Transformadores IF RS

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE 
CAMPUS PELOTAS 
CURSO TÉCNICO DE MANUTENÇÃO ELETROMECÂNICA 
 
Disciplina de Transformadores 
 
 
Apostila de transformadores do Módulo 2- Versão 2 
 
 
 
 
 
 
Professora: Giani Barwald Bohm 
 
 
Pelotas, outubro de 2011 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 2 
 
2 
Sumário 
 
1.TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ....................................................................................3 
2.CONSTRUÇÃO E FUNCIONAMENTO DO TRANSFORMADOR ..................................................................................7 
1.1 - Construção: ...................................................................................................................................................................7 
1.2 - Funcionamento do Transformador ........................................................................................................................... 10 
3. O AUTOTRANSFORMADOR ........................................................................................................................................... 16 
3.1 - Generalidades: ............................................................................................................................................................ 16 
3.2 - Vantagens do Auto-Transformador ........................................................................................................................... 16 
3.3 - Desvantagem do Autotransformador ........................................................................................................................ 16 
3.4 - Aplicação dos Autotransformadores ........................................................................................................................ 17 
3.5- Autotransformador Ligado em Estrela ..................................................................................................................... 17 
3.6- Regulador de Tensão Manual.................................................................................................................................... 17 
4.TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS ......................................................................................................... 19 
4.1 - Introdução ................................................................................................................................................................... 19 
4.2- Função .......................................................................................................................................................................... 19 
4.3- Transformador de Corrente ........................................................................................................................................ 20 
4.3.1- Campo de aplicação ............................................................................................................................................. 20 
4.3.2- Ligação .................................................................................................................................................................. 20 
4.3.3- Precauções na utilização do TC .......................................................................................................................... 20 
4.3.4- Detalhes construtivos .......................................................................................................................................... 21 
4.3.5- Relação de transformação ................................................................................................................................... 21 
4.4- Transformador de Potencial ....................................................................................................................................... 22 
4.4.1- Campo de aplicação ............................................................................................................................................. 22 
4.4.2- Ligação .................................................................................................................................................................. 22 
4.4.3- Detalhes construtivos .......................................................................................................................................... 23 
4.4.4- Relação de transformação ................................................................................................................................... 23 
5. DIMENSIONAMENTO DE TRANSFORMADORES DE PEQUENA POTÊNCIA MONOFÁSICOS .................... 24 
6. DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO PARA TRANSFORMADORES ............................................................................ 30 
6.1 Considerações ............................................................................................................................................................... 30 
6.2 Características de um sistema de proteção ................................................................................................................ 30 
6.3 Classificação: ................................................................................................................................................................ 30 
6.4 Finalidades:.................................................................................................................................................................... 30 
6.5 Fusível de alta tensão .................................................................................................................................................... 31 
6.6 Pára-raios...................................................................................................................................................................... 32 
6.7 Relés de proteção ......................................................................................................................................................... 34 
6.7.1 Relé de bloqueio com rearme manual (86) ......................................................................................................... 34 
6.7.2 Relé Buchholz (63) ............................................................................................................................................... 35 
6.7.3 Relé diferencial (87) ............................................................................................................................................. 37 
6.7.4 Indicador Magnético de Nível (71) ...................................................................................................................... 39 
6.7.5 Termômetro (26) ................................................................................................................................................... 39 
6.7.7 Relé Imagem Térmica (49) ................................................................................................................................... 40 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 
 
UNIDADE I 
TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
 
Normalmente as centrais elétricas estão 
afastadas de algumas dezenas ou centenas de 
quilômetros dos centros consumidores de energia 
elétrica, Ex.: a Usina Termoelétrica Presidente 
Médici, em Candiota, situa-se a 120 Km de Pelotas; 
Itaipu situa-se a mais de 1000 Km de São Paulo. Isso 
ocorre por razões econômicas, técnicas ou 
ecológicas. 
 
Exemplo das razões citadas: 
 ECONÔMICA: é mais barato transmitir energia 
elétrica do que transportar carvão (combustível). 
 TÉCNICA: as hidrelétricas exigem, além do curso 
volumoso de água, relevo especial; 
 ECOLÓGICA: as centraiselétricas 
termonucleares oferecem perigo de vazamento 
radioativo. 
 
A energia elétrica é transmitida aos centros consumidores através das linhas de 
transmissão que são feitas de condutores elétricos, normalmente cabos de alumínio com alma de 
aço - CAA (ACSR - Aluminum Conductor Steel Reinforced). Os condutores, ao transmitirem energia 
elétrica, são circulados por corrente e possuem resistência elétrica que é diretamente proporcional 
ao comprimento ( 
A
l
R



). 
Onde: 
R- resistência 
- Coeficiente do material 
l- Comprimento do condutor 
A- área da seção transversal do condutor 
 
Por isso, na transmissão da energia elétrica ocorrem dois inconvenientes: queda de tensão e 
perda de energia por efeito joule 
 P R I . .2
. 
Queda de tensão- U = R. I 
Onde: 
U- Tensão 
R- Resistência 
I- Corrente elétrica 
 
Efeito Joule- P= R. I
2 
Onde: 
P- Potência 
R- Resistência 
I- Corrente Elétrica 
 
 
 
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4 
Exemplo numérico: 
A potência das cargas elétricas em Pelotas é de, aproximadamente, 69 MV e a resistência 
dos condutores entre Candiota (Usina Presidente Médice) e Pelotas é de 20 . Supondo a 
transmissão em 13800 V, tensão em que é gerada a energia elétrica, teríamos: 
 
MVAS
IRPjouleefeitoporperdase
A
V
VA
U
S
I
5005000.20
.
5000
13800
69000000
2
2



 
Eliminar as perdas é impossível. Uma maneira de diminuí-las seria através da diminuição da 
resistência dos condutores, o que implicaria no aumento de suas secções. Isso é inconveniente 
pelas seguintes razões: 
 
a) o custo dos condutores seria maior; 
b) dificuldade operacional; 
c) as estruturas teriam que ser muito reforçadas. 
A outra maneira de diminuir as perdas de energias elétrica em sua transmissão é através da 
diminuição da corrente. 
Considerando os dados do exemplo anterior, porém diminuindo a corrente em 10 vezes, 
temos: 
 
5000
10
500 20 500 52 2
A
A e P R I P MW   . .
 
 
Essa diminuição da corrente, além de diminuir as perdas de energia elétrica, possibilita que 
os dispositivos de proteção e de comando (ligação e desligamento) sejam mais simples, porque 
serão para uma corrente menor. 
A potência elétrica é o produto da tensão pela corrente P = U . I . Então para conseguir esta 
diminuição da corrente, sem alterar a potência útil, é necessário elevar a tensão na mesma 
proporção que é reduzida a corrente. Isso é conseguido através de transformadores da subestação 
elevadora que fica muito próximo dos geradores (gerador de um lado da parede, transformador do 
outro). 
A energia elétrica é transmitida em alta tensão (69, 138, 230, 500, 750, 1200 KV) até perto 
dos centros consumidores onde a tensão é rebaixada, para valores menores ( 6,9; 13,8; 22 KV) que 
são menos perigosos. 
Bem próximo dos consumidores, através do transformador de distribuição, a tensão é 
rebaixada para valores práticos de consumo da energia elétrica (220/127 V; 380/220 V ou 440/254 
V). 
Convém salientar que a tensão em que é gerada a energia elétrica é de 2200V, 6900V, 13800V ou 
22000V. 
O conjunto formado pelo gerador, pelas linhas de transmissão e de distribuição, pelas etapas 
transformadoras de tensão e pelas cargas é chamada de Sistema de Potência: 
 
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1. GERADOR: É a máquina que transforma energia mecânica em energia elétrica. Como se sabe, o 
processo utilizado na geração de energia elétrica em grande quantidade e continuamente, é 
sempre o de magnetismo (condutores ou campo magnético em movimento). 
 
2. LINHA DE TRANSMISSÃO: Une eletricamente as centrais elétricas aos centros consumidores. 
 
2.1 LINHA PRIMÁRIA DE TRANSMISSÃO (L.P.T): São os condutores que ligam o gerador ao 
primário do transformador da subestação elevadora. Deve ser o mais curta possível, pois a 
tensão entre os condutores é a mesma que foi gerada a energia. 
 
2.2 SUBESTAÇÃO ELEVADORA (S.E): formada por transformadores que levam a tensão para o 
valor conveniente. O objetivo dessa elevação de tensão é diminuir a corrente na transmissão 
para que as perdas sejam reduzidas. 
 
