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Transformadores de Potencia (Trafo) Transformadores de Corrente (TC) Transformadores de Tensão (TP)
Tipologia: Trabalhos
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Trabalho acadêmico apresentado à disciplina de Sistemas de Controle de Instrumentação, para obtenção de nota parcial do 2º bimestre do curso de Engenharia de Produção, 6º período, turma E da Faculdade Educacional Araucária. Professor: Guilherme Bastos
1.2.1 Parte Ativa 7 1.2.2 Acessórios Complementares 8
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Um transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, transformando tensões, correntes e ou de modificar os valores de Impedância elétrica de um circuito. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz.
Figura 1.0 – Conjunto de Transformadores usados para Medição de Temperatura.
O transformador, representado esquematicamente na Figura 1.1, é um aparelho estático que transporta energia elétrica, por indução eletromagnética, do primário (entrada) para o secundário (saída). Os valores da tensão e da corrente são alterados, porém, a potência, no caso do transformador ideal, (Considera-se transformador ideal àquele em que S1=S2, onde S1 representa à potência aparente do primário e S2 a potência aparente do secundário) e a frequência se mantêm inalterados.
Se a > 1, o transformador é rebaixador; se a < 1, o mesmo será elevador. Considerando-se que as potências aparentes na entrada e na saída são iguais (S1=S2), as correntes obedecem à seguinte relação:
Portanto: Assim, fica definida a EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DE TRANSFORMAÇÃO :
Como o estudo dos transformadores envolve as principais grandezas elétricas, a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) estabeleceu normas nacionais de operação, construção, manutenção e uso dos mesmos. Segundo a NBR 5440, as potências padronizadas para transformadores de distribuição, em kVA, são: a) Transformador monofásico instalado em poste: 3; 5; 10; 15; 25; 37,5; 50; 75; 100. b) Transformador trifásico instalado em poste: 15; 30; 45; 75; 112,5; 150. c) Transformador trifásico instalado em plataforma: 225; 300; 500; 750; 1000.
Figura 1.2 – Vista externa.
Os transformadores são constituídos, basicamente, de uma parte ativa e de acessórios complementares.
Compreende as bobinas (enrolamentos do primário e do secundário) e o núcleo ferromagnético. Para que haja um funcionamento eficaz, é necessário que seus componentes sejam prensados e devidamente calçados, a fim de suportarem as mais diferentes condições ambientais a que são submetidos.
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Mostrado na Figura 1.4, serve de invólucro da parte ativa e do líquido isolante. Nele encontramos os suportes para fixação em postes, ganchos e olhais de suspensão, tampa de inspeção, conector de aterramento, fios de passagem das buchas, placa de identificação, radiadores, dispositivos de drenagem e amostragem do líquido isolante, visor de nível do óleo, etc.
Figura 1.4 – Tanque de um Transformador. Figura 1.5 – Buchas: (a) Vista externa; (b) Corte.
Figura 1.6 – Radiador. Figura 1.7 – Comutador.
Entre as informações fornecidas pela placa encontram-se:
É a defasagem existente entre as tensões induzidas no primário e no secundário de um transformador monofásico. Se os sentidos destas tensões forem iguais, diz-se que o transformador possui polaridade subtrativa (Figura 1.10a); caso sejam contrárias, a polaridade é aditiva (Figura 1.10b).
Figura 1.10 – Método prático para obtenção da tensão de Curto-Circuito.
A ABNT estabelece que os transformadores construídos no Brasil sejam de polaridade subtrativa. A polaridade depende do sentido dos enrolamentos das bobinas e das ligações internas das mesmas.
É o ângulo que existe entre a posição recíproca do triângulo das tensões concatenadas do primário e o triângulo das tensões concatenadas do secundário de um transformador trifásico. Este deslocamento angular depende da polaridade do transformador e do esquema de agrupamento das fases. A Figura 1.11 mostra representação sinusoidal do deslocamento angular dos transformadores com polaridade subtrativa em duas situações: 0º e 30º.
