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Sumário
1.	Objetivos	4
2.	Introdução Teórica	4
3.	Preparação do experimento	5
3.1. Materiais e ferramentas	5
3.2. Montagem	5
3.2.1. Coleta da amostra	5
3.2.2. Preparação do ensaio	6
3.2.3. Realização do Ensaio	7
4.	Análise de Segurança	8
5.	Cálculos e análise dos Resultados	8
6.	Questões	10
7.	Tensão e frequência nominais de uma transformador	13
8.	Conclusões	16
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Resultado das medições	9
Tabela 2 - Indicador da qualidade do óleo	9
Tabela 3 - Rigidez Dielétrica do óleo ensaiado e do ar	9
Lista de Figuras
Figura 1 - Fluxo no núcleo do transformador e corrente de magnetização	13
Figura 2 - Fluxo no núcleo do transformador e corrente de magnetização	15
Objetivos
· Avaliar as condições de uso de óleo isolante do transformador.
· Determinar a qualidade do óleo analisado.
Introdução Teórica
O transformador estático é um dispositivo importante em diversos sistemas de conversão de energia elétrica. É importante salientar que este componente não é responsável por converter energia, isso significa que ele não é capaz de transformar uma energia em outra forma, por exemplo, elétrica em mecânica. Ele pode ser utilizado em casamento de impedâncias, para alimentar equipamentos de baixa tensão, para isolar um circuito de outro. 
Um transformador é constituído por dois ou mais circuitos elétricos acoplados por um circuito magnético comum (Fitzgerald, 2008). Esse dispositivo é constituído de dois ou mais enrolamentos, que possuem o mesmo fluxo magnético, e um núcleo. Este pode ser de ar ou material ferromagnético, sendo o último mais comum.
O princípio de funcionamento do transformador é baseado na Lei de Faraday e Lei de Lenz e ele funciona a partir da indução mútua entre as bobinas. Quando se aplica uma tensão alternada em um dos terminais do transformador é produzido um fluxo alternado, o qual cria um enlace no outro terminal induzindo neste uma tensão. 
Nos transformadores ideais a tensão será proporcional ao número de espiras de forma direta, enquanto a corrente apresenta razão inversa e a impedância razão direta ao quadrado. No entanto, nos transformadores reais existem perdas, as quais estão relacionadas aos enrolamentos que causam perdas da energia em forma de calor e ao núcleo que geram perdas por Foucault e Histerese causadas devido o núcleo ser de material ferromagnético. 
Um componente básico do transformador é óleo mineral, o qual tem por finalidade promover a refrigeração e o isolamento dos circuitos elétricos e magnéticos. O óleo mineral é derivado do petróleo, apresenta excelente propriedades dielétricas e refrigerantes, além disso é um produto de baixo custo. Como é um produto utilizado nos transformadores e em outros equipamentos elétricos o óleo isolante deve ser constantemente analisado. Essas análises são de extrema importância, uma vez que aumenta a vida útil do transformador, além de evitar interrupção no fornecimento de energia elétrica. Através de análises físico-químicas é possível controlar a qualidade do óleo e por métodos cromatográficos determina-se a existência de falhas nos equipamentos. 
No ensaio realizado no laboratório, analisou as condições do uso do óleo isolante. A realização do ensaio seguiu as orientações estabelecidas pelas normas, que serão apresentadas ao longo do relatório. Basicamente, tais normas orientam os procedimentos da coleta da amostra a ser testada e os procedimentos para a realização do ensaio.
Nesse sentindo, o presente relatório consistirá será dividido em duas seções, sendo a primeira a apresentação do ensaio para Determinação da Rigidez Dielétrica do Óleo Isolante e a segunda apresentação da tensão e frequência nominal de um transformador. 
Preparação do experimento
3.1. Materiais e ferramentas 
· Analisador portátil de rigidez dielétrica;
· Amostras do óleo isolante do transformador.
3.2. Montagem
3.2.1. Coleta da amostra
Alguns cuidados devem ser tomados para a coleta da amostra do óleo a ser testado, afim de evitar a contaminação do mesmo, e são definidos pela Norma Brasileira intitulada: NBR-7037 Recebimento, Instalação e Manutenção de Transformadores, a saber:
1. Usar um recipiente de vidro transparente com a capacidade de aproximadamente 1 litro, que deve ser previamente lavado com álcool e benzina.
