Relatório (6) Determinação da polaridade e defasamento angular de transformadores trifásicos

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Determinação da polaridade e defasamento angular de transformadores trifásicos
Objetivo
O objetivo da prática é a determinação da polaridade e do defasamento angular de transformadores trifásicos a partir dos métodos da comparação de tensões e do golpe indutivo.
Introdução teórica
O conceito de polaridade de transformadores se aplica para transformadores monofásicos. Os terminais de um transformador monofásico por estar ligado a uma fonte alternada possuem polaridades que se alternam de acordo com a frequência da fonte. Por serem as tensões nos dois enrolamentos desenvolvidas pelo mesmo fluxo, dependendo do sentido dos enrolamentos, dois terminais, um de primário e outro de secundário análogos, têm sempre em cada instante, a mesma polaridade ou polaridades opostas. Eles terão a mesma polaridade, se o sentido dos enrolamentos for o mesmo ou polaridades opostas se o sentido dos enrolamentos for contrário, conforme as figuras abaixo.
Figura 1 – Polaridades instantâneas de transformadores monofásicos.
Para questões de segurança de equipamento e de pessoas a polaridade recomendada por norma e mais utilizada é a subtrativa, pois no caso dos terminas H1 e H0 encostarem a polaridade resultante será a subtração de e1 e e2, ou seja, um nível menor de tensão que confere segurança para operadores e para o equipamento. 
O conceito de polaridade para transformadores monofásicos tem seu equivalente para transformadores trifásicos sob o nome de defasamento angular. Como o próprio nome sugere o defasamento angular é o ângulo de defasamento angular que existe entre as tensões de linha do lado do secundário em relação as tensões de linha do lado do primário. Esse ângulo pode apresentar diversos valores em função do tipo de ligação trifásica interna.
Para ligação de transformadores em paralelo é importante o conhecimento tanto da polaridade para transformadores monofásicos quanto do defasamento angular para transformadores trifásicos.
Para operação de transformadores em paralelo se os defasamentos angulares forem diferentes entre si implicará em uma tensão resultante entre os transformadores fazendo assim surgir uma corrente de circulação entre os transformadores.
Como na prática é impossível fazer transformadores com iguais defasamentos angulares a corrente de circulação sempre haverá para transformadores operando em paralelo. Sendo assim essa corrente de circulação é limitada por normas internacionais a depender do tipo de transformador e aplicação.
Preparação 
Materiais e ferramentas
Os materiais utilizados na prática foram
	- 1 fonte CC
	- 2 voltímetros CA
	- 2 voltímetros CC
	- 1 amperímetro CC de ponteiro central
	- 1 varivolt trifásico
	- 1 transformador trifásico
	- 1 chave liga-desliga
Montagem
A montagem do primeiro experimento consistia em determinar pelo método do golpe indutivo a polaridade de cada coluna do transformador trifásico, usando a montagem da figura a seguir: 
Figura 2. Montagem do experimento para determinação da polaridade de cada coluna do transformador trifásico.
A montagem do segundo experimento consistia em determinar o defasamento angular pelo método da comparação das tensões. Para isso a seguinte montagem foi executada, representada na figura a seguir.
Figura 3. Montagem do experimento para determinação do defasamento angular do transformador trifásico.
A última montagem executada foi a representada na figura abaixo que tinha por objetivo a determinação do defasamento angular pelo método do golpe indutivo:
Figura 4. Montagem do experimento para determinação do defasamento angular do transformador trifásico pelo método do golpe indutivo.
Análise de segurança 
A análise de segurança é um tópico extremamente importante em se tratando de práticas de laboratório que envolvem eletricidade e equipamentos energizados. É importante pois ao se ignorar os ricos e perigos envolvidos na prática o resultado é na maioria das vezes danoso para pessoas e pode causar avarias nos equipamentos podendo torna-los inúteis. 
Para a prática laboratorial de transformadores é importante acima de tudo vestimenta adequada para o local, como por exemplo calça e sapato fechado pois o manuseio frequente de equipamentos pesados como o próprio transformador pode causar danos caso venha cair nos pés do operador. Em segundo lugar outro item importante que deve ser observado é a realização das montagens devem ser feitas obrigatoriamente com todos equipamentos desenergizados pois o risco de choque e de curto-circuito é alto para realização de montagens com equipamentos energizados. A montagem deve ser também acompanhada dos professores de modo a garantir a montagem correta. Deve-se também ter atenção redobrada no manuseio dos equipamentos utilizados na montagem e conhecimento prévio dos mesmos pois a utilização incorreta pode resultar em uma avaria permanente. Observando-se esses itens garante-se segurança na prática.
Cálculo e análise dos resultados
Para essa prática não se fazia necessário cálculos. A análise feita para determinação da polaridade e do defasamento angular não era a partir de cálculos e sim de teorias empíricas. 
Para a montagem do experimento representado pela figura 2 para a determinação da polaridade de cada coluna do transformador, as tensões nos multímetros são verificadas quanto a deflexão do ponteiro. A teoria diz:
- Se a tensão no multímetro conectado no lado de baixa defletir negativamente no instante de ligação da chave a polaridade é subtrativa, se defletir positivamente a polaridade é subtrativa.
