Transformadores_ Noções de tensão de curto-circuito e

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28.11.2017 5 comentários
 
Transformadores: Noções de
tensão de curto-circuito e razão
de transformação
No intuito de poder satisfazer algumas solicitações de técnicos que exercem a sua
actividade na Baixa Tensão mas tem hoje necessidade de alargar os seus conhecimentos na
área da Média e Alta Tensão proponho apresentar neste artigo um dos assuntos que me tem
sido pedido para abordar.
I. Introdução
Entendo ser, actualmente, de interesse geral uma vez que há necessidade da função técnica do
electricista de Baixa Tensão estar cada vez mais a caminhar para a polivalência.
Tendo em vista, e acima de tudo, a segurança na função mas também a necessidade da polivalência, que
leva grande parte dos nossos técnicos a defrontar-se no presente, e principalmente no futuro, dentro e
fora do país, exponho este artigo com alguma simplicidade. Tentarei abordar outros de interesse prático
que sejam pertinentes nesta área e que possam ser compreendidos sem grande dificuldade.
II. Princípio de funcionamento
O transformador é constituído por chapas magnéticas, onde se enrolam as espiras de cobre de um lado e
de outro.
O núcleo é formado por chapas magnéticas empilhadas umas sobre as outras. Estas chapas são tratadas
à base de silício e isoladas, independentemente, por verniz isolante, evitando assim grandes
aquecimentos e perdas por correntes de Foucault (P = R x I²).
Do número de espiras de cada enrolamento assim dependerá também as tensões no primário e
secundário.
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Termo de pesquisa...
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O fluxo por elas criado é variável no tempo e, por isso, há uma indução eletromagnética de uma
bobina para a outra.
O enrolamento do lado da entrada de energia chama-se Primário (P) e todas as grandezas a ele
referentes são afetadas pelo índice 1. O do lado de saída, chama-se secundário, designa-se pela
letra S e pelo índice 2.
Caraterísticas elétricas do transformador
Chapa de caraterísticas elétricas de um transformador:
As principais caraterísticas elétricas que influenciam o comportamento de um transformador em serviço
indicadas na chapa de caraterísticas são as seguintes:
Potência nominal
Potência aparente expressa em kVA ou MVA disponível nos terminais do secundário e para o qual o
transformador foi dimensionado. Estas funcionalidades devem estar de acordo com o fabricante que
estabeleceu os regimes de funcionamento e arrefecimento.
 
Relação de transformação
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Relação expressa sob a forma de quociente entre as tensões primárias e secundárias, quando o
transformador está a funcionar sem carga (vazio).
 
Correntes nominais
Intensidades nominais no primário e no secundário do transformador e que correspondem ao
funcionamento a plena carga, estando adequadas ao dimensionamento dos respetivos enrolamentos.
Tensão de curto-circuito
É a tensão medida nos terminais do enrolamento primário quando o secundário está em curto-circuito e o
enrolamento deste está a ser percorrido pela corrente nominal correspondente. É um dado construtivo
expresso em % que, de forma aproximada, representa a queda de tensão interna do transformador
quando este está a funcionar a plena carga.
Sendo uma caraterística de grande importância na construção dos transformadores influencia não só o
comportamento do funcionamento do transformador mas também condiciona a potência de curto-circuito
nas redes a jusante dos transformadores.
Exemplo:
Cálculos
P = 250 kVA 
U = 15 kV
Do lado primário
Do lado secundário
 
Tensão de curto-circuito
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É a tensão aplicada e medida nos terminais do enrolamento primário quando o secundário está em curto-
circuito e se faz o enrolamento deste ser percorrido pela corrente nominal, neste caso correspondente a
625 A.
Após ensaios efetuados em laboratório foi verificado:
 
Conclusão:
Se o transformador de potência tem uma indicação que a sua tensão de C.C é de 4%, no exemplo acima
significa que, aplicando 600 V no primário o enrolamento secundário será percorrido pela corrente nominal
de 625 A. 600 V são 4% de 15 000 V, e a queda de tensão deriva, em parte, das perdas no cobre
(enrolamentos).
Em síntese poderemos afirmar que:
Elevadas tensões de curto-circuito limitam as potências de curto-circuito no lado secundário (redes a
jusante);
No entanto tem a desvantagem de aumentar as perdas elétricas no transformador e diminuírem as
tensões secundárias disponíveis quando o transformador está em serviço (carga).
Sendo assim, o fabricante em termos de exigência de construção deve optar por uma solução de ajuste
entre estas duas situações indicadas quando dimensiona o transformador.
 
