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SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM
INDUSTRIAL- SENAI/RO
ESCOLA SENAI DE CACOAL
Técnico em Eletrotécnica
MAYCON ALVES MONTEIRO
MARCOS NICANOR
RAFAEL NOGUEIRA
MARTINIANO PEREIRA DA CRUZ
MAÉCIO MATIAS
WELITON RIBEIRO FARIAS
TRANSFORMADORES
Cacoal/ RO 2012
SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM
INDUSTRIAL- SENAI/RO
ESCOLA SENAI DE CACOAL
Técnico em Eletrotécnica
TRANSFORMADORES
Trabalho apresentado ao curso Técnico em Eletrotécnica do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial de Rondônia – Escola Senai Cacoal. Apresentado ao tutor da matéria de Transformadores Leonardo Soares Brito, como requisito parcial para a obtenção de nota.
Cacoal/ RO 2012
O presente trabalho tem como tema Transformadores, e é resultado de pesquisa bibliográfica e, indiretamente, em campo. Tem como principio estudar e relatar o funcionamento dos tipos de Transformadores descritos no trabalho, tais como Transformador de Força e de Distribuição, Autotransformador, Transformador de Corrente e de Potencial. Foram descritas as características de funcionamento de cada máquina estática, assim como sua construção e modo de controle.
PALAVRAS-CHAVE: Transformador, controle, máquina estática, funcionamento.
SUMÁRIO
CAPÍTULO i
- 1.transformador de potencia
- 1.1. Introdução...................................................................................................................................
- 1.2. Principio Basico de Funcionamento............................................................................................
- 1.3. Caracteristicas Contrutivas.........................................................................................................
- 1.3.1. Parte Ativa..........................................................................................................................
- 1.3.2. Núcleo................................................................................................................................
- 1.3.3. Enrolamentos
- 1.3.4. Dispositivos de Prensagem, Calços e Isolamento
- 1.3.5. Derivações..........................................................................................................................
- 1.3.5.1. Definições........................................................................................................................
- 1.3.5.2. Tipo Painel.......................................................................................................................
- 1.3.5.3. Comutador Acionado à Vazio...........................................................................................
- 1.3.5.4. Comutador Sob Carga.....................................................................................................
- 1.3.6. Características Externas.....................................................................................................
- 1.3.6.1. Buchas.............................................................................................................................
- 1.3.6.2. Tanque.............................................................................................................................
- 1.3.6.3. Transformadores com Conservador a Óleo.....................................................................
- 1.3.6.4. Radiadores......................................................................................................................
- 1.3.6.5. Placas de Identificação e Diagramática...........................................................................
- 1.3.7. Liquido Isolante...................................................................................................................
- 1.3.8. Equipamentos Auxiliares....................................................................................................
- 1.3.8.1. Indicador de Nível de Óleo..............................................................................................
- 1.3.8.2. Termômetro......................................................................................................................
- 1.3.8.3. Termômetro do Enrolamento com Imagem Térmica........................................................
- 1.3.8.4. Controladores Microprocessadores de Temperatura.......................................................
- 1.3.8.5. Válvula de Alivio de Pressão............................................................................................
- 1.3.8.6. Secador de Ar Sílica Gel..................................................................................................
- 1.3.8.7. Manômetro e Manovacuômetro.......................................................................................
- 1.3.8.8. Relé Detetor de Gás Tipo Bucchholz...............................................................................
- 1.3.8.9. Relé Regulador de Tensão..............................................................................................
- 1.3.9. Sistema de Resfriamento...................................................................................................
- 1.3.9.1. Motores pra Ventilação Forçada......................................................................................
- 2.TRANFORMADOR DE DISTRIBUIÇÃO...........................................
- 2.1. Introdução...................................................................................................................................
- 2.2. Caracteristicas............................................................................................................................
- 2.3. Tipos de Transformadores..........................................................................................................
- 2.3.1. Transformador a Óleo.........................................................................................................
- 2.3.2. Transformadores a Seco....................................................................................................
- 2.4. Transformador Para Uso Industrial.............................................................................................
