DT 11 Transformadores

5/27/2018 DT 11 Transformadores

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DT-11

CARACTERSTICAS E

ESPECIFICAES DE

TRANSFORMADORES DE

DISTRIBUIO E FORA


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Informaes Tcnicas DT -11

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Fornecimento Cia. Mineradora Zaldivar ChileTransformador 40/50/60 MVA Classe 242 kV


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PREFCIO

O curso em questo refere-se a transformadores trifsicos, imersos em lquido

isolante, previstos para instalao interna ou externa, com classes de tenso at245kV, em freqncia de 60Hz ou 50Hz. Tambm so abordados aspectos

especficos relacionados a transformadores a seco, encapsulados em resina epxi,

classe de tenso at 24,2kV.

Este trabalho destina-se a dar subsdios e esclarecimentos necessrios para uma

boa especificao de transformadores. Alis, uma correta seleo implica

diretamente na reduo do custo do equipamento e nos prazos de recebimento e

instalao.

Os transformadores WEG so projetados e construdos segundo normas da

Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT), em suas ltimas edies, assim

como normas internacionais, sempre que especificado.

Recomendamos, para aqueles que desejarem se aprofundar no estudo de

transformadores, que tenham a disposio as seguintes normas:

- NBR 5356 - Transformador de Potncia: Especificao

- NBR 5440 - Transformadores para Redes Areas de Distribuio: Padronizao

- NBR 5380 - Transformador de Potncia: Mtodo de Ensaio

- NBR 5416 - Aplicao de Cargas em Transformadores de Potncia: Procedimento

- NBR 5458 - Transformador de Potncia: Terminologia

- NBR 10295 - Transformadores de Potncia Secos

- IEC 76 Transformador de Puissance

muito importante, tambm, que o interessado tenha em mos as publicaes

especficas para transformadores, emitidas pela concessionria de energia da regio

onde ser instalado o equipamento.

WEG INDSTRIAS S.A. - Transformadores


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NDICE

HISTRICO ..............................................................................................................13

1. NOES FUNDAMENTAIS ................................................................................15

1.1. TRANSFORMADORES E SUAS APLICAES............................................... 15

1.2. TIPOS DE TRANSFORMADORES...................................................................17

1.2.1. Diviso dos Transformadores quanto Finalidade ........................................ 17

1.2.2. Diviso dos Transformadores quanto aos Enrolamentos ...............................17

1.2.3. Diviso dos Transformadores quanto aos Tipos Construtivos ....................... 17

1.3. COMO FUNCIONA O TRANSFORMADOR...................................................... 18

1.4. SISTEMAS ELTRICOS................................................................................... 21

1.4.1. Sistemas de Corrente Alternada Monofsica.................................................21

1.4.1.1. Generalidades..............................................................................................21

1.4.1.2. Tipos de ligao...........................................................................................21

1.4.2. Sistemas de Corrente Alternada Trifsica ......................................................22

1.4.2.1. Tipos de ligao...........................................................................................23

1.4.2.2. Autotransformador........................................................................................29

1.5.1. Potncia Ativa ou til ..................................................................................... 30

1.5.2. Potncia Reativa ............................................................................................311.5.3. Potncia Aparente..........................................................................................31

2. DEFINIES IMPORTANTES E NORMALIZAO...........................................35

2.1. POTNCIA NOMINAL.......................................................................................35

2.1.1. Transformadores Trifsicos............................................................................35

2.1.2. Transformadores Monofsicos .......................................................................35

2.1.3. Potncias Nominais Normalizadas.................................................................35

2.2. TENSES ......................................................................................................... 36

2.2.1. Definies.......................................................................................................36

2.2.2. Escolha da Tenso Nominal...........................................................................37

2.2.2.1. Transformadores de distribuio .................................................................37

2.2.2.2. Transformador de distribuio a ser instalado no domnio de uma

concessionria............................................................................................39

2.2.2.3. Transformador para uso industrial............................................................... 39


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2.3. DERIVAES...................................................................................................40

2.3.1. Definies.......................................................................................................41

2.4. CORRENTES....................................................................................................43

2.4.1. Corrente Nominal ........................................................................................... 432.4.2. Corrente de Excitao.................................................................................... 43

2.4.3. Corrente de Curto-Circuito .............................................................................44

2.4.3.1. Corrente de curto-circuito permanente.........................................................44

2.4.3.2. Corrente de curto-circuito de pico................................................................45

2.4.4. Corrente de Partida ou Inrush ........................................................................45

2.5. FREQNCIA NOMINAL..................................................................................46

2.6. NVEL DE ISOLAMENTO.................................................................................. 46

2.7. DESLOCAMENTO ANGULAR..........................................................................472.8. IDENTIFICAO DOS TERMINAIS.................................................................. 51

3. CARACTERSTICAS DE DESEMPENHO...........................................................55

3.1. PERDAS............................................................................................................55

3.1.1. Perdas no Material dos Enrolamentos (Perdas em Carga ou no Cobre)........55

3.1.2. Perdas no Ferro do Ncleo Magntico (Perdas em Vazio) ............................ 55

3.2. RENDIMENTO ................................ ..................................................................59

3.3. REGULAO....................................................................................................60

3.4. CAPACIDADE DE SOBRECARGA...................................................................61

4. CARACTERSTICAS DA INSTALAO.............................................................68

4.1. OPERAO EM CONDIES NORMAIS E ESPECIAIS DE

FUNCIONAMENTO. ......................................................................................... 68

4.2. CONDIES NORMAIS DE TRANSPORTE E INSTALAO.........................69

4.3. OPERAO EM PARALELO............................................................................71

4.3.1. Diagramas Vetoriais com mesmo Deslocamento Angular.............................. 71

4.3.2. Relaes de Transformao Idnticas inclusive Derivaes.......................... 714.3.3. Impedncia.....................................................................................................72

4.4. OPERAO EM PARALELO............................................................................75

5. SELEO DOS TRANSFORMADORES ............................................................77

5.1. DETERMINAO DA POTNCIA DO TRANSFORMADOR ............................ 77

5.2. FATOR DE DEMANDA (D) ...............................................................................77


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5.2.1. Determinao da Demanda Mxima de um Grupo de Motores ..................... 78

5.2.2. Determinao da Demanda Mxima da Instalao........................................ 81

5.3. CONSIDERAES SOBRE O USO DAS TABELAS........................................ 81

5.4. CRITRIOS DE ESCOLHA DOS TRANSFORMADORES COM BASE NOVALOR OBTIDO NA DEMANDA ...................................................................... 82

5.4.1. Eventuais Aumentos da Potncia Instalada ...................................................88

5.4.2. Convenincia da Subdiviso em mais Unidades............................................88

5.4.3. Potncia Nominal Normalizada ...................................................................... 89

5.5. DADOS NECESSRIOS PARA IDENTIFICAO DO TRANSFORMADOR ...90

6. CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS..............................................................91

6.1. PARTE ATIVA...................................................................................................91

6.1.1. Ncleo ............................................................................................................ 93

6.1.2. Enrolamento ...................................................................................................94

6.1.3. Dispositivos de Prensagem, Calos e Isolamento.......................................... 97

6.1.4. Comutador de Derivaes..............................................................................97

6.1.4.1. Tipo painel....................................................................................................97

6.1.4.2. Comutador acionado vazio........................................................................98

6.1.4.3. Comutador sob carga..................................................................................100

6.2. BUCHAS ......................................................................................................... 102

6.3. TANQUE ......................................................................................................... 106

6.3.1. Selados ........................................................................................................ 107

6.3.2. Com Conservador de leo...........................................................................108

6.3.3. Transformadores Flangeados ...................................................................... 108

6.4. RADIADORES.................................................................................................109

6.5. TRATAMENTO SUPERFICIAL E PINTURA ...................................................110

6.6. LQUIDO DE ISOLAO E REFRIGERAO................................................ 110

6.7. PLACAS DE IDENTIFICAO E DIAGRAMTICA........................................ 114

6.8. ACESSRIOS.................................................................................................118

6.8.1. Indicador de Nvel do leo...........................................................................120

6.8.2. Termmetros ................................ ................................................................ 120

6.8.3. Termmetro do Enrolamento com Imagem Trmica .................................... 122

6.8.4. Controladores Microprocessados de Temperatura.......................................124


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6.8.5. Vlvula de Alvio de Presso (VAP) ............................................................. 125

6.8.6. Rel Detetor de Gs Tipo Buchholz ............................................................. 126

6.8.7. Secador de Ar de Slica Gel .........................................................................127

6.8.8. Rel de Presso Sbita................................................................................1296.8.9. Tubo de Exploso.........................................................................................130

6.8.10. Manmetro e Vacumetro..........................................................................130

6.8.11. Rel de Tenso.......................................................................................... 131

6.8.12. Paralelismo de Transformadores com Comutadores em Carga................. 131

6.8.13. Sistema de Ventilao Forada................................................................ ..131

6.8.14. Sistema de leo Forado...........................................................................132

6.8.14.1. Sistema OFWF........................................................................................ 133

6.8.14.2. Sistema OFAF com trocador de calor leo-ar (aerotermo)...................... 1346.8.14.3. Sistema ONAN/OFAN/ONAF/OFAF........................................................134

