SEMANA DA ENGENHARIA INTRODUÇÃO À MANUTENÇÃO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS. Antonio Tadeu Lyrio de Almeida Marcelo Eduardo de Carvalho Paulino

Transcrição

1 INTRODUÇÃO À MANUTENÇÃO DE MÁQUINAS Antonio Tadeu Lyrio de Almeida Marcelo Eduardo de Carvalho Paulino - Março de

2 Índice CAPÍTULO 1: ASPECTOS SOBRE A MANUTENÇÃO DE MÁQUINAS 1 F. NIETZSCHE 1 RESUMO INTRODUÇÃO ATIVIDADES CLÁSSICAS DE MANUTENÇÃO MANUTENÇÃO CORRETIVA MANUTENÇÃO PREVENTIVA MANUTENÇÃO PREDITIVA MANUTENÇÃO SISTEMÁTICA OUTRAS ATIVIDADES DE MANUTENÇÃO ATIVIDADES DE INSPEÇÃO ATIVIDADES DE RECEPÇÃO COMISSIONAMENTO CONSERVAÇÃO DE ENERGIA TERMINOLOGIA USUAL 3 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 4 CAPÍTULO 2: PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE TRANSFORMADORES 4 STEVE TOBS 4 RESUMO INTRODUÇAO PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DOS TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS AUTOTRANSFORMADORES TRANSFORMADORES DE TRÊS ENROLAMENTOS TRANSFORMADORES DE CORRENTES TRANSFORMADORES DE POTENCIAL (TP) 9 CAPÍTULO 3: PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS 10 CONFÚCIO 10 RESUMO INTRODUÇÃO NATUREZA E FORMAÇÃO DOS CAMPOS GIRANTES VELOCIDADE SÍNCRONA COMPONENTES MECÂNICOS PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO ESCORREGAMENTO RELAÇÕES ENTRE OS SINAIS DO ROTOR 14 Índice

3 Índice CIRCUITO ELÉTRICO EQUIVALENTE CONJUGADO EM FUNÇÃO DA TENSÃO ESCORREGAMENTO CARACTERÍSTICAS M X N CATEGORIAS PARTES COMPONENTES 16 CAPÍTULO 4: CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS E ACESSÓRIOS DE TRANSFORMADORES 17 VOLTAIRE 17 RESUMO INTRODUÇÃO NÚCLEO ENROLAMENTOS GENERALIDADES ENROLAMENTO HELICOIDAL ENROLAMENTOS DISCOIDAIS (PANQUECA) ENROLAMENTOS EM CAMADAS DISPOSITIVOS DE PRENSAGEM E CALÇOS ISOLAMENTO TAP S OU DERIVAÇÕES BUCHAS GENERALIDADES BUCHAS A ÓLEO BUCHAS CONDENSIVAS TANQUE RELÉ BUCHHOLZ (TRAFOSCÓPIO) CONSIDERAÇÕES GERAIS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMENTO OBSERVAÇÕES IMPORTANTES DEFEITOS MAIS IMPORTANTES QUE PODEM SER CAPTADOS PELO RELÉ BUCHHOLZ TESTE EM RELÉS BUCHHOLZ INDICADOR DE NÍVEL DE ÓLEO CONSIDERAÇÕES GERAIS CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS CUIDADOS NO RECEBIMENTO MANUTENÇÃO TERMÔMETRO INDICADOR DE TEMPERATURA DO ÓLEO (TIPO FLUÍDO EM TUBO CAPILAR) CONSIDERAÇÕES GERAIS TERMÔMETRO DO ENROLAMENTO RTD - REGISTRADOR DE TEMPERATURA À DISTÂNCIA SECADOR DE AR DE SÍLICA - GEL TUBO DE EXPLOSÃO VÁLVULA DE ALÍVIO DE PRESSÃO DE FECHAMENTO AUTOMÁTICO 31 Índice

4 Índice RELE DE SÚBITA PRESSÃO OUTROS ACESSÓRIOS RELÉ DETETOR DE GÁS RELÉ DE FALHA DE PRESSÃO TIPO J DISPOSITIVOS DIVERSOS 33 CAPÍTULO 5: ANORMALIDADES EM TRANSFORMADORES 35 STEVE TOBS 35 RESUMO INTRODUÇÃO ESTATÍSTICA DE DEFEITOS ANALISE DE ANORMALIDADES TABELA PARA CONSULTA RÁPIDA DE DEFEITOS, SUAS CAUSAS E SOLUÇÕES 37 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 40 CAPÍTULO 6: MANUTENÇÃO PREVENTIVA DE TRANSFORMADORES 41 DITADO POPULAR 41 RESUMO INTRODUÇÃO COMENTÁRIOS SOBRE OS QUESITOS A AVALIAR DURANTE A MANUTENÇÃO PREVENTIVA DE TRANSFORMADORES PROCEDIMENTOS PARA AS INSPEÇÕES PROGRAMA GERAL DE MANUTENÇÃO PREVENTIVA 46 TABELA 7 PROGRAMA GERAL PARA MANUTENÇÃO PREVENTIVA SEMESTRAL [1] 48 TABELA 8 PROGRAMA GERAL PARA MANUTENÇÃO PREVENTIVA ANUAL [ 1 ] 48 TABELA 9 PROGRAMA GERAL PARA MANUTENÇÃO PREVENTIVA BIENAL [ 1 ] 48 TABELA 10 PROGRAMA GERAL PARA MANUTENÇÃO PREVENTIVA TRIENAL [ 1 ] TESTES E ENSAIOS APLICÁVEIS MANUTENÇÃO DE TRANSFORMADORES ENSAIOS REALIZÁVEIS NO CAMPO (TESTES) PERIODICIDADE DOS ENSAIOS ADEQUAÇÃO DAS EQUIPES DE MANUTENÇÃO CONSIDERAÇÕES FINAIS 50 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 50 CAPÍTULO 7 ANORMALIDADES EM MOTORES DE INDUÇÃO TRIFASICOS 51 SAMUEL BECKETT 51 RESUMO INTRODUÇÃO ESTATÍSTICA DE DEFEITOS RESUMO DE DEFEITOS EM MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS L. L. - TEMPERATURA EXCESSIVA, DEVIDO A: 53 Índice

