Capítulo 4 Transformadores de Potência R4

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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
Prof. Dr. Methodio Godoy
AULA : TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
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ÍNDICE
1. OBJETIVO
2. INTRODUÇÃO
3. CONCEITOS BÁSICOS
4. CLASSIFICAÇÃO
5. COMPONENTES
6. CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
7. APLICAÇÕES
OBJETIVO
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
4
OBJETIVO
 Apresentar os transformadores de potência dan-
do ênfase a aspectos construtivos, funções, apli-
cações e características elétricas.
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA
5
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA
6
INTRODUÇÃO
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
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TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA
 São equipamentos essenciais nos sistemas
elétricos, possibilitam elevar a tensão e baixar
a tensão de forma atender os mais diferentes
tipos de consumidores.
 Devem ser capazes de atender toda a carga de
um sistema elétrico, bem como em situações
não usuais suportar sobrecargas de curtas
durações sem comprometer a sua vida útil.
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
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TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA
 É um equipamento que por indução eletro-
magnética transforma tensão e corrente alter-
nadas entre dois ou mais enrolamentos numa
mesma freqüência em valores diferentes de
tensão e corrente.
 FUNÇÕES :
• Elevar as tensões produzidas por unidades geradoras,
• Interligar sistemas elétricos com tensões distintas,
• Baixar tensões de transmissão até os centros de carga e
consumidores de pequeno, médio e grande porte.
CONCEITOS BÁSICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOSTRANSFORMADORES DE POTÊNCIA
1
1
PRINCÍPIO FÍSICO
i
ΦM
ΦD
ΦD
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
OPERAÇÃO EM VAZIO
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
OPERAÇÃO EM VAZIO
 Consiste da operação do trafo sem carga
com a corrente no secundário nula.
 Aplicando-se tensão nominal a corrente
que circula é composta de duas parcelas
uma para suprir as perdas em vazio e
outra denominada de magnetização está
associada a fmm necessária para produ-
zir o fluxo magnético no núcleo. Essa
corrente é denominada de excitação.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOSTRANSFORMADORES DE POTÊNCIA
OPERAÇÃO EM VAZIO
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 As perdas em vazio consistem de perdas
por histerese, por correntes de Foulcault
nas chapas de aço silício e nas ferra-
gens.
 A corrente de excitação é da ordem de
no máximo 1 a 2% para grandes trafos e
podendo chegar até 10% para os trafos
de distribuição.
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
OPERAÇÃO EM CARGA
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
OPERAÇÃO EM CARGA
 Ao aplicarmos uma carga no enrolamento
secundário, a corrente de carga produz
uma fmm que se opõe a fmm criada pela
componente de carga do enrolamento
primário.
 A corrente no enrolamento primário é a
soma da corrente de excitação com a
componente de carga.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUAÇÕES BÁSICAS
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CLASSIFICAÇÃO
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
1
9
CLASSIFICAÇÃO DOS TRANSFORMADORES
 Quanto ao número de fases:
• Monofásico,
• Trifásico.
 Quanto ao tipo de isolamento:
• Seco,
• Líquido Isolante
•Óleo Isolante
• Líquido Isolante Sintético
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
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CLASSIFICAÇÃO DOS TRANSFORMADORES
•Óleo Isolante
• Líquido Isolante Sintético
•Óleo Mineral
•Óleo Vegetal
• Óleo Naftênico (A)
• Óleo Parafínico (B)
• Silicone
• RTEMP...
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
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COMPONENTES
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
COMPONENTES DE UM 
TRANSFORMADOR Á OLÉO
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
 PRINCIPAIS
• NÚCLEO
• ENROLAMENTOS
 AUXILIARES
• TANQUE
• BUCHAS
• MEIO ISOLANTE
 ACESSÓRIOS
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COMPONENTES DO TRANSFORMADOR
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
COMPONENTES ACESSÓRIOS
 Indicadores de nível de óleo,
 Válvulas de drenagem do óleo,
 Secador de ar,
 Suporte e fixação do transformador,
 Comutador de derivação,
 Caixa terminal,
 Olhais de suspensão,
 Meios para locomoção do transformador,
 Conector de aterramento ...