7. TRANSFORMADORES A SECO................................ .......................................136

7.1. HISTRIA DO TRANSFORMADOR ...............................................................136

7.1.1. Retrospecto .................................................................................................. 136

7.1.2. A Situao Hoje............................................................................................139

7.2. TRANSFORMADORES ENCAPSULADOS WEG ...........................................139

7.3. CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS ..........................................................140

7.3.1. Ncleo e Ferragens...................................................................................... 140

7.3.2. Bobinas de Baixa Tenso............................................................................. 140

7.3.3. Bobinas de Alta Tenso ............................................................................... 141

7.3.4. Acessrios....................................................................................................143

7.3.4.1. Comutador de tenso sem carga .............................................................. 143

7.3.4.2. Sistema de monitoramento trmico........................................................... 144

7.3.4.3. Sistema de ventilao forada................................................................... 1447.3.4.4. Cubculo de proteo ................................................................................ 145

7.4. GARANTIA DE QUALIDADE E TESTES ........................................................147

7.5. VANTAGENS ..................................................................................................149

7.5.1. Isentos de Manuteno ................................................................................ 149


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7.5.2. Fcil Instalao.............................................................................................149

7.5.2.1 Ambiente de instalao .............................................................................. 150

7.5.3. Baixssimos Nveis de Descargas Parciais...................................................153

7.5.4. Alta Suportabilidade a Sobretenses ........................................................... 1547.5.5. Alta Capacidade de Sobrecarga................................................................... 154

7.5.6. Insensveis ao Meio...................................................................................... 155

7.5.7. Alto Extinguvel.............................................................................................157

7.5.8. Resistente a Curto-Circuito ..........................................................................159

7.5.9. Baixo Nvel de Rudo................................ ....................................................160

7.5.10. Assistncia Tcnica WEG ..........................................................................160

7.5.11. Compatveis com o Meio Ambiente............................................................ 161

7.6. APLICAES .................................................................................................161

7.7. ESPECIFICAES .........................................................................................162

7.7.1 Normas..........................................................................................................163

7.7.2. Potncias......................................................................................................163

7.7.3. Classes de Tenso.......................................................................................163

7.7.4. Tenso Nominais e Derivaes.................................................................... 164

7.7.5. Freqncia e Ligaes ................................................................................. 164

7.7.6. Temperaturas ...............................................................................................1647.7.7. Perdas, Corrente de Excitao e Impedncia ................................ .............. 165

7.7.8. Dimenses ................................................................................................... 165

7.8. NORMA BRASILEIRA PARA ESPECIFICAO DE SECOS .........................166

8. ENSAIOS ........................................................................................................175

8.1. ENSAIOS DE ROTINA.................................................................................... 175

8.1.1. Relao de Tenses..................................................................................... 176

8.1.2. Polaridade .................................................................................................... 1778.1.3. Deslocamento Angular e Sequncia de Fases ............................................. 177

8.1.4. Resistncia do Isolamento ...........................................................................178

8.1.5. Resistncia Eltrica dos Enrolamentos ........................................................ 181

8.1.6 Tenso aplicada ............................................................................................181

8.1.7. Tenso induzida ............................................................................................184


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8.1.8. Perdas em Vazio e Corrente de Excitao....................................................184

8.1.9 Perdas em Carga .......................................................................................... 185

8.2. ENSAIOS DE TIPO E ESPECIAIS.................................................................186

8.2.1 Descargas Parciais........................................................................................1868.2.2 Ensaio de Fator de Potncia do Isolamento.................................................. 187

8.2.3 Impulso Atmosfrico......................................................................................187

8.2.4 Elevao de Temperatura .............................................................................188

8.3 ENSAIO EM OLEO ISOLANTE...................................................................... 189

8.3.1 Tipo de Oleo Mineral Isolante.........................................................................190

8.3.2 Caractersticas do Oleo..................................................................................191

8.3.3 Ensaios Fsico-Qumicos realizados na WEG................................................192

9. INSTALAO E MANUTENO................................ ....................................... 1949.1. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIO ..................................................194

9.1.1. Recebimento ................................ ................................................................ 194

9.1.2. Manuseio......................................................................................................194

9.1.3. Armazenagem ..............................................................................................195

9.1.4. Instalao..................................................................................................... 195

9.1.5. Manuteno..................................................................................................196

9.1.6. Inspeo Peridica.......................................................................................196

9.1.7. Reviso Completa ........................................................................................ 1979.2. TRANSFORMADORES DE POTNCIA (FORA).......................................... 197

9.2.1. Recebimento ................................ ................................................................ 197

9.2.2. Descarregamento e Manuseio ..................................................................... 198

9.2.3. Verificaes e Ensaios de Recebimento ...................................................... 198

9.2.4. Armazenamento ........................................................................................... 198

9.2.5. Instalao..................................................................................................... 199

9.2.6. Montagem do Transformador ................................ ....................................... 199

9.2.7. Cuidados Recomendados durante e aps a Montagem............................... 200

9.3. ENSAIOS ........................................................................................................ 201

9.4. ENERGIZAO ..............................................................................................201

9.5. MANUTENO...............................................................................................202

ANEXO I..................................................................................................................206


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FOLHA DE DADOS:TRANSFORMADOR DE DISTRIBUIO.............................206

ANEXO II.................................................................................................................209

FOLHA DE DADOS:TRANSFORMADOR DE FORA..........................................209

ANEXO III................................................................................................................213

FOLHA DE DADOS: TRANSFORMADOR A SECO................................ ..............213


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HISTRICO

A inveno do transformador de potncia, que remonta o fim do sculo dezenove,

tornou-se possvel o desenvolvimento do moderno sistema de alimentao emcorrente alternada, com subestaes de potncia freqentemente localizadas a

muitos quilmetros dos centros de consumo (carga). Antes disto, nos primrdios do

suprimento de eletricidade pblica, estes eram sistemas de corrente contnua, com a

fonte de gerao, por necessidade, localizados prximo do local de consumo.

Indstrias pioneiras no fornecimento de eletricidade foram rpidas em reconhecer os

benefcios de uma ferramenta a qual poderia dispor alta corrente, normalmente

obtida a baixa tenso de sada de um gerador eltrico, e transform-lo para umdeterminado nvel de tenso possvel de transmiti-la em condutores de dimenses

prticos a consumidores que, naquele tempo, poderiam estar afastados a um

quilmetro ou mais e poderiam fazer isto com uma eficincia e que, para os padres

da poca, era nada menos que fenomenal.

Atualmente, sistemas de transmisso e distribuio de energia so, claro,

vastamentemais extensos e totalmente dependentes de transformadores os quais,

por si s, so muito mais eficientes que aqueles de um sculo atrs; dos enormestransformadores elevadores, transformando, por exemplo, 23,5kV (19.000A) em

400kV, assim reduzindo a corrente a valores prticos de transmisso de 1.200A, ou

ento, aos milhares de pequenos transformadores de distribuio, as quais operam

quase continuamente, dia-a-dia, com menor ou maior grau de importncia, provendo

suprimento para consumidores industriais ou domsticos.


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1. NOES FUNDAMENTAIS

1.1. TRANSFORMADORES E SUAS APLICAES

A energia eltrica, at chegar ao ponto de consumo, passa pelas seguintes etapas:

a) gerao: onde a fora hidrulica dos rios ou a fora do vapor

superaquecido convertida em energia nos chamados geradores;

b) transmisso: os pontos de gerao normalmente encontram-se longe dos

centros de consumo; torna-se necessrio elevar a tenso no ponto de

gerao, para que os condutores possam ser de seo reduzida, porfatores econmicos e mecnicos, e diminuir a tenso prxima do centro

de consumo, por motivos de segurana; o transporte de energia feito em

linhas de transmisso, que atingem at centenas de milhares de volts e

que percorrem milhares de quilmetros;

c) distribuio: como dissemos acima, a tenso diminuda prximo ao

ponto de consumo, por motivos de segurana; porm, o nvel de tenso

desta primeira transformao no , ainda, o de utilizao, uma vez que mais econmico distribu-la em mdia tenso; ento, junto ao ponto de

consumo, realizada uma segunda transformao, a um nvel compatvel

com o sistema final de consumo (baixa tenso).

A seguir, apresentamos, esquematicamente, um sistema de potncia, incluindo

gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica.


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FIGURA 1.1


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1.2. TIPOS DE TRANSFORMADORES

Sendo um equipamento que transfere energia de um circuito eltrico a outro, o

transformador toma parte nos sistemas de potncia para ajustar a tenso de sadade um estgio do sistema tenso da entrada do seguinte. O transformador, nos

sistemas eltricos e eletromecnicos, poder assumir outras funes tais como

isolar eletricamente os circuitos entre si, ajustar a impedncia do estgio seguinte

a do anterior, ou, simplesmente, todas estas finalidades citadas.

A transformao da tenso (e da corrente) obtida graas a um fenmeno chamado

induo eletromagntica, o qual ser detalhado mais adiante.