 
3. SUBESTAÇÃO REBAIXADORA (S.R): Formada, basicamente, por transformadores que 
rebaixam a tensão para que a energia elétrica seja distribuída em valores de tensão menos 
perigosos do que os de linha de transmissão. Deve ficar em lugares de fácil aterramento e bem 
situada em relação as cargas. 
 
Em Pelotas existem duas dessas subestações: uma no Areal e outra próximo ao colégio 
Pelotense. Em Porto alegre existem nove dessas subestações. Nas cidades pequenas, a 
subestação rebaixadora localiza-se em um ponto eqüidistante em relação a duas ou mais cidades. 
Ex.: A subestação de Basílio serve as cidades de Pedro Osório, Herval e Matarazo (Arroio Grande e 
Jaguarão). 
 
4. REDE DE DISTRIBUIÇÃO: É a que distribui a energia elétrica nas cidades ou na eletrificação 
rural. Na cidade, situa-se dentro da mesma. 
 
4.1REDE PRIMÁRIA DE DISTRIBUIÇÃO (R.P.D): Localiza-se entre o secundário do transformador 
da subestação rebaixadora e o primário do transformador de distribuição. é a rede de alta Tensão 
(A. T.) localizada dentro das cidades. É a que fica bem em cima, em relação aos postes. Os 
valores de tensão usados são: 6900V, 13800V ou 22000V. Em Pelotas, a distribuição da energia 
elétrica em A.T é feita em 13800V. 
 
4.2 TRANSFORMADOR DE DISTRIBUIÇÃO (T.R): É o transformador que rebaixa a tensão para a 
energia elétrica ser distribuída aos consumidores. Normalmente está fixado aos postes da rede 
de distribuição. Pode situar-se em plataformas ou em postes especiais nas industrias ou edifícios, 
cada um destes transformadores alimenta um pequeno trecho de rede, em baixa tensão. 
 
4.3 REDE SECUNDÁRIA DE DISTRIBUIÇÃO (R.S.D): Está situada entre o secundário do 
transformador de distribuição e o ramal de entrada dos consumidores. É formada por quatro 
condutores: 3 fases e neutro, que sai do centro de estrela do secundário do transformador de 
distribuição. 
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6 
Os valores de tensão usados na distribuição da energia elétrica em baixa tensão são 220/127V ( 
220V entre fases e 127V entre fase e neutro); 380/220V ou 440/254V. 
A distribuição da energia elétrica em baixa tensão em Pelotas, Piratini, Canguçu, Pedro Osório e 
na maioria das cidades brasileiras é em 380/220V. Em Porto Alegre, Rio Grande e em outras 
cidades a energia elétrica é distribuída em 220/127V. 
 
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UNIDADE II 
CONSTRUÇÃO E FUNCIONAMENTO DO TRANSFORMADOR 
 
 
1.1 - CONSTRUÇÃO: 
 
 
 
 
O transformador é basicamente formado pela parte ativa. Esta é formada pelo núcleo, 
enrolamentos e isolante sólido. O núcleo é feito de lâminas com uma espessura de 0,3 a 1 mm de 
aço com baixo teor de carbono (- 0,2 %), ligado ao silício (3 a 4 %). Essas lâminas são isoladas 
umas das outras com o Óxido De Ferro ou Carlyte. 
 
FUNÇÕES DO NÚCLEO: 
O núcleo tem as funções de concentrar, canalizar e aumentar o campo magnético. 
Uma vez que, a corrente elétrica gera vários efeitos: 
- Efeito térmico; 
- Efeito magnético; 
- Efeito mecânico; 
- Efeito químico. 
 
ENROLAMENTOS: 
São bobinas feitas de fios ou barra, geralmente de cobre. Um transformador pode ter vários 
enrolamentos. É comum ter dois. Enrolamento de ALTA TENSÃO, é aquela de maior tensão; e do 
enrolamento de BAIXA TENSÃO, é o de menor tensão. Enrolamento PRIMÁRIO é aquele que se 
aplica a tensão. Enrolamento SECUNDÁRIO é aquele que se obtém ENERGIA ELÉTRICAcom 
valores de tensão e de correntes alterados. 
PRIMÁRIO - Recebe energia a ser transferida. 
SECUNDÁRIO - Entrega energia com os valores alterados 
 
FUNÇÃO DOS ENROLAMENTOS: 
Os enrolamentos têm a função de alterar os valores de TENSÃO e de CORRENTE. 
 
 
ISOLANTES: 
 São vernizes ou cadarços em torno dos condutores, papéis (kraft, weimann), poliéster, 
madeira, etc. 
 
FUNÇÕES DOS ISOLANTES: 
Os isolantes servem para isolar uma espira da outra, uma camada da outra, uma bobina da 
outra, um enrolamento do outro, os enrolamentos em relação ao núcleo, carcaça e outras ferragens. 
 
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8 
 
MEIO LÍQUIDO: 
Normalmente é um óleo mineral derivado do petróleo, portanto inflamável. Também são 
usados outros líquidos como o FLUÍDO de SILICONE de difícil inflamabilidade. 
 
FUNÇÃO: 
O meio líquido tem a função de ISOLAR as partes energizadas do transformador (locais com 
D.D.P.), ao mesmo tempo que facilita a eliminação de calor (resfriar). 
Óleo Isolante - sua rigidez dielétrica chega a mais de 40 KV/2,54 mm. (é o valor mínimo para 
aprovação do óleo mineral). Fatores que mais danificam o óleo: água, oxigênio e calor. 
 
Obs.: Acima de 60
o
 C, para cada 10
o
 C de aumento de temperatura a vida útil do óleo (e do 
transformador) é reduzida à metade. 
60
o
 C - 20 anos 
70
o
 C - 10 anos 
80 
o
 C - 5 anos 
 
TANQUE OU CARCAÇA 
 É feito de chapa de aço, tem a função de conter o meio líquido, dar proteção e sustentação 
mecânica à parte ativa, bem como, servir de alojamento para os acessórios. 
 
ACESSÓRIOS DO TRANSFORMADOR IMERSO EM LÍQUIDO ISOLANTE 
Os acessórios são equipamentos que completam as condições de funcionamento satisfatório 
do transformador. Servem para comandar e proteger o transformador, bem como para controlar as 
condições do transformador. 
Dependendo da potência (desde poucos KVA até MVA); da tensão máxima (15 KV; 24,2 KV; 
36,2 KV; 138 KV; 230 KV; etc.) e do local onde vai ser instalado (ao tempo, em posto de 
transformação abrigado ou em subterrâneos), o transformador imerso em líquido isolante deve ter 
determinados acessórios. Poderá ter até em torno de 25 acessórios. Os mais comuns são os 
seguintes: 
 
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9 
Obs.: dispositivo para coleta de gás (DCG) 
1. SECADOR DE AR- São cristais absorventes de umidade (hidrófilos) que se localizam no caminho 
por onde entra ar no transformador. Estes cristais possuem a cor azul, quando estão secos; e a 
cor rosa quando estão saturados de umidade. Sua função é a de reter a umidade que entra no 
transformador, evitando assim, a contaminação do óleo. Esses cristais são de silicato 
denominado sílica-gel. 
2. RESPIRADOURO - Está localizado na parte superior do tanque de expansão, permite a entrada 
ou saída de ar do transformador de acordo com a diferença de pressão entre o meio ambiente e o 
interior do transformador. 
3. TANQUE DE EXPANSÃO - É um acessório 
opcional para transformadores de menos de 1000 
KVA. Também é chamado de conservador de óleo. 
fica acima do tanque principal. Funções: a) permitir 
as variações do nível do óleo, deixando a parte ativa 
sempre imersa em óleo isolante; b) possibilitar a 
instalação do relé detector de gás (relé Buchholz). 
 