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COMPONENTES PRINCIPAIS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
2
8
TRANSFORMADORES À OLÉO
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
PARTE ATIVA
 ENROLAMENTOS – os enrolamentos de um
trafo são formados de várias bobinas, que em
geral são feitas de cobre eletrolítico e recebem
uma camada de verniz sintético como isolante.
 NÚCLEO – é constituído de material ferro-
magnético de tal forma que quase todo o fluxo
que envolve um dos enrolamentos envolve
também o outro possibilitando a transferência
de potência do enrolamento primário ao secun-
dário.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
3
0
PARTE ATIVA NO TANQUE
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
PARTE ATIVA
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO TIPO DE 
NÚCLEO
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Envolvente (SHELL)
Envolvido (CORE)
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
NÚCLEO MAGNÉTICO
 São construídas com chapas de aço-silício
laminadas a frio, cobertas com verniz isolante e
emolduradas por um conjunto de ferragens que
tem a função de sustentar mecanicamente
elas.
 Essas ferragens também fixam a parte ativa no
tanque e tampa.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
NÚCLEO MAGNÉTICO
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
NÚCLEO MAGNÉTICO
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
NÚCLEO MAGNÉTICO
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ENROLAMENTOS DO TRANSFORMADOR
 Os enrolamentos são usualmente fabricados
em cobre recoberto por um verniz isolante e
por papel isolante (kraft).
 Os enrolamentos podem ser dispostos coaxial-
mente nas colunas do núcleo, em ordem
crescente de tensão ou
 Podem ter bobinas empilhadas no núcleo alter-
nadas entre cada um dos enrolamentos.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ENROLAMENTOS
 Os enrolamentos são dos seguintes tipos:
• ENROLAMENTO EM DISCO: alta tensão e baixa
corrente.
• ENROLAMENTO EM DISCO ENTRELAÇADO: au-
mento da capacitância série do enrolamento, melho-
rando a distribuição da tensão de surtos de frente
íngreme; alta tensão.
• ENROLAMENTO HELICOIDAL: baixa tensão e alta
corrente; primário de trafos elevadores de usinas.
• ENROLAMENTO EM CAMADAS: camadas concên-
tricas ligadas em série; baixa ou alta tensão; terciário.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ENROLAMENTOS EM DISCOS
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ENROLAMENTO HELICOIDAL
40
 Usado para elevadas correntes.
 Utiliza canais radiais, por onde é
refrigerado o enrolamento.
 Transposição dos condutores
para manutenção do comprimen-
to dos fios.
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ENROLAMENTO EM DISCOS
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 Utilizado em baixas correntes.
 As conexões entre os discos são feitas nos diâmetros
internos e externos.
 Podem ter refrigeração tanto axial quanto radial
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ISOLAÇÃO
 O isolamento do transformador é constituído,
basicamente, de óleo e celulose (papel ou
presspan). O óleo tem ainda função de refrige-
ração.
 Os condutores (cobre e, em certos casos, alu-
mínio) são envolvidos em tiras de papel, que
formam o isolamento entre espiras. Eles são
enrolados em cilindros de presspan, que pro-
porcionam fixação mecânica e isolamento en-
tre enrolamentos e entre eles e o núcleo.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ISOLAÇÃO
 Barreiras isolantes adicionais (presspan) são,
em geral, usadas entre enrolamentos de fases
diferentes e entre enrolamentos, o núcleo e o
tanque. Tiras de presspan, fixadas nesses cilin-
dros, no sentido axial, formam canais de óleo
que, além de contribuírem para o isolamento,
facilitam a refrigeração.
 Essas barreiras além de sua função isolante,
diminuem a espessura dos canais de óleo, o
que aumenta a rigidez dielétrica (kV/mm).