1.2.1. Diviso dos Transformadores quanto Finalidade

a) Transformadores de corrente

b) Transformadores de potencial

c) Transformadores de distribuio

d) Transformadores de fora

1.2.2. Diviso dos Transformadores quanto aos Enrolamentos

a) Transformadores de dois ou mais enrolamentos

b) Autotransformadores

1.2.3. Diviso dos Transformadores quanto aos Tipos Construtivos

a) Quanto ao material do ncleo:

- com ncleo ferromagntico;

- com ncleo de ar.

b) Quanto a forma do ncleo:

- Shell;

- Core:


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Enrolado: o mais utilizado no mundo na fabricao de

transformadores de pequeno porte (distribuio), alguns fabricantes

chegam a fazer transformadores at de meia-fora (10MVA):

Envolvido;Envolvente.

Empilhado:

Envolvido;

Envolvente.

c) Quanto ao nmero de fases:

- monofsico;

- polifsico (principalmente o trifsico).

d) Quanto maneira de dissipao de calor:

- parte ativa imersa em lquido isolante (transformador imerso);

- parte ativa envolta pelo ar ambiente (transformador a seco).

(a) Tipo Shell (b) Tipo Core Envolvido (c) Tipo Core: Cinco

Colunas Envolvente

FIGURA 1.2

1.3. COMO FUNCIONA O TRANSFORMADOR

O fenmeno da transformao baseada no efeito da induo mtua. Veja a Figura

1.3, onde temos um ncleo constitudo de lminas de ao prensadas e onde foram

construdos dois enrolamentos.


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FIGURA 1.3

onde:

U1= tenso aplicada na entrada (primria)

N1= nmero de espiras do primrio

N2= nmero de espiras do secundrio

U2= tenso de sada (secundrio)

Se aplicarmos uma tenso U1alternada ao primrio, circular por este enrolamento

uma corrente I1alternada que por sua vez dar condies ao surgimento de um fluxo

magntico tambm alternado.

A maior parte deste fluxo ficar confinado ao ncleo, uma vez que este o ca minho

de menor relutncia. Este fluxo originar uma fora eletromotriz (f.e.m.) E1 no

primrio e E2 no secundrio, proporcionais ao nmero de espiras dos respectivos

enrolamentos, segundo a relao:

aN

N

E

E==

2

1

2

1

onde:

a= razo de transformao ou relao entre espiras.

As tenses de entrada e sada U1e U2diferem muito pouco das f.e.m. induzidas E1e

E2e para fins prticos podemos considerar:


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aN

N

U

U==

2

1

2

1

Podemos tambm provar que as correntes obedecem seguinte relao:

aN

N

I

I

ou

NINI

==

=

2

1

1

2

2211

onde:

l1= corrente no primrio

l2= corrente no secundrio

Quando a tenso do primrio U1 superior a do secundrio U 2, temos um

transformador abaixador (step down). Caso contrrio, teremos um transformador

elevador de tenso (step up).

Para o transformador abaixador, a> 1 e para o elevador de tenso, a< 1.

Cabe ainda fazer notar que sendo o fluxo magntico proveniente de corrente

alternada, este tambm ser alternado, tornando-se um fenmeno reversvel, ou

seja, podemos aplicar uma tenso em qualquer dos enrolamento que teremos a

f.e.m. no outro.

Baseando-se neste princpio, qualquer dos enrolamentos poder ser o primrio ousecundrio. Chama-se de primrio o enrolamento que recebe a energia e secundrio

o enrolamento que alimenta a carga.


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1.4. SISTEMAS ELTRICOS

Faremos uma rpida reviso de conceitos e frmulas de clculo, envolvidos nos

sistemas eltricos com o objetivo de reativar a memria e retirar da extensa teoriaaquilo que realmente interessa para a compreenso do funcionamento e para o

dimensionamento do transformador.

1.4.1. Sistemas de Corrente Alternada Monofsica

1.4.1.1. Generalidades

A corrente alternada se caracteriza pelo fato de que a tenso, em vez depermanecer fixa, como entre os plos de uma bateria, varia senoidalmente com o

tempo, mudando de sentido alternadamente, donde o seu nome. O nmero de vezes

por segundo que a tenso muda de sentido e volta condio inicial a freqncia

do sistema, expressa em ciclos por segundo ou hertz, simbolizada por Hz.

No sistema monofsico, uma tenso alternada U (Volt) gerada e aplicada entre

dois fios, aos quais se liga a carga, que absorve uma corrente I (Ampre), conforme

Figura 1.4.

FIGURA 1.4

1.4.1.2. Tipos de ligao

Se ligarmos duas cargas iguais a um sistema monofsico, esta ligao poder ser

feita de dois modos:


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- ligao em srie (Figura 1.5): na qual duas cargas so atravessadas pela

corrente total ou de circuito; neste caso, a tenso em cada carga ser a

metade da tenso do circuito;

- ligao em paralelo (Figura 1.6): na qual aplicada as duas cargas, a

tenso do circuito; neste caso, a corrente em cada carga ser a metade da

corrente total do circuito.

FIGURA 1.5

FIGURA 1.6

1.4.2. Sistemas de Corrente Alternada Trifsica

O sistema trifsico formado pela associao de trs sistemas monofsicos de

tenses, U1, U2e U3 tais que a defasagem entre elas seja 120 e os atrasos de U2

e U1 em relao a U3sejam iguais a 120, considerando um ciclo completo 360.

(Figura 1.4)


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Ligando entre si os trs sistemas monofsicos e eliminando os fios desnecessrios,

teremos um sistema trifsico de tenses defasadas de 120 e aplicadas entre os trs

fios do sistema.

FIGURA 1.7

1.4.2.1. Tipos de ligao

a) Ligao tringulo

Chamamos tenses e correntes de fase as tenses e correntes de cada um dostrs sistemas monofsicos considerados, indicados por Ufe If.

Se ligarmos os trs sistemas monofsicos entre si, como indica a Figura 1.8,

podemos eliminar trs fios, deixando apenas um em cada ponto de ligao, e o

sistema trifsico ficar reduzido a trs fios U, V e W.


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FIGURA 1.8

A tenso em qualquer destes trs fios chama-se tenso de linha, UL, que a

tenso nominal do sistema trifsico. A corrente em qualquer um dos fios chama-secorrente de linha, IL.

Examinando o esquema da Figura 1.9, v-se que:

- a carga aplicada a tenso de linha ULque a prpria tenso do sistema

monofsico componente, ou seja, UL= Uf;

- a corrente em cada fio de linha, ou corrente de linha IL a soma das

correntes das duas fases ligadas a este fio, ou seja, I = If1+ If2.

FIGURA 1.9

Como as correntes esto defasadas entre si, a soma dever ser feita graficamente,

como mostra a Figura 1.10. Pode-se verificar que: ffL III == 732,13


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FIGURA 1.10

Exemplo: Em um sistema trifsico equilibrado de tenso nominal 220V, a corrente

de linha medida de 10A. Ligando a este sistema uma carga trifsica composta de

trs cargas iguais ligadas em tringulo, qual a tenso e a corrente ligada em cada

uma das cargas?

Temos:

VUU Lf 220== , em cada uma das fases

AIIIILffL

77,510577,0577,0732,1 ==== , em cada uma das cargas

b) Ligao estrela

Ligando um dos fios de cada sistema monofsico a um ponto comum aos trs

restantes, forma-se um sistema trifsico em estrela (Figura 1.11). s vezes o

sistema trifsico em estrela a quatro fios ou com neutro.

O quarto fio ligado ao ponto comum s trs fases. A tenso de linha, ou a tenso

nominal do sistema trifsico, e a corrente de linha so definidas do mesmo modo

que na ligao tringulo.


27/217


26

U V W

I1 I2 I3

U f1 U f2 U f3

I f1 If3I f2

FIGURA 1.11

Examinando o esquema da Figura 1.12 v-se que:

- a corrente em cada fio da linha, ou corrente da linha IL= I f;

- a tenso entre dois fios quaisquer do sistema trifsico a soma grfica

(Figura 1.13) das tenses de duas fases as quais esto ligados os fios

considerados, ou seja: ffL UUU == 732,13 .

FIGURA 1.12

FIGURA 1.13


28/217


27

Exemplo: Em uma carga trifsica composta de trs cargas iguais, cada carga feita

para ser ligada a uma tenso de 220V, absorvendo 5,77A. Qual a tenso nominal do

sistema trifsico que alimenta esta carga em suas condies normais (220V e 5,77A)

e qual a corrente de linha?

Temos:

VUf 200= , em cada uma das cargas

VUL

380220732,1 ==

AII fL 77,5==

c) Ligao zig-zag

Este tipo de ligao prefervel onde existem desequilbrios acentuados de carga.

Cada fase do secundrio, compe-se de duas bobinas dispostas cada uma sobre

colunas diferentes, ligadas em srie, assim a corrente de cada fase do secundrio

afeta sempre por igual as duas fases do primrio.

Na Figura 1.14 temos um diagrama mostrando as ligaes e os sentidos dascorrentes em cada enrolamento. Na Figura 1.15 temos o diagrama fasorial da

ligao zig-zag.

