltímetro
no primário, obtêm-se Uno primário, obtêm-se U
11
  e, no secundário, estando o  e, no secundário, estando o
transformador em vazio, Utransformador em vazio, U
22
; desta forma, acha-se a relação; desta forma, acha-se a relação
do número de espiras com pequeno erro.do número de espiras com pequeno erro.
Relação de transformação real Relação de transformação real 
   Ao Ao aplicar aplicar uma uma carga carga ZZCC ao secundário, a corrente I ao secundário, a corrente I22  
circula pelo secundário e Icircula pelo secundário e I
11
 assume valores superiores assume valores superiores
a a II
00
 assim, haverá queda de tensão no primário e no assim, haverá queda de tensão no primário e no
secundário e, portanto:secundário e, portanto:
   Observe-se Observe-se que:que:
• se K > 1, o transformador é abaixador; e,• se K > 1, o transformador é abaixador; e,
• se K < 1, o transformador é elevador.• se K < 1, o transformador é elevador.
Princípio de funcionamento doPrincípio de funcionamento do
transformador trifásicotransformador trifásico
   A A transformação transformação trifásica trifásica pode pode ser ser realizada realizada comcomum único transformador destinado a este m ou por umum único transformador destinado a este m ou por um
banco de transformadores monofásicos. No caso de umbanco de transformadores monofásicos. No caso de um
transformador único, o custo inicial é inferior ao uso detransformador único, o custo inicial é inferior ao uso de
bancos, pois existirá apenas uma unidade. Entretanto, exigebancos, pois existirá apenas uma unidade. Entretanto, exige
outro transformador de mesma potência como reserva.outro transformador de mesma potência como reserva.
A Figura 4 mostra a representação de um transformadorA Figura 4 mostra a representação de um transformador
trifásico com as bobinas de cada fase dispostas em umatrifásico com as bobinas de cada fase dispostas em uma
única perna do núcleo magnético. Além de promover aúnica perna do núcleo magnético. Além de promover a
sustentação mecânica para as bobinas, o núcleo cria osustentação mecânica para as bobinas, o núcleo cria o
caminho para a condução do uxo magnético.caminho para a condução do uxo magnético.
NúcleoNúcleo
   O O núcleo núcleodo do transformador é transformador é construído construído com com usouso
de chapas de aço-silício, laminadas e cobertas por umade chapas de aço-silício, laminadas e cobertas por uma
película isolante. Com laminação a frio e tratamentopelícula isolante. Com laminação a frio e tratamento
Nestas condições, dene-se a relação de transformaçãoNestas condições, dene-se a relação de transformação
real ou a relação entre as tensões primárias e secundáriasreal ou a relação entre as tensões primárias e secundárias
quando do transformador em carga, ou seja:quando do transformador em carga, ou seja:
   Eventualmente, sEventualmente, se e a a queda queda de de tensão tensão secundáriasecundária
for pequena (o que acontece para transformadores bemfor pequena (o que acontece para transformadores bem
projetados) pode-se supor que:projetados) pode-se supor que:
Figura 4 – Representação de Figura 4 – Representação de um transformador trifásico.um transformador trifásico.
Figura 5 – Núcleo de um transformador trifásico real.Figura 5 – Núcleo de um transformador trifásico real.
térmico, ocorre a orientação dos domínios magnéticostérmico, ocorre a orientação dos domínios magnéticos
permitindo a redução das perdas e da corrente depermitindo a redução das perdas e da corrente de
magnetização e possibilitando alcançar altas densidadesmagnetização e possibilitando alcançar altas densidades
de uxo. A estrutura formada pelas chapas é sustentadade uxo. A estrutura formada pelas chapas é sustentada
por traves metálicas solidamente amarradas por faixas depor traves metálicas solidamente amarradas por faixas de
bra de vidro impregnadas com resina.bra de vidro impregnadas com resina.