2. Esse recipiente deve ser seco e em seguida enxaguado com o próprio óleo a ser testado.
3. Recomenda-se que a rolha do mesmo seja de vidro esmerilhado e que após a lavagem com álcool e benzina, seja levada à estuda para a secagem de 100 ºC.
4. De preferência, deve-se mergulhar a rolha em parafina.
5. Os demais recipientes (copos, funis, tubos e depósitos) se possível, devem ser de vidro e devem ser submetidos ao mesmo processo de limpeza e secagem.
6. Limpar cuidadosamente a válvula de drenagem evitando o uso de panos e estopas.
7. Abrir a válvula de drenagem existente no fundo do tanque do transformador, deixando escorrer aproximadamente ½ litro pela mesma antes de coletar a amostra. Isto permitirá a limpeza do sistema de drenagem propriamente dito.
8. Encher devidamente o recipiente com óleo, sem usar jato forte, para evitar a formação de espumas e bolhas.
9. Não deve ser permitida também, a entrada de qualquer impureza.
10. Se o ensaio não puder ser feito no próprio local, a mostra deverá ser guardada em vidro especialmente preparado, evitando o máximo possível o contato com o ar.
11. Antes do ensaio o óleo deve ser suavemente agitado, afim de que o conteúdo seja homogeneizado.
12. A coleta do óleo não deverá ser efetuada quando a temperatura ambiente for superior à do óleo, para evitar-se absorção de umidade pelo óleo, já que esta tende a condensar-se em superfície mais fria, nem tampouco com o ar ambiente agitado ou empoeirado. 
13. Não colocar o dedo no receptáculo e nem deixar cair nele suor, respingos ou corpos estranhos.
3.2.2. Preparação do ensaio 
Atentando aos cuidados para a coleta da amostra citados na seção 3.2, o procedimento para a realização do ensaio vem a seguir:
· A tensão máxima do ensaio depende do equipamento. Seu valor mínimo deve ser de 35 Kv.
· O analisador deve possuir dispositivos de segurança adequados.
· Retirar a cuba de prova do analisador portátil e leva-la, juntamente com os eletrodos, com uma parte do óleo de amostra. Nesse momento verifique se o espaçamento entre as placas é o tabelado pelas normas (0,1 polegada).
· Encher a cuba de óleo, até cerca de 1 cm acima dos eletrodos. Evitar que o óleo borbulhe.
· Dar uma movimentação branda de vaivém no óleo da cuba, para facilitar a saída de eventuais bolhas de ar.
· Colocar a cuba de volta no analisador e deixa-la repousar por aproximadamente 3 minutos, para que ela fique isenta de bolhas e iguale sua temperatura à do ambiente.
· Não colocar o dedo no receptáculo e nem deixar cair nele suor, respingos ou corpos estranhos.
· Após estas providências, o ensaio estará pronto para ser realizado.
· Abaixar a tampa de segurança, sem isso o ensaio não poderá ser feito. 
3.2.3. Realização do Ensaio
Verificar se a tensão de suprimento coincide com a indicada na placa do analisador.
Ligar a tomada do analisador, girando o potenciômetro (reostato), para a posição mínima. Poderá existir uma lâmpada piloto que deverá estar acesa indicando que o circuito está pronto para operação.
Girar o potenciômetro, caso o analisador seja manual, na direção aumentar, de maneira a obter uma variação gradual da tensão de ensaio, da ordem de 3Kv/segundo.
Alguns analisadores possuem dispositivo automático que efetuem esta operação sem intervenção do operador.
Observar no voltímetro, a tensão de interrupção quando houver o arco e, consequentemente, ocorrer abertura do disjuntor elétrico instantâneo automático. Este deverá ser o valor anotado para o ensaio.
Se houver um miliamperímetro, anotar a corrente de fuga através do dielétrico.
Voltar o reostato para a posição mínima e aguardar 3 minutos para a repetição do ensaio.
Repetir o ensaio 5 vezes, anotando as respectivas leituras.
Esvaziar a cuba, lavá-la com o óleo e enchê-la comnova porção da mesma amostra e repetir as operações.
Análise de Segurança
Para realização deste ensaio foram tomadas algumas precauções de modo a obter os melhores resultados. Durante o processo de preparação do óleo seguiu-se todas as orientações da norma tomando todos os cuidados para que não houvesse a contaminação do óleo isolante com nenhum material externo (resíduos). Além disso, retornava-se o potenciômetro ao valor mínimo entre uma leitura e outra. 