FIGURA 1.14


29/217


28

FIGURA 1.15

O transformador torna-se mais caro, principalmente pelo aumento de 15,5% no

volume de cobre e pela complexidade de sua montagem.

Alm de atenuar a 3 harmnica, oferece a possibilidade de 3 tenses: 220/127V,

380/220V e 440/254V.

Supondo tenses de linha para V1= 220/127V. (Figura 1.16)

FIGURA 1.16

ooZZ VVV 060 11 += onde oVV 012 =

017,12760017,127 += oZZV

110527,190 jVZZ +=

o

ZZV 30220= (tenso de fase)

VV LZZ 3803220)( ==


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29

Desta maneira com dois enrolamentos em ligao zig-zag, conseguimos 380/220V.

Para obtermos 220/127V ligamos em paralelo as duas bobinas de uma mesma

coluna e para 440/254V ligamos as bobinas em srie.

1.4.2.2. Autotransformador

Possui estrutura magntica semelhante aos transformadores normais, diferenciando-

se apenas na parte eltrica, isto , os enrolamentos do primrio e secundrio

possuem um certo nmero de espiras em comum, Figura 1.17.

FIGURA 1.17

11

V

PI =

22

V

PI =

12 III =

A relao entre a tenso superior e a tenso inferior no deve ser superior a 3.

reversvel, pode ser abaixador ou elevador. No possui comutador. Quando tiver

vrias tenses, dotado de painel de religao ou as diversas sadas podem ser

conectadas diretamente nas buchas.

O autotransformador trifsico realizado com agrupamento das fases em estrela.


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30

Vantagens: - deslocamento angular entre AT e BT sempre nulo;

- possibilidade de ligao do centro terra, a fim de eliminar o perigo de

sobretenses com respeito terra linha BT.

1.5. POTNCIAS

Em um sistema eltrico, temos trs tipos de potncias: potncia aparente, ativa e

reativa.

Estas potncias esto intimamente ligadas de tal forma que constituem um tringulo,

o chamado tringulo das potncias. (Figura 1.18)

FIGURA 1.18

onde:

S = potncia aparente, expressa em VA (Volts-Ampre)

P = potncia ativa ou til, expressa em W (Watt)

Q = potncia reativa, expressa em VAr (Volt Ampre reativa)

= ngulo que determina o fator de potncia.

1.5.1. Potncia Ativa ou til

a componente da potncia aparente (S) que realmente utilizada em um

equipamento na converso da energia eltrica em outra forma de energia.

Em um sistema monofsico:


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31

IUP cos= [W]

Em um sistema trifsico:

IUP ff cos3 = [W]

ou

IUP LL cos3 = [W]

1.5.2. Potncia Reativa

a componente da potncia aparente (Q) que no contribui na converso de

energia.


IUQ sen= [VAr]


IUQ ff sen3 = [VAr]

ou

IUQ LL sen3 = [VAr]

1.5.3. Potncia Aparente

a soma vetorial da potncia til e a reativa. uma grandeza que, para ser

definida, precisa de mdulo e ngulo, caractersticas do vetor.

Mdulo: 22 QPS +=

ngulo:

=P

Qarctg


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32

Aqui podemos notar a importncia do fator de potncia. definido como:

S

Pfp == cos

Um transformador dimensionado pela potncia aparente (S) e por a se nota a

importncia da manuteno de um fator de potncia elevado numa instalao. O

baixo fator de potncia causa srios problemas s instalaes eltricas, entre as

quais podem ser destacados: sobrecargas nos cabos e transformadores,

crescimento da queda de tenso, reduo do nvel de iluminncia, aumento das

perdas no sistema de alimentao.

Alm disto, as concessionrias de energia cobram pesadas multas sobre a tarifa de

energia para aqueles que apresentarem fator de potncia inferior a 0,92.


IUS = [VA]


ff IUS = 3 [VA]

ou

LL IUS = 3 [VA]

Outras relaes importantes:

PS

cos= [VA]

QS

sen= [VA]


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33

A seguir, introduzimos uma tabela prtica para determinao dos valores de tenso,

corrente, potncia e fator de potncia de transformadores em funo do tipo de

ligao. (Tabela 1.1)

TABELA 1.1Determinao Estrela Tringulo Zig-Zag

Tenso de Linha UL UL UL

Tenso no

Enrolamento 3LU UL

3LU

Corrente de Linha IL IL IL

Corrente de

EnrolamentoIL

3LI IL

Ligaes dos

Enrolamentos

Esquemas

Potncia Aparente kVALLff IUIUS == 33

Potncia Ativa kW IUIUPLLff

cos3cos3 ==

Potncia Reativa kVAr IUIUQLLff

sen3sen3 ==

Potncia Absorvida

da Rede PrimriaKVA

kVASP

=

Fator de Potncia do

Primrio ( ) ru ee = 100coscos 21 (*)

Fator de Potncia do

SecundrioDo projeto de instalao (cos2)

(*) ey = Tenso de curto-circuito

er = componente da tenso de curto -circuito


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34

Exemplo: Clculo da potncia aparente requerida por dois equipamentos com fator

de potncia (cos)

APARELHO 1 APARELHO 2

S

P

WP

=

==

cos

5,0cos

1000

S

P

WP

=

==

cos

92,0cos

1000

APARELHO 1 : VAS 20005,0

1000==

APARELHO 2 : VAS 108792,0

1000==

CONCLUSO:

Verificamos que o equipamento 2 que possui o maior fator de potncia requer

apenas 1087 VA, enquanto que o equipamento 1 requer 2000 VA de potncia

aparente.

Um transformador dimensionado pela potncia aparente (S), e por a nota-se a

importncia da manuteno de um fator de potncia elevado em uma instalao.


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35

2. DEFINIES IMPORTANTES E NORMALIZAO

2.1. POTNCIA NOMINAL

Entende-se por potncia nominal de um transformador, o valor convencional de

potncia aparente. Serve de base ao projeto, aos ensaios e s garantias do

fabricante e determina o valor da corrente nominal que circula, sob tenso nominal,

nas condies especificadas na respectiva norma.

2.1.1. Transformadores Trifsicos

A potncia nominal de um transformador trifsico a potncia aparente definida pelaexpresso:

Potncia nominal =1000

3 nn

IU [kVA]

2.1.2. Transformadores Monofsicos

A potncia nominal de um transformador monofsico a potncia aparente definidapela expresso:

Potncia nominal =1000

nn IU [kVA]

2.1.3. Potncias Nominais Normalizadas

As potncias nominais em kVA, normalizadas pela ABNT (NBR 5440), dostransformadores de distribuio para instalao em postes e plataformas, so as

seguintes:

a) transformadores monofsicos para instalao em postes: 5, 10, 15, 25,

37.5, 50, 75 e 100 kVA;


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36

b) transformadores trifsicos para instalao em postes 15, 30, 45, 75, 112.5

e 150kVA;

c) transformadores trifsicos para instalao em plataformas: 225 e 300kVA.

As potncias nominais em kVA, normalizadas pela ABNT (NBR 12454 e NBR 9369),

para transformadores de potncia, so as seguintes: 225, 300, 500, 750,1000, 1500,

2000, 2500, 3000, 3750, 5000, 7500, 10000, 15000, 25000, 30000.

Quando de transformadores providos de um ou mais estgios de resfriamento

forado, entende-se como potncia nominal o ltimo estgio.

Recomenda-se a escolha de um destes valores, pois os fabricantes j possuemprojetos prontos para os mesmos, o que reduz os custos e o tempo de entrega dos

referidos transformadores.

Os transformadores com potncias superiores a 40MVA no so normalizados, e

dependem da solicitao do cliente.

2.2. TENSES

2.2.1. Definies

Tenso Nominal(Un): a tenso para a qual o enrolamento foi projetado.

Tenso a Vazio (Uo): a tenso entre os bornes do secundrio do transformador

energizado, porm sem carga.

Tenso sob Carga: (Uc): a tenso entre os bornes do secundrio do transformador,

estando o mesmo sob carga, correspondente a sua corrente nominal. Esta tenso

influenciada pelo fator de potncia (cos)

Regulao: a variao entre a tenso a vazio e sob carga e sob determinado fator

de potncia.


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37

Tenso Superior (TS): a tenso correspondente tenso mais alta em um

transformador. Pode ser tanto referida ao primrio ou secundrio, conforme o

transformador seja abaixador ou elevador.

Tenso Inferior (TI): a tenso correspondente tenso mais baixa em um

transformador. Pode ser tambm referida ao primrio ou secundrio, conforme o

transformador seja elevador ou abaixador.

Tenso de Curto-circuito (Ucc): Comumente chamada de impedncia, a tenso

expressa, usualmente, em porcentagem (referida a 75C) em relao a uma

determinada tenso, que deve ser ligada aos terminais de um enrolamento para

obter a corrente nominal no outro enrolamento, cujos terminais esto curto-circuitados.

A tenso de curto-circuito medida deve manter-se dentro de 7,5% de tolerncia,

em relao ao valor declarado pelo fabricante.

Nas Tabelas 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4 encontraremos os valores de impedncia (coluna 5)

para os transformadores que trata este manual.