   Um Um sistema sistema trifásico trifásico simétrico simétrico e e equilibrado equilibrado possui possui trêstrês
correntes com mesmo módulo, porém, defasadas de 120ºcorrentes com mesmo módulo, porém, defasadas de 120º
elétricos uma das outras. Pela lei de Ampère, elas originamelétricos uma das outras. Pela lei de Ampère, elas originam
uxos nos núcleos monofásicos, também defasados deuxos nos núcleos monofásicos, também defasados de
120º. Analogamente às correntes trifásicas, quando os120º. Analogamente às correntes trifásicas, quando os
uxos juntarem-se em um ponto, sua soma será nula, ouxos juntarem-se em um ponto, sua soma será nula, o
que ocorre no local de união dos três núcleos. A soluçãoque ocorre no local de união dos três núcleos. A solução
que se adota, em termos práticos, é bastante simples, ouque se adota, em termos práticos, é bastante simples, ou
seja: retira-se um dos núcleos, inserindo entre as colunasseja: retira-se um dos núcleos, inserindo entre as colunas
(ou pernas) laterais, outra com as mesmas dimensões.(ou pernas) laterais, outra com as mesmas dimensões.
O circuito magnético das três fases, neste caso, resultaO circuito magnético das três fases, neste caso, resulta
desequilibrdesequilibrado. A relutância da coluna central é ado. A relutância da coluna central é menor quemenor que
as outras, originando uma pequena diferença nas correntesas outras, originando uma pequena diferença nas correntes
de magnetização de cada fase. Existem diversos tipos dede magnetização de cada fase. Existem diversos tipos de
núcleo, entretanto o mostrado na Figura 5 é o mais comumnúcleo, entretanto o mostrado na Figura 5 é o mais comum
devido à sua facilidade construtiva e de transporte.devido à sua facilidade construtiva e de transporte.
Este tipo de núcleo, em relação a três monofásicos,Este tipo de núcleo, em relação a três monofásicos,
apresenta como vantagem o fato de que quaisquerapresenta como vantagem o fato de que quaisquer
  
5757
      A      A
    p    p
    o    o
     i     i    o    o
Figura 6 – Disposição dos enrolamentos montados no núcleo doFigura 6 – Disposição dos enrolamentos montados no núcleo do
transformador.transformador.
Figura 7 – Conexões possíveis dos enrolamentos de Figura 7 – Conexões possíveis dos enrolamentos de um transformadorum transformador
trifásico: (a) estrela, (b) delta, (c) zig-zatrifásico: (a) estrela, (b) delta, (c) zig-za
desequilíbrios magnéticos causados pelas diferentesdesequilíbrios magnéticos causados pelas diferentes
condições elétricas das três fases, tendem desaparecercondições elétricas das três fases, tendem desaparecer
graças à interconexão magnética existente entre elas; assim,graças à interconexão magnética existente entre elas; assim,
a uxo de cada perna distribui-se obrigatoriamente pelasa uxo de cada perna distribui-se obrigatoriamente pelas
outras duas. Além disso, existe a economia de materialoutras duas. Além disso, existe a economia de material
em relação ao uso de três transformadores monofásicos, eem relação ao uso de três transformadores monofásicos, e
consequente diminuição das perdas em vazio.consequente diminuição das perdas em vazio.
   Como Como desvantagedesvantagem, m, tem-se tem-se que que as as unidades unidades reservas reservas sãosão
mais caras, pois deverão ter a potência total do transformadormais caras, pois deverão ter a potência total do transformador
a ser substituído; o monofásico de reserva, por outro lado,a ser substituído; o monofásico de reserva, por outro lado,
pode ter apenas um terço da potência do pode ter apenas um terço da potência do conjunto.conjunto.
