Transformadores

Transformadores

Transformadores

Máquina elétrica estática destinada a transformar os fatores da potência elétrica: tensão e corrente, nos circuitos de corrente alternada,nos quais é instalado.

  • Máquina elétrica estática destinada a transformar os fatores da potência elétrica: tensão e corrente, nos circuitos de corrente alternada,nos quais é instalado.

  • Há uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito, mas todos operam sobre o mesmo princípio de indução eletromagnética.

Componentes

  • Na sua forma mais simples:

  • 2 enrolamentos de fio(o primário e o secundário)

  • Geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo)

Funcionamento

  • O princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética.

  • Uma bobina, quando percorrida por uma corrente elétrica alternada, dará origem a campo magnético variável, em função da variação da corrente.

Relação de transformação

Transformador monofásico

  • Possui duas colunas que levam os enrolamentos: primário(que recebe a energia elétrica a transformar) e o secundário(que fornece a mesma energia, com algumas perdas)

Transformador trifásico

  • Possui três colunas verticais ligadas entre si por travessas horizontais,chamadas cavaletes

  • Em cada coluna são enrolados tanto o primário como o secundário de cada fase

Fechamento de transformadores trifásicos

  • Em estrela

  • Em triângulo

  • Em ziguezague

Tipos de transformadores

  • Transformador de alimentação

  • Transformador de áudio

  • Transformador de distribuição

  • Transformador de potencial

  • Transformador de corrente

  • Transformador de rádio frequência

  • Transformadores de pulso

  • Autotransformadores

Transformador de distribuição

  •     Encontrado nos postes e entradas de força em alta tensão (industriais), são de alta potência e projetados para ter alta eficiência , de modo a minimizar o desperdício de energia e o calor gerado. Seu núcleo também é com chapas de aço-silício, e pode ser monofásico ou trifásico (três pares de enrolamentos).

Transformador de potencial

  • São construídos de maneira a ter a relação de transformação muito precisa, ou seja, num TP de 138.000/115 volts, quando a tensão primária for 138.000 volts, a tensão secundária será exatamente 115 volts. Se a tensão primária diminuir para, por exemplo, 130.000, a tensão secundária será 108,33 volts 130000/(138000/115).

  • São usados basicamente para controle, proteção e medição.

Transformador de corrente

  • Um transformador de corrente ou simplesmente TC é um dispositivo que reproduz no seu circuito secundário, uma amostra da corrente que circula no enrolamento primário, esta corrente tem proporções definidas e conhecidas.

  • As relações mais utilizadas no mercado são de xx/5A e xx/1A, ou seja, a corrente do primário é amostrada e tem como saída no secundário 5A ou 1A.

Autotransformador

  • O autotransformador constitui um tipo especial de transformador de potência. Ele é formado por um só enrolamento.

  • Fazendo-se derivações ou colocando-se terminais em pontos ao longo do comprimento do enrolamento, podem ser obtidas diferentes tensões.

  • A simplicidade do autotransformador o torna mais econômico e de dimensões mais compactas.

  • Também podem ser usados autotransformadores para motores trifásicos

Perdas no transformador

  • Graças às técnicas com que são fabricados, os transformadores modernos apresentam grande eficiência, permitindo transferir ao secundário cerca de 98% da energia aplicada no primário. As perdas - transformação de energia elétrica em calor - são devidas principalmente à histerese, às correntes parasitas e perdas no cobre.

  • 1.  Perdas no cobre: Resultam da resistência dos fios de cobre nas espiras primárias e secundárias. As perdas pela resistência do cobre são perdas sob a forma de calor e não podem ser evitadas.

  • 2.  Perdas por histerese: Energia é transformada em calor na reversão da polaridade magnética do núcleo transformador.

  • 3.  Perdas por correntes parasitas: Quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magnético, ou é sujeita a um fluxo magnético móvel, circulam nela correntes induzidas. Essas correntes produzem calor devido às perdas na resistência do ferro.

  • Perdas no núcleo ferromagnético X Perdas no núcleo de ar

Manutenção

  • Os transformadores, por serem máquinas estáticas, não estão expostos a desgastes mecânicos e , portanto, o grau de atenção requerido em comparação com os equipamentos rotativos é muito menor.

  • Ele está exposto a: vibrações eletromagnéticas, umidade externa, mau contato no comutador, altas temperaturas devido as altas correntes, deficiência de vedação ou da silicagel.

Manutenção

  • Programa de manutenção

  • A manutenção preditiva deverá ser orientado no sentido de detectar alterações nas características originais do transformador.

  • A frequência dos testes de manutenção preventiva e preditiva será determinada, em parte, pelas características físicas e operacionais do transformador.

Tipos de defeitos

  • Deslocamento dos bobinados

  • Desgaste de isolação

  • Folga no bobinado

  • Corrosão da superfície dos contatos

  • Descargas internas

Exemplo de manutenção

  • Para facilitar o entendimento da turma, vamos usar um Tc, que foi enviado para manutenção, pois o cliente detectou pontos quentes através da termografia.

Considerações

  • Antes de prosseguir com a explicação, alguns pontos devem ser abordados:

  • Sistema dielétrico interno

  • Análise cromatográfica

  • Óleo isolante

  • Papel

Sistema dielétrico interno

  • O óleo juntamente com a celulose(papel), desempenham essa função primordial.

Análise cromatográfica

  • Determina a concentração dos gases dissolvidos no óleo mineral isolante. O envelhecimento natural do equipamento pode ser remediado com a eliminação desses gases imersos no óleo.

Óleo isolante

  • Tem a finalidade de ser o agente de transferência de calor dissipado pelos enrolamentos

  • Para atender sua dupla função de dielétrico e dissipador de calor é preciso ter duas características básicas: rigidez dielétrica para suportar as altas tensões e boa resistência a oxidação

Papel

  • A principal função do papel é suportar mecanicamente os esforços provenientes dos enrolamentos do transformador, em regime de funcionamento normal ou ação de curto-circuito

Estudando o defeito

  • Apesar do papel e do óleo trabalharem em conjunto os defeitos que os atingem são diferentes.

Procedimentos

  • 1) Uma vez ensaiados o Tc apresentou valores altos de descargas parciais.Assim realizamos testes termográficos e localizados pontos quentes no mesmo lugar relatado pelo cliente, uma amostra do óleo foi retirada para análise cromatográfica.

Procedimentos

  • 2) Optamos por abrir o TC para verificação do defeito.Uma vez aberto, foram constatados pontos de carbonização do papel

Procedimentos

  • 3) Com a retirada do papel, percebemos que em alguns pontos o isolamento estava cortado, ocasionando assim uma altíssima diferença de potencial que estava gerando um arco elétrico no papel e resultando na carbonização da celulose.

Procedimentos

  • 4) Com o resultado da análise cromatográfica do óleo isolante, foi possível confirmar o que foi visto a olho nu. Foi detectado altos índices de hidrogênio, acetileno(o que indica arco elétrico) e monóxido, dióxido de carbono(indica envolvimento do papel). Sendo que o CO2 em maior quantidade, acusando a alta severidade de aquecimento do papel.

Conclusão

  • É importante um bom funcionamento e supervisão do sistema dielétrico interno, pois uma falha neste, pode variar de meramente indesejável a totalmente catastrófica com perda do equipamento, como foi o caso apresentado.

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