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Tabela 3-8 – Requisitos para ensaios dielétricos de transformadores a óleo . ... k – fator de correção para ensaio de fator de potência de isolamento.
Tipologia: Provas
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Parte manuscrita do Trabalho de Fim de Curso dos alunos Harison Araujo Antunes e Mikely Pereira Brito, apresentado ao Departamento de Engenharia Mecânica do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, Curso de Pós-graduação Latu Sensu: Engenharia De Condicionamento/Comissionamento.
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Aos que amamos.
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A Deus pela vida e pelo cuidado diário. Ao professor e orientador Paulo José Mello Menegáz pela disponibilidade e pela ajuda na realização deste trabalho, bem como durante toda a trajetória do curso. Aos demais professores do Prominp pelo incentivo e contribuição na nossa formação, e também aos colegas do curso pela cumplicidade, pelas trocas de experiência e pelo apoio. E finalmente, a todos os familiares e amigos pela compreensão e pelo incentivo nos momentos de dificuldade.
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Tabela 3-1 – Tolerâncias para ensaio de relação de transformação ............................ 30 Tabela 3-2 – Tolerâncias para ensaio de curto-circuito e das perdas em carga .......... Tabela 3-3 – Tolerâncias para ensaio de perdas em vazio e corrente de excitação ..... Tabela 3-4 – Valores para ensaio de estanqueidade .................................................... Tabela 3-5 – Características do óleo mineral isolante, após contato com o equipamento ................................................................................................................. Tabela 3-6 – Limites de elevação de temperatura de transformadores secos .............. Tabela 3-7 – Limites de elevação de temperatura de transformadores a óleo ............. Tabela 3-8 – Requisitos para ensaios dielétricos de transformadores a óleo .............. Tabela 3-9 – Fatores de correção para ensaio de fator de potência de isolamento .....
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V 1 – tensão alternada no primário do transformador V 2 – tensão alternada no secundário do transformador E 1 – tensão induzida no primário do transformador E 2 – tensão induzida no secundário do transformador N 1 – número de espiras dos enrolamentos primário N 2 – número de espiras dos enrolamentos primário I 1 – corrente no primário do transformador I 2 – corrente de carga α. – Relação de transformação do transformador øm – fluxo mútuo ø 1 – fluxo disperso no enrolamento primário ø 2 – fluxo disperso no enrolamento secundário XL1 – reatância primária XL2 – reatância secundária r 1 – resistência do enrolamento primário r 2 – resistência do enrolamento secundário Z 1 – impedâncias do enrolamento primário Z 2 – impedâncias do enrolamento secundário Um – Tensão máxima do equipamento Pcc – potência de curto circuito Vcc – tensão de curto-circuito Icc – corrente em curto-circuito Z% – impedância percentual Zcc – impedância de curto-circuito Xcc – Reatância de curto-circuito Rcc – resistência de curto-circuito Po – potência a vazio Io – corrente de excitação Vo – tensão nominal.
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2.1 Introdução ......................................................................................................... 2.2 Princípio de funcionamento .............................................................................. 2.2.1 Transformador Ideal ................................................................................ 2.2.2 Transformador Real ................................................................................. 2.3 Partes Construtivas ............................................................................................ 16 2.4 Parte ativa .......................................................................................................... 2.5 Acessórios ......................................................................................................... 2.6 Transformador a Óleo ....................................................................................... 2.7 Transformador a Seco ....................................................................................... 2.8 Documentação técnica ...................................................................................... 2.8.1 Especificação ........................................................................................... 25 2.8.2 Desenhos ................................................................................................. 2.8.3 Plano de inspeção e testes ....................................................................... 2.9 Conclusão .......................................................................................................... 3 ENSAIOS ........................................................................................................ 3.1 Introdução ......................................................................................................... 3.2 Ensaios de Rotina .............................................................................................. 28 3.2.1 Medição da resistência dos enrolamentos ............................................... 3.2.2 Medição da relação de transformação e da polaridade e verificação do deslocamento angular e da seqüência de fases .................................................
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Este trabalho apresenta as etapas do condicionamento e comissionamento de transformadores de força, que têm como objetivo evitar perdas e paradas de produção, garantir a confiabilidade do equipamento e assegurar os recursos de garantia do fornecedor. Inicialmente, são apresentadas as principais características dos transformadores elétricos de potência, tais como princípio de funcionamento, partes construtivas, parte ativa, acessórios, documentação técnica e comparações entre transformadores a seco e a óleo. Em seguida, são discutidos os procedimentos dos ensaios realizados em transformadores e apresentados aspectos relacionados à logística e instalação dos mesmos. Por fim, são discutidas as etapas de condicionamento e comissionamento dos transformadores, abordando-se as tarefas realizadas antes e depois de colocá-los em operação.