Impedncia de Seqncia Zero (Z0): a impedncia, por fase e sob freqncia

nominal, entre os terminais de linha de um enrolamento polifsico em estrela ou zig-

zag, interligados e o terminal de neutro. Seu valor depende do tipo de ligao.

necessrio conhecer a impedncia de seqncia zero para o estudo de circuitos

polifsicos desequilibrados (curto-circuito) e somente levada em considerao em

transformadores delta-estrela (zig-zag) aterrado ou estrela-estrela (zig-zag)

duplamente aterrado.

2.2.2. Escolha da Tenso Nominal

2.2.2.1. Transformadores de distribuio


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38

TABELA 2.1 - TRANSFORMADORES SEM DERIVAESTenso [V]

Primrio Secundrio

Tenso

mxima do

equipamento

kVeficaz

Trifsico e

monofsico (FF)

Monofsico

(FN) Trifsico Monofsico

1513800

13200

7967

7621

24,223100

22000

13337

12702

36,234500

33000

19919

19053

380/220

ou

220/127

Dois terminais: 220 ou 127

Trs terminais: 440/220, 254/127,

240/120 ou 230/115

NOTA: FF = tenso entre fases

FN = tenso entre fase e neutro

TABELA 2.2 - DERIVAES E RELAES DE TENSES

Tenso [V]

Primrio SecundrioTenso mxima

do equipamento

kVeficaz

Derivao no Trifsico e

monofsico

(FF)

Monofsico

(FN)Trifsico Monofsico

1 2 3 4 5 6

15

1

2

3

13800

13200

12600

7967

7621

7275

24,2

1

2

3

23100

22000

20900

13337

12702

12067

36,2

1

2

3

34500

33000

31500

19919

19043

18187

380/220

ou

220/127

Dois

terminais: 220

ou 127

Trs

terminais:

440/220,254/

127, 240/120

ou 230/115

NOTA: FF = tenso entre f asesFN = tenso entre fase e neutro


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39

2.2.2.2. Transformador de distribuio a ser instalado no domnio de uma

concessionria.

A concessionria de energia eltrica possui norma prpria. As tenses sero,portanto, definidas pela mesma.

Exemplo:

CERJ:

AT: 13800 - 13200 - 12600 - 12000 - 11400 - 10800V

BT: 380/220V ou 220/127V

CEEE:

AT: 13800 - 13200 - 12600V ou

23100 - 22000 - 20900V

BT: 380/220V ou 220/127V

2.2.2.3. Transformador para uso industrial.

Em uma indstria poderemos ter trs ou at quatro nveis de tenso:

- Subestaes de entrada:

Primrio - 72,5kV e 138kV ;

Secundrio - 36,2kV - 24,2kV ou 13,8kV.

- Subestaes de distribuio:

Primrio - 36,2kV - 24,2kV ou 13,8kV;

Secundrio - 440/254V, 380/220V ou 220/127V.

Quando a potncia dos transformadores for superior a 3MVA no se recomenda

baixar a tenso diretamente para tenso de uso, pois os mesmos tornam-se muito

caros devido as altas correntes. Recomenda-se baixar para uma mdia tenso, ou


41/217


40

seja, 6,9kV, 4,16kV ou 2,4kV e, prximo aos centros de carga rebaixar novamente

para as tenses de uso.

Ainda um caso particular de nvel de tenso primria deve ser comentado. Existemalgumas regies onde o nvel de tenso de distribuio est sendo alterado. Neste

caso, a concessionria avisa o interessado, que a tenso atual passar a outro nvel

dentro de um determinado perodo de tempo; logo, o transformador a ser instalado

dever ser capaz de operar em duas tenses primrias, para evitar a necessidade

de aquisio de novo equipamento quando da alterao. Estes transformadores

especiais so chamados de religveis.

A escolha da tenso do secundrio depende de vrios fatores. Dentre elesdestacamos:

a) econmicos, a tenso de 380/220V requer sees menores dos

condutores para uma mesma potncia;

b) segurana, a tenso de 220/127V mais segura com relao a contatos

acidentais.

De uma forma geral, podemos dizer que para instalaes onde equipamentos comomotores, bombas, mquinas de solda e outras mquinas constituem a maioria da

carga, deve-se usar 380/220V e para instalaes de iluminao e fora de

residncias deve-se adotar 220/127V. Na NBR 5440 da ABNT encontramos a

padronizao das tenses primrias e secundrias.

2.3. DERIVAES

Para adequar a tenso primria do transformador tenso de alimentao, oenrolamento primrio, normalmente o de TS, dotado de derivaes (taps), que

podem ser escolhidos mediante a utilizao de um painel de ligaes ou comutador,

conforme projeto e tipo construtivo, instalados junto parte ativa, dentro do tanque.

Este aparato, na maioria dos transformadores de baixa potncia, deve ser

manobrado com o transformador desconectado da rede de alimentao.


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41

Em geral o valor da tenso primria, indicada pela concessionria constitui o valor

mdio entre aqueles que efetivamente sero fornecidos durante o exerccio.

2.3.1. Definies

Derivao principal: Derivao a qual referida a caracterstica nominal do

enrolamento, salvo indicao diferente derivao principal :

a) no caso de nmero mpar de derivaes, a derivao central;

b) no caso de nmero para de derivaes, aquela das duas derivaes

centrais que se acha associada ao maior nmero de espiras efetivas do

enrolamento;c) caso a derivao determinada segundo a ou b no seja de plena

potncia, a mais prxima derivao de plena potncia.

FIGURA 2.1


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42

Derivao superior:Derivao cujo fator de derivao maior do que 1.

Derivao inferior:Derivao cujo fator de derivao menor do que 1.

Degrau de derivao: Diferena entre os fatores de derivao, expressos em

percentagem, de duas derivaes adjacentes.

Faixa de derivaes: Faixa de derivao do fator de derivao, expresso em

percentagem e referido ao valor 100. A faixa de derivaes expressa como segue:

a) se houver derivaes superiores ou inferiores:

+ a %, - b % ou + a % (quando a = b);b) se houver somente derivaes superiores:

+ a %;

c) se houver somente derivaes inferiores:

- b %.

A Figura 2.1 a representao esquemtica de um enrolamento trifsico com trs

derivaes e a forma de suas conexes.

TABELA 2.3

Posies do comutador 1 2 3

Comutador conecta os pontos

10-7

11-8

12-9

7-13

8-14

9-15

13-4

14-5

15-6

Tenso em cada derivao UN+ a% UN UN- b%

Percentual de variao por degrau a b

TABELA 2.4

ClasseDerivao

Superior

Derivao

Principal

Derivao

Inferior

Degrau de

Derivao

15 13800 13200 12600 + 4,5

24,2 23100 22000 20900 + 5%

36,2 34500 33000 31500 + 4,5


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43

2.4. CORRENTES

2.4.1. Corrente Nominal

A corrente nominal (In) a corrente para a qual o enrolamento foi dimensionado, ecujo valor obtido dividindo-se, a potncia nominal do enrolamento pela sua tenso

nominal e pelo fator de fase aplicvel (1 para transformadores monofsicos e 3

para transformadores trifsicos).

2.4.2. Corrente de Excitao

A corrente de excitao ou a vazio (Io) a corrente de linha que surge quando em

um dos enrolamentos do transformador ligada a sua tenso nominal e freqncianominal, enquanto os terminais do outro enrolamento (secundrio) sem carga,

apresentam a tenso nominal.

A corrente de excitao varivel conforme o projeto e tamanho do transformador,

atingindo valores percentuais mais altos quanto menor for a potncia do mesmo.

A corrente de excitao, conforme Figura 2.2 apresenta as suas componentes ativa

e reativa, que se determinam pelas seguintes expresses:

FIGURA 2.2

0

0

sen

cos

II

II

oq

op

=

=


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44

sendo:

o

o

IV

P

=cos

A componente reativa originada pela magnetizao representa mais que 95% da

corrente total, de forma que uma igualdade de Iqcom loleva somente a um pequeno

erro.

Em transformadores trifsicos normais, Iono idntico nas trs fases, em virtude

do caminho mais longo no ferro, relativo s fases externas. Por isso Ioreferente a

fase central menor que das outras.

Devido ao fato acima, o valor de Iofornecido pelo fabricante, representa a mdia das

trs fases e expresso em porcentagem da corrente nominal.

2.4.3. Corrente de Curto-Circuito

Em um curto-circuito no transformador, preciso distinguir a corrente permanente

(valor efetivo) e a corrente de pico (valor de crista).

2.4.3.1. Corrente de curto-circuito permanente

Quando o transformador, alimentado no primrio pela sua tenso e freqncia

nominal e o secundrio estiver curto-circuitado nas trs fases, haver uma corrente

de curto-circuito permanente, que se calcula pela seguinte expresso:

100

(%)

)( =Z

N

CAccE

II

onde:

IN= corrente nominal

Ez= impedncia a 75oC (%)


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45

A intensidade e a durao mxima da corrente de curto, que deve suportar o

transformador, so normalizadas.

