Baixe Dt-11 especificação de transformadores e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity!
DT-
CARACTERÍSTICAS E
ESPECIFICAÇÕES DE
TRANSFORMADORES DE
DISTRIBUIÇÃO E FORÇA
Transformador 200MVA - 550kV Usina Capivara – Taciba - SP
PREFÁCIO
O curso em questão refere -se a transformadores trifásicos, imersos em líquido isolante, previstos para instalação interna ou externa, com classes de tensão até 550kV, em freqüência de 60Hz ou 50Hz. Também são abordados aspectos específicos relacionados a transformadores a seco, encapsulados em resina epóxi, classe de tensão até 36,2kV.
Este trabalho destina-se a dar subsídios e esclarecimentos necessários para uma boa especificação de transformadores. Aliás, uma correta seleção implica diretamente na redução do custo do equipamento e nos prazos de recebimento e instalação.
Os transformadores WEG são projetados e construídos segundo normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), em suas últimas edições, assim como normas internacionais, sempre que especificado.
Recomendamos, para aqueles que desejarem se aprofundarem no estudo de transformadores, que tenham a disposição as seguintes normas:
§ NBR 5356 - Transformador de Potência: Especificação § NBR 5440 - Transformadores para Redes Aéreas de Distri buição: Padronização § NBR 5380 - Transformador de Potência: Método de Ensaio § NBR 5416 - Aplicação de Cargas em Transformadores de Potência: Procedimento § NBR 5458 - Transformador de Potência: Terminologia § NBR 10295 - Transformadores de Potência Secos § IEC 76 – Transformador de Puissance
É muito importante, também, que o interessado tenh a em mãos as publicações específicas para transformadores, emitidas pela concessionária de energia da região onde será instalado o equipamento.
ÍNDICE
PREFÁCIO.......................................................................................................................................
HISTÓRICO
A invenção do transformador de potência, que remonta o fim do século dezenove, tornou-se possível o desenvolvimento do moderno sistema de alimentação em corrente alternada, com subestações de potência freqüentemente 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, 23,5kV (19.000A) em 400kV, assim reduzindo a corrente a valores práticos de transmissão de 1.200A, 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.
- PREFÁCIO.......................................................................................................................................
- HISTÓRICO...................................................................................................................................
- NOÇÕES FUNDAMENTAIS..............................................................................................
- 1.1. TRANSFORMADORES E SUAS APLICAÇÕES
- 1.2. TIPOS DE TRANSFORMADORES.............................................................................
- 1.2.1. Divisão dos Transformadores quanto à Finalidade...............................................
- 1.2.2. Divisão dos Transformadores quanto aos Enrolamentos.....................................
- 1.2.3. Divisão dos Transformadores quanto aos Tipos Construtivos.............................
- 1.3. COMO FUNCIONA O TRANSFORMADOR.............................................................
- 1.4. SISTEMAS ELÉTRICOS
- 1.4.1. Sistemas de Corrente Alternada Monofásica
- 1.4.1.1. Generalidades..................................................................................................
- 1.4.1.2. Tipos de ligação..............................................................................................
- 1.4.2. Sistemas de Corrente Alternada Trifásica.............................................................
- 1.4.2.1. Tipos de ligação..............................................................................................
- 1.4.2.2. Autotransformador
- 1.5. POTÊNCIAS
- 1.5.1. Potência Ativa ou Útil
- 1.5.2. Potência Reativa......................................................................................................
- 1.5.3. Potência Aparente
- DEFINIÇÕES IMPORTANTES E NORMALIZAÇÃO ................................................
- 2.1. POTÊNCIA NOMINAL.................................................................................................
- 2.1.1. TransformadoresTrifásicos....................................................................................
- 2.1.2. TransformadoresMonofásicos...............................................................................
- 2.1.3. Potências Nominais Normalizadas
- 2.2. TENSÕES........................................................................................................................
- 2.2.1. Definições................................................................................................................