EnrolamentosEnrolamentos
   Responsável Responsável pela pela condução condução da da corrente corrente de de carga, carga, osos
condutores são enrolados em forma de bobinas cilíndricascondutores são enrolados em forma de bobinas cilíndricas
e dispostas axialmente nas pernas do núcleo. A Figura 6e dispostas axialmente nas pernas do núcleo. A Figura 6
mostra a disposição dos enrolamentos com ordem mostra a disposição dos enrolamentos com ordem crescentecrescente
de tensão, ou seja, a bobina de tensão inferior é colocadade tensão, ou seja, a bobina de tensão inferior é colocada
próxima ao núcleo e assim por diante.próxima ao núcleo e assim por diante.
Os enrolamentos de um transformador trifásicoOs enrolamentos de um transformador trifásico
podem ser conectados em estrela (Y), delta (Δ) ou zig-podem ser conectados em estrela (Y), delta (Δ) ou zig-
zag, conforme mostra a Figura 7.zag, conforme mostra a Figura 7.
   As As ligações ligações delta delta e e estrela estrela são são as as mais mais comuns.comuns.
A ligação zig-zag é tipicamente uma conexãoA ligação zig-zag é tipicamente uma conexão
  
5858
   AA
    p    p
    o    o
     i     i    o    o
  M  M
 a a
 n n
 u u  t  t
 e e
 n n
 ç ç
  ã  ã
 o o
  d  d
 e e
  t  t
 r r
 a a
 n n
 s s  f  f
 o o
 r r
 m m
 a a
  d  d
 o o
 r r
 e e
 s s secundária. A sua característica principal é sempresecundária. A sua característica principal é sempre
afetar igual e simultaneamente duas fases primárias,afetar igual e simultaneamente duas fases primárias,
pois os seus enrolamentos são montados em pernaspois os seus enrolamentos são montados em pernas
distintas seguindo uma ordem de permutação circular.distintas seguindo uma ordem de permutação circular.
Naturalmente, este fato a torna mais adequada para serNaturalmente, este fato a torna mais adequada para ser
utilizada em presença de utilizada em presença de cargas desequilibradas.cargas desequilibradas.
   Adotando-se Adotando-se o o padrão padrão de de designar designar as as ligaçõesligações
primárias por meio de letras maiúsculas e secundáriasprimárias por meio de letras maiúsculas e secundárias
por por letras minúsculas, tem-se na Tletras minúsculas, tem-se na Tabela 1 as conexõesabela 1 as conexões
dos enrolamentos. O princípio de funcionamento édos enrolamentos. O princípio de funcionamento é
basicamente o mesmo do monofásico, tanbasicamente o mesmo do monofásico, tanto em vazioto em vazio
como em carga.como em carga.
Relação de transformação de transformadoresRelação de transformação de transformadores
trifásicostrifásicos
   Como Como se se sabe, sabe, a a relação relação de de transformação transformaçãoreal real éé
denida como a relação entre as tensões primárias (Udenida como a relação entre as tensões primárias (U
11
))
e as secundárias (Ue as secundárias (U
22
), ou seja:), ou seja:
  No transformador trifásico a relação de  No transformador trifásico a relação de
transformação tem a mesma denição, sendo as tensõestransformação tem a mesma denição, sendo as tensões
entre fases; porém, devido à conexão dos enrolamentosentre fases; porém, devido à conexão dos enrolamentos
(E(E
11
   e e EE
22
  são tensões induzidas entre os terminais dos  são tensões induzidas entre os terminais dos
enrolamentos), ela não será, em todos os casos, igual àenrolamentos), ela não será, em todos os casos, igual à
relação de espiras. A Figura 8 mostra relação de espiras. A Figura 8 mostra duas conexões deduas conexões de
transformadores trifásicos.transformadores trifásicos.
