TRANSFORMADOR DE FORÇA 2021 2

Prévia do material em texto

Transformador de força
Transformador de força
Transformador de força
https://www.youtube.com/watch?v=ZqdUb6iphwY
Corte em um transformador de distribuição
http://www.youtube.com/watch?v=ZqdUb6iphwY
http://www.youtube.com/watch?v=ZqdUb6iphwY
Transformador de força
• Introdução
• Características gerais
• Características construtivas
• Características Elétricas e Térmicas
• Autotrasformador
• Ensaios e recebimento
• Especificações sumária
• Normas
INTRODUÇÃO
• Dado o importante papel que os transformadores de potência
desempenham, o seu altíssimo custo (em geral, são os
equipamentos mais caros de uma planta), e as peculiaridades
envolvidas nas fases de projeto, transporte, montagem,
energização, operação e proteção, é de suma importância que os
profissionais envolvidos em qualquer uma destas etapas estejam
devidamente capacitados e que tenham ciência dos aspectos
particulares ao equipamento com o qual estão lidando.
INTRODUÇÃO
• Os transformadores de potência são destinados a 
rebaixar ou elevar a tensão e consequentemente 
elevar ou reduzir a corrente de um circuito, de 
modo que não se altere a potência do circuito.
Transformador de força
• Características gerais
O fenômeno da transformação é baseada no
efeito da indução mútua. Onde um núcleo
constituído de lâminas de aço prensadas e onde
foram construídos dois enrolamentos.
Transformador de força- Aplicações
Transformador de força
Características construtivas
• Núcleo Chapa de ferro silício
• Enrolamento: Primário e secundário  Tipo: 
camada ou panqueca
Transformador de força
Forma construtiva :
- Quanto ao número de fases:
• Monofásico;
• Bifásico
• Trifásico
Transformador de força
• Monofásico ou monobuchas
– São aqueles construídos para ser instalados em sistemas de 
distribuição rural caracterizado por monofilar com retorno por terra –
MRT
– Apresenta baixo custo e tem potencia nominal , geralmente , não
superior a 15 Kva na classe de tensão de 15kV
Transformador de força
• Bifásico
• São aqueles construídos para operar individualmente em redes de
distribuição rural ou em formação de bancos de transformação, em poste
ou em cabine . Quando utilizados sozinhos atendem a carga monofásica,
quando em bancos podem alimentar cargas monofásicas e trifásicas
Transformador de força
• Trifásico
• São os mais empregados , tanto no sistema de distribuição e transmissão de 
energia elétrica das concessionarias , como no atendimento a cargas 
industriais
Transformador de força
Quanto ao tipo de ligação :
• Ligação triangulo
• Ligação estrela
• Ligação zigue-zague
Transformador de força
• Ligação triangulo
TRANSFORMADOR
Exemplo:
Tem-se Uf = U1 = 220V. Se IL for igual a 10A. Qual a corrente em uma fase?
Ifase = 10 / 1,732 = 5,77A
Transformador de força
• Ligação estrela
Transformador de força
• Exemplo:
• Tem-se uma carga equilibrada trifásica, cada carga é feita para ser ligada a uma tensão
de 220V, absorvendo 5,77A. Qual a tensão nominal do sistema trifásico? E qual a
corrente de linha?
• UL = Ufase*1,732 = 380V e
• IL = Ifase = 5,77A
Transformador de força
• Ligação zigue-zague
• E aquela em que se ligam em serie dois enrolamento em cada fase e, em
seguida, se ligam três terminais quaisquer a um ponto comum .
• Este tipo de ligação atenua os efeitos das harmônicas de 3ªordem ,
permitindo ao mesmo tempo , a possibilidade de três tensões de
utilização
Transformador de força
• Ligação zigue-zague
• E aquela em que se ligam em serie dois enrolamento em cada fase e, em 
seguinda, se ligam três terminais quaisquer a um ponto comum .
Transformador de força
• Forma construtiva
- Quanto ao meio isolante
• Tranformadores em Liquido isolante e
refrigerante  são empregados em sistema 
de distribuição e força e em plantas industriais
.