Cálculos e análise dos Resultados
O Ensaio para Determinação da Rigidez Dielétrica do Óleo Isolante consiste em um teste, o qual deve ser realizado periodicamente tendo por finalidade verificar se é necessário realizar a substituição do óleo caso algumas das propriedades estejam fora do padrão. 
No caso do teste realizado, os eletrodos foram limpos e a distância entre eles foi ajustada para 0,1 polegada, o que corresponde 2,54 mm. Foram analisadas 3 porções e realizadas 5 leituras da medida da rigidez de cada uma, conforme apresentado na tabela 1. Em seguida realizou-se a média aritméticas dos resultados o que permitiu concluir a qualidade do óleo testado para esse experimento foi classificado como “excelente” tendo em vista que o resultado foi 43,8 KV / 0,1 pol. 
Tabela 1 - Resultado das medições
	Leitura
	Porção 1
	Porção 2
	Porção 3
	Média
	1ª
	41,6
	46,3
	48,0
	45,3
	2ª
	48
	37,2
	45,8
	43,66
	3ª
	50,9
	26,0
	43,2
	40,03
	4ª
	48,2
	35,3
	49,6
	44,03
	5ª
	45,8
	32,8
	50,5
	43,03
	Média
	46,9
	35,52
	47,42
	43,28
Tabela 2 - Indicador da qualidade do óleo
	Rigidez Dielétrica
(KV / 0,1 pol)
	Situação do Óleo
Isolante
	Acime de 35
	Excelente
	De 30 a 35
	Muito Bom
	De 25 a 30
	Bom
	De 20 a 25
	Satisfatório
	De 15 a 20
	Duvidoso, recomendado a filtragem
	Abaixo de 15
	Rejeitado, indispensável a filtragem
Tabela 3 - Rigidez Dielétrica do óleo ensaiado e do ar
	Rigidez Dielétrica
	Óleo Ensaiado
(KV / 0,1 pol)
	Ar
(KV / 0,1 pol)
	43,28
	6,3
Questões
1. Comparar o óleo das amostras e o ar, quanto à sua capacidade de isolamento elétrico.
O óleo apresenta a melhor capacidade de refrigeração dede que não tenha umidade e que não seja submetido em altas temperaturas, pois isso altera suas propriedades físico-químicas. Comparando a rigidez dielétrica do óleo ensaiado com ar verifica-se que para esta amostra o óleo tem a melhor rigidez dielétrica.
2. O ar poderia substituir o óleo nos tanques dos transformadores? Por que isto não é feito nos transformadores de médio e grande porte?
O ar não poderia substituir o óleo, uma vez que ele é um meio com melhor capacidade de resfriamento que o ar, contudo os transformadores a óleo são maiores que os secos quando possuem a mesma potência nominal, isso faz com que a construção dos transformadores a óleo demande mais material. Apesar disso, como o óleo tem melhor capacidade de suportar o sobreaquecimento que acontece em função da sobrecarga e esse é o principal fator que define a vida útil do transformador, o óleo é um melhor meio de isolamento e resfriamento com relação ao ar. Outro ponto importante é que os transformadores a óleo comparados com transformadores a seco de mesma potência nominal apresenta menores perdas e maior vida útil.
3. Justificar as grandes divergências entre os diversos valores de rigidez dielétrica para uma mesma amostra, caso existam.
Com base nas leituras realizadas percebe-se que existe diversos valores de rigidez para mesma amostra. Isso acontece pela velocidade aplicada ao girar o potenciômetro e as interferências externas como a temperatura ambiente no instante do ensaio e a umidade. 
4. Efetuar o diagnóstico do óleo com base nos resultados finais.
Analisando a tabela dos resultados pode-se diagnosticar como “excelente”, baseado na tabela 2, a qual é aceita para algumas empresas. 
5. Explique a razão da observância de intervalo de tempo entre as diversas medidas de rigidez dielétrica do óleo.
O objetivo é fazer com que o fluido fique isenta de bolhas e iguale sua temperatura à do ambiente
6. O que ocorreria se a distância entre os eletrodos fosse reduzida pela metade? Os valores assim medidos, poderiam ser usados para análise do óleo sob a luz da teoria vista?