   Entretanto, Entretanto, como como os os enrolamenenrolamentos tos podem podem estarestar
conectados de diversas maneiras, nota-se que paraconectados de diversas maneiras, nota-se que para
cada modo de ligação haverá uma diferença entre acada modo de ligação haverá uma diferença entre a
relação de transformação e a relação do número derelação de transformação e a relação do número de
espiras. A Tabela 2 mostra os valores de K em funçãoespiras. A Tabela 2 mostra os valores de K em função
de Kde K
NN
 para cada ligação: para cada ligação:
Corrente em vazioCorrente em vazio
   Nos Nos transformadores transformadores trifásicos, trifásicos, com com a a montagemmontagem
de núcleo mostrada, as correntes de magnetizaçãode núcleo mostrada, as correntes de magnetização
devem ser iguais entre si, nas fases laterais, edevem ser iguais entre si, nas fases laterais, e
ligeiramente superiores na fase da perna central.ligeiramente superiores na fase da perna central.
Isto se deve ao fato Isto se deve ao fato de que as relutâncias das de que as relutâncias das pernaspernas
correspondentes as laterais são maiores. Dessacorrespondentes as laterais são maiores. Dessa
forma, adota-se um valor médio para a corrente emforma, adota-se um valor médio para a corrente em
vazio, ou seja:vazio, ou seja:
Circuito equivalente e parâmetros doCircuito equivalente e parâmetros do
transformador transformador 
   De De uma uma forma geral, forma geral, os os sistemas sistemas de de potênciapotência
são representados por apenas uma fase e umsão representados por apenas uma fase e um
neutro, considerando as restantes como simétricas,neutro, considerando as restantes como simétricas,
evidentemente, evidentemente, consegue-se isto consegue-se isto com a ligacom a ligação Yção Y. No. No
caso dos parâmetros percentuais, tal fato é ircaso dos parâmetros percentuais, tal fato é ir relevante,relevante,
pois independem das conexões dos enrolamentos,pois independem das conexões dos enrolamentos,
enquanto nos magnetizantes, ocorre exatamente oenquanto nos magnetizantes, ocorre exatamente o
contrário.contrário.
Assim no caso do primário em ligação delta,Assim no caso do primário em ligação delta,
utiliza-se transformá-la na estrela equivalente. Destautiliza-se transformá-la na estrela equivalente. Desta
forma, o transformador trifásico será representadoforma, o transformador trifásico será representado
Sendo assim, as relações de transformação K e KSendo assim, as relações de transformação K e K
NN
  
para cada caso seriam:para cada caso seriam:
Na Figura 8a:Na Figura 8a:
Sendo (13) e estando o transformador em vazio, tem-se:Sendo (13) e estando o transformador em vazio, tem-se:
Na Figura 8b:Na Figura 8b:
  Então:  Então:
T T  ABELA ABELA 1 – C  1 – C ONEXÕESONEXÕES  DOSDOS  ENROLAMENTOSENROLAMENTOS
D D D Y Y YD D D Y Y Y
d y z d y zd y z d y z
P P RIMÁRIORIMÁRIO
SSECUNDÁRIOECUNDÁRIO
Figura 8 – Conexões de Figura 8 – Conexões de transformador trifásico.transformador trifásico.
T T  ABELA ABELA 2 – V  2 – V  ALORES ALORES  DEDE K K EMEM  FUNÇÃOFUNÇÃO  DEDE KN KN PARAPARA   AS AS  DIVERSASDIVERSAS  LIGAÇÕESLIGAÇÕES
DDDD   DDYY   DDZZ   YYYY   YYDD   YYZZLLIGAÇÃOIGAÇÃO
K K 
  
5959
      A      A
    p    p
    o    o
     i     i    o    o
pelos parâmetros de uma fase, supondo as conexõespelos parâmetros de uma fase, supondo as conexões
primárias em estrela e carga trifásica simétrica eprimárias em estrela e carga trifásica simétrica e
equilibrada.equilibrada.
