Relatório (7) Operação em Paralelo de Transformadores Trifásicos

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Relatório 7
Operação em Paralelo de Transformadores Trifásicos
Alunos: 
 Murilo Rossi 
 Leonardo Pereira 
 Lane Silva
 Beatriz Moura
 Matheus Cecato
 Caíque Gonçalves
 Guilherme Abner
 Brenda Martins 
 
SUMÁRIO
Objetivo.......................................................................... 3
Introdução......................................................................3
Preparação de Ensaio.................................................. 4
Análise de Segurança...................................................5
Cálculo e Análise de Resultados.................................6
Questões...................................................................... 10
Conclusão.................................................................... 13
Bibliografia.................................................................. 13
Objetivos
Este ensaio tem por finalidade o conhecimento dos testes necessários para ligação de dois transformadores trifásicos em paralelo, bem como se possível após estes testes efetuar o paralelismo. Dentre as condições temos: 
possuir a mesma relação de transformação;
possuir o mesmo grupo de defasamento angular; 
apresentar a mesma impedância percentual;
apresentar mesma relação entre resistência e reatância equivalentes.
Introdução
Dois transformadores são ligados em paralelo quando seus primários e secundários são conectados às mesmas linhas primária e secundária, respectivamente. Desse modo qualquer carga ligada à linha secundária comum aos dois transformadores é dividida por eles. 
 A ligação em paralelo de transformadores é vantajosa por uma série de razões, das quais: 
Confiabilidade do fornecimento;
Facilidade e viabilização do transporte; 
Manutenção sem interrupção; 
Adiamento de investimentos;
Aumento da potência disponível; 
Operação próxima aos pontos de máximo rendimento. 
Para se efetuar o paralelismo existem algumas condições que são ditas obrigatórias, pois se não atendidas, provocam corrente de circulação entre os dois transformadores. São elas: 
Mesma relação de transformação; 
Mesmo defasamento angular. 
Além dessas duas condições obrigatórias, para que o paralelismo seja ideal, as contribuições percentuais de cada transformador devem ser iguais. Para que isso ocorra, outras duas condições, ditas de otimização, devem sem obedecidas: 
Mesmo módulo da impedância percentual;
Mesmo ângulo da impedância percentual. 
 Essas condições são ditas de otimização porque, apesar de não impedirem o paralelismo se não atendidas, otimizam-no quando atendidas. Desse modo, no paralelismo é fácil provar que:
Quando as impedâncias percentuais têm módulos diferentes, as contribuições individuais dos transformadores em paralelo, serão também diferentes. Isso faz com que, quando o transformador de menor impedância estiver liberando 100% da sua potência nominal, o outro, de maior impedância estará liberando menos de 100%. Se a potência desse for aumentada, o primeiro, de menor impedância, ficará sobrecarregado. 
Se os transformadores apresentarem ângulos das impedâncias internas diferentes, ou diferença nas relações entre resistência e reatância internas, mesmo que os módulos das impedâncias sejam iguais, o módulo da soma das potências individuais será sempre maior do que o módulo da carga, fazendo com que os transformadores liberem mais potência do que a carga exige. Isso se dá porque potência também é fasor, e as potências liberadas pelos transformadores não estarão em fase se os ângulos das impedâncias internas forem diferentes.
Preparação de Ensaio
A fim de conectar dois transformadores em paralelo para dividir a carga conectada em seus secundários devem se seguir os seguinte procedimentos de preparação para montagem.
Materiais utilizados
2 voltímetros CA;
3 amperímetros CA;
2 wattímetros;
1 varivolt trifásico;
2 transformadores trifásicos;
1 reostato
Cabos de Conexão
Montagem
A montagem a ser realizada para fazer as medições necessárias com os transformadores conectados em paralelo é a seguinte:
4. Análise de Segurança
Para realizar o experimento de paralelismo de transformadores é necessário que sejam tomadas algumas medidas de segurança tanto para os equipmentos utilizados como para os instrumentos que estão sendo utilizados, alguns desses são descritos baixo:
Realizar a montagem do circuito desernegizado;
Para obter a relação de transformação fazer as medições no lado de baixa tensão, devido a menor tensão;
Para medida da impedândia percentual realizar as medidas no lado de alta tensão do transformador, devido a menor corrente;
Verificar se os transformadores possuem a mesma relação de transformação;
Verificar se estão no mesmo grupo de defasamento angular;
Verificar se possuem a mesma impedância percentual a fim de diminuir a corrente circulante;
Verificar se possuem a mesma relação entre resistência e reatância percentual;
Verificar as escalas dos equipamentos analogicos utilizados;
Verificar se os equipamentos digitais estão medindo as grandezas corretas;
Não deixar os cabos encostarem para evitar curto circuitos;
5. Cálculos e análise dos resultados
• Verificação das condições de paralelismo 
Primeiramente foi medido as tensões no primário e secundário do transformador para obtermos a relação de transformação
	Transformador 
	V1[V]
	V2[V]
	