Conhecendo-se a diferença de potencial entre duas placas e a distância entre elas, o campo elétrico pode ser definido como:
Onde E é o campo elétrico e V a diferença de potencial aplicada entre as placas e d a distância entre as placas. Dessa forma, reduzindo a distância pela metade duplicaria o campo elétrico e consequentemente reduziria a tensão de ruptura. 
7. A rigidez dielétrica do óleo isolante é afetada pela ocorrência de uma faísca no mesmo? No instante da faísca, qual é o valor da rigidez? O que acontece com ela após a extinção da faísca? Em que condições isso não ocorre?
Sim. No instante da faísca é possível realizar a leitura da tensão de ruptura e em seguida esse material deixa de ser um isolante e passa a conduzir corrente elétrica. Depois da faísca a rigidez reestabelece em níveis normais. Isso não acontece quando o campo elétrico externo aplicado não for grande suficiente para que esse material deixe de ser isolante e passe a ser um condutor. 
8. Qual a forma dos eletrodos recomendada pelas normas? Haveria diferença dos valores obtidos se os eletrodos fossem pontiagudos? Por que?
A norma recomenda utilização de eletrodos de disco. Se os eletrodos fossem pontiagudos os valores mensurados seriam diferente, isso porque nos objetos pontiagudos as cargas elétricas ficam mais concentradas nas regiões pontiagudas. 
9. Quais as vantagens e desvantagens dos Ascarel em relação aos óleos minerais?
O Ascarel se diferencia do óleo mineral isolante, pois este apresenta a capacidade de não envelhecer, o que torna seu uso viável por não precisar de tratamentos para recondicioná-lo ou para regeneração durante a vida útil do equipamento. Por causa dessa característica a rigidez dielétrica do Ascarel quase não varia, isso significa que ele pode suportar tensões mais elevadas sem a ruptura no campo elétrico. Outro ponto importante é que o Ascarel não é um óleo inflamável. Comparando o Ascarel com óleos minerais verifica-se que este é tóxico, bioacumulativo e não biodegradável quando exposto ao meio ambiente.
10. Explicar o princípio e a aplicação do Relé Buchholz. 
O relé Buchholz tem por finalidade proteger aparelhos elétricos que trabalham imersos em líquido isolante, geralmente transformadores. Este relé é instalado em transformadores, justamente para, em tempo hábil, indicar por meio de alarme ou através do desligamento do transformador, defeitos como perda de óleo, descargas internas, isolação defeituosa dos enrolamentos, do ferro e deste modo evitar a continuidade dos mesmos. O relé Buchholz é normalmente montado entre o tanque principal e o tanque de expansão do transformador. A carcaça do relé é de ferro fundido, possuindo duas aberturas flangeadas e ainda dois visores providos de uma escala graduada indicativa do volume de gás. Internamente encontram-se duas boias montadas uma sobre a outra. Quando do acúmulo de uma certa quantidade de gás no relé, a boia superior é forçada a descer. Se, por sua vez, uma produção excessiva de gás provoca uma circulação de óleo no relé, é a boia inferior que reage, antes mesmo que os gases formados atinjam o relé. Em ambos os casos, as boias ao sofrerem o deslocamento, ligam um contato elétrico. (WEG, p.28)
Tensão e frequência nominais de uma transformador
A tensão nominal de um transformador tem duas funções. A primeira é proteger a isolação de uma ruptura devido a um excesso de tensão aplicada e segunda função está relacionada com a curva de magnetização e à corrente de magnetização. 
O fluxo magnético, necessário ao funcionamento do transformador é mantido pela circulação de uma corrente elétrica (corrente elétrica de magnetização) no enrolamento primário. Por causa das propriedades não lineares do núcleo requerem que a forma de onda da corrente de magnetização seja diferente da forma de onda senoidal do fluxo, como pode ser visto na figura 1. 
Figura1 - Fluxo no núcleo do transformador e corrente de magnetização
Supondo que a tensão aplicada no núcleo seja 
E sabendo que o fluxo é definido por
Substituindo a equação 1 na equação 2
Analisando a fórmula acima percebe-se que se houver um aumento de 10% na tensão aplicada, o fluxo também aumentará em 10%. Sabe-se que o fluxo é mantido por causa da corrente de magnetização, por isso se o fluxo aumentar em 10% a corrente de magnetização irá aumentar muita mais do que 10%. Isso pode ser vista na figura 2. Isso permite concluir que o aumento da tensão acarreta em correntes elevadas de magnetização o que não é aceitável. Desse modo, verifica-se que a corrente de magnetização máxima aceitável é responsável por determinar a tensão nominal do transformador. 