• Transformador a seco locais onde perigos 
de incêndio eminentes – custo mais elevado
Transformador de força
Trasnformadores em Liquido isolante
Transformador a seco
Transformador de força
Transformador a seco
• Emprego bastante especifico por se tratar de
custo mais elevado comparado aos
transformadores a óleo isolantes
Transformador de força
• Partes construtiva
Transformador de força
• TANQUE Destinado a servir de invólucro da 
parte ativa e de recipiente do líquido isolante, 
subdivide-se em três partes: lateral, fundo e 
tampa.
• MODELOS : OVALADO – 15 Kva
• Com radiadores : acima de 15 Kva
Transformador de força
• BUCHAS  São os dispositivos que permitem a passagem
externo. Sãodos condutores dos enrolamentos ao meio 
constituídos basicamente por:
- corpo isolante: de porcelana vitrificada;
- condutor passante: de cobre eletrolítico ou latão;
- terminal: de latão ou bronze;
- vedação: de borracha e papelão hidráulico.
Transformador de força
• Conservador de Óleo  Consiste de um resevatorio
fixado ao transformador, na parte superior da carcaça
. E destinado a receber o óleo do tanque qdo este
expande , devido aos efeitos do aquecimento por
perdas internas . Usa-se o conservador de óleo a
partir de 2000kVA.
Transformador de força
• RADIADORES  Todo o calor gerado na parte ativa se propaga
através do óleo e é dissipado no tanque (tampa e sua lateral). As
elevações de temperatura do óleo e do enrolamento são
normalizadas e devem ser limitadas para evitar a deterioração do
isolamento de papel e do óleo. Dependendo da potência do
transformador, a área da superfície externa poderá ser
insuficiente para dissipar este calor e é então necessário
aumentar a área de dissipação. Para tal usam-se radiadores.
Transformador de força
• A principal função do óleo para transformador é
remover o calor gerado no interior do
equipamento para as paredes do mesmo, pois
quando a corrente elétrica passa pelas
resistências das espiras ocasiona um
aquecimento. O calor gerado internamente pode
ocasionar a degradação térmica do material
isolante, o que acaba por prejudicar todo o
equipamento. Assim, pode perceber que a
refrigeração é, sem dúvida, a principal função do
óleo isolante de transformador.
Transformador de força
• Tranformadores em Liquido isolante
• São de empregos generalizado em sistemas de 
distribuição e Força e em plantas industriais 
comuns :
• Tipos de óleo isolantes : Mineral , silicone e
Ascarel
Transformador de força
ÓLEO ISOLANTES MINERAL
• Origem : processo químico de fracionamento do
petroleo - refinado
• Cuidados : umidades, poeiras ou outros agentes que
prejudique o poder dielétrico inão deve ser inferior
30kV / mm
• Fatores de degradação sobrecarga , oxigênio
• Tipos : A ou naftênico e B parafínico
Transformador de força
• ÓLEO ISOLANTES DE SILICONE
• Constituição - polímeros sinteticos
• Principal elemento silício
• Excelente estabilidade termica – não tóxico e 
quimicamente inerte , maior voscosidede , alto 
ponto de chama .
Transformador de força
• LÍQUIDO DE ISOLAÇÃO E REFRIGERAÇÃO
• Os óleos isolantes possuem dupla finalidade:
garantir isolação entre os componentes do
transformador e dissipar para o exterior o calor
gerado nos enrolamentos e no núcleo.
• Para que o óleo possa cumprir satisfatoriamente
as duas condições acima, deve ser perfeitamente
livre de umidade e outras impurezas para garantir
seu alto poder dielétrico.
Transformador de força
Transformador de força
Transformador de força
• Os transformadores podem ser: selados e com
conservador de óleo
• Selados  Transformadores cujo tanque assegura a
separação total entre os ambientes interno e externo.
O tanque neste caso, mantêm-se parcialmente cheio
de óleo, sendo necessário o “colchão” de ar para
expansão do óleo quando do seu aquecimento.