5 Índice TEMPERATURA EXCESSIVA LOCALIZADAS EM: ROTOR (TIPO GAIOLA E BOBINADO) VELOCIDADE MUITO BAIXA (ESQUENTAMENTO MUITO) DEVIDO A: FAISCAMENTO NOS ANÉIS COLETORES(ROTOR BOBINADO) DEVIDO A: MANCAIS QUEBRA DO EIXO JUNTO AO MANCAL DEVIDO A: ESQUENTANDO MUITO, DEVIDO A: DESEMPENHO ANORMAL MOTOR NÃO CONSEGUE PARTIR, DEVIDO A: MOTOR PARTE FAZENDO MUITO BARULHO, DEVIDO A: CORRENTES ELEVADAS PORÉM EQUILIBRADAS DEVIDO A: ANÁLISE DE ALGUMAS ANORMALIDADES CURTO ENTRE ESPIRAS ENROLAMENTOS COM FASES QUEIMADAS DANOS CAUSADOS AO ROTOR DANOS EM ROTORES BOBINADOS CURTOS ENTRE ESPIRAS EM MOTORES COM ROTOR BOBINADO DANOS AOS MANCAIS FRATURA DO EIXO TRANSMISSÕES POR CORREIAS EM "V" DESIGUAIS DANOS DE CORRENTES DE PEÇAS DE TRANSMISSÃO MAL AJUSTADAS OU DE ALINHAMENTO DEFICIENTE DOS MOTORES CONSIDERAÇÕES FINAIS 55 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 55 CAPÍTULO 8: MANUTENÇÃO PREVENTIVA DE MOTORES DE INDUÇÃO TRÍFASICOS 56 ALBERT EINSTEIN 56 RESUMO INTRODUÇÃO LIMPEZA LUBRIFICAÇÃO CONSIDERAÇÕES GERAIS VALIDADE DAS GRAXAS QUANTIDADE E INTERVALOS DE LUBRIFICAÇÃO PROCEDIMENTOS PARA A LUBRIFICAÇÃO PLANO DE MANUTENÇÃO 58 Índice

6 Parte I Conceitos Gerais e Definições CAPÍTULO 1: ASPECTOS SOBRE A MANUTENÇÃO DE MÁQUINAS Não vale a pena viver discutindo sobre tudo; faz parte da condição humana errar de vez em quando F. Nietzsche RESUMO O objetivo deste texto é o de apresentar os vários aspectos relacionados com a manutenção de máquinas elétricas. Além disto, são fornecidos e analisados diversos termos do jargão técnico empregados no setor. com valores normalizados ou resultante de fruto de acordo entre fabricante e compradores. Pelo exposto, verifica-se a importância do conhecimento e emprego de metodologia práticas adequadas que forneçam subsídios técnicos para preparação, execução e análise de testes e ensaios nas máquinas analisadas INTRODUÇÃO A atual escassez de recursos, bem como o envelhecimento das plantas industriais, leva à procura de processos mais eficientes, confiáveis e que diminuam o custo do produto final, tornando-o mais competitivo; pela produtividade e qualidade. Neste sentido, a manutenção assume grande importância já que deve-se inspecionar, comissionar, verificar indisponibilidades e causas de ocorrências visando evitar o seu agravamento ou repetição e acompanhar o desempenho dos equipamentos durante sua vida útil, entre outros fatores. Note-se que a manutenção é a ação de reparar ou executar serviços nos equipamentos e sistemas. Em função destes aspectos, verifica-se que o sentido do termo manutenção é muito mais amplo que o clássico na atualidade (ou seja, a adoção de atitudes visando corrigir falhas ou defeitos). A necessidade de inspeção e manutenção dos transformadores depende do grau de importância de seu serviço contínuo, localização no sistema, local de instalação e outros fatores; sendo assim ao se elaborar um plano para tal, ele variará conforme a continuidade de serviço que exige do equipamento. Por outro lado, as características de transformadores ou motores novos ou reformados devem ser avaliadas para que possam ser comparadas 2.0 ATIVIDADES CLÁSSICAS DE MANUTENÇÃO O termo manutenção pode ser definido como a ação de reparar ou executar serviços nos equipamentos e sistemas. Desta forma, pode-se classificar as suas atividades de uma maneira clássica, ou seja, em manutenção corretiva, preventiva, preditiva e sistemática. Naturalmente, ao se elaborar um plano para estas atividades, ele variará conforme a continuidade de serviço que se exige do equipamento. 2.1 Manutenção Corretiva A manutenção corretiva é a forma mais primária de manutenção e é a realizada após a ocorrência de um defeito qualquer, a qual, em geral, tornam indisponível o equipamento. Naturalmente, isto implica em desligamentos fora de previsão, em momentos pouco adequados e levando, por vezes, a prejuízos consideráveis. 2.2 Manutenção Preventiva Por outro lado, a manutenção preventiva é o conjunto de atividades desenvolvidas visando evitar a ocorrência de condições insatisfatórias, ou, se Capítulo 1: Aspectos sobre a Manutenção de Máquinas Elétricas - 1

7 Parte I Conceitos Gerais e Definições ocorrerem, evitar que se tornem cumulativas, resultando em redução da necessidade de se adotarem ações corretivas. Um plano de manutenção preventiva deve conter um conjunto de medições tecnicamente adequadas, as quais devem ser selecionadas entre uma grande variedade de alternativas, sendo necessário que se associe confiabilidade e custo com um programa de atividades compatíveis. Medições sofisticadas nem sempre propiciam resultados mais efetivos que os obtidos com testes rotineiros, porém, seus custos, tempo despendido e pesquisa para implementação são sempre maiores. Neste caso, a relação custo/benefício poderá ser muito alta. Inclusive, tais medições não devem ser tão complexas que os resultados sejam de difícil análise e compreensão. Naturalmente, as medidas preventivas são endereçadas para as causas mais comuns de faltas dos geradores de uma certa instalação Neste contexto, torna-se importante o conhecimento de estatísticas de falhas/defeitos e, em especial, suas causas. Para cada uma destas condições, as atividades selecionadas podem ser divididas em três tipos a saber: a) Monitoramento contínuo; b) Medições periódicas; c) Técnicas preditivas. Os resultados obtidos com estas atividades, caso sejam determinadas condições insatisfatórias, devem ser cuidadosamente analisados para verificar em qual instante a manutenção corretiva deve ser aplicada. 2.3 Manutenção Preditiva Como visto, a manutenção preditiva pode ser encarada como uma sub-área da preventiva, no entanto apresenta algumas características específicas, a saber: 3.0 OUTRAS ATIVIDADES DE MANUTENÇÃO Na atualidade, verifica-se que o sentido do termo manutenção é muito mais amplo que o clássico, ou seja, a adoção de atitudes visando corrigir falhas ou defeitos. É necessário inspecionar, comissionar, receber e acompanhar o desempenho dos equipamentos durante sua vida útil, além de verificar as indisponibilidades e causas de ocorrências visando evitar o seu agravamento ou repetição, entre outros fatores Estas atividades se relacionam diretamente com o conceito de manutenção, porém não estão inclusas nas definições clássicas. 3.1 Atividades de Inspeção Inspecionar equipamentos de uma instalação em operação com uma determinada periodicidade é um dos quesitos da manutenção preventiva. Observe-se, entretanto, que, muitas vezes, os equipamentos comprados são ensaiados na fábrica. Naturalmente, dependendo do seu grau de importância e custo, é conveniente que o comprador verifique através de uma inspeção se o fabricante atende as normas e dispositivos contratuais. Além disto, com a crescente terceirização de serviços, é necessário que o contratante inspecione as atividades desenvolvidas pelas contratadas, de forma a assegurar o padrão mínimo de exigências estabelecido em contrato. Os executantes destas atividades são genericamente chamados de inspetores e, como se nota pelas funções que desempenham, devem possuir capacitação técnica adequada. O perfil desejável é o de um profissional que possua experiência nas atividades clássicas de manutenção. a) Não é necessário haver o desligamento do equipamento para a sua aplicação; b) Não há a danificação do equipamento, como no caso da corretiva; e, c) Não se baseia em informações sobre a durabilidade de um certo componente. 2.4 Manutenção Sistemática A manutenção sistemática é aquela que se caracteriza pela substituição de componentes dos equipamentos ou de todo ele. 3.2 Atividades de Recepção A recepção caracteriza-se pelo acompanhamento e execução dos serviços e encargos referentes ao recebimento de equipamentos recebidos pelas áreas técnicas. Neste sentido, é possível levantar-se a questão sobre o fato de que se o equipamento já foi ensaiado na fábrica, porque testá-los antes da entrada em operação Os motivos são variados, ou seja, os testes permitem verificar se: Capítulo 1: Aspectos sobre a Manutenção de Máquinas Elétricas - 2