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOSDESEMPENHO TÉRMICO
 Num transformador, os modos de transfe-
rência de calor são os seguintes:
• CONDUÇÃO: a transferência de calor atra-vés
da isolação e aço para as superfícies e para
os dutos de resfriamento.
• CONVECÇÃO NATURAL OU FORÇADA: ex-
tração do calor pelo movimento de um fluido.
• RADIAÇÃO: transferência de calor da super-
fície externa do tanque para a atmosfera.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
DESEMPENHO TÉRMICO
 O calor desenvolvido pelas perdas Joule
no núcleo de ferro e nos enrolamentos de
cobre é absorvido e armazenado no óleo
por circulação natural ou forçada e dissi-
pado para a atmosfera através das pare-
des do tanque.
 A dispersão de calor é realizada circulan-
do-se o óleo por radiadores e trocadores
de calor resfriados a água.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
LIMITES DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA
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COMPONENTES AUXILIARES
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
COMPONENTES AUXILIARES
 BUCHAS;
 MEIO REFRIGERANTE e
 TANQUES.
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BUCHAS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
BUCHAS
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 São componentes que tem a função de
conduzir a corrente entre o circuito exter-
no e os enrolamentos proporcionando a
isolação adequada.
 As buchas se dividem:
• Buchas capacitivas,
• Buchas não capacitivas.
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
BUCHAS NÃO CAPACITIVAS
 São compostas de um condutor central
revestido, envolvido por isolante sólido do
tipo herkolite ou similar e coberto por um
corpo de porcelana.
 São utilizadas para tensões até 69 kV e a
parte interna fica imersa em oléo dispen-
sando o revestimento de porcelana.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
BUCHAS NÃO CAPACITIVAS
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
BUCHAS CAPACITIVAS
 São compostas de um condutor central
maciço envolvido por isolações sólidas
com camadas de alumínio formando
capacitores concêntricos.
 A bucha capacitiva é usada em tensões
maiores que 69 kV e tem como função
principal a melhor distribuição do campo
elétrico ao longo da bucha até o tanque.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
BUCHAS CAPACITIVAS
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
BUCHAS CAPACITIVAS
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
DISTRIBUIÇÃO DE POTENCIAL NAS 
BUCHAS CAPACITIVAS
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
BUCHAS A OLÉO
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
BUCHAS EPRB(EPOXY RESIN BONDED PAPER)
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
BUCHAS RIP (RESIN IMPREGNATED PAPER)
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MEIO REFRIGERANTE
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
MEIO REFRIGERANTE
 LÍQUIDO ISOLANTE
• ÓLEO ISOLANTE
 Mineral
 Parafínico e
 Naftênico.
 Vegetal
• LÍQUIDO ISOLANTE SINTÉTICO
 Silicone
 RTEMP...
 AR e SF6.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ÓLEOS ISOLANTES
 Os óleos isolantes são de dois tipos:
• Óleo mineral derivado de petróleo e
• Óleo vegetal.
 O óleo mineral pode ser de origem asso-
ciada ao petróleo parafínico ou naftênico.
 Para os transformadores que operam em
potências mais elevadas o óleo isolante é
produzido a partir do óleo naftênico.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ÓLEO ISOLANTE
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TABELA 5
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ÓLEO MINERAL PARAFÍNICO TIPO A
65
Tensão maior ou 
igual a 145 kV
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ÓLEO MINERAL PARAFÍNICO TIPO B
66
Tensão menor ou 
igual a 145 kV
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
6
7
LÍQUIDOS ISOLANTES SINTÉTICOS
 ASCAREL,
• Contém o bifenil policlorado (PCB) subs-
tância tóxica e não biodegradável, proibido
de ser comercializada no Brasil desde se-
tembro de 1976.
 FLUIDO SILICONE,
 RTEMP.
TANQUE
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TANQUE
 É o componente que tem a função de abrigar a
parte ativa do transformador junto com o
líquido isolante.