Foi observado que para cada coluna o multímetro defletiu negativamente portanto a conclusão é que a polaridade é subtrativa.
Para a segunda montagem que tinha por objetivo a determinação do defasamento angular pelo método da comparação de tensões, representada na figura 3 foi feito a alimentação trifásica do transformador onde o lado de alta foi conectado em delta e o lado de baixa e estrela, e feito um curto circuito entre o lado de alta e baixa para primeira fase, ou seja, H1-X1. As seguintes tensões foram então medidas, na tabela a seguir:
Figura 5. Valores obtidos de tensões para experimento da determinação do defasamento angular.
Com os valores da tabela da figura 5 em mãos a seguinte tabela da figura a seguir foi consultada para se determinar o defasamento angular:
Figura 6 – Tabela para verificação do defasamento angular a partir do tipo de ligação e das tensões medidas na tabela da figura 5.
Observando-se então que a ligação do transformador era delta-estrela e que 
H3-X2 = H3-X3 => 26,39 = 25,77 (aproximadamente iguais)
H3-X2 < H1-H3 => 26,39 < 53,9
H2-X2 < H2-X3 => 26,35 < 68,8
H2-X2 < H1-H3 => 26,35 < 53,9
Todas a condições para um defasamento de 30° são atendidas para a ligação delta estrela, assim o defasamento angular do transformador estudado é de 30°.
Para a última montagem que foi a determinação da do defasamento angular pelo método do golpe indutivo a montagem efetuada está representada na figura 4. A montagem consistia em ligar uma fonte DC através de uma chave aos terminais H1 e H0 e com um amperímetro CC de ponteiro central verificar qual era a deflexão do ponteiro para o mesmo conectado aos terminais de baixa da seguinte maneira: 
X1-X2; X1-X3 e X2-X3
Considerando a deflexão do ponteiro do amperímetro para esquerda negativo e para direita positivo a seguinte tabela foi obtida:
Figura 7. Tabela de deflexão do amperímetro CC conectado ao lado de baixa obtida para montagem 3.
A partir dessa tabela foi feita a comparação com a seguinte tabela representada na figura abaixo:
Figura 8. Tabela de polaridade do transformador a partir da verificação do amperímetro pelo golpe indutivo.
Comparando-se as duas tabelas conclui-se que a polaridade do transformador é de fato 30° assim como encontrado pelo método de comparação das tensões.
Questões 
1 – Após a montagem da figura 3 e com os dados da tabela da figura 5 em mãos consulte a tabela da figura 6 e obtenha o ângulodo defasamento angular pelo método da comparação das tensões.
 Comparando-se as tensões da tabela da figura 5 conclui-se que os requisitos para o defasamento de 30° são cumpridos.
H3-X2 = H3-X3 => 26,39 = 25,77 (aproximadamente iguais)
H3-X2 < H1-H3 => 26,39 < 53,9
H2-X2 < H2-X3 => 26,35 < 68,8
H2-X2 < H1-H3 => 26,35 < 53,9
O ângulo do defasamento angular é então de 30°.
2 - Após a montagem da figura 4 e com os dados da tabela da figura 7 em mãos, consulte a tabela da figura 8 e obtenha o ângulo do defasamento angular pelo método do golpe indutivo.
Comparando-se a tabela da figura 7 acima com a tabela da figura 8 acima conclui-se que ângulo do defasamento angular é de 30°.
3 – Por que o ensaio para determinação do defasamento angular não permite conhecer o tipo de ligação das TS e TI do transformador?
Porque não é necessário saber qual é a ligação do transformador para se determinar o defasamento angular, nem pelo método da comparação de tensão, nem pelo método do golpe indutivo.
4 – Como o ensaio para determinação do defasamento angular não permite conhecer o tipo de ligação, há alguma forma de saber qual o tipo de ligação do transformador?
Não.
5 – Por que é importante conhecer o defasamento angular do transformador?
Por que para operação de transformadores em paralelo se os defasamentos angulares forem diferentes entre si implicará em uma tensão resultante entre os transformadores fazendo assim surgir uma corrente de circulação entre os transformadores. Essa corrente pode gerar aquecimento e consequentemente perdas, fazendo o rendimento dos transformadores cair assim como a vida útil.
Conclusão
A partir da prática concluiu-se a importância do conhecimento do defasamento angular para transformadores trifásicos. Para operações em paralelo de transformadores é de extreme importância o conhecimento do defasamento angular dos mesmos já que defasamentos angulares diferentes implicam em surgimento de tensões entre transformadores e consequentemente corrente de circulação entre os mesmos. Essa corrente pode gerar aquecimento, perdas que fazem diminuir a vida útil e o rendimento.
Referências bibliográficas
AGUIAR, Adalton Lima de – Roteiro para Laboratório de Transformadores – 10 agosto 2010, 3° ed.
AGUIAR, Adalton Lima de; CAMACHO José R. – Transformadores de Potência – 18 fevereiro 2014.