Se a Icccalculada for superior a 25 vezes a corrente nominal, o transformador deversuportar 3 segundos 25 vezes In. Porm, se a Icc calculada for inferior, o

equipamento dever suportar durante 2 segundos a mesma corrente do caso

anterior.

2.4.3.2. Corrente de curto-circuito de pico

Entende-se como corrente de curto-circuito de pico, o valor mximo instantneo da

onda de corrente, aps a ocorrncia do curto-circuito.

Esta corrente provoca esforos mecnicos elevados e necessrio que os

enrolamentos estejam muito bem ancorados por cuidadosa disposio de cabos e

amarraes para tornar o conjunto rgido.

Enquanto a corrente de pico afeta o transformador em sua estrutura mecnica, a

corrente permanente afeta de forma trmica.

Os esforos mecnicos advindos da corrente de curto so mais acentuados em

transformadores de ligao zig-zag, porque somente a metade de cada enrolamento

de fase percorrido pela corrente induzida de outra fase.

2.4.4. Corrente de Partida ou Inrush

o valor mximo da corrente de excitao (Io) no momento em que o transformador

conectado linha (energizado) ela depende das caractersticas construtivas domesmo.

A corrente de partida maior quanto maior for a induo usada no ncleo e maior

quanto menor for o transformador. O valor mximo varia em mdia de 4 a 20 vezes a

corrente nominal.


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46

O fabricante dever ser consultado para se saber o seu valor. Costuma-se admitir

seu tempo de durao em torno de 0,1s (aps a qual a mesma j desapareceu).

2.5. FREQNCIA NOMINAL

Freqncia nominal a freqncia da rede eltrica de alimentao para a qual o

transformador foi projetado.

No Brasil todas as redes apresentam a freqncia de 60Hz, de forma que os

equipamentos eltricos so projetados para esta mesma freqncia. Existem muitos

pases onde a freqncia nominal padro 50HZ, como Argentina, Uruguai,

Paraguai, etc.

2.6. NVEL DE ISOLAMENTO

O nvel de isolamento dos enrolamentos deve ser escolhido entre os valores

indicados na Tabela 2.5 (NBR 5356).

A escolha entre as tenso suportveis nominais, ligadas a dada tenso mxima do

equipamento da tabela acima, depende da severidade das condies de

sobretenso esperadas no sistema e da importncia da instalao.

Na NBR 6939, os valores escolhidos devem ser claramente indicados na

especificao ou solicitao de oferta.


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47

TABELA 2.5 - NVEIS DE ISOLAMENTO PARA TENSO MXIMA IGUAIS OU

INFERIOR A 242kV

Tenso mxima

do equipamentokV (eficaz)

Tenso suportvel nominal deimpulso atmosfrico

PlenokV (crista)

CortadokV (crista)

Tenso suportvel nominal freqncia

industral, durante 1 min. e tenso induzidakV (eficaz)

1

0,61,2

7,2

15

24,2

36,2

72,5

92,4

145

242

2

40

6095

110

125

150150170200350380

450450550650750850950

3

44

66105

121

138

165165187220385418

4954956057158259351045

4

410

20

34

50

70

140150

185185230275325360395

2.7. DESLOCAMENTO ANGULAR

Em transformadores trifsicos, os enrolamentos de cada fase so construdos

trazendo intrinsecamente o conceito de polaridade, isto , isolando-se eletricamente

cada uma das fases, podemos realizar o teste de polaridade do mesmo modo que

para os transformadores monofsicos. No entanto tal procedimento torna-se poucoprtico, alm do mais, no nos informa a maneira como esto interligados os

enrolamentos.


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48

Assim uma nova grandeza foi introduzida, o deslocamento angular que o ngulo

que define a posio recproca entre o tringulo das tenses concatenadas primrias

e o tringulo das tenses concatenadas secundrias e ser medido entre fases.

De uma maneira prtica: seja o transformador ligado na configurao mostrada na

Figura 2.3.

FIGURA 2.3

Traamos os diagramas vetoriais de tenso do transformador, Figura 2.4. Tomando

o fasor de AT como origem, determinamos o deslocamento angular atravs dos

ponteiros de um relgio cujo ponteiro grande (minutos) se acha parado em 12

coincide com o fasor da tenso entre o ponto neutro (real ou imaginrio) e um

terminal de linha do enrolamento de alta tenso e cujo ponteiro pequeno (horas)

coincide com o fasor da tenso entre o ponto neutro (real ou imaginrio e o terminal

de linha correspondente do enrolamento considerado.


50/217


49

H1

H3 H2

X1

X2

X3

FIGURA 2.4

Para os transformadores de que tratamos nesta especificao, o mais comum a

utilizao da ligao tringulo na alta tenso e estrela na baixa (designado por Dy).

Quando ao deslocamento angular, o normal de 30opara mais ou menos (avano

ou atraso), cujas designaes so Dy11 e Dy1.

As demais ligaes e deslocamentos angulares no requerem nenhum cuidado

especial e podem ser facilmente fornecidas.

A Tabela 2.6 mostra designao de ligaes de transformadores trifsicos de uso

generalizado, e o correspondente deslocamento angular.

Os diagramas de ligao pressupem igual sentido de bobinagem para todos os

enrolamentos.

A Figura 2.5 mostra o defasamento do exemplo, usando indicao horrio de

fasores, o deslocamento no caso Dy11, ou seja, - 30 .


51/217


50

TABELA 2.6 DESLOCAMENTO ANGULAR


52/217


51

.

FIGURA 2.5

2.8. IDENTIFICAO DOS TERMINAIS

Junto aos terminais (buchas) encontramos uma identificao, pintada, ou marcada

em baixo relevo na chapa do tanque, constituda de uma letra e um algarismo. As

letras podero ser duas, H ou X. Os terminais marcados em H so os de alta tenso

e os marcados com X so de baixa tenso. Os algarismos podero ser 0, 1, 2 e 3

correspondendo, respectivamente, ao terminal de neutro e ao das fases, 1, 2 e 3.

Portanto, as combinaes possveis so H0, H1, H2, H3 e X0, X1, X2 X3.

A disposio dos terminais no tanque normalizada, de tal forma, que se olharmos o

transformador pelo lado de baixa tenso, encontraremos mais a esquerda um

terminal X acompanhado de menor algarismo daqueles que identificam este

enrolamento (por exemplo: X0 ou X1). Consequentemente, ao olharmos o

transformador pelo lado da alta tenso, encontraremos o terminal H1 mais a direita.

Para uma melhor compreenso, observe as Figuras 2.6 a 2.10. Nestas figuras

encontramos tambm o esquema de ligao dos transformadores rede de

alimentao e carga.

Na Figura 2.11 encontramos a ttulo de ilustrao, transformadores monofsicos

ligados em banco, de modo a formar um equivalente trifsico. Este tipo de ligao

apresenta a vantagem da manuteno e operao, quando danificar uma fase, basta


53/217


52

trocar um dos transformadores por um de reserva, com menor tempo de parada,

caso existir o de reserva disposio. Porm, a desvantagem est no capital inicial

empregado em 3 ou 4 transformadores monofsicos ao invs de 2 transformadores

trifsicos de potncia equivalente a custo menor.

FIGURA 2.6 TRANSFORMADOR MONOFSICO FN(1 BUCHA DE AT E 2 BUCHAS DE BT)

FIGURA 2.7 TRANSFORMADOR MONOFSICO FN

(1 BUCHA DE AT E 3 BUCHAS DE BT)


54/217


53

FIGURA 2.8 TRANSFORMADOR MONOFSICO FF

(2 BUCHAS DE AT E 2 BUCHAS DE BT)

FIGURA 2.9 TRANSFORMADOR MONOFSICO FF



55/217


54

FIGURA 2.10 TRANSFORMADOR TRIFSICO FF


FIGURA 2.11 TRANSFORMADORES MONOFSICOS LIGADOS EM BANCO

TRIFSICO Dyn


56/217


55

3. CARACTERSTICAS DE DESEMPENHO

3.1. PERDAS

Em condies normais de funcionamento e altitude de instalao at 1000m,

considerado que a temperatura ambiente no ultrapasse os 40oC a mdia diria no

seja superior aos 30oC. Para estas condies, os limites de elevao de temperatura

previstos em normas so:

- mdia dos enrolamentos: 55oC;

- do ponto mais quente dos enrolamentos: 65oC;

- do leo (prximo superfcie): 50o

C (selados), 55o

C (com conservador).

3.1.1. Perdas no Material dos Enrolamentos (Perdas em Carga ou Perdas no Cobre)

a) perdas na resistncia hmica dos enrolamentos: so perdas que surgem

pela passagem de uma corrente (I) por um condutor de determinada

resistncia (R); estas perdas so representadas pela expresso I2R e

dependem da carga aplicada ao transformador;

b) perdas parasitas no condutor dos enrolamentos: so perdas produzidas

pelas correntes parasitas induzidas, nos condutores das bobinas, pelo

fluxo de disperso; so perdas que dependem da corrente (carga), do

carregamento eltrico e da geometria dos condutores das bobinas;

c) perdas parasitas nas ferragens da parte ativa e tanque.