8 Parte I Conceitos Gerais e Definições a) O equipamento não foi danificado no transporte; b) O equipamento, quando armazenado à espera de instalação, não sofreu qualquer avaria (corrosão, umidade, danos e outras); e, c) Os aspectos de montagem e alguns testes do fabricante estão corretos j) Orientar os órgãos das áreas financeiras quanto aos itens a serem capitalizados/patrimoniados; e, l) Transferir para os órgãos responsáveis a responsabilidade pela guarda, operação e manutenção da instalação. 3.4 Conservação de Energia Comissionamento O comissionamento é o conjunto de atividades desenvolvidas para a colocação de uma instalação ou equipamento, antes da entrada em operação comercial. Consiste em fazer verificações e executar ensaios que demonstrem estar todos os equipamentos e instalações de acordo com o projeto e funcionamento dentro das garantias contratuais e especificações Assim, conforme [1], os objetivos principais do comissionamento são: a) Fazer verificações e executar os ensaios que demonstrem estar sendo ligados ao sistema, para operação comercial, equipamentos e instalações em condições de manter o nível de confiabilidade, continuidade e segurança exigidos de acordo com o projeto e funcionamento dentro das especificações e garantias contratuais; b) Levantar características, aferir e ajustar todos os componentes dos diversos circuitos de controle, proteção, medição, supervisão, etc.; c) Registrar valores iniciais dos parâmetros determinantes de cada equipamento, indispensáveis ao estabelecimento de um sistema confiável de manutenção e controle; d) Verificar a fidelidade dos desenhos finais e fornecer subsídios para elaboração dos desenhos "como construído" ("As Built"); e) Garantir a segurança do pessoal e dos equipamentos; f) Estabelecer os limites operativos confiáveis para os diversos equipamentos; g) Completar o treinamento específico da equipe técnica responsável pela operação e manutenção da instalação; h) Garantir a segurança da energização inicial; i) Assegurar o fornecimento das peças reservas, acessórios e ferramentas especiais previstas em contrato; Na atualidade, tem sido dada uma grande ênfase em atividades consideradas como de "conservação de energia". A grosso modo, tais atividades envolvem a verificação de indisponibilidades, testes e avaliações visando determinar potenciais de economia, bem como, subsidiar estudos de otimização energética. Note-se, pelo exposto, que há um grande relacionamento entre estes procedimentos e os chamados tipos clássicos de manutenção 4.0 TERMINOLOGIA USUAL a) A característica nominal é um conjunto de valores nominais atribuídos às grandezas que definem o funcionamento de um motor, em condições especificadas por norma, e que servem de base às garantias do fabricante e aos ensaios; b) A determinação das características dos geradores pode ser feita na área ou em laboratórios dos fabricantes ou outros credenciados para tal. No primeiro caso é comum o emprego da palavra "teste" e, no outro, a da palavra "ensaio". Observe-se que muitas vezes elas são utilizadas como sinônimos; c) "Ensaios de rotina" são aqueles obrigatórios em todos os geradores e destinam-se a verificar a qualidade e a uniformidade de mão de obra dos materiais empregados em sua fabricação; d) "Ensaios de tipo" são aqueles que se destinam a verificar se um determinado tipo, estilo ou modelo de gerador é capaz de funcionar satisfatoriamente nas condições especificadas; e) "Ensaios especiais" são aqueles que deverão verificar uma determinada característica do gerador, não obtida pelos ensaios de rotina e de tipo; Capítulo 1: Aspectos sobre a Manutenção de Máquinas Elétricas - 3

9 Parte I Conceitos Gerais e Definições f) O termo "falha" se refere a uma indisponibilidade momentânea, enquanto, o "defeito" é a situação na qual há o dano do equipamento ou um de seus componentes; REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Batitucci, M.D. "Comissionamento A Primeira Atividade de Manutenção" Manutenção, n- 28, jan. / fev. 91 pp Capítulo 1: Aspectos sobre a Manutenção de Máquinas Elétricas - 4

10 Parte II Princípios de Funcionamento CAPÍTULO 2: PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE TRANSFORMADORES Não se preocupe com o pai da idéia, escolha as melhores e vá em frente Steve Tobs RESUMO Este texto apresenta de forma sucinta, o principio de funcionamento de vários tipos de transformadores, bem como, algumas de suas particularidades especificas INTRODUÇAO Chama-se transformador a uma máquina elétrica, sem partes necessariamente em movimento, que por meio da indução eletromagnética. transfere energia elétrica de um ou mais circuitos (primário) para outro ou outros circuitos (secundário, terciário), mantendo a mesma freqüência, podendo haver alterações dos níveis de tensões e correntes. Os transformadores podem ser monofásicos ou polifásicos (em geral, trifásicos). Quanto às suas finalidades, encontra-se mais freqüentemente, transformadores de comando, de.isolação, para instrumentos (TC e TP), de distribuição e de força PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DOS TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS O transformador monofásico em sua forma mais elementar constitui-se de um núcleo de material magnético e enrolamentos como mostra esquematicamente a figura 1. O enrolamento que recebe energia da rede é o primário e o que alimenta a carga é o secundário. Estando o transformador em vazio (não alimenta qualquer carga) e aplicando-se a tensão U 1 ao primário, por ele circula a chamada corrente em vazio I 0 (também chamada de corrente de magnetização ou de excitação). Esta, por sua vez, dá origem a um fluxo magnético alternado que fica confinado ao núcleo em sua maior parte. Como este fluxo atravessa ambos os enrolamentos e é variável, induz em cada um deles as forças eletromotrizes E 1 e E 2 proporcionais ao número de espiras N 1 e N 2, conforme a relação: onde: E E 1 2 = N N 1 2 = k E 1 - força eletromotriz induzida no primário; E 2 - força eletromotriz induzida no secundário, N 1 - número de espiras do primário; N 2 - número de espiras do secundário; k t - relação de transformação. A tensão aplicada (primária) U 1 e a tensão de saída (secundária) U 2 diferem pouco de E 1 e E 2 na maioria das vezes. Desta forma, para fins práticos, é usual considerar: t (1) Figura 1 - Transformador monofásico elementar 1 k t = = U 2 Capítulo 02: Princípio de Funcionamento de Transformadores - 4 U N N 1 2 (2)