- 2.5. Informaçoes Tecnicas.................................................................................................................
- 2.6. Derivações..................................................................................................................................
- 2.6.1. Derivação Principal.............................................................................................................
- 2.6.2. Derivação Superior.............................................................................................................
- 2.6.3. Derivação Inferior...............................................................................................................
- 2.6.4. Degrau de Derivação..........................................................................................................
- 2.6.5. Faixa de Derivações...........................................................................................................
- 2.7. Correntes....................................................................................................................................
- 2.7.1. Corrente Nominal................................................................................................................
- 2.7.2. Corrente de Excitação........................................................................................................
- 2.8. Correntes de Curto-Circuito........................................................................................................
- 2.9. Nivel de Isolamento.................................................................................................................... - 3.autotransformadores CAPITULO iii
- 3.1. Generalidades............................................................................................................................
- 3.2. Principio de funcionamento........................................................................................................
- 3.3. Economia do Autotransformador com Relaçao ao Transformador............................................. - 4.transformador de corrente CAPITULO iv
- 4.1. Introdução...................................................................................................................................
- 4.2. Caracteristicas Construtivas.......................................................................................................
- 4.2.1. Transformador de Corrente Tipo Barra...............................................................................
- 4.2.2. Transformador de Corrente Tipo Enrolamento
- 4.2.3. Transformador de Corrente Tipo Janela.............................................................................
- 4.2.4. Transformador de Corrente Tipo Bucha..............................................................................
- 4.2.5. Transformador de Corrente de Núcleo Dividido..................................................................
- 4.2.6. Transformador de Corrente com Vários Enrolamentos Primários......................................
- 4.2.7. Transformador de Corrente com Vários Núcleos Secundários...........................................
- 4.2.8. Transformador de Corrente com Vários Enrolamentos Secundários..................................
- 4.2.9. Transformador de Corrente com Vários Enrolamentos Secundários..................................
- 4.3. Correntes de Magnetizaçao........................................................................................................
- 4.4. Classificaçoes.............................................................................................................................
- 4.4.1. Transformador de Corrente para Serviço de Medição........................................................
- 4.4.1.1. Classe de Exatidão..........................................................................................................
- 4.4.2. Transformador de Corrente Destinados à Proteção...........................................................
- 5.transformador de potencial CAPITULO v
- 5.1. Introdução...................................................................................................................................
- 5.2. Caracteristicas Construtivas.......................................................................................................
- 5.2.1. Transformador de Potencial do Tipo Indutivo.....................................................................
- 5.2.2. Transformador de Potencial do Tipo Capacitivo.................................................................
- 5.3. Caracteristicas Eletricas.............................................................................................................
- 5.3.1. Erro de Relação de Transformação....................................................................................
- 5.3.2. Erro de Ângulo de Fase......................................................................................................
- 5.4. Classe de Extidao.......................................................................................................................
- 5.5. Tensoes Nominais......................................................................................................................
- 5.6. Cargas Nominais
- 5.7. Polaridade..................................................................................................................................
- 5.8.Descargas Parciais......................................................................................................................
- 5.9. Potencia Termica Nominal..........................................................................................................
- 5.10. Tensoes Suportaveis................................................................................................................
- 5.3.11.Ensaios de Rotina...................................................................................................................
- 5.3.12.Ensaios de Tipo......................................................................................................................
- 5.3.13. Ensaios Especiais..................................................................................................................
- CONCLUSÃO
- REFERÊNCIAS ..........................................................................................................................
Com o descobrimento e uso devido da corrente alternada, a forma de transmissão de energia se revolucionou, quando o gênio Nicola Tesla deu o toque final para o perfeito funcionamento dos transformadores. Assim, reduziam-se drasticamente as seções dos condutores, além de proporcionar uma transferência mais segura e fácil de energia, a longas distancias. Com o passar do tempo, mais avanços tecnológicos foram implementados nessas máquinas estáticas, fazendo com nó pudéssemos desfrutar da energia elétrica, seja ela destinada para residências ou indústrias, revolucionando o que hoje conhecemos como Sistema Elétrico de Potência.