 
 
4. DISPOSITIVO PARA CONTROLE DE TEMPERATURA (do óleo e dos enrolamentos) - É um 
alojamento para termômetro ou outro equipamento mais complexo (exemplo: Relé Imagem 
térmica). A função é permitir o controle da temperatura do óleo e dos enrolamentos. Nos 
transformadores de distribuição, a temperatura é tomada somente do óleo, sendo que entre esse 
e os enrolamentos há um desnível térmico de 10
o
 C. Considerando-se que o material isolante dos 
enrolamentos, de acordo com a máxima temperatura que pode atingir, seja da classe “A”, que 
não suporta temperatura superior a 105
o
 C, o óleo não poderá atingir mais que 95
o
 C. 
5. INDICADOR DO NÍVEL DO ÓLEO - Os transformadores que possuem tanque de expansão 
possuem indicador de nível que pode ser visualizado externamente. Os transformadores sem 
tanque de expansão (selados) possuem o indicador de nível no seu interior, constando de uma 
lista de tinta ou um cordão de solda. Este acessório serve para auxiliar no controle do nível do 
meio líquido. 
6. TERMINAL PARA LIGAÇÃO A TERRA - É um parafuso existente na carcaça que serve para 
fazer a conexão elétrica desta com a terra (aterramento da carcaça). Esse aterramento é uma 
medida de segurança para quem vá trabalhar no transformador. 
7. BUJÃO DE DRENAGEM - É um tampão que fecha um orifício e que pode ser removido quando 
se quer retirar líquido do transformador. Está localizado na parte inferior do tanque, se o meio 
líquido for óleo. Deve ficar na parte superior da carcaça, se o meio líquido for Ascarel. 
8. ISOLADORES - São acessórios feitos de porcelana, com a periferia vitrificada para 
impermeabilizá-los. Os transformadores têm isoladores de alta e baixa tensão. Funções: a) 
possibilitar a passagem aos terminais dos enrolamentos através da tampa, com isolação elétrica 
entre ambos; b) servir de ponto de ligação da rede ao transformador na sua extremidade externa. 
São chamados, também, de buchas ou de passadores. 
9. PLACA DE CARACTERÍSTICAS OU DE IDENTIFICAÇÃO - É uma placa metálica que se 
encontra do lado de baixa tensão, onde devem constar as características técnicas do 
transformador, tais como potência, tensão ,freqüência, ligações e outros dados relativos ao 
transformador, conforme normas. 
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10.ALÇAS DE SUSPENSÃO - São alças metálicas na carcaça do transformador que servem para 
suspensão do mesmo. 
Outros acessórios que o transformador poderá ter, podem ser observados na tabela 12 da 
Norma NBR 5356/1981. O conhecimento das finalidades e do funcionamento desses acessórios, 
bem como a maneira de realizar a manutenção dos mesmos, são confinados ao técnico, a quem 
compete garantir o funcionamento adequado do transformador. 
 
1.2 - FUNCIONAMENTO DO TRANSFORMADOR 
 O funcionamento do transformador tem como base o fenômeno de mútua indução entre dois 
circuitos eletricamente isolados, mas magneticamente ligados. De outra forma: “Todo condutor 
imerso num campo magnético variável terá induzida uma força eletromotriz (f.e.m.) de mesma 
intensidade daquela que lhe originou e de sentido contrário a esta.” Isto tem a ver com as Leis de 
Faraday e de Lenz. 
Enunciado da lei de Faraday: Um circuito elétrico fechado, sujeito a uma variação de fluxo 
magnético no seu interior, será submetido a uma f.e.m. induzida cujo valor é calculado por: 
 
 t
Ne




.
 
 
Enunciado da lei de Lenz: O fluxo criado pela corrente induzida tem sempre sentido tal a 
se opor à variação do fluxo original do circuito, ou seja, tende a manter o fluxo constante. 
 
 Para um estudo básico do funcionamento do transformador, considera-se apenas o 
fenômeno de mútua indução como se não existissem perdas de energia elétrica. Isto é uma condição 
ideal. 
 
 
FUNCIONAMENTO DO TRANSFORMADOR IDEAL 
 
Com a aplicação de tensão alternada num dos enrolamentos, vai surgir uma corrente 
alternada que cria um fluxo variável. Esse fluxo é orientado pelo núcleo, fazendo que os dois 
enrolamentos fiquem imersos nesse campo magnético variável, o que faz surgir uma força 
eletromotriz induzida em cada enrolamento, com valor diretamente proporcional ao número de 
espiras respectivo. Esta descrição do funcionamento está representada na figura 02. 
 
 
Figura 02 – Ilustração do funcionamento do transformadorIFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 11 
 
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FUNCIONAMENTO DO TRANSFORMADOR REAL 
 
No transformador real ocorre a indução de força eletromotriz em cada enrolamento com 
intensidade proporcional ao número de espiras respectivo, mas também ocorrem perdas de energia 
elétrica com o resultado de que a potência absorvida no primário seja é maior do que a potência 
entregue no secundário. 
Causas das perdas no transformador: 
 Correntes de Foucoult (correntes parasitas); 
 Histerese magnética; 
 Dispersão magnética. 
 
Perdas no cobre: 
 Efeito joule. 
 
 
RELAÇÃO IMPORTANTE ENTRE GRANDEZAS CONSTRUTIVAS E GRANDEZAS 
FUNCIONAIS: 
 
N
N
U
U
I
I
1
2
1
2
2
1
 
 
 
RELAÇÃO DE TENSÕES (ou relação de transformação) 
 
É a relação entre tensão do primário e tensão do secundário. É dada na forma a : b ( a está 
para b) onde a se refere à tensão do primário e b, à tensão do secundário. 
 
POTÊNCIA NOMINAL DO TRANSFORMADOR 
 
Potência nominal de um transformado é a potência aparente que serve de base ao projeto, 
aos ensaios e às garantias do fabricante. Determinar o valor da corrente nominal que circula, sob 
tensão nominal, nas condições especificadas na respectiva norma. Corresponde à potência da 
carga que o transformador é capaz de alimentar. Portanto, é a potência do secundário (S2) 
Obs.: S2 é sempre menor que S1, devido às perdas. 
 
 
TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS: 
 
A potência nominal de um transformador trifásico é a potência aparente definida pela 
expressão: 
 kVA
IU
S nnn
1000
3..

 
 
 
TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS: 
 
A potência nominal de um transformador monofásico é a potência aparente definida pela 
expressão: 
 kVA
IU
S nnn
1000
.

 
 
POTÊNCIAS NOMINAIS NORMALIZADAS 
 
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12 
As potências nominais em kVA, normalizadas pela ABNT (NBR - 5440), dos transformadores 
de distribuição pala instalação em postes e plataformas, são as seguintes: 
a) Transformadores monofásicos para instalação em postes: 
 3; 5; 10; 15; 25; 37,5 ; 50; 75 e 100kVA 
b) Transformadores trifásicos para instalação em postes; 
 15; 30; 45; 75; 112,5 e 150 kVA 
c) Transformadores trifásicos para instalação em plataformas: 
 225 e 300 kVA 
É importante levar em conta estas potências nominais normalizadas, quando da 
especificação do transformador alimentador de uma instalação, pois seu custo e prazo de entrega 
serão menores do que se especificarmos um valor intermediário de potência. 
 
 
CARACTERÍSTICAS DO TRANSFORMADOR QUANTO A FUNÇÃO (Real): 
 
REBAIXADOR ELEVADOR ISOLADOR 
 1
O
 2
O
 1
O
 2
O
 1
O
 2
O
 
U maior menor U menor maior U igual igual 
I menor maior I maior menor I igual igual 
N maior menor N menor maior N igual igual 
S menor maior S maior menor S igual igual 
P maior menor P maior menor P maior menor 
F igual igual F igual igual F igual igual 
 
 
ANÁLISE VETORIAL DE UM TRANSFORMADOR 
 
DIAGRAMAS VETORIAIS DO TRANSFORMADOR À VAZIO E COM CARGA 
FUNCIONAMENTO À VAZIO: 
Fundamentos Físicos: Quando uma tensão é aplicada ao primário do transformador, se 
estabelece no mesmo uma corrente I0 ( corrente a vazio) que produzirá dois efeitos, um 
magnetizante através de I e outro térmico através de Ia. A componente magnetizante produzirá o 
fluxo de mútua indução que ao variar induzirá as fems E1 e E2 a vazio. A d.d.p. U2 = E2. 
 
 
No funcionamento à vazio o secundário do transformador está aberto, enquanto o primário é 
alimentado por uma tensão U1, com frequência F. no núcleo do transformador existe o fluxo  
produzido pela corrente magnetizante I. A corrente a vazio do transformador é obtido pela 
composição da corrente magnetizante I e a corrente Ia destinada a compensar as perdas no ferro. 
No transformador ideal, pelo fato de não possuir resistências e reatâncias no circuito 
primário, não há quedas e por isso E1 = U1. No núcleo existe 0 que induz nos dois enrolamentos as 
fems respectivas E10 e E20 , as quais constituem as f.e.m.’s a vazio do transformador. 
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13 
 
 
 
 
E10 = 4,44 . F . 0 N1 
FUNCIONAMENTO COM CARGA 
 
 
Fundamentação teórica 
 O primário é alimentado pela tensão V1 enquanto o secundário alimenta um circuito de 
impedância Z, que por exemplo se considera indutiva. A corrente I2 está defasada em atraso do 
ângulo 2 com relação a tensão V2, conforme o diagrama abaixo . 
 Comparação entre o transformador real funcionando sem carga e o transformador real com 
carga. 
 