 É constituído de chapas de aço soldadas, com
a tampa reforçada para suportar os esforços
radiais e axiais da montagem das buchas.
 Ele deve ser estanque para impedir o contato
do líquido isolante com contaminantes exter-
nos.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TANQUE
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TANQUE
 A pintura do tanque deve ser não reativa com
líquido isolante e que sejam resistentes ao
envelhecimento.
 No interior do tanque principal existe um outro
tanque que serve de abrigo para o comutador
sob carga.
 O óleo deste tanque não está em contato com
o óleo de tanque principal.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
RADIADORES
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
RADIADORES
 São componentes instalados em volta do tan-
que principal, e interligados ao seu interior
através de válvulas superiores e inferiores, cuja
finalidade é aumentar a área de dissipação do
calor do óleo contido no interior do trafo.
 Os radiadores estão ligados ao tanque através
de duas tubulações e válvulas para isolamento.
o óleo mais quente da parte superior penetre
nos radiadores, resfriando e retornando ao tan-
que principal.
 73
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
RADIADORES
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TANQUE
 De acordo com o tipo de tanque os trans-
formadores podem ser:
• SELADOS – são aqueles que o tanque
absorve a pressão associada a dilatação do
líquido isolante, o trafo não respira.
• NÃO SELADOS – são aqueles que a dila-
tação e a contração do líquido isolante, faz
com que o ar entra e saia do tanque através
de um conservador.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TANQUE SELADO
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TANQUE DE EXPANSÃO
 Durante a operação do transformador, o óleo
fica submetido a variações de temperatura
devido às variações do ciclo diário de carga,
provocando a sua dilatação e a sua contração.
 Para permitir que o óleo se dilate livremente, o
trafo é provido de um tanque de expansão
(conservador) ligado ao tanque principal atra-
vés de tubulações adequadas.
 Uma bolsa dentro do tanque de expansão,
impede o contato entre o óleo e a atmosfera
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TANQUE DE EXPANSÃO
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TANQUE DE EXPANSÃO
 A bolsa flexível dentro do tanque de expansão
é como um balão que a medida que o nível do
óleo sobe, o ar de dentro da bolsa é expulso
para fora do tanque de expansão, através de
um tubo ao corpo cilíndrico soldado na parte
superior ao tanque de expansão.
 Este tubo possui um secador de ar onde, no
seu interior, possui um elemento dessecante
do tipo sílica gel para impedir que a umidade
penetre dentro da bolsa
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
CONSERVADOR COM SÍLICA-GEL
 O tanque do transformador está ligado ao
exterior através do dispositivo de secagem de
ar o qual tem no interior sílica-gel.
 Como o transformador “respira” este ar que
circula para dentro do seu tanque quando o
mesmo resfria deve estar isento de umidade e
poeira para que o óleo não seja contaminado.
 O gás entra no conservador devido as contra-
ções do líquido isolante (diminuição de volume)
decorrente das variações de temperatura.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
CONSERVADOR COM SÍLICA-GEL
 O secador/purificador de ar tem como finali-
dade a absorção da umidade e poeira do ar
que penetra no conservador.
 A poeira é retida no óleo que está contido no
copo localizado na parte inferior do dispositivo
de secagem de ar.
 A sílica-gel possui cor azul quando isenta da
umidade. A cor violeta quando se tem de 20 a
30% absorção de umidade e rosa quando está
saturada para o uso (poderá ser regenerada).
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
CONSERVADOR COM SÍLICA-GEL
82
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
CONSERVADOR E VÁLVULAS
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COMPONENTES ACESSÓRIOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ACESSÓRIOS
85
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
INDICADOR DE TEMPERATURADO 
ENROLAMENTO
86
 A imagem térmica é a técnicautilizada para se
medir a temperatura no enrolamento do trafo.