III. Razão de transformação
Ao quociente entre o número de espiras do primário e as do secundário, chama-se razão de
transformação e designa-se pela letra m.
O enrolamento de maior número de espiras é o de tensão mais elevada. Para uma dada potência, quanto
maior é a tensão menor é a intensidade.
Assim o enrolamento de Alta Tensão será constituído por camadas de fio fino e muitas espiras e o de
Baixa Tensão por fio grosso e poucas espiras.
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Exemplo:
Enrolamento de Baixa Tensão
Estes enrolamentos são efetuados de várias maneiras, tendo como base e salvo alguns casos específicos
que o enrolamento com maior Baixa Tensão será o que fica junto do núcleo, pelo facto de se conseguir
com menos custos, o isolamento a massa.
É constituído por fio redondo grosso de cobre eletrolítico ou barra do mesmo material.
Também é usual utilizarem-se vários condutores em paralelo para se evitarem as grandes secções,
conseguindo assim uma melhor maleabilidade, tendo como objetivo a redução das correntes de Foucault
produzidas no cobre (P = R x I²).
Quando as correntes são muito elevadas as bobinas são separadas para permitirem a circulação de óleo
para arrefecimento.
O isolamento dos condutores é variado, podendo utilizar-se esmalte, algodão ou papel impregnado.
Para a prevenção contra os ácidos contidos no óleo onde estão mergulhados os enrolamentos que
formam as bobinas estas são finalmente envernizadas.
Enrolamentos de Alta Tensão
No caso da Alta Tensão, principalmente acima de 5000 V o enrolamento de Alta Tensão é sempre
constituído por uma série de bobinas ligadas entre si.
Este procedimento evita que entre cada bobina ligada entre si apareçam grandes diferenças de potencial
(DDP).
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Limitando o número de espiras por camada estamos da mesma forma a limitar a DDP entre
bobinas. Estes enrolamentos são também envernizados. É de referir ainda que junto à entrada dos
enrolamentos, assim como junto ao neutro, estes possuam um isolamento reforçado, de modo a
conseguirem suportar as tensões de choque provenientes de descargas atmosféricas. 
Análise de funcionamento de um transformador em vazio
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Como a tensão primária é menor do que a tensão secundária, o transformador é um elevador de tensão
(auto-transformador). Se aplicarmos do lado primário uma tensão de
1000 Volt e do lado secundário obtivermos uma tensão de 230 Volt, então podemos dizer que o
transformador de potência é abaixador de tensão.
Conclusão
Os transformadores são máquinas estáticas reversíveis.
 
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Hilário Dias Nogueira (Eng.º)
com o patrocínio de IXUS, Formação e Consultadoria, Lda.
* Texto escrito de acordo com o Novo Acordo Ortográfico.
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Comentários
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ocsicnarf qua, 11/29/2017 - 22:26
 responder
E sempre bom rever e estas matérias. Bem aja obrigad.o
Equipa Voltimum seg, 12/04/2017 - 09:14
 responder
Muito obrigado, Francisco. Tem toda a razão, é muito importante ter esta matéria sempre em
conta. Obrigado pelo seu comentário!
adolfo.fonseca sab, 12/02/2017 - 09:20
 responder
Muito elucidativo. Simplicidade e profundidade . Obrigado
Equipa Voltimum seg, 12/04/2017 - 09:16
 responder
Muito obrigado, Adolfo. O mérito é todo do autor, o eng. Hilário Dias Nogueira. Esperamos
continuar a contar com a sua participação na comunidade!
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rodrigoduarte seg, 12/04/2017 - 17:17
 responder
Permita-me perguntar ao Eng.º Hilário Dias Nogueira, uma vez que as tensões indicadas de
15.000 e 400 V são tensões tipicamente associadas a regimes trifásicos, se as fórmulas de
cálculo das correntes primária e secundária não deveria ter a afectação do valor de
raiz(3)~=1,732. Obrigado. Rodrigo Duarte.
Seu nome
Ane Pires
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