OBJETIVO GERAL
Aperfeiçoar o entendimento no aspecto construtivo e de funcionamento dos transformadores aqui citados, mesmo eles sendo tão complexos.
CAPÍTULO I
1. TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA
1.1. INTRODUÇÃO
Transformador é um equipamento de operação estática que por meio de indução eletromagnética transfere energia de um circuito, chamado primário, para um ou mais circuitos denominados, respectivamente, secundaria e terciário, sendo, no entanto, mantida a mesma frequência, porem com tensões e correntes diferentes. A invenção do transformador de potência, que remonta o fim do século XIX, tornou-se possível o desenvolvimento do moderno sistema de alimentação em corrente alternada, com subestações de potência frequentemente localizadas a
muitos quilômetros dos centros de consumo (carga). Antes disto, nos primórdios do suprimento de eletricidade pública, estes eram sistemas de corrente contínua, com a fonte de geração, por necessidade, localizados próximo do local de consumo. Indústrias pioneiras no fornecimento de eletricidade foram rápidas em reconhecer os benefícios de uma ferramenta a qual poderia dispor alta corrente, normalmente obtida a baixa tensão de saída de um gerador elétrico, e transformá-lo para um determinado nível de tensão possível de transmiti-la em condutores de dimensões práticos a consumidores que, naquele tempo, poderiam estar afastados a um quilômetro ou mais e poderiam fazer isto com uma eficiência e que, para os padrões da época, era nada menos que fenomenal. Atualmente, sistemas de transmissão e distribuição de energia são, é claro, vastamente mais extensos e totalmente dependentes de transformadores os quais, por si só, são muito mais eficientes que aqueles de um século atrás; dos enormes transformadores elevadores, transformando, por exemplo, 23,5 kV (19.000 A) em 400 kV, assim reduzindo a corrente a valores práticos de transmissão de 1.200 A, ou então, aos milhares de pequenos transformadores de distribuição, as quais operam quase continuamente, dia-a-dia, com menor ou maior grau de importância, provendo suprimento para consumidores industriais ou domésticos. Para que os aparelhos consumidores de energia elétrica sejam utilizados com segurança pelos usuários, é necessário que se faça sua alimentação com tensões adequadas, normalmente inferiores a 500 V. No Brasil, as tensões nominais, aplicadas aos sistemas de distribuição secundários das concessionárias de energia elétrica, variam em função da região. No Nordeste, a tensão padronizada é de 380 V entre fases e de 220 V entre fase e neutro. Já na Região Sul, a tensão convencionalmente utilizada é de 220 V entre fases e 127 V entre fase e neutro. No entanto, em alguns sistemas isolados, são aplicadas tensões diferentes destas, como, por exemplo, a de 110 V. Em um sistema elétrico, os transformadores são utilizados desde as usinas de produção, onde a tensão gerada é elevada a níveis adequados para permitir a transmissão econômica de potência, até os grandes pontos rurais, onde novamente é reduzida para, enfim, ser utilizada com segurança pelos usuários do sistema, conforme já mencionado.
Fig. 1.2 – Transformador de baixa potência Fonte: www.ebah.com.br
Quando o indutor é conectado a uma fonte de alimentação em corrente alternada ocorre o surgimento de um campo magnético induzido. Quando um segundo indutor é imerso sobre este campo magnético, ocorre o processo de indução, onde o campo magnético é convertido pelo indutor em forma de tensão induzida. No modelo básico de um transformador sua estrutura é formada por duas bobinas isoladas eletricamente e enroladas em torno de um núcleo comum. Para se transferir a energia elétrica de uma bobina à outra se utiliza do artifício do acoplamento magnético. A bobina que recebe a energia de uma fonte CA recebe a denominação de primário. A bobina que fornece energia para uma carga CA é
designada como secundário. O núcleo dos transformadores usados em baixa frequência é feito geralmente de material magnético, comumente se usa aço laminado. Os núcleos dos transformadores usados em altas frequências são feitos de pó de ferro e cerâmica ou de materiais não magnéticos. Algumas bobinas são simplesmente enroladas em torno de formas ocas não magnéticas como, por exemplo, papelão ou plástico, de modo que o material que forma o núcleo na verdade é o ar. Se considerarmos que um transformador funcione sobre condições ideais, a transferência de energia de uma tensão para a outra se faz sem nenhuma perda.