11 A figura 2 mostra o transformador elementar anterior alimentando uma carga qualquer. SEMANA DA ENGENHARIA Parte II Princípios de Funcionamento Figura 2 - Transformador monofásico alimentando uma carga qualquer Nestas condições, uma corrente I 2 circula pelo circuito secundário. Naturalmente, seu valor eficaz depende exclusivamente da carga (supondo-se que o valor eficaz da tensão primária U 1 é constante). Desta forma, o transformador entrega potência à carga. Por outro lado, esta potência será repassada ao secundário pelo primário, que por sua vez a absorve da rede de alimentação. Assim, conclui-se que, sendo a tensão U 1 constante, a corrente primária I 1 assumirá valores superiores ao de 1 o. Em outras palavras, pode-se afirmar que a corrente primária constitui-se de uma parcela independente utilizada para magnetizar o núcleo (1 0 ) e de outra dependente da carga (ou devido à corrente 1 2 ). Figura 3 - Vista de um transformador monofásico BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS Os transformadores monofásicos podem ser ligados de tal forma que realizem a transferência de energia entre dois circuitos trifásicos. Neste caso, há a possibilidade de ligá-los nas conexões delta ou estrela. Prova-se que: k t = U U 1 2 = N N 1 2 I I 2 1 (3) Observe-se que, qualquer dos enrolamentos poderá ser o primário ou secundário, ou seja, o fenômeno da transformação é reversível. Por outro lado, de forma genérica, denomina-se o enrolamento de maior tensão de A T (alta tensão) ou TS (tensão superior) e o de menor, BT (baixa tensão) ou TI (tensão inferior). Conclui-se do exposto que, nem sempre, a TS é o primário e a TI o secundário. A figura 3 mostra uma vista de um transformador monofásico montado. Figura 4 Ligações estrela e delta Desta forma, a transferência de energia realizase através das seguintes conexões: Primário D D Y Y Secundário d y d y Sendo D e Y respectivamente. conexões delta e estrela no primário e d e y as correspondentes no secundário. Capítulo 02: Princípio de Funcionamento de Transformadores - 5

12 Parte II Princípios de Funcionamento Para a ligação do banco, os transformadores devem possuir relações de transformação iguais. A titulo de exemplo, a figura 5 mostra a ligação deita - estrela TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS O transformador trifásico, de certa forma, reúne três monofásicos em um mesmo núcleo, conforme mostra a figura 6. Figura 6 - Representação do núcleo de transformador trifásico - Conexão estrela-delta No transformador trifásico, além das ligações delta e estrela, ainda é possível ligar os enrolamentos em zig-zag, sendo esta uma conexão tipicamente secundária. Figura 5 - Exemplo de ligações de um banco de transformadores monofásicos Observe-se que os transformadores são independentes entre si, não existindo nenhuma interferência ou interação entre os fluxos magnéticos neles produzidos. Este sistema é mais caro que um transformador trifásico. Por outro lado, possibilita a existência de um transformador monofásico de reserva com 1/3 da potência total, enquanto o trifásico exige outro de igual potência. A ligação bancos monofásicos é freqüentemente empregada em instalações de grande potência, onde o custo da unidade reserva resulta significativo. Figura 7 - Conexões zig-zag possíveis. Desta forma, os transformadores trifásicos podem ser: Primário D D D Y Y Y Secundário d y z d y z Capítulo 02: Princípio de Funcionamento de Transformadores - 6

13 Parte II Princípios de Funcionamento A corrente em vazio é considerada como a média das três fases e o principio de operação é o mesmo do transformador monofásico A figura 8 apresenta a vista de um transformador trifásico de distribuição. Observe-se que a corrente que circula no ramo comum (trecho xy) é dada por: I xy = I 1 I 2 (4) Os autotransformadores também podem ser trifásicos. como exemplifica a figura 10. Figura 10 Autotransformador trifásico em estrela aterrada Figura 8 - Transformador trifásico de distribuição AUTOTRANSFORMADORES Possuem, basicamente, o mesmo princípio de funcionamento dos transformadores, exceto o fato de que entre o primário e o secundário existem conexões elétrica e magnética. Os autotransformadores possuem apenas um enrolamento, funcionando conforme mostra a figura 9. Figura 9 - Autotransformador monofásico Os autotransformadores possuem as seguintes vantagens: a) Redução da seção do condutor de cobre na seção XY do enrolamento; b) Redução da reatância de dispersão uma vez que na parte comum do enrolamento o fluxo de dispersão é reduzido; c) Apresentam uma melhor regulação. Por outro lado, apresentam as seguintes desvantagens: a) A diminuição da reatância aumenta o nível de curto-circuito do sistema secundário, sendo a sua limitação no lado de tensão inferior realizada através de reatores, o que torna tais aplicações caras; b) Para tensões elevadas, a ruptura do trecho comum coloca sob tensão plena o lado da tensão inferior. A única limitação é a queda de tensão na parte série do enrolamento; c) Os autotransformadores são limitados à relações de transformação entre 1,5 e 2 para altas tensões e 3 para baixas tensões. Capítulo 02: Princípio de Funcionamento de Transformadores - 7