- 2.2.2. Escolha da Tensão Nominal...................................................................................
- 2.2.2.1. Transformadores de distribuição...................................................................
- concessionária. 2.2.2.2. Transformador de distribuição a ser instalado no domínio de uma
- 2.2.2.3. Transformador para uso industrial.................................................................
- 2.3. DERIVAÇÕES
- 2.3.1. Definições................................................................................................................
- 2.4. CORRENTES..................................................................................................................
- 2.4.1. Corrente Nominal
- 2.4.2. Corrente de Excitação.............................................................................................
- 2.4.3. Corrente de Curto-Circuito.....................................................................................
- 2.4.3.1. Corrente de curto-circuitope rmanente..........................................................
- 2.4.3.2. Corrente de curto-circuito de pico
- 2.4.4. Corrente de Partida ou Inrush
- 2.5. FREQUÊNCIA NOMINAL...........................................................................................
- 2.6. NÍVEL DE ISOLAEMENTO
- 2.7. DESLOCAMENTO ANGULAR...................................................................................
- 2.8. IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS.........................................................................
- SELEÇÃO DOS TRANSFORMADORES........................................................................
- 3.1. DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA DO TRANSFORMADOR...............................
- 3.2. FATOR DE DEMANDA ( D).........................................................................................
- 3.2.1. Determinação da Demanda Máxima de um Grupo de Motores...........................
- 3.2.2. Determinação da Demanda Máxima da Instalação...............................................
- 3.3. CONSIDERAÇÕES SOBRE O USO DAS TABELAS
- VALOR OBTIDO NA DEMANDA.......................................................................................... 3.4. CRITÉRIOS DE ESCOLHA DOS TRANSFORMADORES COM BASE NO
- 3.4.1. Eventuais Aumentos da Potência Instalada...........................................................
- 3.4.2. Conveniência da Subdivisão em mais Unidades
- 3.4.3. Potência Nominal Normalizada.............................................................................
- TRANSFORMADOR................................................................................................................. 3.5. DADOS NECESSÁRIOS PARA IDENTIFICAÇÃO DE UM
- TRANSFORMADORES 3.6. SOFTWARE PARA CÁLCULO DE DIMENSIONAMENTO DE
- 3.6.1. Processo 1................................................................................................................
- 3.6.2. Processo 2................................................................................................................
- CARACTERÍSTICAS DE DESEMPENHO.....................................................................
- 4.1. INSTALAÇÃO...............................................................................................................
- 4.2. PERDAS..........................................................................................................................
- 4.2.1. Perdas no Material dos Enrolamentos (Perdas em Carga ou Perdas no Cobre).
- 4.2.2. Perdas no Ferro do Núcleo Magnético (Perdas em Vazio)..................................
- 4.3. RENDIMENTO
- 4.4. REGULAÇÃO................................................................................................................
- 4.5. CAPACIDADE DE SOBRECARGA
- CARACTERÍSTICAS DA INSTALAÇÃO
- FUNCIONAMENTO.................................................................................................................. 5.1. OPERAÇÃO EM CONDIÇÕES NORMAIS E ESPECIAIS DE
- 5.2. CONDIÇÕES NORMAIS DE TRANSPORTE E INSTALAÇÃO
- 5.3. OPERAÇÃO EM PARALELO
- 5.3.1. Diagramas Vetoriais com mesmo Deslocamento Angular
- 5.3.2. Relações de T ransformação Idênticas inclusive Derivações................................
- 5.3.3. Impedância..............................................................................................................
- 5.4. OPERAÇÃO EM PARALELO
- CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS ........................................................................
- 6.1. CARACTERÍSTICAS INTERNA.................................................................................
- 6.1.1. Núcleo......................................................................................................................
- 6.1.2. Enrolamento............................................................................................................
- 6.1.3. Dispositivos de Prensagem, Calços e Isolamento...............................................