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14 
 
 
 transformador com transformador com R1, X1 
 R1 e X1 à vazio R2 e I 2 com carga 
 
No transformador real com carga, ao circular a corrente I2 no secundário, esta produz uma 
f.m.m igual a N2. I2 que tende a alterar o equilíbrio magnético. Para anular o efeito da f.m.m N2. I2, o 
circuito primário absorve da linha de alimentação a corrente I1’, cujo valor é tal que pode criar a 
f.m.m N1.I1’, igual e contrária a N2. I2. A composição geométrica da corrente I1’ e da corrente I0 
fornece a corrente primária I1. Esta corrente produz uma queda ôhmica primária R1.I1 em fase com I1 
e uma queda indutiva X1. I1, defasada de 90
0
 em adiantamento sobre I1. Estas duas quedas 
deduzidas da tensão primária fornecem a f.e.m primária E1, isto é: 
 
 E1= V1 - X1I1 - R1.I1 
 
Esta F.e.m E1 é consideravelmente inferior à f.e.m primária E1
0
 que se manifesta com o 
transformador à vazio, isto porque, aumentando a corrente primária, aumentam as quedas de tensão 
e, portanto, diminui a f.e.m que deve ser gerada. 
A diminuição da f.e.m E1 traz como conseqüência a diminuição do fluxo . No funcionamento 
com carga, o fluxo no núcleo do transformador é levemente inferior ao fluxo existente no mesmo 
quando o funcionamento é a vazio. 
A diminuição do fluxo traz uma diminuição da f.e.m. E2 gerada no secundário. Observa-se 
assim a interferência do circuito primário no funcionamento do circuito secundário do transformador. 
A corrente I2 ao atravessar o enrolamento secundário provoca as quedas de tensão R2I2 e 
X2I2, respectivamente em fase e defasado de 90
0
 em adiantamento com respeito a I2. em vista 
destas quedas de tensão, a tensão V2 disponível nos bornes dos enrolamentos secundários resulta: 
 
 V2 = E2 - R2I2 - X2I2 
 
A composição das quedas R1I1 e X1I1 fornece a queda de tensão total primária: 
 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 15 
 
15 
 V1= Z1I1 ; onde 
Z R X1 1
2
1
2 
 
 
 
 
A composição das quedas R2 I2 e X2I2 fornece a queda de tensão total secundária. 
 
 V2= Z2I2 ; onde 
Z R X2 2
2
2
2 
 
 
Observa-se ainda que para cargas normais onde a corrente I1’é muito elevada em relação a 
I0 a corrente I1 I1’ e o fator de potência primário é aproximadamente igual ao do secundário. 
Outro fato importante a ser observado é que a relação E1/E2, coincide sempre com a relação 
das espiras N1/ N2, chamando-se esta última de relação de transformação à vazio. A relação V1 / V2 é 
levemente diferente da anterior sendo chamada de relação de transformação com carga. 
 
Considerando os aspectos construtivos e de funcionamento do transformador, podemos 
defini-lo como: “Equipamento elétrico estático capaz de transferir energia elétrica de um circuito para 
outro por indução eletromagnética, com possibilidade de alterar os valores de tensão e de corrente, 
sem alterar a potência, a freqüência e a defasagem entre fases.” 
 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/201116 
 
16 
UNIDADE III 
O AUTOTRANSFORMADOR 
 
3.1 - GENERALIDADES: 
 
Visualmente é igual ao transformador. Seus circuitos magnéticos (núcleo) são idênticos. 
Difere quanto ao circuito elétrico, pois enquanto bobinas diferentes e isoladas umas das outras 
formam os distintos enrolamentos de um transformador, no autotransformador uma única bobina 
forma dois enrolamentos, sendo que toda bobina forma um enrolamento primário ou secundário e 
pode-se obter da mesma bobina o outro enrolamento (secundário ou primário). Assim, um 
transformador de enrolamentos múltiplos pode ser considerado um autotransformador, se todos os 
enrolamentos são ligados em série, em adição (ou oposição), para formar um único enrolamento. 
Tais ligações são apresentadas na figura abaixo. 
 
3.2 - VANTAGENS DO AUTO-TRANSFORMADOR 
 
a) Economia de cobre: O autotransformador permite uma redução de cobre. No 
enrolamento comum, ao invés de circular I2 irá circular I, I < I2. 
b) Economia de ferro: Com a redução do enrolamento de cobre o núcleo será também 
reduzido. desta forma haverá uma redução do fluxo disperso e conseqüentemente, uma redução nas 
perdas do núcleo. A corrente de magnetização, também será menor. Co ma diminuição do fluxo 
disperso, o fator de potência irá aumentar. Teremos um maior rendimento. 
c) Economia de peso e de espaço. 
d) Custo menor do que um transformador monofásico com as mesmas características. 
 
3.3 - DESVANTAGEM DO AUTOTRANSFORMADOR 
 
O primário e o secundário estão unidos eletricamente. Considerando um autotransformador, 
de 2200/220V; conforme a figura abaixo. 
 
 
 
 
 
 
Se houver contato acidental entre o ponto A e o ponto terra, teremos alta tensão aplicada 
entre a carcaça e o enrolamento. O problema permanece, se mantivermos aterrada a outra 
extremidade (A - a’), no caso de rompimento de uma espira do condutor comum. 
 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 17 
 
17 
Assim, quanto maior a RT, menores são as vantagens, maior é o perigo. Em função disto 
usar RT no máximo 3:1 ou 1:3. 
3.4 - APLICAÇÃO DOS AUTOTRANSFORMADORES 
 
 MONOFÁSICOS: pequenas unidades, pequena relação de transformação. 
Ex.: 110/220V ; 220/380V , para aparelhos eletrodomésticos. 
 
MONOFÁSICOS E TRIFÁSICOS: grandes unidades, para subestações. Ex.: 
autotransformador trifásico com potência de 20 MVA, tensões 138000V/69000V. 
Este transformador poderá ter um circuito terciário com menor tensão, exemplo: 
 primário: H1 H2 H3: 138000V 
 secundário: X1 X2 X3 : 69000V 
 terciário: Y1 Y2 Y3 : 22000V 
Unidades tanto trifásicas quanto monofásicas, contando que a relação de transformação seja 
pequena. Ex.: na interligação de linhas de transmissão. 
 
Obs.: o autotransformador pode ser elevador ou rebaixador dependendo onde se aplicar a 
tensão (primário). Se aplicar tensão no enrolamento de alta tensão ele rebaixa; se aplicar tensão no 
enrolamento de baixa tensão ele rebaixa. 
 
3.5- AUTOTRANSFORMADOR LIGADO EM ESTRELA 
 
Utilizado para partir motores em chaves compensadoras. 
 
 
 
 
 
3.6- REGULADOR DE TENSÃO MANUAL 
 
 Os reguladores de tensão com comando manual são autotransformadores com várias 
entradas, que permitem ajustar o número de espiras do circuito primário á tensão de alimentação. 
O ajuste do número de espiras é feito por meio de uma chave rotativa, conforme figura 
abaixo, na qual está representado um regulador de tensão de 120V. Se a tensão de entrada for, por 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 18 
 
18 
exemplo, 120V, o cursor da chave deverá estar na posição (1), na qual a tensão de saída será igual 
a tensão de entrada. 
Se a tensão de entrada for inferior a 120V, 110v, por exemplo, para se obter uma tensão de 
saída de 120 v o cursor da chave deverá estar na posição (2), pois nestas condições o aparelho 
funcionará como autotransformador elevador, com entrada 110v e saída 220v. 
 
 
 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 19 
 
19 
UNIDADE IV 
TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS 
4.1 - INTRODUÇÃO 
Os transformadores para instrumentos (TI) são usados para medição de grandezas básicas, 
tais como: corrente(TC), tensão (TP), potência (TC e TP) ou outras grandezas, quais sejam: - 
freqüência, fator de potência, etc. 
 