Figura 1.11 – Deslocamento Angular. Segundo a ABNT, o triângulo das tensões é construído tomando-se como referencial o vetor de final dois (2) orientado para cima e o ângulo de deslocamento pela comparação dos dois vetores traçados a partir do centro geométrico de cada figura com a extremidade do vetor um (1). Considerando que no Brasil só operamos com transformadores de polaridade subtrativa, os deslocamentos angulares possíveis são de 0° e 30°.
Na Figura 1.12 mostra-se um exemplo de formatação gráfica do deslocamento angular de um transformador trifásico agrupado em triângulo no primário e em estrela no secundário.
Figura 1.12 – Exemplo de formatação gráfica do deslocamento angular.
É a ligação de dois ou mais transformadores em paralelo entre si, conectados a uma única rede de alimentação, conforme o esquema mostrado na Figura 1.13.
Os transformadores de corrente são equipamentos que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcionarem adequadamente sem que seja necessário possuírem correntes nominais de acordo com a corrente de carga do circuito ao qual são ligados. Na sua forma mais simples, eles possuem um primário, geralmente poucas espiras, e um secundário, no qual a corrente nominal transformada é, na maioria dos casos, igual a 5 A. Dessa forma, os instrumentos de medição e proteção são dimensionados em tamanhos reduzidos com as bobinas de corrente constituídas com fios de pouca quantidade de cobre. Os transformadores de corrente são utilizados para suprir aparelhos que apresentam baixa resistência elétrica, tais como amperímetros, relés de indução, bobinas de corrente de relés diferenciais, medidores de energia, de potência etc. Os TCs transformam, através do fenômeno de conversão eletromagnética, correntes elevadas, que circulam no seu primário, em pequenas correntes secundárias, segundo uma relação de transformação. A corrente primária a ser medida, circulando nos enrolamentos primários, cria um fluxo magnético alternado que faz induzir as forças eletromotrizes Ep e Es , respectivamente, nos enrolamentos primário e secundário. Dessa forma, se nos terminais primários de um TC, cuja relação de transformação nominal é de 20, circular uma corrente de 100 A, obtém-se no secundário a corrente de 5A, ou seja: 100/20 = 5A.
Os enrolamentos primários têm geralmente poucas espiras, às vezes, uma única. Os enrolamentos secundários, ao contrário, têm muitas espiras. A eles são ligados os circuitos de corrente de medidores e/ou relés. Segundo a ABNT, os valores nominais que caracterizam os TCs, são:
importante para dimensionar os TCs de proteção, tendo em vista que os mesmos devem responder, de acordo com sua classe de exatidão (±10%), a valores de corrente bastante severos nos seus primários (correntes de curtos-circuitos).
Os transformadores de corrente são classificados em dois tipos, sendo eles os:
Figura 2.1– Classificação de Acordo com a Corrente Nominal.
Por norma (ABNT), têm as seguintes classes de exatidão: 0,3 0,6 e 1,2%. A classe 0,3% é obrigatória em medição de energia para faturamento. As outras são usadas nas medições de corrente, potência, ângulo, etc. Em geral, a indicação da classe de exatidão precede o valor correspondente à carga nominal padronizada, por exemplo: 0,6-C2,5. Isto é, índice de classe = 0,6%, para uma carga padronizada de 2,5 VA.
É importante que os TCs retratem com fidelidade as correntes de defeito, sofrendo, o mínimo possível, os efeitos da saturação.
Na Fig. 2.2, está representado o circuito equivalente de um TC, com todas as grandezas referidas ao secundário.
Figura 2.2– Representação de um circuito TC
Onde: I1: Valor eficaz da corrente primária; N: N2/N1, relação de espiras secundárias para primárias ou RTC; I’1 =I1 /N: corrente primária referida ao secundário; Z2: Impedância do enrolamento secundário; Z1: Idem do enrolamento primário, referida ao secundário; Im: Corrente de magnetização ou excitação; Zm: Impedância de magnetização ou de excitação; E2: Tensão de excitação secundária; I2: Corrente secundária;
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