- 6.1.4. Comutador de Derivações
- 6.1.4.1. Tipopainel
- 6.1.4.2. Comutador acionado à vazio........................................................................
- 6.1.4.3. Comutador sob carga....................................................................................
- 6.1.5. Parte Ativa.............................................................................................................
- 6.2. CARACTERÍSTICAS EXTERNAS
- 6.2.1. Buchas
- 6.2.2. Tanque
- 6.2.2.1. Transformadoresse lados..............................................................................
- 6.2.2.2. Transformadores com conservador de óleo
- 6.2.2.3. Tranformadores flangeados
- 6.2.2.4. Radiadores.....................................................................................................
- 6.2.2.5. Tratamento superficial e pintura..................................................................
- 6.3. LÍQUIDO DE ISOLAÇÃO E REFRIGERAÇÃO
- 6.4. PLACAS DE IDENTIFICAÇÃO E DIAGRAMÁTICA...........................................
- 6.5. ACESSÓRIOS...............................................................................................................
- 6.5.1. Indicador de Nível do Óleo..................................................................................
- 6.5.2. Termômetros do Óleo
- 6.5.3. Transformador de Corrente (TC).........................................................................
- 6.5.4. Termômetro do Enrolamento com Imagem Térmica
- 6.5.5. Controladores Microprocessados de Temperatura.............................................
- 6.5.6. Válvula de Alívio de Pressão
- 6.5.7. Relê Detetor de Gás Tipo Buchholz
- 6.5.8. Secador de Ar de Sílica Gel
- 6.5.9. Bolsa de Borracha em Conservadores de Óleo
- 6.5.10. Relê de Ruptura de Membrana/Bolsa
- 6.5.11. Relê de Pressão Súbita..........................................................................................
- 6.5.12. Manômetro e Manovacuômetro...........................................................................
- 6.5.13. Indicador de Fluxo de Óleo
- 6.5.14. Relê Regulador de Tensão....................................................................................
- 6.5.15. Paralelismo entre Transformadores
- 6.5.16. Monitoramento de Buchas
- 6.5.17. Pressurização do Transformador..........................................................................
- 6.5.18. Monitor de Gás e Umidade
- 6.5.19. Sistema de Ventilação Forçada............................................................................
- 6.5.20. Sistema de Óleo Forçado......................................................................................
- 6.5.20.1. Sistema OFWF..............................................................................................
- 6.5.20.2. Sistema OFAF com trocador de calor óleo-ar (aerotermo)
- 6.5.20.3. Sistema ONAN/OFAN/ONAF/OFAF........................................................
- TRANSFORMADORES A SECO....................................................................................
- 7.1. HISTÓRIA DO TRANSFORMADOR.......................................................................
- 7.1.1. Retrospecto............................................................................................................
- 7.1.2. A Situação Hoje
- 7.2. TRANSFORMADORES ENCAPSULADOS A VÁCUO WEG..............................
- 7.3. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
- 7.3.1. Núcleo e Ferragens
- 7.3.2. Bobinas de Baixa Tensão
- 7.3.3. Bobinas de Alta Tensão........................................................................................
- 7.3.4. Acessórios
- 7.3.4.1. Comutador de tensão sem carga..................................................................
- 7.3.4.2. Sistema de monitoramento térmico
- 7.3.4.3. Sistema de ventilação forçada......................................................................
- 7.3.4.4. Cubículo de proteção....................................................................................
- 7.4. GARANTIA DE QUALIDADE E TESTES
- 7.5. VANTAGENS...............................................................................................................
- 7.5.1. Minimizada Manutenção
- 7.5.2. Fácil Instalação
- 7.5.2.1. Ambiente de instalação
- 7.5.3. Baixíssimos Níveis de Descargas Parciais
- 7.5.4. Alta Suportabilidade a Sobretensões
- 7.5.5. Alta Capacidade de Sobrecarga
- 7.5.6. Insensíveis ao Meio
- 7.5.7. Auto Extinguível...................................................................................................
