Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS UNIDADE DE ENSINO 08 TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA (OU DE FORÇA) E DE DISTRIBUIÇÃO. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CONCEITUAÇÃO • Transformador estático é a designação dada a um equipamento de corrente alternada, por meio do qual a energia recebida com um certo valor de tensão é fornecida a uma tensão igual, superior ou inferior a este valor. • É considerado um dos mais importantes componentes do SEP, pois é através dele que se consegue fornecer a energia elétrica, no exato instante em que ela estiver sendo gerada, a consumidores localizados a grandes distâncias. TRANSFORMADOR DE DISTRIBUIÇÃO • É o transformador cuja potência não seja superior a 500 kVA e cuja tensão de entrada (primário) atenda à classe de distribuição (até 36 kV). CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA (OU DE FORÇA) • Aquele cuja potência seja superior a 500 kVA e cuja tensão de entrada seja superior aos da classe de distribuição. TRANSFORMADOR ABAIXADOR • Aquele que possui o enrolamento primário ligado ao lado da tensão superior. TRANSFORMADOR ELEVADOR • Aquele que possui o enrolamento primário ligado ao lado da tensão inferior. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS ENROLAMENTO PRIMÁRIO • É o enrolamento que recebe a energia da fonte. ENROLAMENTO SECUNDÁRIO • É o enrolamento que transfere para a carga a energia recebida da fonte. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS NÚCLEO MAGNÉTICO • Componente da parte ativa do transformador, formado por um pacote de ferro silício especial (com os grãos orientados) laminado, de permeabilidade magnética definida, destinado a conduzir o fluxo magnético criado pelos enrolamentos. TANQUE • Reservatório fabricado em chapas de aço, no interior do qual está contida a parte ativa do transformador (núcleo e enrolamentos) e preenchido com óleo isolante mineral (ou resina, dependendo da sua forma construtiva). CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CONSERVADOR (OU TANQUE DE EXPANSÃO) • Reservatório auxiliar ligado ao tanque principal, destinado a mantê-lo sempre cheio de óleo e compensar as variações do nível do mesmo com a temperatura. POTÊNCIA NOMINAL • É a potência (em kVA) que o transformador pode fornecer continuamente, com tensões e freqüência nominal, sem ultrapassar os limites de elevação da classe de temperatura do seu isolamento. TENSÕES PRIMÁRIAS E SECUNDÁRIAS NOMINAIS • São as tensões para as quais o transformador foi projetado e construído e nas quais o mesmo deve operar fornecendo a sua potência nominal. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CORRENTE PRIMÁRIA NOMINAL • É o valor da corrente obtida a partir da relação entre a potência nominal (kVA) e a tensão primária nominal entre fases (kV) - e ainda por �3, caso o transformador seja trifásico. É expressa em ampères (A). CORRENTE SECUNDÁRIA NOMINAL • Idem ao item anterior, substituindo-se a tensão primária pela tensão secundária. RENDIMENTO DE UM TRANSFORMADOR (ŋ%) • Entende-se por “rendimento de um transformador” a relação entre a potência efetiva fornecida na sua saída e a potência efetiva na sua entrada, sendo geralmente expressa em porcentagem (%). CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS PERDAS EM VAZIO • O conceito de “perdas em vazio de um transformador” refere-se à potência absorvida pelo mesmo quando, energizado à tensão e freqüência nominais, não esteja alimentando qualquer carga. PERDAS EM CARGA • São consideradas “perdas em carga de um transformador” as perdas internas de energia ocorridas em função da corrente nas cargas. PERDAS TOTAIS • As “perdas totais de um transformador” são determinadas pelo somatório das perdas em vazio e em carga. CORRENTE DE EXCITAÇÃO • É a corrente que circula no enrolamento primário do transformador quando seu secundário estiver sem carga. Geralmente é expressa em porcentagem da corrente nominal do enrolamento na qual foi medida. REGULAÇÃO • A regulação pode ser calculada por: • Onde: � Vs* é a tensão do secundário a vazio; � Vs é a tensão do secundário a plena carga; Obs.: Quanto maior for a regulação do transformador, pior será o desempenho do equipamento. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TENSÃO DE IMPEDÂNCIA (OU TENSÃO DE CURTO-CIRCUITO) • É a tensão que, quando aplicada a um dos enrolamentos, produz no outro enrolamento (curto-circuitado) a corrente nominal do transformador. Esta tensão é geralmente expressa em percentagem da tensão nominal do enrolamento na qual foi medida. • Exemplificando: Com o secundário do transformador curto-circuitado inicia-se e vai se elevando a aplicação da tensão no lado primário do mesmo. Simultaneamente faz-se a leitura da corrente no secundário. Quando esta leitura indicar o valor da corrente nominal do transformador, o valor da tensão que estiver sendo aplicada no lado primário será a “tensão de impedância” ou “tensão de curto-circuito” do transformador. POLARIDADE • É a defasagem existente entre as tensões induzidas no primário e no secundário de um transformador. Se os sentidos destas tensões forem iguais, diz-se que o transformador possui polaridade subtrativa; caso sejam contrárias, a polaridade é aditiva. • A ABNT estabelece que os transformadores construídos no Brasil sejam de polaridade subtrativa. A polaridade depende do sentido dos enrolamentos das bobinas e das ligações internas das mesmas. Senão vejamos: • Construtivamente as bobinas de um transformador podem ser enroladas ao núcleo no mesmo sentido ou em sentidos opostos. Quando elas são enroladas no mesmo sentido diz-se que a polaridade de uma bobina em relação à outra é subtrativa. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS DESLOCAMENTO ANGULAR É o defasamento entre a tensão simples (tensão entre fase e neutro) de um determinado terminal do lado da tensão superior e a tensão simples do terminal correspondente do lado da tensão inferior, em um transformador trifásico. Pode ser também conceituado como sendo o ângulo que existe entre a posição recíproca do triângulo das tensões concatenadas do primário e o triângulo das tensões concatenadas do secundário de um transformador trifásico.Este deslocamento angular depende da polaridade do transformador e do esquema de agrupamento das fases. É o defasamento entre a tensão simples (tensão entre fase e neutro) de um determinado terminal do lado da tensão superior e a tensão simples do terminal correspondente do lado da tensão inferior, em um transformador trifásico. Segundo a ABNT, o triângulo das tensões é construído tomando-se como referencial o vetor de final dois (2) orientado para cima e o ângulo de deslocamento pela comparação dos dois vetores traçados a partir do centro geométrico de cada figura com a extremidade do vetor um (1). Considerando que no Brasil os transformadores são normalizados para operar com CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS polaridade subtrativa, os deslocamentos angulares possíveis são de 0° (ligação triângulo- triângulo ou estrela-estrela) e 30º (ligação triângulo-estrela ou estrela-triângulo). A figura abaixo mostra um exemplo de formatação gráfica do deslocamento angular de 30º de um transformador trifásico agrupado em triângulo no primário e em estrela no secundário. PLACA DE IDENTIFICAÇÃO • Conforme recomendação das normas, os transformadores devem incorporar uma placa de identificação incluindo todos os seus parâmetros técnicos nominais, diagrama elétrico e dados de referência do fabricante. • Esta placa, usualmente fabricada em aço inox ou alumínio, deve ser afixada em um local visível no equipamento. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CIRCUITO EQUIVALENTE DE UM TRANSFORMADOR ELÉTRICO IDEAL CIRCUITO EQUIVALENTE DE UM TRANSFORMADOR ELÉTRICO REAL CIRCUITO MAGNÉTICO • O circuito magnético dos transformadores é constituído pelo chamado “pacote magnético”, composto de várias lâminas de ferro reunidas e isoladas entre si, formando o núcleo. O material que se utiliza para a confecção do núcleo, conforme já mencionado anteriormente, é o ferro silício de grãos orientados, com permeabilidade magnética definida. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CIRCUITO ELÉTRICO • O circuito elétrico dos transformadores é normalmente constituído pelas bobinas primária e secundária, montadas uma sobre a outra e isoladas entre si e do núcleo, por meio de papel especial impregnado de substância isolante. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS MEIOS REFRIGERANTE E ISOLANTE • O conjunto núcleo-bobinas é instalado no interior em um tanque e imerso em óleo isolante mineral, óleo este que tem como finalidade proporcionar o isolamento elétrico e servir-se como veículo de transferência de calor das partes energizadas para o exterior (meio refrigerante). MEIOS ISOLANTES E REFRIGERANTE Quando o transformador tiver seu conjunto núcleo-bobinas resinado dispensará a necessidade de um tanque. Neste caso o meio refrigerante será o ar e diz-se que o transformador possui o isolamento “seco”. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CLASSIFICAÇÃO DOS TRANSFORMADORES Os transformadores são classificados segundo o número de seus enrolamentos, sendo os mais usuais os monofásicos (um enrolamento primário e um enrolamento secundário) ou trifásicos (três enrolamentos primários e três enrolamentos secundários). Existem ainda os transformadores com um enrolamento adicional em relação ao primário e ao secundário, enrolamento esse denominado ‘’terciário’’. BUCHAS (TOMADAS DE CORRENTE) • As “buchas” de passagem que interligam o terminal da bobina ao circuito externo, são usualmente fabricadas em porcelana, atravessadas em seu interior por um condutor de cobre para permitir a continuidade do circuito. Normalmente, elas se situam na tampa superior do tanque do transformador, sendo também comuns as buchas flangeadas fixadas na parede lateral do tanque nas instalações industriais de média tensão. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TIPOS DE BUCHAS As buchas instaladas no transformador podem ser de dois tipos: BUCHAS DE PORCELANA SIMPLES • As buchas para níveis de isolamento até 34,5kV são do tipo de porcelana simples (tubo de porcelana marrom vitrificada provido de aletas de parte da bucha localizada no lado externo ao transformador). Para níveis de isolamento ≥≥≥≥ 34,5kV podem também ser instaladas buchas de tipo condensivo, ao invés de porcelana simples. • Nas buchas de porcelana simples a isolação na passagem do condutor interno da bucha pelo orifício do tanque do equipamento é feita pela própria parede do tubo de porcelana CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS que constitui a bucha. O condutor está alojado ao longo da cavidade interna do tubo de porcelana, cavidade esta que comunica-se diretamente com o próprio óleo isolante do transformador e é por ele preenchida. BUCHAS CONDENSIVAS (OU BUCHAS CAPACITIVAS) • As buchas para níveis de isolamento ≥≥≥≥ 34,5kV ou superiores são do tipo condensivo (para nível de isolamento até 34,5kV as buchas instaladas podem ser do tipo de porcelana simples). • A isolação na passagem deste tubo metálico condutor (ligado ao potencial da linha) através do orifício na parede do tanque é feita por meio de um grande número de cilindros de papel isolante, que revestem o tubo ao longo de todo seu comprimento, intercalados por vários cilindros concêntricos de material condutor ou semi-condutor de comprimentos decrescentes, de modo que o conjunto, ou seja, o corpo condensivo da bucha, forme um divisor de potencial capacitivo. CONSERVADOR DE ÓLEO É utilizado com as seguintes finalidades: a) Evitar o contato do óleo aquecido com o ar, de modo a impedir a oxidação do mesmo; b) Compensar as variações do volume do óleo, decorrentes das mudanças de temperatura interna do transformador com a variação da temperatura ambiente; c) Evitar a entrada de ar úmido impedindo, assim, a condensação de vapor d’água no interior do tanque. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Constituição e Funcionamento: • O conservador é ligado à tampa superior do tanque do transformador através de um tubo que penetra cerca de 50 mm no conservador, para evitar que resíduos de ferrugem penetrem no tanque. Com as variações da temperatura no interior do transformador haverá variação do nível de óleo, a qual será compensada no conservador. O bujão inferior serve para drenar o óleo impuro e úmido que se deposita no fundo do conservador. SECADOR DE AR (RESPIRADOR) O secador de ar (respirador) é conectado na extremidade de um tubo externo ao tanque e segue até a parte superior do transformador, onde se localiza o conservador. O ar que entra e sai do conservador, acompanha as variações do volume de óleo, passa pelosecador e retém nele sua umidade, conforme mostrado a seguir: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Quando a SÍLICA-GEL estiver com mais de dois terços (2/3) do seu total apresentando a coloração rosa ela deve ser secada por aquecimento (em estufa) ou então substituída. Com isto consegue-se: • Manter a rigidez dielétrica do óleo isolante sob valores elevados; • Evitar a formação de ferrugem no conservador; • Vida longa para o transformador. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS A secagem do ar é feita por cristais de SÍLICA-GEL, que possuem uma cor azulada quando estão no estado ativo. Pela absorção da umidade, a SÍLICA-GEL vai alterando a sua cor, adquirindo a tonalidade rosa, começando da parte inferior para a superior do secador. Quando estiver totalmente encharcados, os cristais de sílica-gel apresentarão uma coloração branca. COLORAÇÕES DA SÍLICA-GEL INDICADOR MAGNÉTICO DO NÍVEL Finalidade: • Instrumento utilizado para indicar o nível de óleo do transformador, sem que sejam necessários furos em suas paredes para a passagem de partes móveis do indicador. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Constituição e Funcionamento: • Basicamente todos os indicadores magnéticos de nível de óleo são constituídos por um flutuador, normalmente de cortiça, fixo a um eixo que tem em sua extremidade um imã permanente, formando assim o conjunto interno. • O conjunto externo é formado por outro imã permanente acoplado a um eixo que atravessa o mostrador e no qual é ligado o ponteiro indicador. • Devido ao acoplamento magnético entre os dois imãs, qualquer movimento do flutuador fará o conjunto externo girar, movendo o ponteiro de indicação do nível. • A maioria dos indicadores magnéticos de nível de óleo possuem micro interruptores que são usados para alarme ou desligamento. • Tais micro interruptores são instalados fixos na caixa de alojamento do mostrador, ou solidário ao eixo no qual é acoplado o ponteiro indicador. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TERMÔMETRO INDICADOR DA TEMPERATURA DO ÓLEO Finalidade: • Este instrumento em por objetivo detectar a temperatura do ponto mais quente do óleo, possibilitando o seu controle, para evitar o funcionamento do transformador com valores elevados de temperatura, o que encurtaria a vida útil do seu isolante. Constituição Básica dos Termômetros: • Os termômetros são constituídos basicamente de um elemento sensível (elemento termométrico), instalado no topo do transformador, um bulbo para proteção do elemento sensor (um tubo capilar) que transmitirá as variações da temperatura ao compartimento com ponteiros, escalas e contatos de sinalização e desligamento. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Funcionamento: • Qualquer variação da temperatura do óleo é sentida pelo elemento termométrico e transformada em pressão no tubo capilar que, por sua vez, provocará o movimento do ponteiro indicador. TERMÔMETRO INDICADOR DA TEMPERATURA DO ENROLAMENTO Finalidade: • As variações da temperatura do óleo ocorrem mais lentamente com as mudanças de carga do que a temperatura do enrolamento. Por isto mede-se a temperatura do enrolamento, a fim de possibilitar uma melhor proteção e controle do transformador. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Constituição básica do termômetro: • O compartimento externo compõe-se de ponteiros e contatos idênticos ao do termômetro do óleo, o mesmo ocorrendo com o tubo capilar. • As diferenças fundamentais estão no processo de medição da temperatura do enrolamento e na escala do termômetro, que normalmente ocupa a faixa de 20ºC a 160ºC. Funcionamento: • Como a medida direta da temperatura do enrolamento é bastante dispendiosa, usa-se o dispositivo de IMAGEM TÉRMICA, que consiste de um transformador de corrente ligado a um dos enrolamentos do transformador, com seu secundário alimentando uma resistência imersa numa bolsa de óleo que possui o dispositivo sensor de temperatura. • Com o dimensionamento adequado do conjunto (TC, resistência, volume de óleo da bolsa, etc), o elemento sensor de temperatura medirá o valor da temperatura do ponto mais quente do enrolamento, em função das diversas condições de carga do transformador. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Ajustes: Normalmente os contatos são ajustados para: Alarme – 80ºC; Desligamento – 95ºC O diagrama abaixo mostra um exemplo do circuito de comando de um termômetro indicador de temperatura do enrolamento: Existem ainda os monitores eletrônicos de temperatura do enrolamento baseando-se no mesmo princípio da imagem térmica. RELÉ BUCHHOLZ DESCRIÇÃO GERAL O chamado “relé Buchholz” é um instrumento de proteção aplicável a equipamentos elétricos imersos em líquido isolante. Ele tem por função identificar condições anormais porventura ocorridas no interior do tanque, acionando um alarme em um primeiro estágio e desligando o equipamento nos casos de emergência, evitando maiores danos ao mesmo. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS No caso específico do transformador, é instalado em uma tubulação que interliga o tanque principal ao tanque de expansão, de modo que os gases que eventualmente se formem no interior do tanque atravessem o relé antes de atingir o tanque de expansão. O relé Bucchholz (a gás), equipado com dois flutuadores que reagem em caso de qualquer variação do volume de gás na parte superior do equipamento protegido. Pequenos volumes de gás, provocam o abaixamento do flutuador superior e acionam um contato elétrico no circuito de alarme. Se a formação de gás for súbita e intensa (por exemplo no caso de um curto- circuito em espiras), o conseqüente movimento do líquido isolante na tubulação do relé desloca o flutuador inferior, provocando o acionamento do contato no circuito de desligamento do equipamento. MONTAGEM DO RELÉ BUCHHOLZ CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Na fabricação do transformador, a tubulação entre tanque principal e o tanque de expansão na qual é instalado o relé Buchholz, é feita partindo-se do ponto mais alto da tampa do transformador. O relé Buchholz é despachado para o transporte, esteja ele montado ou não no transformador, com seus dois flutuadores internos travados, de modo a se evitar a avaria nos contatos elétricos. VÁLVULA DE SEGURANÇA Finalidade: Comumente conhecida como “TUBO DE EXPANSÃO”, a válvula de segurança tem por finalidade proteger o transformador contra sobrepressões excessivas que possam ocorrerno seu interior. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Características: O tipo mais simples e bastante utilizado, consiste de um tubo recurvado montado na tampa do transformador e possuindo na sua extremidade superior um diafragma. A tubulação é montada de tal forma que, caso hajam sobrepressões elevadas, o óleo saia para o exterior do tanque sem cair sobre as buchas. Na parte inferior do tubo é instalado um defletor, para impedir que os fragmentos do diafragma caiam sobre os enrolamentos do transformador. Em alguns transformadores este tubo é ligado ao tanque de expansão (conservador de óleo), conforme figura ao lado. Alguns transformadores são do tipo “selado”, isto é, não possuem nem conservador e nem o tubo de expansão. Neste caso é empregada uma “válvula de alívio de pressão” na tampa do tanque, conforme mostrado nas figuras abaixo: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS VÁLVULA PARA RETIRADA DE AMOSTRAS DE ÓLEO Normalmente os transformadores de maior porte são providos de registros (válvulas), as quais são instaladas nas partes superior e inferior do tanque principal (e também no tanque do conservador de óleo) e têm como finalidades principais: • permitir a coleta (amostra) do óleo para ensaios; • permitir a drenagem do óleo (escoamento); • permitir filtragem do óleo, o que é efetuada através de um bombeamento para uma máquina externa denominada ‘’filtro-prensa’’. REFRIGERAÇÃO DOS TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA Quando colocamos carga em um transformador, a circulação de corrente provocará o aquecimento dos enrolamentos e também do núcleo. Torna-se então necessária, a retirada de uma parte do calor produzido, transportando-o para o exterior. a) REFRIGERAÇÃO NATURAL: O resfriamento é obtido pela circulação natural do óleo, que retira calor do conjunto núcleo- bobinas, entregando-o ao meio ambiente. Quando o óleo se aquece ele se torna menos denso (mais leve) e tende a subir para o topo do transformador, forçando àquele ali presente a descer através dos radiadores, que oferecem uma extensa área exposta ao meio ambiente. Assim, CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS durante a descida pelos radiadores, o óleo se resfria cedendo calor para o exterior e retorna penetrando na parte inferior do transformador a uma temperatura mais baixa, estando apto a retirar novamente calor do conjunto núcleo-bobinas. Este ciclo é repetitivo e é conhecido como ‘’termo-sifão’’. b) VENTILAÇÃO FORÇADA: Caso a ventilação natural não seja suficiente, são instalados ventiladores fixados ao longo dos radiadores do transformador soprando o ar na direção do tanque, resfriando-o e aumentando desta forma a transferência de calor do óleo para o meio ambiente. Usualmente (exceto em casos especiais) os ventiladores são ligados automaticamente via contato do termômetro, quando a temperatura atingir 75 0C para os transformadores com potência superior a 7500 kVA. Com isto, consegue-se retirar uma potência adicional de 33% em média. O sentido de rotação do motor deverá estar correto, isto é, com fluxo de ar sempre dirigido aos radiadores. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS c) CIRCULAÇÃO FORÇADA DE ÓLEO: Trata-se de um complemento da ventilação forçada de ar. Este tipo de refrigeração é utilizado nos transformadores mais importantes do sistema elétrico e seu funcionamento é basicamente o seguinte: � Uma bomba puxa o óleo quente na direção do nível superior do tanque do transformador, forçando-o a se resfriar através dos radiadores. Com auxílio do ar soprado pelo conjunto de ventiladores, obtém-se uma grande elevação na eficiência da refrigeração. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS REFRIGERAÇÃO RUÍDOS EM TRANSFORMADORES Quando os transformadores estão em operação eles podem apresentar ruídos (barulhos) que podem ser provocados por: a) Vibração das bobinas b) Forças magnéticas no núcleo c) Vibração de partes do tanque, barras de fixação, etc. APLICAÇÃO DE CARGA EM TRANSFORMADORES A potência nominal (kVA) de saída de um transformador é aquela carga que ele pode fornecer com tensão secundária nominal, sem provocar uma elevação da temperatura acima dos valores permissíveis por norma. A potência que o transformador pode fornecer em serviço, sem provocar deterioração de seu isolamento, pode ser maior ou menor que a potência nominal, dependendo do valor da temperatura ambiente e do regime operacional do transformador. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TIPOS DE LIGAÇÃO DOS ENROLAMENTOS DOS TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS Os enrolamentos dos transformadores trifásicos podem ser conectados de três maneiras apresentadas a seguir: LIGAÇÕES ESTRELA-TRIÂNGULO EM UM TRANSFORMADOR TRIFÁSICO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS LIGAÇÃO ZIGUE-ZAGUE EM UM TRANSFORMADOR GRUPOS DE LIGAÇÕES DOS TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS Os transformadores trifásicos podem ser ligados seguindo as normas ABNT/IEC a partir do ângulo de defasamento entre o primário e secundário (tensões superior e inferior) conforme mostrado na tabela abaixo. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS LIGAÇÃO DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS EM PARALELO Os transformadores trifásicos (dois ou mais) podem ser ligados em paralelo, desde que eles atendam às seguintes condições: 1. Possuam as mesmas tensões nominais nos lados primário e secundário; 2. Possuam a mesma relação de tensões; 3. Possuam o mesmo grupo de ligação; 4. Possuam a mesma seqüência de fases. Esta é obtida ligando-se terminais de mesma designação; 5. Possuam a mesma tensão de curto-circuito (impedância percentual). É permitido um desvio de até 10% caso os transformadores tenham com diferentes impedâncias percentuais, sendo que o transformador com menor impedância percentual deverá alimentar o circuito de maior carga; 6. A relação entre as potências nominais não deve ser superior a 1:3. TRANSFORMADORES A SECO Os transformadores a seco são aqueles cuja parte ativa (núcleo e enrolamentos) não está imersa em liquido isolante, sendo seu isolamento normalmente efetuado a base de resina e seu meio de refrigeração o ar. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS É de se observar que a refrigeração dos transformadores com isolamento a seco pode ser natural (por conexão) ou forçada (ventilação via exaustores) instalados na própria edificação onde o equipamento irá operar. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃOTECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS SISTEMAS SUPERVISÓRIOS NA OPERAÇÃO DOS TRANSFORMADORES Atualmente são disponibilizados softwares apropriados para monitorar (supervisionar) os principais parâmetros dos transformadores conforme exemplificado abaixo: Tal sistema é operado a partir de aquisição de dados, sendo um modelo da arquitetura mostrado a seguir CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS ACESSÓRIOS NORMALIZADOS DOS TRANSFORMADORES (ABNT) Acessórios normalizados, em função do tipo e potência dos transformadores: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS ALGUNS FABRICANTES NO BRASIL • TUSA; • ABB; • TOSHIBA; • WEG; • TRAFO; • INDUSELET; • DEDINI. NORMALIZAÇÃO Principais Normas Aplicáveis: � ABNT – NBR – 5356-1/2007 – Transformadores de Potência – Especificação � ABNT – NBR – 5380 – Transformadores de Potência – Método de Ensaio � ABNT – NBR – 10295 – Transformadores de Potência Secos � ABNT – NBR – 5416 – Aplicação de Carga em Transformadores de Potência � ABNT – NBR – 6869 � ABNT – NBR – 8926
Compartilhar