14 Parte II Princípios de Funcionamento 6.0 TRANSFORMADORES DE TRÊS ENROLAMENTOS São compostos de três circuitos magneticamente acoplados e são empregados, basicamente, em dois casos: a) Em transformadores Yy onde o terceiro enrolamento funciona para eliminação das correntes de terceiro harmônico; b) Aplicações nas quais o terciário do transformador alimenta instalações de serviço auxiliar. O principio de funcionamento é o mesmo dos transformadores de dois enrolamentos; ou seja, alimentando-se o primário com uma tensão alternada, circula em seus enrolamentos a corrente de magnetização. Esta, por sua vez, origina um fluxo magnético que atravessa os três enrolamentos, onde são induzidas as tensões. A aplicação de carga no secundário e, eventualmente, no terciário causam os mesmos efeitos que os analisados para os transformadores monofásicos. Desta forma, a corrente primária é dada por: = I 0 + I' 2 I' 3 (5) I TRANSFORMADORES DE CORRENTES O transformador de corrente (TC) reduz valores de corrente a outros de menor intensidade. O seu circuito primário é ligado em série com a alimentação de uma instalação ou equipamento onde se deseja medições ou proteção. O secundário alimenta as bobinas de corrente dos aparelhos destinados para tal fim. O seu principio de funcionamento é semelhante ao do transformador de potência monofásico. Entretanto, neste último, o valor de corrente primária é uma conseqüência direta da solicitação da carga acoplada ao seu secundário. No TC, pelo contrário, é a corrente primária que define a secundária, independentemente do instrumento elétrico que esteja alimentando. A impedância do primário deve ser pequena para não influenciar o circuito de alta corrente e, desta forma. o seu número de espiras é reduzido, ao contrário do secundário. Por estas características, irão surgir tensões da ordem de vários kv s nos terminais do secundário quando este for aberto em funcionamento. Os inconvenientes destes fatos são: onde: A potência dos enrolamentos é dada por: = S 2 S3 (6) S + I 2 - corrente secundária referida ao primário, I 3 - corrente terciária referida ao primário I 0 - corrente em vazio; S 1 - Potência aparente do enrolamento primário; S 2 - Potência aparente do enrolamento secundário; S 3 - Potência aparente do enrolamento terciário. a) risco de vida para operadores; b) aquecimento excessivo causando a destruição do isolamento e podendo provocar contato entre circuito primário, secundário e a terra. Esse aquecimento é causado pela elevação das perdas no ferro, a qual ocorre devido ao aumento de fluxo magnético; c) se não houver a danificação, é possível que se alterem as características de funcionamento e precisão. Evidentemente, estes fatores fazem com que fusíveis nunca sejam usados nos secundários do TC s. Desta forma, se for necessário realizar qualquer operação neste circuito, deve-se primeiro curto-circuitá-lo através de um condutor de baixa impedância. Figura 11 - Transformador de 3 enrolamentos - exemplo A figura 12 mostra a vista de um TC de alta tensão e respectivo núcleo. Capítulo 02: Princípio de Funcionamento de Transformadores - 8

15 SEMANA DA ENGENHARIA Parte II Princípios de Funcionamento indústria e possuem principio de funcionamento idêntico ao dos transformadores de potência. Observe-se que, se houver variação de tensão primária, deve-se ter, dentro da tolerância permitida, uma variação proporcional da tensão secundária. Em outras palavras, a curva relacionando as duas tensões deve ser linear. Esta condição implica na utilização de núcleo magnético não saturado, ou seja, trabalhando na faixa linear da curva de saturação do aço - silício utilizado. Os TP s podem ter, considerando a quantidade de enrolamentos secundários: a) Um enrolamento secundário: é o caso mais normal para TP s de média e baixa tensão. Amplamente utilizado na indústria em geral; b) Um enrolamento secundário com tap s: utilizados onde se desejam dois ou mais valores de tensão secundária; c) Dois secundários: possuem dois secundários em núcleo magnético comum e possuem enrolamentos com ou sem tap s. Naturalmente, cada secundário é afetado pela carga do outro. A figura 13 mostra um TP de alta tensão: Figura 12 - TC de alta tensão e núcleo TRANSFORMADORES DE POTENCIAL (TP) Os TP s reduzem os níveis de tensões das instalações a valores menores, compatíveis com a segurança de operadores e das bobinas de tensões dos circuitos de medição, controle ou proteção. Os TP s possuem as seguintes características: a.) b) são projetados e construídos para suportarem sobretensões e níveis determinados em regime permanente, sem que nenhum dano lhes seja causado; como são empregados para alimentar instrumentos de alta impedância (voltímetros, relés de tensão, etc.) a corrente secundária é extremamente baixa. Além disso devem ter um erro mínimo na relação de transformação e no ângulo de fase. Existem TP s indutivos e capacitivos, sendo a utilização deste mais conveniente e econômica em circuitos de alta e extra - alta tensão. As explanações a seguir versam sobre os TP s indutivos, os quais são amplamente utilizados na Figura 13 - TP de alta tensão Capítulo 02: Princípio de Funcionamento de Transformadores - 9

16 Parte II Princípios de Funcionamento CAPÍTULO 3: PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS "A essência do conhecimento é saber usá-lo" Confúcio RESUMO Este capítulo trata do princípio de funcionamento dos motores de indução trifásicos. Especificamente, são analisados a formação de campos girantes, o surgimento do conjugado motor e os vários tipos de motores INTRODUÇÃO Máquinas de indução são conversores rotativos que transformam energia elétrica em mecânica, ou vice-versa, utilizando-se dos fenômenos de indução e conjugados eletromagnéticos. Sendo assim, podem exercer uma ação motora ou geradora. Um motor de indução apresenta aspectos construtivos similares ao do gerador e, desta forma, diferem, basicamente, na forma de serem empregados. A máquina atuando como motor absorve energia elétrica de uma fonte de tensões e correntes alternadas para desenvolver um conjugado em seu eixo de forma a acionar uma carga mecânica. Por outro lado, o gerador tem a velocidade de seu eixo definido por uma máquina primária, fornecendo energia elétrica. Observe-se que as máquinas elétricas, de uma forma geral, são reversíveis, ou seja, um motor em determinadas situações pode agir como gerador. O uso de geradores de indução tem sido objeto de muitos estudos na atualidade, devido à necessidade de absorverem energia reativa para fornecerem ativa; assim, seu emprego torna-se complementar aos de geradores síncronos, enquanto que, em sistemas isolados, seu uso ainda é restrito. Os motores, por outro lado. são amplamente utilizados nas mais variadas aplicações em instalações industriais e comerciais. Eles são adequados para uso em cargas que exigem velocidades constantes ou variáveis (em alguns casos), ou ainda, com as que exigem reversões e várias velocidades. Existem muitos tipos disponíveis, os quais cobrem uma larga faixa de características de conjugado e podem ser projetados para operar em muitos tipos de fontes de alimentações com diferentes combinações e valores de número de fases, freqüências e tensões. Além disto, são de construções simples, robusta e exigem manutenção reduzida. Com o barateamento dos semicondutores de potência tais motores, principalmente os de indução trifásicos (MIT), tornam-se uma importante opção aos de corrente contínua em acionamentos com velocidades controlados. As suas principais vantagens, neste caso, são: Entretanto, comparativamente a estas últimas apresentam diversas vantagens, entre as quais pode-se citar: menor custo; manutenção mais simples e menos frequente; menor relação peso/potência; potências maiores; mais simples de proteger-se em ambientes com risco de explosão; a inexistência de comutador; e, permitem velocidade tangenciais e potências limites superiores ao de corrente contínua, entre outras. Devido a estes fatos, são os motores mais populares em aplicações comerciais e industriais, principalmente os trifásicos. Observa-se que seu uso é tão intenso, que eles se tornam responsáveis por aproximadamente 75% do consumo de energia elétrica de uma planta industrial NATUREZA E FORMAÇÃO DOS CAMPOS GIRANTES A aplicação de uma tensão alternada senoidal aos enrolamentos do estator, faz circular por eles correntes igualmente senoidais. Por outro lado, sabe-se que a circulação de corrente por um enrolamento produz uma Capítulo 3: Princípio de Funcionamento dos Motores de Indução Trifásicos- 10