- 7.5.8. Resistente a Curto -Circuito..................................................................................
- 7.5.9. Nível de Ruído
- 7.5.10. Assistência Técnica WEG....................................................................................
- 7.5.11. Compatíveis com o Meio A mbiente....................................................................
- 7.6. APLICAÇÕES
- 7.7. ESPECIFICAÇÕES
- 7.7.1. Normas
- 7.7.2. Potências................................................................................................................
- 7.7.3. Classes de Tensão
- 7.7.4. Tensão Nominal e Derivações
- 7.7.5. Freqüência e Ligações
- 7.7.6. Temperaturas.........................................................................................................
- 7.7.7. Perdas, Corrente de Excitação e Imp edância......................................................
- 7.7.8. Dimensões.............................................................................................................
- ENSAIOS ..............................................................................................................................
- 8.1. ENSAIOS DE ROTINA
- 8.1.1. Resistência Elétrica dos Enrolamentos................................................................
- 8.1.2. Relação de Transformação...................................................................................
- 8.1.2.1. Polaridade......................................................................................................
- 8.1.2.2. Deslocamento angular e seqüência de fases
- 8.1.3. Perdas em Carga e Impedância de Curto-Circuito..............................................
- 8.1.4. Perdas em Vazio e Corrente de Excitação...........................................................
- 8.1.5. Resistência do Isolamento....................................................................................
- 8.1.6. Ensaios Dielétricos de Rotina
- 8.1.6.1. Tensão suportável à freqüência industrial...................................................
- 8.1.6.2. Tensão induzida
- 8.1.6.3. Tensão induzida com medição de descargas parciais
- 8.1.6.4. Impulso..........................................................................................................
- 8.1.6.4.1. Introdução..................................................................................................
- 8.1.6.4.2. Circuito de ensaio
- 8.1.6.4.3. Forma de onda de impulso........................................................................
- 8.1.6.4.4. Procedimento de ensaio para impulso atmosférico
- 8.1.6.4.5. Procedimento de ensaio para impulso de manobra
- 8.1.7. Ensaios de Comutador de Derivações em Carga
- 8.1.8. Estanqueidade e Resistência à Pressão................................................................
- 8.1.9. Verificação do Funcionamento dos Acessórios
- 8.1.10. Verificação da Espessura e Aderência da Pintura...............................................
- 8.2. ENSAIOS DE TIPO......................................................................................................
- 8.2.1. Elevação de Temperatura.....................................................................................
- 8.2.2. Nível de Ruído
- 8.3. ENSAIOS ESPECIAIS.................................................................................................
- 8.3.1. Fator de Potência do Isolamento..........................................................................
- 8.3.2. Impedância Seqüência Zero em T ransformadores Trifásicos............................
- 8.3.3. Tensão de Radiointerferência (RIV)....................................................................
- 8.3.4. Medição de Harmônicos na Corrente de Excitação............................................
- 8.3.5. Ensaio Suportabilidade a Curto -Circuito
- 8.3.6. Medição da Resposta em Freqüência e Impedância Terminal...........................
- 8.3.7. Umidade Relativa Superficial Interna (URSI)
- 8.3.8. Vácuo Interno........................................................................................................
- 8.4. ENSAIOS NO ÓLEO ISOLANTE..............................................................................
- 8.4.1. Rigidez Dielétrica
- 8.4.2. Teor de Água.........................................................................................................
- 8.4.3. Cor
- 8.4.4. Tensão Interfacial
- 8.4.5. Índice de Neutralização (Acidez).........................................................................
- 8.4.6. Ponto de Fulgor.....................................................................................................
- 8.4.7. Densidade..............................................................................................................
- 8.4.8. Fator de Dissipação (Fator de Potência)..............................................................
- 8.4.9. Análise Cromatográfica........................................................................................
- 8.5. ENSAIOS NO PAPEL..................................................................................................
- 8.5.1. Grau de Polimerização..........................................................................................