Legenda: 
Ip = corrente no primário 
Is= corrente no secundário 
Np = número de espiras no primário 
Ns = número de espiras no secundário 
Vp = tensão do primário 
Vs = tensão no secundário 
TC = transformador de corrente 
TP = transformador de potencial 
A = amperímetro 
V = voltímetro 
Estas medições são feitas através da redução dos valores primários das correntes e 
tensões, uma vez que medidas diretamente em circuitos de alta tensão ou alta corrente implicariam 
em: 
a) Riscos para operadores que estiverem nas proximidades dos instrumentos. 
b)Imprecisão dos instrumentos devido às forças eletrostáticas. 
c) difícil isolação dos equipamentos de medida e proteção. 
Assim os TI servem como isoladores dos circuitos primários, reduzindo os valores de tensão 
e corrente para valores normalizados sem introduzirem “erros de relação e ângulos de fase 
desconhecidos”. 
4.2- FUNÇÃO 
Os Ti’
s
 individuais (TC e TP) ou montados em um conjunto de medição ( TMG) são divididos 
conforme sua função, em: transformador de corrente e transformador de potencial. 
Os transformadores para instrumentos destinam-se a: 
a) Serviço de medição de faturamento e controle; 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 20 
 
20 
b) Serviço de proteção. 
 
4.3- TRANSFORMADOR DE CORRENTE 
 
4.3.1- Campo de aplicação 
I- Serviço de medição: 
 1. intensidade de corrente - A V 
 2. potência ativa - kW 
 3. potência reativa - kvar 
 4. energia ativa - kwh 
 5. energia reativa - kvarh 
 6. fator de potência - cos α 
 
II- Serviço de proteção 
 1. sobrecorrente -50/51 
 2. diferencial - 87 
 3. direcional de sobrecorrente - 67 
 4. distância - 21 
 5. potência - 32 
 
4.3.2- Ligação 
Os Tc’s são sempre monofásicos e dispõem, em geral, de dois terminais primários. No 
circuito, cuja corrente desejamos utilizar, é instalado o TC em série com a linha, ligando-se cada um 
dos seus terminais primários a uma das extremidades do trecho seccionado. 
 
 - marca de polaridade 
Designação dos sentidos relativos das correntes nos terminais de linha de um transformador 
4.3.3- Precauções na utilização do TC 
Ao contrário dos transformadores comuns, os transformador de corrente, por ser ligado em 
série com a linha, não sofre efeitos prejudiciais ao serem curto-circuitados seus terminais 
secundários. A corrente secundária, dependendo apenas da corrente primária e da relação de 
transformação, não será influenciada por esta ligação, que eqüivale a aplicação de uma carga de 
valor nulo no secundário. Por outro lado, a abertura do circuito secundário ( que equivale a uma 
carga de valor infinito) acarreta várias conseqüências. Não havendo amperes-espiras secundários 
para compensar os amperes-espiras primários, toda corrente primária age como corrente de 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 21 
 
21 
magnetização do núcleo. Nessas condições a densidade do fluxo no núcleo pode atingir valores que 
excedem o nível de saturação. Surge, então entre os terminais secundários, uma tensão de valor 
elevado, que pode danificar o transformador, levando a queima do equipamento ou pondo em 
perigo o operador. Por essa razão os transformadores de corrente nunca devem ser ligados com o 
secundário aberto. 
4.3.4- Detalhes construtivos 
Os TC’s são construídos de diferentes tipos, a saber: bucha, enrolado, janela, barrae 
núcleo dividido. 
a) Núcleo: São constituídos de ferro laminado de forma quadrada, circular ou retangular. 
b) Enrolamentos: São constituídos por uma bobina primária com poucas espiras de 
condutor de grande seção transversal, no formato circular ou retangular, podendo ter quatro 
enrolamentos secundários. Por exemplo: três secundários para proteção e um secundário para 
medição. 
4.3.5- Relação de transformação 
O secundário é previsto para uma corrente normalizada de 5 A, quando no primário circular 
a corrente nominal da transformador. 
O número de vezes que a grandeza secundária é reduzida se denomina de relação de 
transformação. 
Kc = I1/ I2 - relação de transformação nominal 
Kc = N2 / N1 - relação de transformação teórica 
Essa relação, em geral é um número inteiro e pode ser especificada em valores abstratos, 
por exemplo, 120:1, ou em valores concretos, exemplo, 600 - 5 A . 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 22 
 
22 
4.4- TRANSFORMADOR DE POTENCIAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Tem a função de rebaixar a tensão elétrica para valores práticos de medição, proteção e 
sinalização. 
4.4.1- Campo de aplicação 
I. Serviço de medição 
 1. tensão elétrica - V 
 2. potência ativa - W 
 3. potência reativa - Var 
 4. energia ativa - Kwh 
 5. energia reativa - Kvarh 
 6. fator de potência - cos  
 7. sincronoscópio - 
 8. freqüencímetro - Hz 
 
II. Serviço de proteção 
 1. potência - 32 
 2. direcional de sobrecorrente - 67 
 3. distância - 21 
 4. sobretensão - 59 
 5. subtensão - 27 
 6. subfreqüência - 81 
 
4.4.2- Ligação 
 Os transformadores de potencial são sempre do tipo monofásico. Fundamentalmente um 
TP trabalha de maneira análoga à um transformador convencional de força ou distribuição, ou seja, 
é ligado em paralelo com a linha, possui tensão entre os terminais primário e secundário 
aproximadamente constante e independente da carga. A corrente nos enrolamentos varia 
diretamente com a carga aplicada ao secundário. 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 23 
 
23 
 
Conforme a conexão no circuito, os transformadores de potencial são classificados quanto 
a sua construção, para ligação: Entre fases ou entre fase e terra. 
Caracterizam-se os TP’s fabricados para ligação entre fase e terra pelo fato de só disporem 
de uma bucha de alta tensão. 
No primário, sendo a outra extremidade em geral ligada a um isolador de nível de 
isolamento, 15 KV, o qual freqüentemente é aterrado. 
4.4.3- Detalhes construtivos 
a) Núcleo 
 Podem ter um ou dois núcleos. Os TP’s são constituídos de núcleo de ferro laminado de 
forma quadrada ou retangular. 
 
 
b) Enrolamentos 
 Diferente do TC, o TP precisa ter os seus enrolamentos isolados do núcleo, como também 
as espiras e camadas de espiras de cada bobina entre si, devido a grande diferença de potencial 
existente entre os terminais do circuito primário. 
4.4.4- Relação de transformação 
 É o número de vezes que a grandeza é reduzida. 
Calcula-se, dividindo a tensão primária pela secundária. 
Kp = V1 / V2 - Relação de transformação nominal 
Kp = N1 / N1 - Relação de transformação teórica 
 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 24 
 
24 
UNIDADE V 
DIMENSIONAMENTO DE TRANSFORMADORES DE PEQUENA POTÊNCIA MONOFÁSICOS 
a) Condutores, isolamento e disposição das bobinas 
 Os condutores empregados nos transformadores são de cobre, isolados com esmalte ou 
algodão. 
Para pequenos transformadores usam-se fios redondos até o n
o
 10 (AWG), além do qual se prefere 
condutores quadrados ou retangulares. 
 O carretel sobre o qual são enroladas as bobinas é constituído por cartolina isolante ou 
prespann, colocado em várias camadas até alcançar a espessura desejada. sua forma, é obtida por 
meio de molde de madeira. A colagem das várias camadas de cartolina ou prespann é feita 
rapidamente por meio de calor (ferro de soldar), desde que uma das faces da cartolina seja 
previamente recoberta com goma arábica. 
 O enrolamento das bobinas sobre o carretel se processa conforme indicado na fig. 52, isto é, 
entre uma camada e outra sucessiva há uma folha de papel isolante. A fim de garantir o isolamento 
das bobinas, os fios não são enrolados até a extremidade do carretel, ficando entre esta e o término 
da camada uma distância d que depende das dimensões do transformador. 
b) Lâminas padronizadas 
 Em geral o núcleo dos pequenos transformadores é feito com lâminas padronizadas, 
chamadas de E e I, em virtude do seu formato especial, conforme a figura abaixo. 
 Nestas o fluxo magnético , gerado no núcleo central, divide-se em duas partes, portanto 
tanto as colunas laterais como as travessas (superior e inferior) possuem espessura correspondente 
à metade da espessura do núcleo central. Se a espessura do núcleo central for 30 mm, a espessura 
das colunas e das travessas é de 15 mm, conforme indica a figura. 
Todas as dimensões das lâminas E e I são em função da largura do tranco central, sua montagem é 
feita em posições alternadas, o que dá ao núcleo maior resistência mecânica e menor relutância 
magnética. 
 Uma grandeza característica das lâminas dos transformadores é a área da “janela”, pois, 
como se verá mais tarde, dela dependerá o número de espiras e a seção dos condutores que irão 
constituir a bobina do transformador. 
 As lâminas normais para transformadores são classificadas por número, sendo as mais 
comuns as classificadas de 0 a 6. 
Tabela: 
 Para transformadores com potência superior a 800 VA não é mais possível usar lâminas 
padronizadas, pois deveriam ser usados núcleos exageradamente compridos, o que torna difícil a 
fabricação das bobinas e por conseguinte antieconômico o transformador. algumas fábricas para 
solucionar este caso costumam usar lâminas especiais, obtidas com a mesma matriz das lâminas 
padronizadas, mas cortadas na forma indicada abaixo. 
 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 25 
 