O transformador de potência caracteriza-se como sendo um dos principais equipamentos do sistema elétrico. Sua utilização justifica-se pela necessidade de reduzir as perdas por efeito joule, assim como a seção, o peso e o custo das linhas de transmissão. Isso porque as usinas geradoras e os grandes centros consumidores de energia estão em geral muito afastados. Dessa maneira, a utilização de transformadores de potência viabiliza tecnicamente a construção das linhas de transmissão (CO; MARCELLOS; SOUZA, 2003). A norma NBR 5356 (1993) define transformadores de potência como sendo equipamentos estáticos com dois ou mais enrolamentos que, por indução eletromagnética, transformam um sistema de tensão e de corrente alternadas em outro sistema de tensão e corrente, de valores geralmente diferentes, porém com a mesma freqüência. O objetivo dos transformadores é o de transmitir potência elétrica. Transformadores de potência são projetados para transmitir potências de valores elevados, sendo, portanto, utilizados em grandes indústrias e locais cuja demanda de energia é elevada. O condicionamento e o comissionamento são atividades imprescindíveis para garantir que um equipamento ou um sistema entre em operação atendendo aos requisitos necessários ao seu bom funcionamento. No caso específico dos transformadores, as atividades de condicionamento correspondem às etapas de verificações que antecedem a instalação do mesmo em campo, tais como os ensaios estabelecidos por normas, transporte, recebimento, armazenagem e instalação. As atividades de comissionamento envolvem a supervisão e verificação de acessórios, bem como a verificação das instalações e sistemas de proteção e supervisão do equipamento. Com base nas informações acima, este trabalho tem como objetivo apresentar com detalhes as etapas de comissionamento e condicionamento de transformadores de potência, abordando definições e requisitos relevantes para essas atividades, assim como testes e critérios de aceitação recomendados por normas.
Figura 2. 1 – Circuito de um transformador com núcleo de ar
Dependendo do grau de acoplamento magnético entre os dois circuitos, a indução pode ser mais ou menos efetiva. Se eles estiverem frouxamente acoplados, como é o caso de transformadores a núcleo de ar, a indução será pequena. Porém, estando eles enrolados em um núcleo de ferro comum, diz-se que eles estão fortemente acoplados, produzindo um fluxo elevado e resultando em uma eficiente indução eletromagnética. A figura 2.1 mostra o circuito de um transformador com núcleo de ar.
2.2.1 Transformador Ideal Na figura 2.2 é ilustrado o circuito de um transformador ideal. Com a aplicação da tensão alternada V 1 no primário do transformador, uma corrente I 1 circulará nesses terminais, produzindo assim um fluxo mútuo øm que irá induzir as tensões E 1 e E 2 , chamadas de forças contra eletromotrizes. Pela lei de Lenz, E 1 e E 2 se opõem à tensão aplicada V 1. Caso seja acoplada uma carga nos terminais do secundário, uma corrente I 2 será produzida.
Figura 2. 2 – Circuito de um transformador ideal
Pela lei de Faraday, tem-se que:
(2.1) E 1 = N 1 døm/dt
(2.2) E 2 = N 2 døm/dt Onde N 1 e N 2 correspondem ao número de espiras dos enrolamentos primário e secundário, respectivamente.
Assim, tem-se que:
(2.3) E 1 /E 2 = N 1 /N 2
N 1 /N 2 corresponde à relação de transformação, α. No caso de um transformador ideal, sem perdas, não existindo fluxos dispersos primários nem secundários, pode-se dizer que:
(2.4) α = N 1 /N 2 = I 1 /I 2 = V 1 /V 2
Assim,
Dessa maneira, para transformadores reais, tem-se que:
(2.10) V 1 > E 1 e V 2 < E 2
2.3 Partes Construtivas Transformadores elétricos de potência são equipamentos compostos por várias partes e acessórios conforme especificação e aplicações. A figura 2.4 mostra os principais componentes externos de um transformador a óleo e a parte interna responsável pela característica eletromagnética do transformador, também chamada de parte ativa.
Figura 2. 4 – Transformador de potência
a) Tanque principal O tanque principal é a parte que abriga o núcleo do transformador e o fluido isolante, conectada aos radiadores para circulação do fluido e troca de calor com meio
Tanque de expansão
Secador de Ar Radiadores Ventiladores
Buchas
Tanque principal Caixa de Controle
externo. Essa peça deve ser capaz de suportar altas pressões e esforços mecânicos conforme a potência do equipamento. b) Tanque de expansão O tanque de expansão, também chamado de conservador de óleo é a peça responsável pelo recebimento de óleo quando este se expande em virtude do aquecimento interno. O conservador de óleo realiza a compensação necessária em virtude desta expansão, sendo utilizado, em geral, em unidades com potencia superior a 2000 kVA (FILHO, 2005). c) Radiadores Os radiadores são dispositivos utilizados para auxílio na refrigeração de transformadores, sendo responsáveis pela dissipação térmica do óleo, através da troca de calor com o meio externo ao transformador através de aletas com maior superfície de contato com o ar. A eficiência desse sistema de refrigeração pode ser melhorada adicionando a ele ventilação força por meio de ventiladores conforme mostra a figura 2.4. d) Buchas As buchas são os componentes responsáveis pela conexão dos cabos ou barramentos elétricos de alimentação e distribuição aos enrolamentos do transformador mantendo, contudo a estanqueidade do equipamento e a isolação elétrica do mesmo. e) Placa de identificação A placa de identificação é um acessório obrigatório em todos os transformadores e deve conter informações de características elétricas e funcionais, conforme indicado pela norma NBR 5356 (1993). As principais informações contidas na placa de identificação de um transformador de potência são: Fabricante; Número de série de fabricação; Data de fabricação; Potência; Norma utilizada para fabricação;