- INSTALAÇÃO E MANUTENÇÃO .................................................................................
- 9.1. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO (POTÊNCIA ATÉ 300 KVA).......
- 9.1.1. Recebimento..........................................................................................................
- 9.1.2. Manuseio...............................................................................................................
- 9.1.3. Armazenagem.......................................................................................................
- 9.1.4. Instalação...............................................................................................................
- 9.1.5. Manutenção...........................................................................................................
- 9.1.6. Inspeção Periódica
- 9.1.7. Revisão Completa
- 5.000KVA) 9.2. TRANSFORMADORES INDUSTRIAIS A ÓLEO (POTÊNCIA ATÉ
- 9.2.1. Recebimento..........................................................................................................
- 9.2.2. Descarga e Manuseio............................................................................................
- 9.2.3. Armazenagem.......................................................................................................
- 9.2.4. Instalação...............................................................................................................
- 9.2.5. Ensaios Elétricos de Campo.................................................................................
- 9.2.6. Energização do Transformador............................................................................
- 9.2.7. Manutenção...........................................................................................................
- 9.2.8. Inspeção Periódica
- 9.2.9. Ensaios Elétricos...................................................................................................
- 9.3. TRANSFORMADORES A SECO
- 9.3.1. Itens de Manutenção
- 9.3.2. Inspeções Periódicas
- 9.3.2.1. Registros operacionais..................................................................................
- 9.3.2.2. Inspeção termográfica
- 9.3.2.3. Inspeções visuais..........................................................................................
- 9.3.2.4. Limpeza.........................................................................................................
- 9.4. TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA (ACIMA DE 5MVA).............................
- 9.4.1. Objetivo.................................................................................................................
- 9.4.2. Etapas em Fábrica.................................................................................................
- 9.4.2.1. Pressurização para Retirada do Óleo...........................................................
- 9.4.2.2. Drenagem do Óleo........................................................................................
- 9.4.2.3. Desmontagem das Buchas
- 9.4.2.4. Desmontagem dos Radiadores
- 9.4.2.5. Desmontagem do Conservador....................................................................
- 9.4.2.6. Desmontagem das Tubulações e Acessó rios..............................................
- 9.4.2.7. Pressurização para Transporte
- 9.4.2.8. Instalação de Instrumentos de Monitoramento de Transporte...................
- 9.4.2.9. Carregamento................................................................................................
- 9.4.3. Transporte de Transformadores...........................................................................
- 9.4.4. Tipos de Equ ipamentos de Transporte................................................................
- 9.4.5. Recebimento..........................................................................................................
- 9.4.6. Descarga e Manuseio............................................................................................
- 9.4.7. Tipos de Descarga.................................................................................................
- 9.4.8. Análise dos Registros de Transporte...................................................................
- 9.4.8.1. Equipamento tipo registrador de impacto eletrônico
- 9.4.8.2. Equipamento tipo indicador de impacto
- 9.4.9. Armazenagem.......................................................................................................
- 9.4.9.1. Transformadores...........................................................................................
- 9.4.9.2. Componentes e acessórios
- 9.4.10. Montagem do Transformador
- 9.4.10.1. Equipamentos necessários............................................................................
- 9.4.10.2. Limpeza do tanque do transformador..........................................................
- 9.4.10.3. Montagem dos radiadores
- 9.4.10.4. Montagem do conservador...........................................................................
- 9.4.10.5. Montagem do relê de gás
- 9.4.10.6. Montagem de buchas secas de porcelana....................................................
- 9.4.10.7. Montagem de buchas de porcelana capacitiva............................................
- 9.4.10.8. Inspeção interna
- 9.4.10.9. Processo de vácuo
- 9.4.11. Recebimento do Óleo
- 9.4.11.1. Óleo transportado em tambores
- 9.4.11.2. Óleo transportado caminhão tanque............................................................
- 9.4.12. Tratamento do Óleo Isolante
- 9.4.13. Processo de Enchimento.......................................................................................