	TRAFO 1
	141,00
	70,10
	2,01
	TRAFO 2
	141,00
	70,10
	2,01
Tabela: Verificação da relação de transformação
 Como podemos ver a primeira condição obrigatória de paralelismo foi satisfeita, ou seja mesma relação de transformação:
Verificado a mesma relação de transformação, vamos verificar uma das condições de otimização que é o mesmo módulo da impedância percentual, através dos dados obtidos no experimento
-Cálculo do Z% e R% e X% 
As fórmulas utilizadas são mostradas abaixo:
Z%= 
R%= 
)
	Parâmetros
	Transformador 1
	Transformador 2
	Potência Nominal [kVA]
	1,50
	1,50
	[A]
	3,59
	3,87
	[V]
	220,00
	220,00
	[V]
	110,00
	110,00
	[V]
	11,40
	12,75
	[W]
	64,30
	85,80
	Z%
	5,18
	5,80
	R%
	4,22
	5,72
	X%
	3,00
	0,96
 Tabela: Valores experimentais da relação de impedância percentual
Foi calculado os valores teóricos de impedância percentual e dos parâmetros acima utilizando a corrente nominal e utilizando mais outras fórmulas abaixo:
E então obtivemos os valores dos parâmetros para os valores nominais.
	Parâmetros
	Transformador 1
	Transformador 2
	Potência Nominal [kVA]
	1,50
	1,50
	[A]
	3,94
	3,94
	[V]
	220,00
	220,00
	[V]
	110,00
	110,00
	[V]
	12,51
	12,98
	[W]
	77,45
	88,93
	Z%
	5,69
	5,90
	R%
	5,16
	5,93
	X%
	2,40
	0,96
Tabela: Valores Nominais dos parâmetros
 Com os valores obtidos acima podemos observar que o critério de otimização não foi satisfeito, mas não significa que os transformadores não possam ser ligados em paralelo, só significa que um sobrecarregara mais do que o outro. Ou seja quando o transformador de menor impedância tiver liberando 100% da sua potência nominal, o outro de maior impedância estará liberando menos de 100%.
Verificando se os transformadores possuem a mesma relação de resistência e reatância equivalentes utilizando os dados obtidos nas tabelas anteriores 
	TRAFOS
	
	TRAFO 1
	1,41
	TRAFO 2
	5,96
 Tabela: Valores medidos
	TRAFOS
	
	TRAFO 1
	2,15
	TRAFO 2
	6,17
Tabela: Valores nominais
Percebe-se que as relações entre a resistência e reatância não foram iguais, isso implica que os transformadores liberem mais potência que a carga exige. O item 2 e 3 são as duas condições de otimização e as duas não foram satisfeitas, ambas não impedemo paralelismo dos transformadores.
Verificando se os transformadores possuem o mesmo defasamento angular, a primeira tabela abaixo se refere ao tipo de ligação e o valor a ser encontrado do defasamento angular seguindo os critérios apresentados na 5º coluna e a segunda aos valores obtidos no ensaio de defasamento angular, considerando os mesmo valores pra os dois transformadores,
Tabela: Obtenção do ângulo de defasamento
	Parâmetros
	TRAFO 1 e TRAFO2
	[V]
	51,60
	[V]
	53,90
	[V]
	26,39
	[V]
	26,35
	[V]
	27,77
	[V]
	68,80
	Defasamento angular
	30º
Tabela: Verificação do defasamento angular
 Verificamos que a condição de paralelismo foi satisfeito já que ambos tem mesmo defasamento angular podemos prosseguir com a análise do paralelismo.
Paralelismo
Vamos verificar os valor da corrente circulante entre os dois transformadores, com o neutros isolados e com os neutros interligados, e então foi obtido os seguintes valores:
	