Transformador de força
• Partes construtiva
• Comutador de Derivações  finalidade relativo às tensões normalizadas.
comutador tipo painel de posições
Transformador de força
• PLACAS DE IDENTIFICAÇÃO E DIAGRAMÁTICA
• A placa de identificação é um componente
importante, pois é ela quem dá as principais
característicasdo equipamento.
Transformador de força
Placa de identificação
A placa de identificação é um acessório obrigatório em todos os transformadores e deve
conter informações de características elétricas e funcionais, conforme indicado pela
norma NBR 5356 (1993). As principais informações contidas na placa de identificação de
um transformador de potência são:
 Fabricante;
 Número de série de fabricação;
 Data de fabricação;
 Potência; Norma utilizada para fabricação;
 Impedância percentual Z%;
 Tipo de líquido isolante;
 Tensão primária e derivações, tensão secundária;
 Diagrama de ligação;
 Diagrama fasorial (trifásico) e polaridade;
 Volume do líquido isolante em litros;
 Massa total;
Transformador de força
TRANSFORMADOR DE FORÇA Dados de placa 
 freqüência nominal;
 limite de elevação de temperatura dos enrolamentos;
 polaridade (para transformadores monofásicos) ou diagrama fasorial
(para transformadores polifásicos);
 impedância de curto-circuito, em porcentagem;
 tipo de óleo isolante e volume necessário, em litros;
 tensões nominais do primário e do secundário;
 massa total aproximada, em quilos;
 níveis de isolamento;
 número do manual de instruções, fornecido pelo fabricante, junto com
o transformador;
 vazão, para transformadores com resfriamento à água;
 corrente de curto-circuito máximas admissíveis, simétrica e
assimétrica; e duração máxima admissível da corrente, em segundos;
 número da placa de identificação;
 tipo para identificação.
Transformador de força
• Em transformadores maiores que 500kVA, ou
quando o cliente
deverá
exigir, a placa de 
conter outros dadosidentificação 
como:
- informações sobre transformadores de
corrente se os tiver;
- dados de perdas e corrente de excitação;
- pressão que o tanque suporta;
- qualquer out ra informação que o cliente exigir.
Transformador de força
• ACESSÓRIOS
• Outros componentes são necessários para o 
perfeito funcionamento do transformador.
Transformador de força
Transformador de força
• Indicador de Nível do Óleo
O óleo isolante do transformador se dilata ou se
contrai conforme a variação da temperatura
ambiente e variação da carga alimentada pelo
transformador, em função disso, haverá elevação
ou abaixamento do nível do óleo. Sendo assim, a
finalidade do indicador de nível do óleo é
mostrar com perfeição o nível de óleo no visor e
ainda servir como aparelho de proteção ao
transformador.
Transformador de força
• Termômetros
O termômetro é 
temperatura do
termômetro com
utilizado para indicação 
óleo. Existem dois tipos:
haste rígida, usado
da
o 
em
transformadores de meia força, e o termômetro com 
capilar, usado em transformadores de força.
Transformador de força
• Válvula de Alívio de Pressão (VAP)
A válvula de alívio de pressão, de fechamento automático,
instalada em transformadores imersos em líquido isolante,
tem a finalidade de protegê-los contra uma possível
deformação ou ruptura do tanque em casos de defeitos
internos com aparecimento de pressão elevada. A válvula é
extremamente sensível e rápida (opera em menos de dois
milésimos de segundo), fecha-se automaticamente após a
operação impedindo assim a entrada de agente externo no
interior do transformador.
Transformador de força
• Relê Detetor de Gás Tipo Buchholz
• O relê de gás tem por finalidade proteger equipamentos
imersos em líquido isolante, através da supervisão do fluxo
anormal do óleo ou ausência, e a formação anormal de
gases pelo equipamento. Normalmente são utilizados em
transformadores que possuem tanque para expansão de
líquido isolante. Este tipo de relê detecta de forma precisa,
por exemplo, os seguintes problemas: vazamento de
líquido isolante, curto-circuito interno do equipamento
ocasionando grande deslocamento de líquido isolante,
formação de gases internos devido a falhas intermitentes
ou contínuas que estejam ocorrendo no interior do
equipamento.