17 Parte II Princípios de Funcionamento força magnetomotriz, cuja amplitude depende do número de espiras e da intensidade da corrente que o causou. Se, por outro lado, houver a circulação de três correntes defasadas em no tempo, que é caso de um sistema trifásico, em três enrolamentos defasados em no espaço, cada um deles produzirá uma força magnetomotriz. Assim, surgirá uma força magnetomotriz resultante da interação entre as produzidas em cada enrolamento, ou seja, devido à soma fasorial das forças magnetomotrizes de cada fase. A figura 1 ilustra o exposto, considerando vários instantes ao longo de dois ciclos completos da onda de corrente de uma fase. Figura 2 Desenvolvimento do campo girante A figura 3 mostra a representação esquemática do campo girante através de pólos. Figura 3 Representação esquemática do campo girante Figura 1 Formação do campo girante Pode ser demonstrado que a intensidade da força magnetomotriz resultante produzida neste caso é constante e tem valor igual a 1,5 vezes a força magnetomotriz máxima produzida por uma das bobinas Por outro lado, analisando-se a figura 1, verifica-se que o campo resultante ocupa uma posição distinta a cada instante. Como seu valor é constante, ele descreve um circulo a cada ciclo. Assim, tem-se o campo girante. A figura 2 exemplifica como ele se propaga nos enrolamentos ao longo do tempo VELOCIDADE SÍNCRONA Chama-se de velocidade síncrona a velocidade de rotação do campo girante. Esta é diretamente proporcional à freqüência da rede a qual o motor está ligado, e inversamente proporcional ao número de pólos seguindo a seguinte relação: 60 f n s = (1) p Capítulo 3: Princípio de Funcionamento dos Motores de Indução Trifásicos- 11 onde: f - freqüência da rede; p - número de pares de pólos. Considerando-se (1), as velocidades síncronas mais comuns são aquelas dadas na tabela 1.

18 SEMANA DA ENGENHARIA Parte II Princípios de Funcionamento Número de pólos ns em rpm ns em rpm (f=60 Hz) (f=50 Hz) Tabela 1 - Velocidade síncrona em rpm COMPONENTES MECÂNICOS Basicamente, a constituição mecânica dos motores de indução trifásicos divide-se em duas partes, ou seja: - Os enrolamentos são três conjuntos de bobinas geometricamente defasados entre si, sendo esta defasagem responsável pela formação do número de pólos da máquina, que por sua vez define sua velocidade síncrona. Dependendo da forma de conexão destas bobinas (estrela ou deita), pode-se alterar a tensão nominal do motor. Quando o motor possui bobinas seccionadas, amplia-se o número de tensões nominais disponíveis, já que são possíveis combinações série-paralelo das bobinas. O rotor é a parte girante da máquina, onde será produzido o torque motor. Possui também enrolamentos e um núcleo de chapas magnéticas, podendo ser do tipo gaiola de esquilo (rotor em curto), ou do tipo bobinado (de anéis). Estator; Rotor. O estator é a parte fixa, mais externa da máquina, preso à carcaça e é o local onde estão alojados os enrolamentos em ranhuras no núcleo de chapas magnéticas. É o local onde o campo girante é criado. Figura 6 Motor com rotor em gaiola Figura 4 Carcaça de um MIT Figura 7 Motor com rotor bobinado Figura 5 Estator Núcleo e enrolamentos No caso do rotor em curto os enrolamentos são de alumínio fundido dentro das ranhuras (motores de pequeno porte), ou são constituídos de barras de cobre soldadas em suas extremidades. Capítulo 3: Princípio de Funcionamento dos Motores de Indução Trifásicos- 12

19 Parte II Princípios de Funcionamento Figura 8 Gaiolas com barra de cobre e de alumínio Já no caso do rotor bobinado, os enrolamentos são constituídos de fios de cobre esmaltado, sendo as extremidades de cada uma das três bobinas levadas a anéis e escovas que permitem conexão elétrica a estes enrolamentos. Se o motor de indução trifásico só recebe alimentação no circuito do estator, qual a origem da corrente que circula nas espiras do rotor? Esta corrente aparece como resultado da tensão induzida no rotor pelo campo magnético criado no estator, daí portanto, o nome Motor de Indução. Sabemos que, para que haja uma tensão induzida, deve haver variação de fluxo. O campo magnético resultante, conforme comentado anteriormente, possui um módulo fixo, porém é girante, e portanto muda sua posição com o tempo. E esta mudança na posição do campo magnético criado pelo estator que origina a variação de fluxo no circuito do rotor. A figura 10 é uma representação esquemática do motor e será utilizada como base para as análises dos próximos tópicos. Figura 10 - Princípio de funcionamento do motor de indução trifásico. Figura 9 Anéis e escovas PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O funcionamento do motor de indução, bem como de outro motor elétrico qualquer, está baseado na integração de uma corrente em um condutor imerso em um campo magnético. O que muda, basicamente, de um para outro tipo de motor, são as origens e tipo do campo magnético e da corrente. O motor de indução trifásico recebe alimentação apenas no circuito do estator, mesmo porque, não é possível ter acesso ao circuito do rotor no caso de rotores em curtocircuito. No caso dos rotores bobinados, o acesso ao circuito do rotor é possível, porém este acesso se destina apenas à conexão de resistências (elemento passivo) ESCORREGAMENTO Devido à influência do campo girante sobre o rotor, observa-se a criação de um conjugado eletromagnético. Este propiciará a aceleração do rotor no sentido de que ele atinja uma velocidade igual a do campo girante, isto é, a velocidade síncrona. Porém, devido a atritos existentes nos mancais e no entreferro (com o ar), haverá uma pequena diferença entre essas velocidades, a qual é definida como velocidade relativa. n 2 = ns - n (3) onde: n 2 - velocidade relativa; ns velocidade síncrona; n velocidade do rotor. Capítulo 3: Princípio de Funcionamento dos Motores de Indução Trifásicos- 13