25 
 Este tipo de lâmina é chamado de lâmina comprida, abaixo estão indicadas, para os dois 
tipos mais usados as grandezas características. 
 
c) Dados para o cálculo 
 Em geral os valores fornecidos para o cálculo de um transformador são: 
S2= Potência de saída ou potência secundária, medida em VA. 
U2= Tensão de saída ou tensão secundária, medida em volts. 
U1= Tensão de entrada ou tensão primária, medida em volts. 
 
d) Cálculo das correntes primárias e secundárias 
A corrente secundária é obtida diretamente pela relação: 
I2 = S2 / U2 expressa em ampères; 
Para se calcular a corrente primária é preciso avaliar a potência primária, o que é feito 
acrescentando-se à potência secundária 10% de seu valor afim de se terem em consideração as 
perdas, isto é: 
S1 = S2 . 1,1 expressa em VA de onde resulta I1 = S1 / U1 expressa em ampères. 
 
e) Cálculo da seção dos condutores 
 Para se calcular a seção dos condutores é preciso fixar a densidade da corrente. Em geral, 
com o aumentar da potência do transformador. 
 Bons resultados são obtidos quando a densidade de corrente é mantida nos limites indicados 
na tabela abaixo 
Potência em VA Densidade de corrente 
A/mm
2
 
500 3 
500 até 1000 2,5 
1000 até 3000 2 
 
Fixada a densidade de corrente, calcula-se a seção dos condutores através das relações: 
S1 = I1 / d em mm
2 
 S2 = I2 / d em mm
2
 
 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 26 
 
26 
 
f) Cálculo da seção geométrica do núcleo 
 O produto da largura (a) da coluna central do transformador, pelo comprimento (b) do pacote 
laminado, fornece a seção geométrica do núcleo, isto é, 
 Sg= a . b ( cm
2
) 
 
 Esta seção não representa, porém,a seção verdadeira do ferro, ou seja a seção magnética, 
pois entre uma lâmina e a outra existe uma espessura de material isolante que não toma parte na 
formação do fluxo. Assim sendo, a seção magnética é obtida deduzindo-se 10% da área definida 
como seção geométrica, isto é: 
 Sm = Sg / 1,1 ou Sg = 1,1 . Sm 
 
g) Cálculo da seção magnética do núcleo 
 Sabe-se que num circuito elétrico enrolado sobre ferro existe uma relação de dependência 
seção do núcleo magnético e número de espiras dos enrolamentos, isto é, aumentando a primeira, 
diminuem as últimas e vice-versa. 
 A escolha de um núcleo muito grande traz o emprego de poucas espiras e, por conseguinte, 
um aproveitamento não equilibrado do transformador. 
 O núcleo bem escolhido é aquele que permite o emprego de bobinas que entram justas nas 
janelas. 
 Para se calcular o núcleo do transformador é preciso considerarem-se dois fatores básicos, 
isto é, o tipo de lâminas e o número de circuitos que o transformador possui. 
 O tipo de lâminas é um fator decisivo, pois pelo mesmo número de ordem a “lâmina 
comprida” possui a janela com o dobro da superfície da “lâmina padronizada” e, portanto, admite 
maior quantidade de espiras. 
 O número de circuitos do transformador também é importante, pois o caso ideal é o do 
transformador que possui um só circuito primário e um só circuito secundário, pois neste caso todas 
as espiras são ativas em todas as ocasiões. 
 No caso de o transformador possuir dois circuitos primários e dois circuitos secundários, leva 
a considerar o acréscimo total da potência de 0,5 P2, isto é, o transformador deverá ser calculado 
como se sua potência fosse 1,5 S2. 
 A seção magnética dos transformadores é calculada com as seguintes fórmulas: 
I) Transformador de um primário e um secundário. 
- Para lâminas padronizadas 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 27 
 
27 
 f
SAm 25,7
 
Onde: 
S2= potência secundária em Volt-Amperes; 
f= freqüência; 
Am = área da seção magnética, em cm
2
. 
 
- Para lâminas compridas 
 f
Am S 26
 
 
h) Escolha do núcleo 
 Uma vez calculada a seção magnética do núcleo, calcula-se a área da seção geométrica Ag 
= 1,1 Am. 
 Construtivamente é vantajoso que a forma do núcleo seja próxima da forma quadrada, por 
isso a largura da coluna central do núcleo é obtida por: 
 
 Aga 
 
Uma vez escolhida a lâmina, determina-se definitivamente 
 Ag = a . b e Am = Ag / 1,1 
 
i) Cálculo do número de espiras 
 Para o cálculo do número de espiras primárias emprega-se a fórmula: 
 
 fAB
U
N
mm
...44,4
.10
8
1
1

 
Na qual: 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 28 
 
28 
N1= número de espiras primárias 
U1 = tensão do circuito primário em Volts 
Bm = indução máxima no ferro ( para lâminas de ferro silício, de boa qualidade, com resfriamento 
natural, Bm = 11300) 
Am = área da seção magnética em cm
2
 
f= freqüência. 
I - Para freqüência de 50 Hz obtém-se 
N1 = U1 . 40/Am 
 A relação 40/Am representa o número de espiras que correspondem à tensão de 1 volt, por 
isso chama-se “Espiras por Volt”. 
II - Para freqüência de 60 Hz obtém-se: 
N1 = U1 . 33,5 / Am 
 Para o cálculo das espiras secundárias, empregam-se as mesmas fórmulas, aumentando-se 
porém de 10% o resultado, a fim de compensar a queda de tensão. 
j) Possibilidade de execução 
 Uma vez calculado o número de espiras primárias ( N1) e secundárias ( N2), a seção dos 
respectivos fios [ (s1) e (s2)] é possível calcular-se a seção do cobre enrolado. 
 Para um transformador com um primário e um secundário, esta seção resulta: 
Acu= N1 A1 + N2 A2 em mm
2
 . 
 Usando-se fio esmaltado para que a bobina possa entrar na janela e a montagem do 
transformador ser possível é preciso que se verifique: 
Área da seção da janela/ área da seção do cobre = Aj /Acu = > 3 
Se esta relação for menor que 3 é preciso recalcular o transformador com um núcleo maior. 
Vale a pena lembrar que a seção da janela Sj é fornecida pelas tabelas. 
 
K) Peso do ferro 
 O peso do núcleo é calculado rapidamente pela fórmula: 
Pfe = Kg/cm . b 
 O peso Kg/cm representa o peso em Kg de cada centímetro de comprimento do núcleo, 
sendo fornecido pelas tabelas, que tratam de lâminas padronizadas ou lâminas compridas. 
L) Peso do cobre 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 29 
 
29 
 O cálculo do peso total do cobre enrolado, isto é, do primário e do secundário, é feito 
calculando-se o comprimento da espira média. 
lm= 2a+ 2b + 0,5.a. (cm), fig abaixo 
 Lembrando-se que a seção total do cobre obtida pela fórmula Acu= N1A1 + N2A2 fornece o 
resultado em mm
2
, sua conversão em cm
2
 é feita dividindo-se o resultado por 100, assim sendo, o 
peso do cobre em gramas resulta: 
Pcu= Acu / 100 . lm. 8,9 (g) 
 Onde 8,9 representa o peso específico do cobre. Para facilidade de cálculo emprega-se a 
fórmula aproximada. 
Pcu= Acu/ 100 . lm .9 
 
 
Ilustração do núcleo em formato de E. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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30 
 
 
 