Transformador de força
• O relê detetor de gás é normalmente instalado entre o tanque
principal e o tanque de expansão do óleo dos transformadores.
Internamente encontram-se duas bóias de gás no relê, a bóia
superior é forçada a descer (isto acontece também caso haja
vazamento de óleo). Se por sua vez um produção excessiva de
gás provoca uma circulação de óleo no relê, é a bóia inferior que
reage, antes mesmo que os gases formados atinjam o relê. Em
ambos os casos, as bóias ao sofrerem o deslocamento, acionam
contatos.
Transformador de força
Características Elétricas
Os transformadores possuem catracteristicas elétricas que devem ser
cuidadosamente estudadas antes de sua aplicação, visando a uma operação
segura e econômica.
1. Potencia nominal
2. Tensão nominal
3. Corrente nominal
4. Frequência nominal
5. Perdas
6. Rendimento
7. Regulação
8. Impedância Percentual
9. Corrente de excitação
10. Deslocamento angular
11. Efeito ferrite
12. Carregamento
13. Refrigeração local da instalação do Trafo
14. Transformador em regime desequilíbrio
15. Operação em serviço em paralelo
16. Descargas parciais
17. Corrente de energização
18. Geração de harmônicos
Transformador de força
Especificação
A especificação de um transformador deve conter no
mínimo os seguintes dados:
a) Tensão primária
b) Tensão secundária fase-fase e fase-neutro
c) Derivações desejadas (tapes)
d) Potência nominal
e) Deslocamento angular
f) Tensão suportável de impulso
g) Impedância percentual
h) Acessórios desejados
i) Ensaios a serem realizados
Recomenda-se que na especificação técnica sejam exigidos os ensaios de rotina para
todos os transformadores adquiridos, sendo os ensaios de tipo e especiais
Transformador de força
Ensaios de Rotina
Os ensaios de rotina devem ser executados em todas as unidades produzidas e
são definidos pelas normas NBR 5356 (1993) e NBR 10295 (1988), conforme itens a
seguir:
a) Medição da resistência dos enrolamentos;
b) Medição da relação de transformação e da polaridade e verificação do
deslocamento angular e da seqüência de fases;
c) Medição da impedância de curto-circuito e das perdas em carga;
d) Medição das perdas em vazio e corrente de excitação;
e) Ensaios dielétricos de rotina;
f) Ensaios de comutador de derivações em carga, quando aplicável;
g) Medição da resistência de isolamento;
h) Estanqueidade e resistência à pressão;
i) Verificação do funcionamento dos acessórios;
j) Ensaios de óleo isolante;
k) Verificação da espessura e aderência da pintura da parte externa de
transformadores com Um ≥ 242 kV.
Transformador de força
Medição da resistência dos enrolamentos
A norma 5356 (1993) estabelece que a resistência elétrica dos enrolamentos deve ser
medida na derivação correspondente à tensão mais elevada e corrigida para a
temperatura de referência. Para transformadores polifásicos, o valor deve ser dado
por fase. Esse valor a ser ajustado é definido por tabela constante na referida norma.
O objetivo desse ensaio é identificar e corrigir possíveis curto-circuitos entre os
rolamentos, erros no número de espiras, diferenças nas seções das barras ou até
alterações na qualidade do cobre eletrolítico usado
Transformador de força
Medição da relação de transformação e da polaridade e verificação do 
deslocamento angular e da seqüência de fases
Com o objetivo de verificar a correta relação de transformação, a norma NBR
5356 (1993) sugere que sejam realizadas medições da relação de tensões em
todas as derivações. As tensões são sempre dadas para o transformador
funcionando em vazio. Os limites de tolerância para a aprovação no ensaio
são definidos pela NBR 5356 (1993).
A medição da polaridade é dispensável para transformadores trifásicos, já que
é feito o diagrama unifilar fasorial no ensaio de deslocamento angular.
Quanto à verificação do deslocamento angular e da seqüência de fases, eles
são realizados através do levantamento do diagrama fasorial.