- 9.4.14. Aferição do Nível do Óleo
- 9.4.15. Ensaio de Estanqueidade......................................................................................
- 9.4.16. Ajuste da Bolsa
- 9.4.17. Instalação do Secador de Ar.................................................................................
- 9.4.18. Comissionamento do Transformador..................................................................
- 9.4.18.1. Relação de Instrumentos para Ensaios Elétricos
- 9.4.18.2. Relação dos Ensaios Elétricos
- 9.4.19. Energização do Transformador............................................................................
- 9.4.20. Registros Operacionais.........................................................................................
- 9.4.21. Manutenção...........................................................................................................
- ANEXO I.......................................................................................................................................
- ANEXO II .....................................................................................................................................
- ANEXO III....................................................................................................................................
- Figura 1.
1.2. TIPOS DE TRANSFORMADORES
Sendo um equipamento que transfere energia de um circuito elétrico a outro, o transformador toma parte nos sistemas de potência para ajustar a tens ão de saída de um estágio do sistema à tensão da entrada do seguinte. O transformador, nos sistemas elétricos e eletromecânicos, poderá assumir outras funções tais como isolar eletricamente os circuitos entre si, ajustar a impedância do estágio seguinte a do anterior, ou, simplesmente, todas estas finalidades citadas.
A transformação da tensão (e da corrente) é obtida graças a um fenômeno chamado “indução eletromagnética”, o qual será detalhado mais adiante.
1.2.1. Divisão dos Transformadores quanto à Finalidade
a) Transformadores de corrente b) Transformadores de potencial c) Transformadores de distribuição d) Transformadores de força
1.2.2. Divisão dos Transformadores quanto aos Enrolamentos
a) Transformadores de dois ou mais enrolamentos b) Autotransformadores
1.2.3. Divisão dos Transformadores quanto aos Tipos Construtivos
a) Quanto ao material do núcleo: o com núcleo ferromagnético; o com núcleo de ar. b) Quanto a forma do núcleo: o Shell; o Core:
Figura 1.
onde: U 1 = tensão aplicada na entrada (primária) N 1 = número de espiras do primário N 2 = número de espiras do secundário U 2 = tensão de saída (secundário)
Se aplicarmos uma tensão U 1 alternada ao primário, circulará por este enrolamento uma corrente I 1 alternada que por sua vez dará condições ao surgimento de um fluxo magnético também alternado.
A maior parte deste fluxo ficará confinada ao núcleo, uma vez que é este o caminho de menor relutância. Este fluxo originará uma força eletromotriz (f.e.m.) E 1 no primário e E 2 no secundário, proporcionais ao número de espiras dos respectivos enrolamentos, s egundo a relação:
EE^ = NN =^ a 2
1 2
o nde: a = razão de transformação ou relação entre espiras.
As tensões de entrada e saída U 1 e U 2 diferem muito pouco das f.e.m. induzidas E 1 e E 2 e para fins práticos podemos considerar:
UU^ =^ NN =^ a 2
1 2
Podemos também provar que as correntes obedecem à seguinte relação:
II NN a
ou
I N I N
2
1 1
2
1 1 2 2
onde: l 1 = corrente no primário l 2 = corrente no s ecundário
Quando a tensão do primário U 1 é superior a do secundário U 2 , temos um transformador abaixador ( step down ). Caso contrário, terá um transformador elevador de tensão ( step up ).
Para o transformador abaixador, a > 1 e para o elevador de tensão, a < 1.
Cabe ainda fazer notar que sendo o fluxo magnético proveniente de corrente alternada, este também será alternado, tornando-se um fenômeno reversível, ou seja, podemos aplicar uma tensão em qualquer um dos enrolamentos que teremos a f.e.m. no outro.
Baseando-se neste princípio, qualquer dos enrolamentos poderá ser o primário ou secundário. Chama-se de primário o enrolamento que recebe a energia e secundário o enrolamento que alimenta a carga.