Figura 2 - Fluxo no núcleo do transformador e corrente de magnetização
Se o fluxo máximo for mantido constante a tensão e a frequência se relacionarão de modo inverso.
Dessa forma, se o transformador de 60 Hz operar em 50 Hz, a tensão aplicada também deverá ser reduzida em um sexto ou o fluxo de pico no núcleo será demasiadamente elevado. Essa redução de tensão aplicada com a frequência é chamada redução de tensão nominal. De modo similar, um transformador de 50 Hz poderá operar com uma tensão 20% mais elevada em 60 Hz se esse procedimento não causar problemas de isolação. 
No exercício computacional realizado durante a aula verificamos que a tensão de 230V foi mantida constante para frequência de 50 e 60 Hz. A proposta do exercício era encontrar o valor eficaz da corrente de magnetização. Através da simulação obteve-se o seguinte resultado:
	Valor eficaz da corrente de magnetização em 60 Hz
	Valor eficaz da corrente de magnetização e em 50 Hz
	0,5333 A
	0,8610 A
 
Observando os resultados é possível perceber que a corrente de magnetização de 60 Hz foi menor que a corrente de magnetização de 50 Hz. Isso aconteceu porque se analisarmos a equação 1 observa-se que se mantivermos constante a tensão e reduzirmos a frequência o fluxo aumenta, consequentemente a corrente de magnetização aumenta. 
Conclusões
A utilização do óleo isolante é de extrema importância tendo em vista que ele está relacionado diretamente com o tempo de vida útil do transformador. A principal função do óleo é promover a refrigeração e o isolamento dos circuitos elétricos e magnéticos. 
Através dos testes realizados na amostra foi possível observar que óleo isolante pode ser classificado como “excelente” baseando na tabela 2. Isso mostrou que amostra analisada estava em boas condições de uso e que não apresentava nenhum tipo de contaminação. Portanto, enfatiza-se que as indústrias devem realizar testes periódicos com intuito de verificar a qualidade do óleo e identificar possíveis falhas dos equipamentos. 
O desenvolvimento do presente relatório contribuiu de maneira positiva o entendimento do ensaio para a Rigidez do Óleo Isolante, o qual possibilitou o entendimento das condições do uso do óleo. Além disso, o presente relatório abordou a respeito da tensão e frequência nominal do transformador que permitiu concluir que o aumento da tensão acarreta em correntes elevadas de magnetização o que não é tolerável. Com isso, verifica-se que a corrente de magnetização máxima aceitável é responsável por determinar a tensão nominal do transformador. 
 Referências 
FITZGERALD, A. E. Máquinas elétricas: Com introdução à eletrônica de potência. Porto alegre: Bookman, 2006. 
BRASIL ESCOLA. Transformador e a transmissão de energia elétrica. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/transformador-transmissao-energia-eletrica.htm>. Acessado em: 25 de agosto de 2020.
MUNDO EDUCAÇÃO. Rigidez dielétrica. Disponível em:< https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/a-rigidez-dieletrica.htm>. Acessado em: 26 de agosto de 2020.
FRIEDENBERG, L.A; SANTANA, R. M. C. Propriedades de óleos isolantes de transformadores e a proteção do meio ambiente. Disponível em:< http://www.abes-rs.org.br/qualidade2014/trabalhos/id868.pdf>. Acessado em: 26 de agosto de 2020.
PREIS, C. M. Diagnóstico da gestão de óleos isolantes de transformadores de potência nas subestações de transmissão de energia elétrica no estado de Santa Catarina. Disponível em:< https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/124916/TCC%20-%20Christian%20Milanez%20Preis.pdf?sequence=1>. Acessado em: 26 de agosto de 2020.
WEG. Manual Transformador a óleo até 4000 KVA. Disponível em:< https://static.weg.net/medias/downloadcenter/h9a/h78/WEG-transformadores-a-oleo-instalacao-e-manutencao-10000892317-12.10-manual-portugues-br.pdf>. Acessado em: 26 de agosto de 2020.
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