Tipos de transformadores de potênciaTipos de transformadores de potência
   São classificados São classificados como transformadores decomo transformadores de
potência em dois grupos:potência em dois grupos:
• Transformadores de potência ou de força, os• Transformadores de potência ou de força, os
quais são utilizados, normalmente, em subestaçõesquais são utilizados, normalmente, em subestações
abaixadoras e elevadoras de tensão, empregados paraabaixadoras e elevadoras de tensão, empregados para
gerar, transmitir ou distribuir energia elétrica. Podemgerar, transmitir ou distribuir energia elétrica. Podem
ser considerados como transformadores de forçaser considerados como transformadores de força
aqueles com potência nominal superior a 500 KVA,aqueles com potência nominal superior a 500 KVA,
operando com tensão de até 765 KV;operando com tensão de até 765 KV;
• Transformadores de distribuição, cuja função é• Transformadores de distribuição, cuja função é
de abaixar a tensão para a distribuição a centros dede abaixar a tensão para a distribuição a centros de
consumo e clientes finais das empresas de distribuição.consumo e clientes finais das empresas de distribuição.
São normalmente instalados em postes, plataformasSão normalmente instalados em postes, plataformas
ou câmeras subterrâneas. Possuem potência típicasou câmeras subterrâneas. Possuem potência típicas
de 30 kVA a 300 kVA. Em alta tensão apresenta de 15de 30 kVA a 300 kVA. Em alta tensão apresenta de 15
kV ou 2kV ou 24,2 KV4,2 KV, e em , e em baixa tensão baixa tensão de 380 V a 127 Vde 380 V a 127 V..
Figura 9 – Transformadores de distribuição (monofásico e trifásico,Figura 9 – Transformadores de distribuição (monofásico e trifásico,
respectivamente).respectivamente).
Figura 10 – (a) Figura 10 – (a) Transformador subterrâneo utilizado em câmaras abaixoTransformador subterrâneo utilizado em câmaras abaixo
do nível do solo. (b) Transformador enclausurado em que do nível do solo. (b) Transformador enclausurado em que o óleo doo óleo do
transformador não tem contato com transformador não tem contato com o exterior.o exterior.
  
6060
   AA
    p    p
    o    o
     i     i    o    o
   A A função função do do isolante isolante em em transformadores transformadores é é garantir garantir oo
isolamento elétrico entre as partes energizadas e permitirisolamento elétrico entre as partes energizadas e permitir
a refrigeração interna. Transformadores utilizam óleoa refrigeração interna. Transformadores utilizam óleo
mineral derivado de petróleo, óleos sintéticos comomineral derivado de petróleo, óleos sintéticos como
óleos de silicones e ascaréis, óleos isolantes de origemóleos de silicones e ascaréis, óleos isolantes de origem
vegetal, isoladamente a base de compostos resinosos avegetal, isoladamente a base de compostos resinosos a
seco ou isolado a gás SF6 (hexauoreto de enxofre).seco ou isolado a gás SF6 (hexauoreto de enxofre).
   A A partir partir da da denição denição do do isolante, isolante, um um transformadortransformador
pode ser classicado como:pode ser classicado como:
• Transformador em líquido isolante, cujas partes ativas são• Transformador em líquido isolante, cujas partes ativas são
imersas em óleo isolante mineral, vegetal ou sintético; ouimersas em óleo isolante mineral, vegetal ou sintético; ou
• T• Transformador a seco, ransformador a seco, geralmente isolados com geralmente isolados com resinas.resinas.
Critérios de classificaçãoCritérios de classificação
   Vários Vários autores autores e e trabalhos trabalhos técnicos técnicos têm têm classificadoclassificadoos transformadores de acordo com sua função noos transformadores de acordo com sua função no
sistema, com os enrolamentos, com o material dosistema, com os enrolamentos, com o material do
núcleo, com a quantidade de fases, dentre outrosnúcleo, com a quantidade de fases, dentre outros
elementos. A seguir são apresentados alguns desseselementos. A seguir são apresentados alguns desses
critérios:critérios:
Figura 12 – (a) Figura 12 – (a) Transformador de força a óleo. (b) Transformador a seco.Transformador de força a óleo. (b) Transformador a seco.