Transformador de força
Medição da impedância de curto-circuito e das perdas em carga
Os ensaios de medição da impedância de curto-circuito e das perdas em carga
devem verificarse os valores reais desses parâmetros estão dentro da
tolerância estabelecida e tabelada pela norma 5356 (1993). Esses parâmetros
devem ser medidos à frequência nominal, aplicando-se uma tensão
praticamente senoidal aos terminais de um enrolamento e mantendo-se os
terminais do outro enrolamento curto-circuitados. Os demais enrolamentos,
se existirem, devem estar em circuito aberto, conforme norma NBR 5356
(1993).
Transformador de força
Medição das perdas em vazio e corrente de excitação
De maneira semelhante aos ensaios anteriores, os ensaios de medição das
perdas em vazio e corrente de excitação devem verificar se os valores reais
desses parâmetros estão dentro da tolerância estabelecida e tabelada pela
norma 5356 (1993),
Transformador de força
Ensaios dielétricos
Esses ensaios têm como objetivo verificar os requisitos dielétricos
padronizados. Segundo a norma NBR 5356 (1993), eles dever ser executados
de acordo com a sequência a seguir:
a) Impulso de manobra (IM) para terminal de linha
b) Impulso atmosférico (IA) nos terminais de linha
c) Impulso atmosférico no terminal de neutro
d) Ensaio de tensão suportável a frequência industrial ou tensão aplicada
e) Tensão induzida de curta duração (CACD):
f) Tensão induzida de longa duração
Transformador de força
Ensaios de comutador de derivações em carga
Este ensaio deve ser efetuado com o comutador de derivações
completamente montado no transformador e obedecer à seguinte sequência
de operações:
a) Oito ciclos completos de funcionamento, com o transformador
desenergizado;
b) Um ciclo completo de funcionamento, com o transformador desenergizado,
com 85 % da tensão nominal de alimentação dos auxiliares;
c) Um ciclo completo de funcionamento com o transformador energizado,
em vazio, a tensão e frequência nominais;
d) Com um enrolamento em curto-circuito e com a corrente mais próxima
possível da corrente nominal no enrolamento com derivações, dez operações
de mudança de derivações entre dois degraus de cada lado da posição onde o
seletor de reversão de derivações opera.
Transformador de força
Medição da resistência de isolamento
Segundo a norma NBR 5356 (1993), a resistência de isolamento deve ser medida
antes dos ensaios dielétricos. No entanto, este ensaio não constitui critério para
aprovação ou rejeição do transformador.
Transformador de força
Estanqueidade e resistência a pressão
Este ensaio deve ser realizado antes do inicio ou após o término dos ensaios
dielétricos. O ensaio de estanqueidade tem como objetivo verificar possíveis
vazamentos de óleo. Quanto à resistência a pressão, os transformadores devem
suportar pressões manométricas de ensaio específicas durante um tempo
determinado (NBR 5356, 1993).
Transformador de força
Verificação do funcionamento dos acessórios 
Esse ensaio objetiva verificar os seguintes acessórios:
a) Indicador externo de nível de óleo;
b) Indicador de temperatura do óleo;
c) Relé detector de gás tipo Buchholz ou equivalente;
d) Indicador de temperatura do enrolamento;
e) Comutador sem tensão;
f) Ventilador;
g) Bomba de óleo;
h) Indicador de circulação de óleo;
i) Dispositivo para alívio de pressão;
Para transformadores de potência secos, a norma NBR 10295 (1988)
estabelece que os seguintes acessórios devem ser verificados:
a) Comutador de derivações sem tensão;
b) Sistema de proteção térmica;
c) Ventilador;
d) Manômetro.
Transformador de força
Ensaios de óleo isolante 
Neste ensaio são verificados os seguintes parâmetros:
 Rigidez dielétrica;
 Teor da água;
 Fator de perdas dielétricas ou fator de dissipação;
 Tensão interfacial.
Os critérios de aceitação do óleo mineral isolante, após contato com o equipamento, são 
indicados na tabela 3-5 (NBR 5356, 1993).