 
UNIDADE VI 
DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO PARA TRANSFORMADORES 
6.1 Considerações 
 Define-se como dispositivo de proteção um conjunto de aparelhos que têm por finalidade 
atender aos seguintes requisitos: 
- Ser sensível a um defeito; 
- Suprimir, o maios rápido possível, os defeitos da perturbação sobre a instalação, seja pela 
supressão direta do defeito, ou pela isolação da parte acidentada de uma instalação. 
6.2 Características de um sistema de proteção: 
- Sensibilidade: capacidade que deve ter o dispositivo de Atuar a partir de pequenos defeitos ou 
defeitos iniciais. Ex. relé de gás. 
- Rapidez:o dispositivo deve atuar, diante de um defeito, a tempo de evitar consequências danosas. 
Ex. Relé diferencial. 
- Precisão: é a característica que deve ter o equipamento de atuar no ponto ou faixa de referência 
nominal do dispositivo. Ex. elos fusíveis de AT. 
- Seletividade ou coordenação: característica que deve atuar o dispositivo de proteção mais próximo 
do defeito. Ex. disjuntores termomagnéticos. 
6.3 Classificação: 
Aparelhos estáticos: não possuem partes móveis. Ex. cabo de cobertura, aterramento do neutro, 
para-raios. Em geral os dispositivos estáticos protegem contra sobretensões e, não possuem ação 
direta sobre os aparelhos de desligamento. 
Aparelhos dinâmicos: possuem partes móveis, normalmente, são destinados a interromperem a 
corrente em circuitos elétricos com defeito. Ex. Disjuntores acionados por relés, chave fusível de AT. 
6.4 Finalidades: 
Estes dispositivos têm por finalidade: 
- Isolar o transformador do sistema na ocorrência de um defeito no transformador; 
- Proteger o transformador contra sobrecarga ou curto-circuito nas linhas ou outros equipamentos 
por ele alimentados (chave fusível de AT); 
- Diminuir sobretensões (para-raios). 
IFSul- Campus Pelotas 07/11/2011 31 
 
31 
 A proteção contra sobrecorrente mais econômica é feita com o emprego de fusíveis de AT. 
Esse dispositivo tem o inconveniente de não interromper as três fases quando surge um defeito, pois 
em cada fase terá um elemento fusível independente. Nesse caso, se somente um fusível romper o 
defeito poderá continuar sendo alimentado pelas outras duas fases no transformador trifásico. 
 A principal proteção contra sobretensão é o pára-raio. Este dispositivo deve ser 
dimensionado em função da tensão nominal da rede de AT e, cada fase terá um para-raio 
independente. 
6.5 Fusível de alta tensão 
 
 
 
A chave fusível foi desenvolvidapara operar em 
redes de distribuição com tensões de 13,8kV e 
24,2kV ou 36,2kV com neutro aterrado. 
A Chave fusível de At é projetada para proteger 
transformadores, bancos de capacitor, cabines 
primárias, linhas e ramais. Sua construção 
robusta em fibra vulcanizada, permite 
interromper desde a mínima até a máxima falta, 
admissível pelo porta-fusível, nas mais severas 
condições, permanecendo inalteradas as suas 
características tanto mecânicas quanto elétricas. 
O elemento fusível deve permitir que o 
transformador funcione até o máximo de sua 
capacidade térmica, rompendo-se quando esta 
for ultrapassada. É importante que o elemento 
fusível não atue sob a influência de sobreintensidades de corrente de curta duração que não 
apresentem perigo para o transformador. 
 O elo fusível é composto por dois elementos distintos, sendo um elemento com baixo ponto 
de fusão e menor resistência(maior seção transversal) para atuação lenta no caso de 
sobreintensidades de corrente e, outro elemento de ponto de fusão elevado e com maior resistência 
(menor seção transversal e maior comprimento) para atuação rápida no caso de curto-circuito. 
 O circuito é coberto por um tubo de fenolite para evitar que o arco elétrico destrua o cartucho 
externo da chave fusível. Num extremo tem-se o cabeçote e no outro um cabo flexível que dá ao 
conjunto um comprimento de aproximadamente 50 cm. 
 Um elo fusível deve atender a duas exigências básicas: 
- manter inalteradas, em serviço, suas características tempo 
x corrente, de acordo com suas curvas de atuação. 
- trabalhar em temperaturas adversas. 
Para atingir essas exigências, é necessário utilizar na 
construção do elemento fusível, metais ou ligas não sujeitas 
a oxidação, como é o caso dos elementos fusíveis de 
estanho, ou ligas de estanho, com temperatura de trabalho 
inferior a 100
0
C e ponto de fusão de 230
0
C. 
Um fusível de 2ª, por exemplo, suporta sem se romper: 
250A – 0,01 segundo; 80A – 0,1 s; 25A – 1s; 5,5 A – 10 s; 2,5 A – 100 s; 2,2 A – 300 s. 
 
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32 
Na distribuição de energia elétrica urbana, de modo geral, o fusível de AT protege o setor de BT. 
Isso é possível porque as redes de BT são curtas e um curto-circuito em qualquer ponto provocará 
uma sobreintensidade suficiente para romper o fusível de AT. Nas instalações industriais se prevê, 
na saída dos transformadores, dispositivos de proteção de BT. 
 
Tabela 6.1 
 
6.6 Pára-raios 
 
Para a proteção dos transformadores contra surtos de tensão 
usa-se os pára-raios. A função dos para-raios é manter um 
isolamento adequado à tensão de operação (nominal da rede) e 
de permitir no caso de sobretensões a formação de arco elétrico 
para que se efetue a descarga dessa sobretensão à terra. Para 
isso, deve apresentar uma impedância infinita entre os seus 
terminais nas condições de regime permanente do sistema, ou 
seja, comportar-se como um circuito aberto até a ocorrência de 
uma sobretensão no sistema. 
• Ter a capacidade instantânea de entrar em condução quando 
da ocorrência de uma sobretensão com valor prospectivo 
próximo ao da tensão nominal do sistema, mantendo esse nível 
de tensão de início de condução durante toda a ocorrência da 
sobretensão; 
• Parar de conduzir, ou seja, retornar à condição de circuito aberto assim que a tensão do sistema 
retornar ao seu estado inicial e com sua característica “tensão x corrente” original restaurada. Tal 
operação não deve causar nenhum distúrbio ou degradação ao sistema ou ao próprio dispositivo de 
proteção. 
 
No entanto, os pára-raios atualmente disponíveis não têm a capacidade de atender 
plenamente a nenhum dos requisitos de um pára-raios ideal. A tecnologia mais aprimorada e próxima 
de um pára-raios ideal é representada pelo pára-raios de Óxido de Zinco (ZnO) sem centelhadores, 
os quais representam o que há de mais moderno depois de desenvolvimentos e aperfeiçoamentos 
sucessivos e que teve início nos centelhadores a ar, ainda hoje utilizados em algumas aplicações 
específicas. 
 
PÁRA-RAIOS DE CARBONETO DE SILÍCIO (SIC) 
Estes pára-raios são formados basicamente por centelhadores montados em série com 
resistores não-lineares (denominados nas normas ANSI como elementos válvula). Vários tipos de 
materiais foram originariamente empregados para a confecção dos resistores não-lineares, tais 
como Hidróxido de Alumínio, Óxido de Ferro e Sulfeto de Chumbo. 
Posteriormente, foram desenvolvidos resistores não-lineares de Carboneto de Silício (SiC) 
formados a partir dos cristais de Carboneto de Silício. Estes pára-raios, ainda hoje utilizados nos 
sistemas elétricos, apresentam um conjunto de centelhadores montados em série com os elementos 
de resistores não-lineares de SiC. 
 
Neste tipo de pára-raios os centelhadores apresentam duas funções: (a) "isolar" o pára-raios 
do sistema sob condições de regime permanente, uma vez que sem a presença dos centelhadores, 
os elementos de SiC apresentariam, sob condições normais de operação, uma elevada amplitude de 
corrente de freqüência fundamental que provocaria perdas apreciáveis e um aquecimento excessivo 
nos resistores não-lineares de SiC, que ocasionaria a sua falha em poucos ciclos; (b) auxiliar na 
extinção da corrente subseqüente que flui através dos elementos não-lineares, quando da 
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33 
proximidade do zero ou da sua passagem pelo zero, dependendo do projeto construtivo do 
centelhador. 
 