20 Parte II Princípios de Funcionamento Assim, é definido o escorregamento (ou deslizamento) como sendo a diferença entre as velocidades (velocidade relativa) em relação à velocidade síncrona. ns n n2 s = = ns ns Tem-se então o escorregamento para as seguintes situações operativas: Partida s = 1; Rotor livre s 0; Operação; 0 s 1; Reversão s > RELAÇÕES ENTRE OS SINAIS DO ROTOR Quando o rotor está parado, seu enrolamento (em relação ao campo girante) está sujeito a condições análogas às do enrolamento do estator. Se o campo girante está a uma velocidade ns e temse no rotor p pólos, nele será induzida uma f.e.m cuja freqüência será dada por: pn. s f = 120 Porém, quando o rotor está em movimento, com uma velocidade relativa ao campo girante igual a n2, a freqüência toma um novo valor: (4) (5) P 2 f2 =.n (6) 120 Relacionando-se (l) e (2), tem-se: A expressão (9) indica, claramente, que, quando o motor opera com velocidades próximas da nominal, a impedância do rotor é praticamente resistiva pura. A corrente (I 2 ) e fator de potência do rotor (cosϕ 2 ) são dados por: se. 2 p I2 = 2 2 R2 + ( sx2) R2 cosϕ = = Z r + ( sx2) CIRCUITO ELÉTRICO EQUIVALENTE (10) (11) Muitas vezes, para facilidade de análise de um sistema qualquer, procura-se estudar o seu equivalente elétrico, isto é, um sistema elétrico onde o comportamento de seus parâmetros (tensão, corrente, potência, etc. ) se assemelham ao comportamento dos parâmetros do sistema real. No caso do motor de indução, utiliza-se um sistema de dois circuitos enlaçados eletromagneticamente, similar àqueles empregados no estudos de transformadores. Tem-se, então, a representação das impedâncias tanto do estator como as do rotor, o ramo magnetizante e a carga, que é variável. Contudo, este modelo pode ser melhorado se as grandezas do rotor forem referidas ao estator. A figura 11 mostra um exemplo de circuito equivalente f 2 = s. f (7) Isto é, a freqüência da tensão induzida no rotor é igual ao produto entre o escorregamento e a freqüência da tensão do estator. De forma análoga pode-se obter a relação entre as tensões do rotor: E2 = s.e2p (8) A reatância do rotor é dada por: X2 = s. X2p (9) Figura 11 Circuito equivalente CONJUGADO EM FUNÇÃO DA TENSÃO ESCORREGAMENTO Do circuito elétrico equivalente pode-se tirar as seguintes expressões básicas: U = E + ( R + jx ) I (12) Capítulo 3: Princípio de Funcionamento dos Motores de Indução Trifásicos- 14

21 Parte II Princípios de Funcionamento R 2' E1 = E2 p = ( + jx 2 p) I 2' s (13) I1 = I0 + I2 ' (14) 2 1 s Pmec = Rc'.( I2').( )( I2') s Porém, Pmec = 2 π Mn 60 Assim: 2π Pmec = ( 1 s). M. n 60 que: M (15). (16) (17) Manipulando-se estas equações, é possível mostrar 90 sr2 = U 2 π n. ' ( sr + R ) + s( X + X ) 1 1 2' 1 2 p 2 1 (18) Na figura 12 tem-se M p - Conjugado de partida do motor alimentado com tensão e freqüência nominal; M c - Conjugado da carga, podendo ser constante ou não; M a - Conjugado de aceleração, resultado da diferença entre Mp e Mc. Deve-se ressaltar que esta relação é muito importante no sentido de fornecer condições para a aceleração da carga; M k - Conjugado máximo que o motor pode oferecer em condições nominais; M m - Conjugado mínimo que o motor pode oferecer em condições nominais. Este nunca deve ser inferior ao conjugado da carga CATEGORIAS Baseando-se nas diferentes características do conjugado em relação à velocidade e quanto à corrente de partida, a norma NBR 7094 classifica os motores de indução trifásicos com rotor em gaiola em três categorias, denominadas D, H e N. O importante é observar por esta expressão que o conjugado que o motor pode oferecer é diretamente proporcional ao quadrado da tensão aplicada ao estator e ao escorregamento CARACTERÍSTICAS M x n A figura 12 mostra a característica típica da variação do conjugado (torque) em relação ao escorregamento (velocidade). Figura 13 - Categorias de motores de indução CATEGORIA N: Conjugado de partida normal, corrente de partida normal; baixo escorregamento. Constituem a grande maioria dos motores encontrados no mercado, são mais utilizados em acionamentos de cargas normais como bombas e máquinas operatrizes; Figura 12 - Característica M = f (n) - Exemplo - CATEGORIA H: Apresentam conjugado de partida alto, corrente de partida normal e baixo escorregamento. Usados principalmente em cargas que apresentam maior conjugado de Capítulo 3: Princípio de Funcionamento dos Motores de Indução Trifásicos- 15

22 partida, como peneiras, transportadores, carregadores, enfim, cargas de alta inércia; - CATEGORIA D: Apresentam conjugado de partida alto, corrente de partida normal e alto escorregamento (maior que 5%). Utilizados em cargas que apresentam picos periódicos e que necessitam de alto conjugado com corrente de partida limitada como elevadores e prensas excêntricas. A norma NBR 7094 vem substituir a antiga EB onde eram classificados 4 tipos de categorias para motores de indução (A, B, C. e D). SEMANA DA ENGENHARIA Parte II Princípios de Funcionamento 12.0 PARTES COMPONENTES A título ilustrativo, este tópico apresenta as imagens de algumas partes de motores. Figura 15 Mancal de rolamentos Figura 14 Corte transversal em um MIT Figura 16 - Ventoinha Capítulo 3: Princípio de Funcionamento dos Motores de Indução Trifásicos- 16

23 Parte III Características Construtivas, Componentes e Acessórios CAPÍTULO 4: CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS E ACESSÓRIOS DE TRANSFORMADORES RESUMO Os transformadores são constituídos pela parte ativa e diversos outros componentes. designados genericamente por acessórios, necessários para o perfeito funcionamento. Este texto mostra as principais partes destes equipamento e alguns testes possíveis de serem realizados INTRODUÇÃO A parte ativa dos transformadores, como citado anteriormente, é composta pelo núcleo magnético e enrolamentos. Por outro lado, os seus acessórios variam de um transformador para outro conforme a sua potência e nível de isolamento. O supérfluo é uma coisa muito necessária Voltaire 1 Diafragma de alívio; 2 Tubo de descarga; 3 Bucha de alta tensão; 4 Manivela de controle do comutador; 5 Tampa de visita e abertura; 6 Relé detetor de gás; 7 Bucha de baixa tensão; 8 Termômetro; 9 núcleo e bobina do transformador; 10 Válvula de dreno de óleo; 11 Chave do comutador de tap s; 12 Bomba de óleo; 13 Ventoinha; 14 Radiador; 15 Suspiro; 16 tanque conservador de óleo; 17 Indicador; 18 Placa terminal; 19 Poço. Figura 2 Localização de acessórios Figura 1 Vista explodida de um transformador trifásico A titulo de ilustração a figura 1 apresenta uma vista explodida de um transformador trifásico, enquanto as figuras 2 e 3 mostram a localização dos acessórios e a parte ativa de um transformador monofásico, respectivamente. Figura 3 - Parte ativa de um transformador monofásico Neste sentido a NBR 5356/8 1 estabelece os que devem ser utilizados com transformadores imersos em óleo. Capítulo 4: Características Construtivas e Acessórios de Transformadores - 17