3.1.2. Perdas no Ferro do Ncleo Magntico (Perdas em Vazio)

a) perdas por histerese: so perdas provocadas pela propriedade das

substncias ferromagnticas de apresentarem um atraso entre a induo

magntica (B) e o campo magntico (H); o fenmeno da histerese

anlogo ao da inrcia mecnica;


57/217


56

b) perdas por correntes parasitas: assim como no caso das perdas parasitas

no material condutor dos enrolamentos, o fluxo indutor varivel induz no

ferro foras eletromotrizes que por sua vez faro circular as correntes

parasitas em circuitos eltricos fechados; estas so proporcionais aoquadrado da induo.

Como vimos, as perdas se apresentam principalmente no ncleo e nos

enrolamentos, e so expressas em watts.

Existem perdas originrias de induo nas ferragens e no tanque; e outras de

origens aleatrias nem sempre de perfeita definio, que porm comparadas as

descritas nos itens 3.1.1 e 3.1.2 deste captulo, podem ser desprezadas. Quando darealizao de ensaio para determinao das perdas, estas aleatrias so detectadas

juntamente com as principais.

Alm da elevao de temperatura, a ABNT tambm estabelece as perdas mximas

para transformadores de distribuio imersos em leo, em funo da potncia, do

nmero de fases e da tenso do primrio.

Reproduzimos a seguir as tabelas da ABNT encontradas na NBR 5440, onde constao valor das perdas acima descritas.


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57

TABELA 3.1 - VALORES GARANTIDOS DE PERDAS, CORRENTES DE

EXCITAO E TENSES E CURTO-CIRCUITO EM TRANSFORMADORES

TRIFSICOS DE TENSO MXIMA DO EQUIPAMENTO DE 15kV

Potncia[kVA]

Corrente de excitaomxima [%]

Perdas em vaziomxima [W]

Perdas totaismxima [ W]

Tenso de curto-circuito a 75oC [%]

1 2 3 4 5

15

30

45

75

112.5150

4,8

4,1

3,7

3,1

2,82,6

100

170

220

330

440540

440

740

1000

1470

19902450

3,5

225

300

2,3

2,2

765

950

3465

4310

4,5


EXCITAO E TENSES DE CURTO-CIRCUITO EM TRANSFORMADORES

TRIFSICOS DE TENSES MXIMAS DO EQUIPAMENTO DE 24,2kV E 36,2kV

Potncia

[kVA]

Corrente de excitao

mxima [%]

Perdas em vazio

mxima [W]

Perdas totais

mxima [W]

Tenso de curto-

circuito a 75oC [%]

1 2 3 4 5

15

30

45

75

112,5

150

5,7

4,8

4,3

3,6

3,2

3,0

110

180

250

360

490

610

500

825

1120

1635

2215

2755

4,0

225

300

2,7

2,5

820

1020

3730

46205,0


59/217


58



MONOFSICOS COM TENSO MXIMA DE 15kV

Potncia

[kVA]

Corrente de excitao

mxima [%]

Perdas em vazio

mxima [W]

Perdas totais

mxima [W]

Tenso curto-

circuito a 75oC [%]

1 2 3 4 5

3

5

10

15

25

37,5

50

75

100

4,9

4,0

3,3

3,0

2,7

2,4

2,2

2,0

1,9

40

50

60

85

120

160

190

230

280

115

160

260

355

520

700

830

1160

1500

2,5



MONOFSICOS COM TENSES MXIMAS DE 24,2kV E 36,2kV

Potncia

(kVA)

Corrente de excitao

mxima [%]

Perdas em

vazio

mxima [W]

Perdas totais

mxima [W]

Tenso curto-

circuito a 75oC [%]

1 2 3 4 5

3

5

10

15

25

37,5

50

75

100

5,7

4,8

4,0

3,6

3,1

2,9

2,7

2,1

1,5

40

50

70

90

130

170

220

250

300

115

170

285

395

580

775

975

1260

1550

2,5

(para 24,2kV)

3,0

(para 36,2kV)


60/217


59

3.2. RENDIMENTO

Relao, geralmente expressa em porcentagem, entre a potncia ativa fornecida e

a potncia ativa recebida por um transformador. Esta a definio dada ao

rendimento pela norma NBR 5356. dada pela expresso

100+

=tPP

P [%]

onde:

= rendimento do transformador em %

Pt = perdas totais, em kWP = potncia fornecida pelo transformador em kW.

O rendimento de determinado transformador no fixo ao longo do seu ciclo de

operao, pois depende do fator de potncia e da relao entre a potncia fornecida

e a potncia nominal.

Esta ltima relao conhecida como fator de carga. Usa-se ento, para o clculo

do rendimento:

100cos

12

2

+++

=PcbPSb

PcbP

on

o [%]

onde:

b = fator de carga =nP

P

Sn= potncia nominal em kVA.Po= perdas no ferro do ncleo magntico em kW.

Pc= perdas no material dos enrolamentos em kW (perdas de carga)

cos = fator de potncia da carga

O rendimento mximo de um transformador ocorre quando as perdas no material


61/217


60

dos enrolamentos e as perdas no ferro forem iguais.

Se quisermos saber qual a carga que deve ser aplicada a um transformador para

que este opere com rendimento mximo, devemos fazer:

n

o

SbS

e

Pc

Pb

=

=

TABELA 3.5

Transformadores trifsicos Rendimentos

Potncia [kVA] 15 30 45 75 112.5 150 225 300 500

15kV 97,02 97,49 97,74 98,00 98,19 98,32 98,42 98,52 98,32

24,2kV 96,64 97,21 97,48 97,78 97,99 98,12 98,30 98,42 97,80

36,2kV 96,64 97,21 97,48 97,78 97,99 98,12 98,30 98,42 97,30

Transformadores monofsicos Rendimentos

Potncia [kVA] 5 10 15 25 37.5 50 75 100

15kV 96,15 97,37 97,59 97,88 98,09 98,30 98.42 98,47

24,2kV 96,52 97,08 97,33 97,65 97,88 98,01 98,29 98,42

36,2kV 96,52 97,08 97,33 97,65 97,88 98,01 98,29 98.42

3.3. REGULAO

Na linguagem prtica a queda de tenso industrial V, referida corrente de plena

carga, chamada de regulao, sendo expressa em porcentagem da tenso

secundria nominal e dada pela expresso:

++=

2

200sencossencos% EEEEaR RXxR

sendo:

a = fator de carga

ER= componente resistiva da impedncia em %

Ex= componente reativa da impedncia em %


62/217


61

cos = fator de potncia da carga do transformador

2cos1sen =

Exemplo: Clculo de rendimento e regulao, com os seguintes dados: Potncianominal = 300kVA; Perda a vazio = 1120W; Perda total = 4480; Impedncia = 4,5%

TABELA 3.6

Cos Carga % Rend % Regul %

0,8

0,8

0,8

0,8

25

50

75

100

97,83

98,39

98,35

98,16

0,8876

1,775

2,662

3,550

0,9

0,9

0,9

0,9

25

50

75

100

98,06

98,56

98,53

98,36

0,7416

1,483

2,225

2,966

1,0

1,0

1,0

1,0

25

50

75

100

98,25

98,71

98,67

98,52

0,3037

0,6074

0,9112

1,214

3.4. CAPACIDADE DE SOBRECARGA

Como dissemos anteriormente, a elevao de temperatura que limita a potncia a

ser fornecida por um transformador. O aquecimento em excesso, contribui para o

envelhecimento precoce do isolamento, diminuindo a vida til do transformador que

teoricamente de 65.000 horas de operao contnua com o ponto mais quente do

enrolamento a 105oC.

A temperatura ambiente um fator importante na determinao da capacidade de

carga dos transformadores, uma vez que a elevao de temperatura para qualquer

carga, deve ser acrescida a temperatura ambiente para se determinar a temperatura

de operao.


63/217


62

Os transformadores normalmente operam num ciclo de carga que se repete a cada

24 horas. Este ciclo de carga, pode ser constante, ou pode ter um ou mais picos

durante o perodo.

Para se usar as recomendaes de carregamento da NBR 5416/97, mostradas nas

tabelas 3.7, 3.8, 3.9 e 3.10, o ciclo de carga real precisa ser convertido para um ciclo

de carga retangular simples, mas termicamente equivalente. A carga permissvel,

obtida das tabelas acima citadas, so funes da carga inicial, da ponta de carga e

da sua durao. Cada combinao de cargas nas tabelas deve ser considerada

como um ciclo retangular de carga, constitudo de uma carga inicial, essencialmente

constante de 50, 70, 90 ou 100% da capacidade nominal, seguida de uma ponta de

carga retangular de grandeza e durao dadas.

No h um critrio nico para a avaliao do fim da vida do transformador.

Entretanto possvel fazer-se um avaliao da velocidade do envelhecimento

adicional a que est sendo submetido o equipamento, comparando a perda de vida

com uma taxa de perda de vida mdia de referncia.