 
PÁRA-RAIOS DE ÓXIDO DE ZINCO (ZNO) SEM CENTELHADORES 
A ausência dos centelhadores (elementos indispensáveis na montagem dos pára-raios de 
SiC) neste tipo de pára-raios deve-se a elevada não-linearidade na característica “tensão x 
corrente” dos elementos de ZnO, associadas a sua estabilidade térmica e a sua elevada capacidade 
de absorção de energia para sobretensões temporárias e transitórias. 
A não utilização dos centelhadores torna os projetos de pára-raios de ZnO mais 
simplificados, além de oferecer muitas vantagens em suas características de proteção e de 
operação. No entanto, pelo fato de não possuírem centelhadores os pára-raios de ZnO além de 
estarem permanentemente submetidos a tensão fase-terra de operação dos sistemas e a condições 
climáticas algumas vezes adversas, podem ser eventualmente solicitados por sobretensões 
temporárias ou transitórias que impõem aos pára-raios uma quantidade de energia que deve ser 
dissipada para o meio externo, a fim de garantir a estabilidade térmica do pára-raios. Portanto, 
cuidados devem ser tomados quando da seleção do tipo e das características dos pára-raios, em 
função das reais necessidades dos sistemas. 
Pára-raios de Óxido de Zinco (ZnO) sem centelhadores vêm sendo largamente utilizados na 
proteção dos sistemas elétricos. Em alguns países, como por exemplo o Japão, praticamente a 
totalidade dos pára-raios instalados em seu sistema elétrico são do tipo ZnO sem centelhadores. No 
Brasil, empresas concessionárias de energia e grandes consumidores industriais vêm adquirindo 
pára-raios de ZnO, seja na substituição dos pára-raios convencionais de SiC ou em novos projetos. 
 
 
A Figura abaixo apresenta detalhes construtivos de um pára-raios com invólucro de porcelana constituído por 
uma seção. 
 
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34 
 
 
Tabela: dimensionamento de pára-raios 
 
 
6.7 Relés de proteção 
São aparelhos que detectam anomalias no sistema, promovendo seu desligamento. 
 
6.7.1 Relé de bloqueio com rearme manual (86) 
 
Tem a função de isolar o transformador do sistema, através do desligamento dos disjuntores 
(152, 252, 352), bloqueando o seureligamento, enquanto não for rearmado. O rélé 86 pode ser 
alimentado para seu funcionamento pelos relés de gás (63), Diferencial (87), imagem térmica (49), 
entre outros, conforme o sistema a ser protegido. 
 
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35 
 
6.7.2 Relé Buchholz (63) 
 
 O relé Buchholz ou relé de gás protege o transformador 
contra falhas internas que produzem gás ou diminuição do nível 
de óleo. Esse relé é instalado entre o tanque de expansão e o 
tanque principal, o relé tem a capacidade de captar no seu interior 
bolhas de gás que se formam no interior do transformador e 
dirijam-se para o tanque de expansão. No interior do relé existem 
duas bóias associadas a dois contatos elétricos e que se 
movimentam ao redor de um eixo. 
 Quando, devido a um defeito interno, se produzem bolhas 
de gás, estas se elevam pela carcaça até o tanque de expansão e 
são captadas pela relé, baixando progressivamente o nível de 
óleo no interior do mesmo, o que inclinará a bóia superior até o 
fechamento do primeiro estágio que é o circuito de alarme. Se o 
desprendimento de gás continuar, o nível do óleo continuará 
baixando e acionará o segundo estágio que alimenta o relé de bloqueio (86) promovendo o 
desligamento do transformador. 
 Uma válvula (H) permite a saída dos gases acumulados no relé, os quais são queimados 
para apreciar se são gases de óleo ou ar que tenham penetrado no transformador. Outra válvula (i) 
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36 
permite comprovar fazendo-se funcionar o relé por meio de uma bomba auxiliar, se os contatos 
flutuadores se encontram em bom estado. Esse ensaio deve ser feito quando do término da 
montagem do relé e depois de cada ver que o relé atuar. 
 
 
 
 
Pequeno defeito na isolação 
 
Curto-circuito entre espiras - arco elétrico 
 
 
 
 
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37 
 
 
6.7.3 Relé diferencial (87) 
 
Embora os transformadores sejam dos equipamentos mais difíceis de proteger com este tipo 
de relés, são recomendáveis para transformadores trifásicos acima de 1000 kVA e tornam-se 
economicamente viáveis acima dos 5000kVA. 
- Como esta proteção apenas verifica se a corrente de entrada é igual à corrente na saída, esta é 
insensível a defeitos fora desta zona. Tipicamente também não atua para situações de sobrecarga. 
 
 
 
-É um relé que atua instantaneamente, quando a corrente que o atravessa for superior a um valor 
ajustável. 
-Ainda é bastante utilizado, mas existem erros sistemáticos inerentes ao seu 
funcionamento:diferença entre TI’s; erro de medida dos próprios TI’s; no caso da proteção de 
transformadores temos que ter em conta a corrente de magnetização inicial assim como a existência 
de transformadores com tomadas de regulação em carga. 
 
 
Compensação da razão de transformação do transformador principal 
 
 
 
-Considerando que, através dos TI’s à entrada do transformador passa uma corrente de 50A e que 
passam 500A pelos TI’s do disjuntor principal, verifica-se que neste tipo de proteção teremos de 
compensar esta diferença de leituras. 
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38 
- Assim utilizam-se TI’s com diferentes razões de transformação. Neste caso a relação é de 10x. 
Então, teríamos que aplicar do lado da AT um TI com uma razão de transformação, por exemplo de 
2000:5. Nos outros TI’s teremos de utilizar uma razão de 200:5. Só assim será possível comparar as 
correntes envolvidas. 
 
Condição normal de carga 
Nenhuma corrente passará pela bobina de operação do relé. Ele não atuará. 
 
 
 
Defeito fora do trecho compreendido entre os dois TC´s 
 
 Neste caso, nenhuma corrente passará pelo relé ( desconsiderar o problema da saturação 
dos TC´s). O relé não atuará por falhas externas ao trecho compreendido entre os dois TC´s 
 
 
Defeito dentro do trecho compreendido entre os dois TC´s 
 
Se ocorrer um defeito no trecho compreendido entre os dois TC´s, como mostrado abaixo, a 
diferença das correntes secundárias dos TC,s circulará através do relé diferencial. Nessa condição 
o relé atuará fechando o circuito do relé 86 e promovendo o desligamento do transformador. 
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39 
 
 
 
6.7.4 Indicador Magnético de Nível (71) 
 
 A finalidade desse relé é controlar o nível de líquido isolante no tanque principal e no tanque 
de expansão. O aparelho possui uma bóia que acompanha o nível do óleo. O movimento da bóia é 
transmitido ao sistema indicador. 
 
6.7.5 Termômetro (26) 
 
 Esse relé consiste na são dispositivos proteção do isolante dos enrolamentos contra 
estragos causados pelo aquecimento inadmissível provocado por sobrecargas prolongadas. Esses 
são usados para medir a temperatura do óleo, normalmente existe um termômetro nos 
transformadores no topo do óleo que através de um tubo capilar pode acionar os seguintes 
contactos: alarme; ligar os ventiladores; ligar as bombas de circulação de óleo. 
São compostos por: sensor ou sonda, capilar, instrumento indicador e contatos elétricos. 
 A sonda é colocada na parte superior do transformador (topo do óleo), em uma 
cavidade própria e cheia de óleo. O capilar liga o sensor de temperatura ao sistema 
indicador que são arrastados para ligar ventilação forçada, alarme e bloqueio. 
1
0 
contato: a 60
0
C, aciona a ventilação forçada. 
2
0
contato: a 75%C, aciona alarme. 
3
0
 contato: a 95
0
C aciona o relé 86 para promover o desligamento do transformador 
 
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40 
 
6.7.7 Relé Imagem Térmica (49) 
 
 Entende-se por imagem térmica a imagem da temperatura dos enrolamentos do 
transformador (ponto mais quente). Utiliza-se este processo indireto de medição porque na prática é 
impossível detectar de maneira direta a temperatura naquele ponto. Portanto este relé indica a 
temperatura do ponto mais quente no enrolamento. 
 
Funcionamento: 
 
O aumento da temperatura provoca a expansão de um bolbo de mercúrio que leva ao 
acionamento de uma mola que move um ponteiro, quando a temperatura atinge um limite máximo os 
contactos fecham-se e caso a temperatura seja muito elevada pode ser necessário retirar o 
transformador de serviço. 
O bolbo de mercúrio está situado entre duas resistências, num compartimento fechado e 
isolado com óleo (carcaça do transformador),que aquecem dependendo da corrente fornecida por 
um T.I ligado a uma saída do transformador 
 
 
 
 
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41 
 
 
 
 
 
Os contatos, normalmente, são calibrados para operar com 
as seguintes temperaturas: 
1
0
 contato: 65
0
C- liga parte do sistema de resfriamento: 
2
0
 contato: 75
0
C- liga sistema de resfriamento complementar; 
3
0
 contato: 85
0
C- Liga circuito de alarme 
4
0
 contato: 105
0
C- comanda o desligamento acionando o relé 
de bloqueio (86)