FinalidadeFinalidade
• De corrente• De corrente
• De potencial• De potencial
• De distribuição• De distribuição
• De potência• De potência
Função no sistemaFunção no sistema
• Elevador• Elevador
• Abaixador• Abaixador
• De interligação• De interligação
Sobre os enrolamentosSobre os enrolamentos
• Dois ou mais enrolamentos• Dois ou mais enrolamentos
• Autotransformador• Autotransformador
Material do núcleoMaterial do núcleo
• Ferromagnético• Ferromagnético
• • Núcleo Núcleo a a arar
Quantidade de fasesQuantidade de fases
• Monofásico• Monofásico
• Polifásico• Polifásico
Normas técnicasNormas técnicas
  As principais normas da ABNT sobre  As principais normas da ABNT sobre
transformadores de potência são as seguintes:transformadores de potência são as seguintes:
• ABNT NBR 5356-1 – Transformadores de potência• ABNT NBR 5356-1 – Transformadores de potência
– Parte 1: Generalidades;– Parte 1: Generalidades;
• ABNT NBR 5356-2 – Transformadores de potência• ABNT NBR 5356-2 – Transformadores de potência
– Parte 2: Aquecimento;– Parte 2: Aquecimento;
• ABNT NBR 5356-3 – Transformadores de potência• ABNT NBR 5356-3 – Transformadores de potência
– Parte 3: Níveis de isolamento, ensaios dielétricos e– Parte 3: Níveis de isolamento, ensaios dielétricos e
espaçamentos externos em ar;espaçamentos externos em ar;
• ABNT NBR 5356-4 • ABNT NBR 5356-4 – T– Transformadores ransformadores de potência –de potência –
PParte 4: Guia para ensaio de impulso atarte 4: Guia para ensaio de impulso atmosférico e demosférico e de
manobra para transformadores e reatores;manobra para transformadores e reatores;
• ABNT NBR 5356-5 • ABNT NBR 5356-5 – T– Transformadores ransformadores de potência –de potência –
Parte 5: Capacidade de resistir a curto circuitos;Parte 5: Capacidade de resistir a curto circuitos;
• ABNT NBR 5416 – Aplicação de cargas em• ABNT NBR 5416 – Aplicação de cargas em
Transformadores de potência – Procedimento;Transformadores de potência – Procedimento;
• ABNT NBR 5440 – Transformadores para redes• ABNT NBR 5440 – Transformadores para redes
aéreas de distribuição – Requisitos;aéreas de distribuição – Requisitos;• ABNT NBR 5458 – Transformadores de potência –• ABNT NBR 5458 – Transformadores de potência –
Terminologia;Terminologia;
• ABNT NBR 7036 – Recebimento, instalação e• ABNT NBR 7036 – Recebimento, instalação e
  M  M
 a a
 n n
 u u  t  t
 e e
 n n
 ç ç
  ã  ã
 o o
  d  d
 e e
  t  t
 r r
 a a
 n n
 s s  f  f
 o o
 r r
 m m
 a a
  d  d
 o o
 r r
 e e
 s s
Figura 11 – (a) Transformador autoprotegido incorpora componentesFigura 11 – (a) Transformador autoprotegido incorpora componentes
 para proteçã para proteção do sisteo do sistema de distribma de distribuição contra uição contra sobrecargasobrecargas e curs e curtoto
circuitos na rede. (b) Transformador de pedestal (pad-mounted), que,circuitos na rede. (b) Transformador de pedestal (pad-mounted), que,
além dos componentes de proteções contra sobrecargas, curtos-além dos componentes de proteções contra sobrecargas, curtos-
circuitos e falhas internas, possui características particulares decircuitos e falhas internas, possui características particulares de
operação, manutenção e segurança.operação, manutenção e segurança.