 A temperatura do enrolamento é a temperatura
do óleo acrescida da sobre elevação da tempe-
ratura do enrolamento (∆t) em relação ao óleo.
 O sistema é composto de uma resistência de
aquecimento e um sensor de temperatura sim-
ples ou duplo, ambos encapsulados e monta-
dos em um poço protetor, imerso em uma câ-
mara de óleo.
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
INDICADOR DE TEMPERATURA DO 
ENROLAMENTO 
87
 O conjunto é instalado na tampa do trafo,
equalizando-se com a temperatura do topo do
óleo, indicando a temperatura no ponto mais
quente do enrolamento.
 A resistência de aquecimento é alimentada por
um TC associado ao enrolamento secundário
do transformador principal.
 A elevação da temperatura da resistência de
aquecimento é proporcional a elevação da tem-
peratura do enrolamento além da máxima do
óleo.
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
INDICADOR DE TEMPERATURADO 
ENROLAMENTO
88
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
INDICADOR DE TEMPERATURADO ÓLEO 
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
INDICADOR DE NÍVEL DO ÓLEO 
90
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
9
1
VÁLVULA DE ALÍVIO DE PRESSÃO 
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
9
2
VÁLVULA DE ALÍVIO DE PRESSÃO 
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
9
3
COMPONENTES ACESSÓRIOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
9
4
COMPONENTES ACESSÓRIOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
9
5
COMPONENTES ACESSÓRIOS
TRANSFORMADORES À SECO
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TRANSFORMADORES À SECO
 São transformadores com enrolamento em
cobre moldados em resina epóxi.
 Sua instalação dispensa portas corta-fogo,
poços de recolhimento de líquidos isolantes e
sistemas de combate a incêndios.
 Eles são compactos, seguros, podem ter
ampliação de potência com ventilação forçada.
 Ocupam aproximadamente 45% da área de um
transformador em líquido isolante.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TRANSFORMADORES À SECO
 São transformadores com enrolamento em
cobre moldados em resina epóxi.
 Sua instalação dispensa portas corta-fogo,
poços de recolhimento de líquidos isolantes e
sistemas de combate a incêndios.
 Eles são compactos, seguros, podem ter
ampliação de potência com ventilação forçada.
 Ocupam aproximadamente 45% da área de um
transformador em líquido isolante.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
9
9
TRANSFORMADORES À SECO
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TRAFO A SECO
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ENROLAMENTO DE BT
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ENROLAMENTO DE AT
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
ENROLAMENTO DE AT
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TRANSFORMADORES À SECO
 Possuem vida útil, igual ou superior a dos
transformadores em líquido isolante.
 Apresentam baixo custo operacional, pois não
requerem manutenção nem apresentam uma
quantidade grande de instrumentos de controle
e proteção, típicos de transformadores com
líquido isolante.
 Não explodem, nem queimam, nem alimentam
a combustão.
104
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TRANSFORMADORES À SECO
 Quando envolvidos em incêndios, não
produzem nenhum gás ou cinza tóxicos, não
poluindo o ar nem o solo.
 São insensíveis à umidade ambiental, mesmo
estando desligados por longos períodos, estão
sempre prontos para energização.
 Suportam fortes sobrecargas e apresentam
excelente resistência a curto circuitos devido à
configuração e construção das bobinas.
105
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TRANSFORMADORES À SECO
106
CARACTERÍSTICAS 
ELÉTRICAS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
PLACA DE IDENTIFICAÇÃO
108
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
NBR 5356 - 1
109
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
NORMAS TÉCNICAS
110
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
 Potência Nominal (VA, KVA, MVA...)
 Relação de Transformação Nominal,
 Impedância,
 Freqüência Nominal,
 Corrente Nominal de AT e de BT
 Tensão Nominal de AT e de BT
 Refrigeração.
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
POTÊNCIA NOMINAL
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
TENSÃO E FREQUÊNCIA NOMINAL
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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
CORRENTE NOMINAL
114
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
IMPEDÂNCIA
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