Fig. 1.3 – Aspecto construtivo de um transformador simples de baixa tensão Fonte: www.ebah.com.br
A tensão induzida no secundário de um transformador é proporcional ao número de linhas magnéticas que transpassa a bobina do secundário, por esse motivo as bobinas são montadas sobre um material ferro magnético, de forma a diminuir a dispersão de linhas, concentrando o campo magnético sobre a bobina do secundário.
Fig. 1.4 – Parte ativa de um transformador de potência Fonte: www.weg.com.br
1.3.2. NÚCLEO
O núcleo é constituído por um material ferromagnético, que contém em sua composição o silício, que lhe proporciona características excelentes de magnetização e perdas. Porém, este material é condutor e estando sob a ação de um fluxo magnético alternado, dá condições de surgimento de correntes parasitas. Para minimizar este problema, o núcleo, ao invés de ser uma estrutura maciça, é construído pelo empilhamento de chapas finas, isoladas com Carlite. Presta-se especial atenção para que as peças metálicas da prensagem sejam isoladas do núcleo e entre si para evitar as correntes parasitas, que aumentariam sensivelmente as perdas em vazio. Estas chapas de aço durante a sua fabricação na usina, recebem um tratamento especial com a finalidade de orientar seus grãos. É este processo que torna o material adequado à utilização em transformadores, devido à diminuição de perdas específicas. É também com a finalidade de diminuir as perdas, que nestas chapas são feitos cortes a 45º nas junções entre as culatras e os pilares.
As chapas de ferro silício são laminadas a frio, seguidas de um tratamento térmico adequado, que permite que os grãos magnéticos sejam orientados no sentido da laminação. São cobertas por uma fina camada de material isolante e fabricadas dentro de limites máximos de perdas eletromagnéticas, que variam entre 1,28 W/kg e uma densidade de fluxo de 1,5 T (tesla) a 1,83 W/kg, correspondente a uma densidade de fluxo de 1,7 T, na frequência industrial. Além disso, as chapas de ferro silício devem apresentar uma massa específica de cerca de 7,65 kg/dm² e uma resistência à tração de cerca de 3,4 kg/mm². O desempenho do transformador vai depender da qualidade da mão-de-obra empregada nessa tarefa. Em um transformador de 112,5 kVA, por exemplo, são utilizadas cerca de 2.600 chapas num só núcleo. As chapas do núcleo dos transformadores de grande potência sofrem um processo de colagem por meio de um composto de resina epóxi, de modo que evitem a vibração das mesmas, o que poderia resultar em danos na fina camada isolante de que são revestidas. Essas vibrações são percebidas através de um ruído intermitente no interior do transformador. Quando a isolação das chapas é afetada, as perdas do transformador aumentam significativamente devido às correntes de Foucault.
Nos enrolamentos feitos com chapa de alumínio, as espiras estão enroladas uma sobre a outra no sentido radial da bobina (são concêntricas), com folhas de papel para isolamento entre as espiras. O processo de fabricação desse tipo de bobina é mais rápido que o de bobinas em cobre. Os enrolamentos são dispostos concentricamente, com o secundário ocupando a parte interna e consequentemente o primário a parte externa, por motivo de isolamento e econômicos, uma vez que é mais fácil de “puxar” as derivações do enrolamento externo (em função das dimensões dos condutores do primário). Chamamos de derivação, aos pontos, localizados no enrolamento primário, conectados ao comutador, que veremos mais adiante. Então, para o transformador de potência, temos os seguintes tipos de bobinas:
Fig. 1.7 – Bobina tipo disco para transformador de potência Fonte: www.weg.com
- Hobbart, acima de 3,5 MVA;
Fig. 1.8 – Bobina tipo Hobbart para transformador de potência Fonte: www.weg.com.br