  
6161
      A      A
    p    p
    o    o
     i     i    o    o
T T  ABELA ABELA 3 - T  3 - T IPOSIPOS  DEDE  TRANSFORMADORESTRANSFORMADORES  EMEM  RELAÇÃORELAÇÃO   AO AO  TIPOTIPO  DEDE  SUBESTAÇÃOSUBESTAÇÃO
T T IPOIPO  DE DE   SUBESTAÇÃOSUBESTAÇÃO
AABRIGADABRIGADA  EMEM  ALVENARIAALVENARIA
AABRIGADABRIGADA  EMEM  CABINECABINE  METÁLICAMETÁLICA
SSUBTERRÂNEAUBTERRÂNEA  ESTANQUEESTANQUE
SSUBTERRÂNEAUBTERRÂNEA  NÃONÃO  ESTANQUEESTANQUE
AAOO  TEMPOTEMPO  NONO  NÍVELNÍVEL  DODO  SOLOSOLO
AAOO  TEMPOTEMPO  ACIMAACIMA  DODO  NÍVELNÍVEL  DODO  SOLOSOLO
P P  ARA ARA  USOUSO  INTERIORINTERIOR
XX
XX
P P  ARA ARA  USOUSO  EXTERIOREXTERIOR
XX
XX
F F ORÇAORÇA
XX
XX
XX
XX
DDISTRIBUIÇÃOISTRIBUIÇÃO
XX
SSUBTERRÂNEOUBTERRÂNEO
XX
SSUBMERSÍVELUBMERSÍVEL
XX
P P EDESTALEDESTAL
XX
manutenção de transformadores de potência paramanutenção de transformadores de potência para
distribuição, imersos em líquidos isolantes;distribuição, imersos em líquidos isolantes;
• ABNT NBR 7037 – Recebimento, instalação e• ABNT NBR 7037 – Recebimento, instalação e
manutenção de transformadores de potência em óleomanutenção de transformadores de potência em óleo
isolante mineral;isolante mineral;
• ABNT NBR 8926 – Guia de aplicação de relés para• ABNT NBR 8926 – Guia de aplicação de relés para
proteção de transformadores – Procedimento;proteção de transformadores – Procedimento;
• ABNT NBR 9368 • ABNT NBR 9368 – T– Transformadores ransformadores de potência dde potência dee
tensões máximas até 145 kV – Características elétricastensões máximas até 145 kV – Características elétricas
e mecânicas;e mecânicas;
• ABNT NBR 9369 – Transformadores subterrâneos –• ABNT NBR 9369 – Transformadores subterrâneos –
Características elétricas e mecânicas – Padronização;Características elétricas e mecânicas – Padronização;
• ABNT NBR 10022 – Transformadores de potência• ABNT NBR 10022 – Transformadores de potência
com tensão máxima igual ou superior a 72,5 kV –com tensão máxima igual ou superior a 72,5 kV –
Características específicas – Padronização;Características específicas – Padronização;
• ABNT NBR 10295 – Transformadores de potência• ABNT NBR 10295 – Transformadores de potência
secos – Especificação;secos – Especificação;
• ABNT NBR 12454 – Transformadores de potência• ABNT NBR 12454 – Transformadores de potência
de tensões máximas até 36,2 kV e potência de 225de tensões máximas até 36,2 kV e potência de 225
kVA até 3750 kVA – Padronização;kVA até 3750 kVA – Padronização;
• ABNT NBR 15349 – Óleo mineral isolante –• ABNT NBR 15349 – Óleo mineral isolante –
Determinação de 2-furfural e seus derivados;Determinação de 2-furfural e seus derivados;
• ABNT NBR 15422 – Óleo vegetal isolante para• ABNT NBR 15422 – Óleo vegetal isolante para
equipamentos elétricos.equipamentos elétricos.