Calcula-se a perda de vida, ao longo de um perodo de tempo t (horas), em que a

temperatura do ponto mais quente do enrolamento (e) permanece constante, pelaequao:

tPVA

B

e =

+

+

10010% 273

onde:

A igual a 14,133 (transformador de 55 oC)

A igual a 13,391 (transformador de 65

o

C)B igual a 6972,15

PV a perda de vida

t o intervalo de tempo genrico

e a de temperatura do ponto mais quente do enrolamento


64/217


63

Normalmente, os transformadores devem operar, segundo ciclos de carga que no

propiciem perdas de vida adicionais, mas nos casos extremos de operao, onde

esta perda de vida se torna necessria, deve-se impor um valor mximo de perda de

vida adicional.

A Tabela 3.8 mostra a carga admissvel, aps um carregamento contnuo de 70%,

com temperatura ambiente a 30oC, de 133% durante uma hora, sem que sejam

ultrapassados os valores-limite de temperatura prescritos na norma NBR 5416.

Deve-se evitar operar o transformador com temperaturas do ponto mais quente do

enrolamento superiores a 140oC, devido a provvel formao de gases na isolao

slida e no leo, que poderiam representar um risco para a integridade da rigidezdieltrica do equipamento.

Nesta norma, tambm so admitidas cargas programadas de at 1,5 vezes a

corrente nominal, para as quais, segundo a NBR 5416, no devem existir quaisquer

outras limitaes alm das capacidades trmicas dos enrolamentos e do sistema de

refrigerao.


65/217


64

TABELA 3.7 - CARREGAMENTO DE TRANSFORMADORES DE 55OC ONAN

CARGA INICIAL = 50%DP (h) Ta (oC) CP(%) TO(oC) TE(oC) OBS.

10 150 36 84

15 150 41 89

20 150 46 94

25 150 51 99

30 144 56 104

35 150 61 105

0,5

40 135 65 105

10 150 44 92

15 150 49 97

20 150 54 102

25 148 58 105

30 141 62 105

35 133 65 105

1,0

40 126 69 105

10 150 56 10415 146 59 105

20 140 62 105

25 134 65 105

30 128 68 105

35 121 71 105

2,0

40 115 74 105

10 139 63 105

15 133 65 105

20 128 68 105

25 123 70 105

30 118 73 105

35 112 75 105

4,0

40 106 78 10510 131 66 105

15 127 69 105

20 122 71 105

25 117 73 105

30 112 75 105

35 107 77 105

8,0

40 101 79 105

10 129 67 104 X

15 125 69 105 X

20 120 71 105 X

25 115 73 105 X

30 110 76 105 X

35 105 78 105 X

24,0

40 100 80 105 X

NOTAS

1 DP a durao do tempo de ponta de carga;

Ta a temperatura ambiente;

CP a carga durante o tempo de ponta;

TO a temperatura do topo do leo;

TE a temperatura do pont o mais quente do enrolamento.

2 Os carregamentos assinalados com X provocam envelhecimento acelerado do papel isolante.


66/217


65

TABELA 3.8 - CARREGAMENTO DE TRANSFORMADORES DE 55OC - ONAN -


10 150 43 90

15 150 48 95

20 150 53 100

25 150 58 105

30 142 62 105

35 133 66 105

0,5

40 124 70 105

10 150 49 97

15 150 54 102

20 148 59 105

25 140 62 105

30 133 66 105

35 125 69 105

1,0

40 117 73 105

10 148 59 10515 142 61 105

20 136 64 105

25 130 67 105

30 123 70 105

35 117 73 105

2,0

40 110 76 105

10 137 64 105

15 132 66 105

20 127 69 105

25 121 71 105

30 116 74 105

35 110 76 105

4,0

40 104 78 10510 131 66 105

15 126 68 105

20 121 71 104

25 117 73 105

30 111 75 105

35 106 77 105

8,0

40 101 80 105

10 129 67 104 X

15 125 69 105 X

20 120 71 105 X

25 115 73 105 X

30 110 76 105 X

35 105 78 105 X

24,0

40 100 80 105 X

NOTAS








67/217


66



10 150 50 98

15 150 55 103

20 145 60 105

25 137 64 105

30 128 68 105

35 119 72 105

0,5

40 109 76 105 X

10 150 56 103

15 145 59 105

20 138 63 105

25 131 67 105

30 123 70 105

35 115 74 105

1,0

40 107 78 105 X

10 143 61 10515 137 64 105

20 130 67 105

25 124 70 105

30 118 73 105

35 111 76 105

2,0

40 104 79 105 X

10 135 65 105

15 130 67 105

20 124 69 105

25 119 72 105

30 113 74 105

35 108 77 105 X

4,0

40 102 80 105 X10 131 67 105

15 126 69 105

20 121 71 105

25 116 73 105

30 111 75 105 X

35 106 78 105 X

8,0

40 100 80 105 X

10 129 67 104 X

15 125 69 105 X

20 120 71 105 X

25 115 73 105 X

30 110 76 105 X

35 105 78 105 X

24,0

40 100 80 105 X

NOTAS


Ta a temperatur a ambiente;






68/217


67



10 150 55 102

15 146 59 105

20 138 63 105

25 129 68 105

30 120 72 105 X

35 111 76 105 X

0,5

40 101 80 105 X

10 147 59 105

15 140 62 105

20 133 66 105

25 125 69 105

30 117 73 105 X

35 109 76 105 X

1,0

40 100 80 105 X

10 140 63 10515 134 66 105

20 127 68 105

25 121 71 105

30 114 74 105 X

35 107 77 105 X

2,0

40 100 80 105 X

10 134 66 105

15 128 68 105

20 123 70 105

25 118 73 105

30 112 75 105 X

35 106 78 105 X

4,0

40 100 80 105 X10 130 67 105

15 126 69 105

20 121 71 105 X

25 116 74 105 X

30 111 76 105 X

35 105 78 105 X

8,0

40 100 80 105 X

10 129 67 105 X

15 125 69 104 X

20 120 71 105 X

25 115 73 105 X

30 110 76 105 X

35 105 78 105 X

24,0

40 100 80 105 X

NOTAS








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4. CARACTERSTICAS DA INSTALAO

4.1. OPERAO EM CONDIES NORMAIS E ESPECIAIS DE

FUNCIONAMENTO.

As condies normais de posicionamento, nos quais o transformador deve satisfazer

as prescries da norma NBR 5356, so as seguintes:

a) para transformadores resfriados a ar, temperatura do ar de resfriamento

(temperatura ambiente) no superior a 40oC e temperatura mdia, em

qualquer perodo de 24 horas, no superior a 30oC;

b) para transformadores resfriados a gua, temperatura da gua de

resfriamento (temperatura ambiente para transformadores) no superior a

30oC e temperatura mdia, em qualquer perodo de 24 horas, no

superior a 25oC;

c) altitude no superior a 1000m;

d) tenso de alimentao aproximadamente senoidal e tenso de fase, quealimentam um transformador polifsico, aproximadamente iguais em

mdulo e defasagem;

e) corrente de carga aproximadamente senoidal e fator harmnico no

superior a 0,05pu;

f) fluxo de Potncia, os transformadores identificados como transformadores

(ou autotransformadores) interligados de sistemas devem ser projetados

para funcionamento como abaixadores, ou elevadores (usinas), conforme

for especificado pelo comprador.


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4.2. Condies Normais de Transporte e Instalao.

O transporte e a instalao devem estar de acordo com NBR 7036 ou a NBR 7037, a

que for aplicvel.

So consideradas condies especiais de funcionamento, transporte e instalao, os

que podem exigir construo especial e/ou reviso de alguns valores normais e ou

cuidados especiais no transporte, instalao e funcionamento do transformador, e

que devem ser levadas ao conhecimento do fabricante.

Constituem exemplos de condies especiais:

a) instalao em altitudes superiores a 1000m;

b) instalaes em locais em que as temperaturas do meio de resfriamento

estejam fora dos limites estabelecidos em 4.1.1;

c) exposio a umidade excessiva, atmosfera salina, gases ou fumaas

prejudiciais;

d) exposio a ps prejudiciais.;

e) exposio a materiais explosivos na forma de gases ou ps;

f) sujeio a vibraes anormais, choque ou condies ssmicas;

g) sujeio a condies precrias de transporte, instalao ou

armazenagem;

h) limitaes de espao na sua instalao;

i) dificuldades de manuteno;


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j) funcionamento em regime ou freqncia no usuais ou com tenses

apreciavelmente diferentes das senoidais ou assimtricas;

k) cargas que estabelecem harmnicas de corrente anormais, tais como osque resultam de apreciveis correntes de carga controladas por

dispositivos em estado slido ou similares;

l) condies de carregamento especificados (potncias e fatores de

potncia) associadas a transformadores ou autotransformadores de mais

de dois enrolamentos;

m) exigncia de nveis de rudo e ou radiointerferncia, diferentes dasespecificadas na norma NBR 5356;

n) exigncia de isolamento diferente das especificadas na norma NBR 5356;

o) condies de tenso anormais, incluindo sobretenses transitrias,

ressonncia, sobretenses de manobra, etc., que possam requerer

consideraes especiais no projeto da isolao;

p) campos magnticos anormalmente fortes;

q) transformadores de grande porte com barramentos blindados de fases

isoladas de altas correntes que possam requerer condies especiais do

projeto;

r) ne

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