Transformador de força
Ensaios de Tipo
Quando se tratar do fornecimento de mais de um transformador e estas forem
completamente idênticos em relação aos valores nominais e à construção, os ensaios de
tipo podem ser realizados em um único transformador que represente todo o grupo.
O objetivo desses ensaios é demonstrar que os transformadores atendem às condições
especificadas não cobertas pelos ensaios de rotina (NBR 5356, 1993)
Os ensaios de tipo para transformadores a óleo são:
a) Ensaio de elevação de temperatura;
b) Ensaios dielétricos de tipo
c) Ensaios de óleo isolante para transformadores de tensão nominal inferior a
72,5 kV
Transformador de força
Para transformadores do tipo seco, a norma NBR 10295 (1988) estabelece que os
ensaios de tipo são:
a) Todos os ensaios de rotina;
b) Ensaio de fator de potência do isolamento;
c) Ensaio de elevação de temperatura;
d) Ensaio de tensão suportável nominal de impulso atmosférico;
e) Ensaio de nível de ruído;
f) Ensaio de nível de tensão de radiointerferência.
Transformador de força
Análise cromatográfica dos gases dissolvidos no óleo isolante
A análise cromatográfica dos gases dissolvidos no óleo pode ser usada com
vantagens para detectar possíveis sobreaquecimentos localizados, que não
resultariam em uma elevação anormal da temperatura durante o ensaio. Tal
análise é geralmente capaz de indicar leves sobreaquecimentos dos
enrolamentos ou das partes estruturais, da ordem de 170 ºC a 200 ºC, ou altas
temperaturas entre 300 ºC e 400 ºC, por exemplo, causadas por contatos
involuntários que conduzam a circulação de correntes parasitas (NBR 5356,
1993). A análise dos gases dissolvidos no óleo é particularmente recomendada
para grandes transformadores, onde o fluxo de dispersão é um fator de risco
Transformador de força
Realizadas as verificações necessárias, pode-se dar prosseguimento à etapa de
energização, é importante ressaltar que, no momento em que se energiza um
transformador, é comum o surgimento da corrente conhecida como inrush, ou corrente
de magnetização.
Tal corrente atinge valor significativamente elevado, oito a 12 vezes a corrente nominal
(KINDERMANN, 2005) podendo causar sérias perturbações ao sistema, inclusive fazendo
atuar a proteção de sobrecorrente do transformador caso seu ajuste não esteja
adequado.
A corrente de magnetização é influenciada por diversos fatores, como por exemplo,
porte do transformador, porte do sistema elétrico, fluxo magnético remanescente no
núcleo, entre outros. Assim, essa corrente pode possuir formas de onda variadas, mas
de maneira geral tem aspecto como mostrado na figura 5.1 (KINDERMANN, 2005).
Transformador de força
Energização
A energização também é um dos momentos mais críticos de todo o processo, tendo
em vista os possíveis danos que possam vir a ser causados a instalações e pessoas. O
transformador estará pronto para ser energizado após a conclusão satisfatória de
todos os testes de comissionamento, decorridas 24 horas de repouso a contar a partir
do término do processo de circulação de óleo e desaeração.
Transformador de força
Realizadas as verificações necessárias, pode-se dar prosseguimento à etapa de
energização, é importante ressaltar que, no momento em que se energiza um
transformador, é comum o surgimento da corrente conhecida como inrush, ou
corrente 59 de magnetização. Tal corrente atinge valor significativamente elevado,
oito a 12 vezes a corrente nominal (KINDERMANN, 2005) podendo causar sérias
perturbações ao sistema, inclusive fazendo atuar a proteção de sobrecorrente do
transformador caso seu ajuste não esteja adequado. A corrente de magnetização é
influenciada por diversos fatores, como por exemplo, porte do transformador, porte
do sistema elétrico, fluxo magnético remanescente no núcleo, entre outros. Assim,
essa corrente pode possuir formas de onda variadas, mas de maneira geral tem
aspecto como mostrado na figura 5.2 (KINDERMANN, 2005).
• Algumas das principais normas técnicas aplicáveis aos transformadores de potência e a ele 
relacionadas são descritas no Quadro
Transformador de força