Ensaio em curto circuito de um transformador trifásico2

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Universidade Federal de Uberlândia
Faculdade de Engenharia Elétrica
Transformadores
Relatório 3:
Ensaio em curto-circuito de um transformador trifásico
Uberlândia, 16 de Maio.
1º semestre 2008
Objetivo
	Os objetivos do ensaio em curto-circuito do transformador trifásico são:
Determinar as perdas no cobre (nos condutores que compõem as bobinas);
Determinar a impedância, resistência e reatância percentuais;
Determinar a queda de tensão interna.
	
Introdução
Montando-se o circuito equivalente referido ao primário de um transformador, tem-se:
	
	
Fig. 1. Circuito equivalente referido ao primário de um transformador.
	Aplicando-se o curto-circuito no secundário, tanto a tensão no terminal secundário (V2), quanto a impedância da carga (Zcarga), serão nulos. Devido ao baixo valor de Vcc (da ordem de 10% de Vn), a indução no núcleo reduz-se na mesma proporção, e consequentemente as perdas por histerese (PH ( B1, 6 a 2) e por correntes de Foucault (PF ( B2) podem ser desprezadas, e então o circuito equivalente fica reduzido a:
Fig. 2. Circuito equivalente reduzido.
	
Onde:
= tensão aplicada ao primário com o secundário curto-circuitado, e que faz circular a corrente nominal do enrolamento primário.
	Para a realização do ensaio faz-se necessário circular a corrente nominal do transformador, portanto é aconselhável executar o ensaio no enrolamento de AT que possui uma menor corrente nominal. Assim, os instrumentos de medição serão ligados no enrolamento de AT e será curto-circuitado o enrolamento de BT.
Perdas no cobre (Pj)
	As perdas nos enrolamentos de cobre são dadas pelo o efeito Joule e podem ser expressas por:
Onde:
Impedância, resistência e reatância percentuais (Z%, R%, X%)
Como há um grande número de transformadores nas redes elétricas, e devido ao fato de que as grandezas elétricas são numericamente diferentes, pode-se processar o estudo através de uma alteração de unidades, transformando-se todas as grandezas em adimensionais:
Para o caso de o ensaio ter sido realizado com corrente diferente da nominal a seguinte correção deve ser feita:
Correção do valor da resistência
	Durante o ensaio, os enrolamentos estão à temperatura ambiente ((A), e não há tempo suficiente para o aquecimento do transformador. Como se sabe a resistência varia com a temperatura e então se torna necessária a correção do valor calculado de R, que pode ser realizado da seguinte maneira:
Corrige-se para 75oC no caso de transformadores de classe de temperatura 105o a 130oC;
Corrige-se para 115oC no caso de transformadores de classe de temperatura 155o a 180oC.
Utilizam-se as seguintes fórmulas para a correção:
Onde:
(F = temperatura final (oC)
(A = temperatura ambiente (oC)
1/( = 225 para o alumínio
1/( = 234, 5 para o cobre.
Parte experimental
Material utilizado
1 transformador trifásico (1,5 KVA, 440/220 V, 60 Hz);
3 amperímetros com escala apropriada;
2 voltímetros com escala apropriada;
2 wattímetros com escala apropriada;
1 varivolt trifásico.
Procedimentos
Procedimento
Fig. 3. Esquema de montagem.
De acordo com o esquema da Fig. 2, o transformador foi ligado.
Para a freqüência de 60 Hz e diversas tensões de alimentação, registrou-se a média das correntes nas três fases:
	I1 (A)
	I2 (A)
	I3 (A)
	V1 (V)
	W1 (W)
	W2 (W)
	1.87 
	1.95 
	2 
	13.2 
	20
	20
Utilizando os valores acima montou-se a tabela abaixo:
	Vn (V)
	Vcc (V)
	Vcc % de Vn
	440
	13.8
	3.13 %
Cálculo da resistência de curto circuito:
Cálculo da impedância interna por fase no transformador:
Cálculo da reatância interna do transformador:
	Z (Ω)
	X (Ω)
	R (Ω)
	6.7
	5.77
	3.4
Impedância, Resistência e Reatância percentuais e suas correções para 75ºC:
 
	Correção do valor da resistência para a temperatura de 75ºC:
	Correção do valor da impedância para a temperatura de 75ºC:
	R (Ω)
	Z (Ω)
	X (Ω)
	R (Ω) a 75 °C
	Z(Ω) a 75 ºC
	3.4
	6.7
	5.77
	4
	7.02
Novo valor de tensão necessária de curto-circuito:
Questões
1) Enumere as vantagens e desvantagens de um transformador que tem um valor muito alto de tensão de curto circuito.
	Um alto valor de tensão de curto-circuito é vantajoso para trabalhar-se com a tensão próxima do valor nominal. Entretanto a desvantagem é ter-se uma corrente de curto-circuito muito alta, dificultando-se o trabalho em laboratório.
2) Segundo a ABNT quais são os valores normais de tensão de curto circuito percentual?
	Os valores de tensão nominal segundo a ABNT são de 3% a 5% da nominal.
3) Analisar a diferença dos resultados desprezando-se ou não as perdas adicionais.
	A perda medida no wattímetro envolve tanto as nos enrolamentos de cobre quando outras perdas adicionais como a nas ferragens, entre outras diversas. Assim, para o cálculo preciso das perdas no cobre, dever-se-ia usar apenas as perdas envolvidas no mesmo, que representam cerca de 15% a 20 % da leitura dos wattímetros.
4) Durante o ensaio em curto, o que acontece com a indução no núcleo do transformador? Por quê?
	A indução no núcleo durante o ensaio em curto é bem menor que o valor nominal, isso ocorre, pois o valor da tensão aplicado também é inferior à nominal, assim como a freqüência, e devido à linearidade desses parâmetros, a indução também possui o valor reduzido.
Conclusão
	O ensaio de curto-circuito é de extrema importância, pois permite calcular as perdas nos enrolamentos de cobre do transformador, informando sobre a qualidade e o rendimento da máquina.
	O presente relatório possibilitou o cálculo dos parâmetros de perda a partir dos valores obtidos em laboratório.
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