	Corrente Circulante
	Corrente total na carga
	Neutros interligados
	0,30
	0,62
	Neutros Isolados
	0,30
	0,64
Tabela: verificação da corrente circulante
Como verificado que a corrente circulante admite o máximo permitido que é 10% da corrente nominal no menor transformador. Essa corrente é a corrente que circula nos enrolamentos do primário e secundário, e soma-se à corrente de carga dos transformadores e provoca perdas e aquecimento desnecessários.
6. Questões
Sabemos que uma das condições de se ligar transformadores em paralelo é que eles possuam a mesma impedância interna. Explique porque.
Pois se apresentarem impedância interna diferente, o módulo da soma das potências individuais será sempre maior do que o módulo da carga, fazendo com que os transformadores liberem mais potência do a carga exige.
Por que é necessário conhecer o defasamento angular dos transformadores para liga-lo em paralelo?
Pois caso de dois transformadores com grupo de defasamento diferente, supondo-se que as ligações internas permaneçam inalteradas, eles não poderão operar em paralelo.
Sabemos que transformadores com potências diferentes podem ser ligados em paralelo, mas um engenheiro sábio não projeta sistemas desta forma. Explique o que pode ocorrer ao se ligar em paralelo transformadores com potências diferentes.
Pois, caso o paralelismo seja feito em transformadores de potencias diferentes, quando o transformador de menor potência estiver a 100% o outro de maior carga não estará e o inverso também vale, sendo o de maior potência a 100% o de menor vai estar sobrecarregado, podendo queima-lo.
Você já observou que os transformadores de distribuição estão ligados em paralelo apenas no primário? Por que é recomendado que os transformadores de distribuição não sejam ligados em paralelo também no secundário?
O projeto dos transformadores de distribuição aéreos não leva em conta todas as exigências necessárias para o paralelismo, pois a norma que regula o paralelismo permite que as Z% varie entre ± 10% entre os transformadores ( para transformadores subterrâneos a norma é mais rigorosa, sendo menor essa variação), com isso para transformadores aéreos a corrente de circulação ia ser muito grande devido as diferenças estruturais deles. Por isso não é vantajoso coloca-los em paralelo.
Muitas vezes opta-se por vários transformadores em paralelo ao invés de somente um transformador com potência suficiente para atender a carga. Você como engenheiro da empresa ou concessionária de energia, como justificaria tal procedimento? Quais as vantagens e desvantagens de se tomar esta decisão?
Devido a variação de carga instalada, como a carga varia com o passar do dia se deixar apenas um transformador em alguma hora do dia ele vai estar subdimensionado (pouca carga) sendo assim suar perdas serão maiores e sua eficiência cai, já com transformadores em paralelo você pode gerenciar a potência necessária da carga tirando ou pondo transformadores em paralelo respeitando a equação de carga:
Considerando a corrente circulante com neutro interligado e com neutro isolado, em qual das duas situações a corrente circulante é menor? Por que?
Neste caso que o transformadores utilizados obedeceu as condições para serem colocados em paralelos as correntes circulantes deram valores próximos, porem a corrente circulante de neutro interligado tendeu a dar um valor menos, isso ocorreu pois existe um caminho para circulação da corrente no caso pelos neutro que minimiza um desequilibrio das tensões no transformador.
Qual é a situação real de operação em paralelo ? Com os neutros isolados ou interligados? Por que?
Quando a possibilidade os neutros são interligados, pois a corrente circulante se dá pelo desequilibrio das tensões do secundário do transformador, e quando se tem o neutro interligado haverá um caminho para a corrente circulante, não acontecendo de uma das três fases ficar com uma corrente mais elevada que as outras desequilibrando assim suas tensões e consequentemente diminuindo os valores dessas correntes.
A operação satisfatória do circuito em paralelo composto pelos transformadores é concluída após análise das leituras da corrente circulante Icirc e da tensão secundária V2. Na situação ideal, a corrente Icirc deve ser nula e a tensão V2 deve ser exatamente igual `a nominal secundária dos dois transformadores. Justifique o por que.
Quem limita a corrente circulante é a soma das impedâncias internas dos dois transformadores. Isso faz com que qualquer diferença entre as tensões secundárias dos dois transformadores, provocadas por defasamento angulares, provoque altas correntes de circulação entre os dois transformadores. Esta corrente de circulação soma-se à corrente de carga dos transformadores e provoca perdas e aquecimento desnecessário.
Demonstre que no caso do paralelismo entre os transformadores T1 e T2, a relação mostrada na equação é verdadeira.
 Sendo S1n = S2n e V21=V22, temos:
7. CONCLUSÃO:
De acordo com os valores medidos no experimento, concluímos que, mesmo sendo possível o paralelismo entre T1 eT2, a otimização não foi alcançada, devido a diferença entre as impedâncias percentuais dos transformadores.
Mesmo não otimizando no experimento, existe varias vantagens que permite-nos dizer que sempre que possível devemos ligar transformadores em paralelo para melhoria do sistema.
8. Bibliografia
Apostila teórica: Transformadores de Potência
Apostila prática: Tranformadores
Norma ABNT NBR5440