Tipos de transformadores em relação aosTipos de transformadores em relação aos
tipos de subestaçõestipos de subestações
   Conforme a Conforme a seção 9 seção 9 da da ABNT NBR ABNT NBR 1403914039
(subestações), os transformadores podem ser(subestações), os transformadores podem ser
instalados em subestações abrigadas (em alvenariainstalados em subestações abrigadas (em alvenaria
ou cabinas metálicas), subterrâneas (em câmarasou cabinas metálicas), subterrâneas (em câmaras
estanques ou não à penetração de água) e ao tempoestanques ou não à penetração de água) e ao tempo
(no nível do solo ou acima dele).(no nível do solo ou acima dele).
   Neste Neste sentido sentido são são definidos definidos na na ABNT ABNT NBR NBR 5458 5458 osos
seguintes tipos de transformadores:seguintes tipos de transformadores:
*MARCELO EDUARDO DE CARVALHO PAULINO é engenheiro*MARCELO EDUARDO DE CARVALHO PAULINO é engenheiro
eletricista e especialista em Manutenção de Sistemaseletricista e especialista em Manutenção de Sistemas
Elétricos pela Escola Federal de Engenharia de ItajubáElétricos pela Escola Federal de Engenharia de Itajubá
(EFEI). Atualmente, é gerente técnico da Adimarco(EFEI). Atualmente, é gerente técnico da Adimarco
|mecpaulino@yahoo.com.br.|mecpaulino@yahoo.com.br.
• Transformador para interior: aquele projetado para• Transformador para interior: aquele projetado paraser abrigado permanentemente das intempéries;ser abrigado permanentemente das intempéries;
• Transformador para exterior: aquele projetado para• Transformador para exterior: aquele projetado para
suportar exposição permanente às intempéries;suportar exposição permanente às intempéries;
• Transformador submersível: aquele capaz de• Transformador submersível: aquele capaz de
funcionar normalmente mesmo quando imerso emfuncionar normalmente mesmo quando imerso em
água, em condições especificadas;água, em condições especificadas;
• Transformador subterrâneo: aquele construído para• Transformador subterrâneo: aquele construído para
ser instalado em câmara, abaixo do nível do solo;ser instalado em câmara, abaixo do nível do solo;
   A A TTabela 3 abela 3 indica os indica os tipos de tipos de transformadorestransformadores
que podem ser utilizados em função dos tipos deque podem ser utilizados em função dos tipos de
subestações definidos na ABNT NBR 10439.subestações definidos na ABNT NBR 10439.
ReferênciasReferências
•• ALMEIDA, A. T ALMEIDA, A. T. L.; . L.; PAPAULINO M. ULINO M. E. C. E. C. Manutenção Manutenção dede
transformadores de potência. Curso de Especializaçãotransformadores de potência. Curso de Especialização
em Manutenção de Sistemas Elétricos – UNIFEI, 2012.em Manutenção de Sistemas Elétricos – UNIFEI, 2012.
•• MILASCH, M. Manutenção de transformadores em MILASCH, M. Manutenção de transformadores em
líquido isolante. São Paulo: Edgard Blucher, 1984.líquido isolante. São Paulo: Edgard Blucher, 1984.
••  OLIVEIRA, J. C.; ABREU. J. P. G.; COGO, J. R.  OLIVEIRA, J. C.; ABREU. J. P. G.; COGO, J. R.
Transformadores: teoria e ensaios. São Paulo: EdgardTransformadores: teoria e ensaios. São Paulo: Edgard
Blucher, 1984Blucher, 1984
••  GUIA O SETOR ELÉTRICO DE NORMAS  GUIA O SETOR ELÉTRICO DE NORMAS
BRASILEIRAS. São Paulo, Atitude Editorial, 2011.BRASILEIRAS. São Paulo, Atitude Editorial, 2011.
Continua na próxima ediçãoContinua na próxima edição
Conra todos os arConra todos os ar tigos deste fascículo em www.osetoreletrico.com.brtigos deste fascículo em www.osetoreletrico.com.br
Dúvidas, sugDúvidas, sugestões e comentários podem ser estões e comentários podem ser encaminhados para o e-mailencaminhados para o e-mail
redacao@atitudeeditorial.com.brredacao@atitudeeditorial.com.br