24 Parte III Características Construtivas, Componentes e Acessórios NÚCLEO O núcleo é utilizado como circuito magnético para a circulação do fluxo criado nas bobinas primárias. Compõe-se por chapas de aço-silício laminado com espessuras variáveis, sendo estas agrupadas de tal modo que resultem em pernas e culatras (jugo). Essas chapas são isoladas entre si por verniz isolante. Existem dois tipos básicos, ou seja. a) Núcleo envolvido (Core type ou tipo núcleo) Utilizado para altas tensões, as quais requerem muitas espiras e boa isolação. Caracterizaram-se e por correntes relativamente baixas e pequeno fluxo magnético Este tipo é ilustrado na figura 4. Figura 5 - Corte da chapa a 45 o O corte a 90 o permite os formatos UI, EI, L. ou 1 como mostra a figura 6. Figura 6 - Corte de chapa a 90 o Figura 4 - Núcleo de transformador trifásico b) Núcleo envolveu/e (Shcll type ou encouraçado) Usados em transformadores com tensões baixas, onde há poucas espiras, baixa isolação. elevadas correntes, altas freqüências e fluxos magnéticos. O corte das capas pode se feito a 90 o ou 45 o, dependendo da montagem do núcleo e da potência do transformador. Observa-se que o corte a 45 o permite que o fluxo circule com menor relutância. Outro aspecto construtivo importante é a seção transversal do núcleo, sendo que esta, idealmente, deveria ser circular para uma melhor distribuição do fluxo. Como este tipo de construção e antieconômico, emprega-se. a) Seção quadrada ou retangular para pequenos transformadores; b) Seção tipo cruz para médios e grandes transformadores. Neste caso, cortam-se as chapas em dois ou mais tamanhos escalonados, de forma que a seção fique inscrita em uma circunferência. Desta maneira, aproveita-se melhor as chapas e aumenta-se a superfície de refrigeração do núcleo. Pode-se ter cruz com 3, 4; 5 ou mais dentes e, no caso de transformadores de grande potência, cruz com canais de óleo. Capítulo 4: Características Construtivas e Acessórios de Transformadores - 18

25 SEMANA DA ENGENHARIA Parte III Características Construtivas, Componentes e Acessórios ENROLAMENTOS 3.1 Generalidades As bobinas são montadas sobre tubos isolantes de papel baquelitizado ou envernizados, como ilustra a figura 9. Figura 7 - Seções transversais de núcleo: a) quadrada; c) retangular; c) cruz com três dentes d) cruz com quatro dentes Figura 9 Montagem do Enrolamento Existem diversos tipos de enrolamentos que podem ser utilizados em transformadores, porém pertencem a três grandes grupos básicos, ou seja, helicoidais, discoidais e camadas Enrolamento helicoidal Usados na tensões inferiores (altas correntes). Normalmente, constituídos por condutores retangulares e se desenvolvem em hélice continua. Entre as espiras existem canais de transposição onde os condutores são invertidos; sendo assim, cada um deles ocupa todas as posições possíveis, conseguindo-se uma repartição equilibrada de correntes (mesma resistência ôhmica) e reduzindo-se as perdas no cobre e por correntes parasitas. Com dois condutores haverá pelo menos uma transposição. a) Figura 8 - a) Seção transversal tipo cruz com 3 dentes e canais de óleo; b) montagem do núcleo com este tipo de seção transversal b) Figura 10 - Enrolamento helicoidal com a) dois condutores; b) três condutores; c) quatro condutores; d) hélice indicando a transposição. Capítulo 4: Características Construtivas e Acessórios de Transformadores - 19

26 Parte III Características Construtivas, Componentes e Acessórios Enrolamentos discoidais (panqueca) Usados na tensão superior. O enrolamento completo consiste de um número de discos superpostos uns aos outros. Na realidade, compõe-se de espiras circulares dispostas paralelamente uma a outra no sentido radial, podendo ou não possuírem canais para refrigeração. Os condutores a cada volta entrelaçam-se, pois desta forma, o comprimento médio de cada espira, e. consequentemente sua resistência ôhmica é igual. Os discos são separados por calços isolantes e são dispostos concentricamente com o secundário ocupando, normalmente, a parte externa por facilidade de isolamento e retirada das derivações ISOLAMENTO O isolamento existente nos transformadores é feito, basicamente, entre camadas de espiras, bobinas, enrolamentos e em relação à carcaça (massa). O isolamento entre enrolamentos e o isolamento em relação à massa denominam-se isolamento principal. Ele é constituído por um ou mais cilindros isolantes de papelão, de papel impregnado com resinas sintéticas e outros materiais, colado(s) entre ambos enrolamentos e entre os enrolamentos e culatra. O isolamento entre camadas é formado por duas camadas de papel. Por outro lado, o isolamento entre espiras emprega várias camadas de papel enrolados sobre os condutores. O papel normalmente utilizado é o Kraft. Os condutores ainda podem ser esmaltados. O isolamento entre bobinas no sentido axial é feito empregando-se madeira impregnada (madeirite) e/ou camadas de presspan ou baquelite. No sentido radial, quando as espiras dividem-se em muitos grupos, utilizase tubos isolantes. De um modo geral, existem espaçadores de presspan com vários milímetros entre elas, de modo a permitir a livre circulação de óleo. Figura 11 Bobina em disco Enrolamentos em camadas Dividem-se em diversas camadas concêntricas largas, cilíndricas e de pequena espessura conectadas em série. Possuem excelente comportamento às sobretensões DISPOSITIVOS DE PRENSAGEM E CALÇOS Para dar consistência mecânica à parte ativa utiliza-se vigas dispostas horizontalmente, fixadas por tirantes. Por outro lado, emprega-se calços em muitos pontos da parte ativa, os quais têm por finalidade: a) Dar rigidez às bobinas, b) Isolar as bobinas do núcleo, c) constituir vias para a circulação óleo e, d) nivelar as janelas entre outras. 6.0 TAP S OU DERIVAÇÕES Por diversos motivos, as tensões das redes variam. Sendo assim, necessita-se que o transformador possua condições de alterar a sua tensão de entrada, por exemplo, para que a tensão secundária fique constante. Desta forma, é possível a variação da relação de transformação, comutando-se espiras de um dos enrolamentos (ou de ambos). Os pontos para a comutação de espiras denomina-se tap ou derivação. Observe-se que as derivações em enrolamentos de tensão superior são mais econômicas, pois possuem condutores com bitola menor que os de tensão inferior. A troca de taps pode ser executada em carga ou em vazio. No primeiro caso necessita-se de uni comutador sob carga, equipamento motorizado e com câmara de extinção, (devido ao caráter altamente indutivo dos transformadores) e a mudança deve ser a mais discreta possível. No segundo, há uma tala de bornes interna ao tanque (tipo painel) ou um comutador externo (tipo rotativo). Com freqüência utiliza-se do fenolite, presspan ou madeira na sua confecção. Capítulo 4: Características Construtivas e Acessórios de Transformadores - 20