DAVID PEREIRA NASCIMENTO FILHO PROF. LUIZ ROBERTO NOGUEIRA CADERNO DE ORIENTAÇÃO OPERACIONAL DE BANCADA DE TRANFORMADORES MONOFÁSICOS EM BANCO

UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA UNIVAP FACULDADE DE ENGENHARIAS, ARQUITETURA E URBANISMO - FEAU CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DAVID PEREIRA NASCIMENTO FILHO PROF. LUIZ ROBERTO NOGUEIRA CADERNO DE ORIENTAÇÃO OPERACIONAL DE BANCADA DE TRANFORMADORES MONOFÁSICOS EM BANCO SÃO JOSÉ DOS CAMPOS - SP DEZEMBRO DE 2014

SUMÁRIO SUMÁRIO... 3 RESUMO... 5 ABSTRACT... 6 INTRODUÇÃO... 7 MATERIAIS E MÉTODOS... 8 COMPONENTES DE MANOBRA E PROTEÇÃO DA BANCADA... 8 EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS PARA AS MEDIÇÕES... 9 EXPERÊNCIAS... 9 1. ENSAIO DE POLARIDADE... 10 1.1. MÉTODOS DE EXECUÇÃO... 10 1.2. PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO... 10 1.3. DESENVOLVIMENTO DO ENSAIO... 11 2. ENSAIO EM VAZIO... 11 2.1. MÉTODOS DE EXECUÇÃO... 13 2.2. PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO... 13 2.3. DESENVOLVIMENTO DO ENSAIO... 14 3. ENSAIO EM CURTO-CIRCUITO... 15 3.1. MÉTODOS DE EXECUÇÃO... 15 3.2. PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO... 15 4. CARACTERÍSTICAS DAS LIGAÇÕES TRIFÁSICAS NO BANCO... 17 4.1. LIGAÇÃO DELTA-DELTA ( - )... 17 MÉTODOS DE EXECUÇÃO... 18 PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO... 18 DESENVOLVIMENTO DO ENSAIO... 19 4.2. LIGAÇÃO ESTRELA-ESTRELA (Y- Y)... 19 MÉTODOS DE EXECUÇÃO... 20 PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO... 21 4.3. LIGAÇÃO (Y- )... 22 MÉTODOS DE EXECUÇÃO... 23 PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO... 23 4.4. LIGAÇÃO ( -Y)... 24 MÉTODOS DE EXECUÇÃO... 25 3

PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO... 25 CONCLUSÃO... 28 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 29 ANEXO I: Aspectos de Segurança na Realização dos Experimentos... 30 ANEXO II: Ilustração de ligação trifásica delta aberto-delta aberto... 30 4

RESUMO Desenvolver um caderno orientativo para realização de ensaios em bancada constituída essencialmente por três transformadores monofásicos idênticos, interligados de forma a formar um sistema elétrico trifásico, com a finalidade de possibilitar o estudo prático das características operativas das diversas ligações trifásicas de transformadores. PALAVRA-CHAVE: - TRANSFORMADOR; - ENSAIOS; - LIGAÇÕES; - DELTA; - ESTRELA. 5

ABSTRACT Develop a notebook orientative for bench trials consisting predominantly by three identical single phase transformers, interconnected to form a three-phase electrical system, for the purpose of enabling the practical operational characteristics study of the various threephase connections of transformers. KEYWORDS: - TRANSFORMERS; - EXPERIMENT; - CONNECTIONS; - DELTA; - STAR. 6

INTRODUÇÃO A análise e os tipos de ligações de transformadores a ser feito em um determinado sistema são escolhidas ou por questões econômicas referentes aos níveis de tensão ou níveis de corrente a serem transformados ou então pelas características de operação e proteção que se deseja dar ao sistema elétrico. Dessa forma, uma ligação delta é interessante para sistemas por onde circulam altas correntes e um sistema em estrela, mais adequado para sistemas com altas tensões [4]. Por outro lado, se o sistema elétrico possui tensão nominal maior ou igual a 115 kv, melhor utilizar uma ligação estrela com neutro aterrado para evitar riscos de sobre tensões indesejáveis. Quando utilizamos uma transformação delta no lado primário de um transformador e estrela aterrada no secundário, estamos garantindo fonte de terra no secundário, independentemente do tipo de sistema da fonte alimentadora. Uma ligação estrela aterrada (primário) / delta, conectada a um sistema com neutro isolado, também pode conferir fonte de terra ao mesmo [4]. Considerando a utilização de ligações trifásicas específicas relacionada a problemas de proteção dos sistemas elétricos, por exemplo, as concessionárias de energia elétrica não permitem a utilização da ligação estrela aterrada na interface entre seu sistema e o sistema consumidor. Também por problemas de proteção, circuitos trifásicos de distribuição de energia elétrica, em 13,8 kv por exemplo, devem ser do tipo neutro aterrado. No tocante a sistemas elétricos industriais de média tensão, muitas vezes preferem-se a utilização de neutro isolado ou aterrado através de impedância, de forma a evitar-se altas correntes de defeitos a terra [4]. Devido a não linearidade da relação de fluxo versus corrente de excitação de núcleos ferromagnéticos, a onda senoidal de corrente ou de tensão fase-neutro terá distorção, com predominância da terceira harmônica. Essas distorções podem prejudicar o funcionamento da carga acionada e também gerar perdas adicionais ao sistema elétrico. As ligações trifásicas dos transformadores interferem com essa característica, podendo inclusive serem utilizadas como filtros. Este trabalho tem um caráter orientativo e servirá como ferramenta aplicativa em estudos relacionados a transformadores de potência para as futuras turmas do curso de Engenharia Elétrica em especial, da Universidade do Vale do Paraíba. 7

MATERIAIS E MÉTODOS A bancada de testes que usaremos como parâmetro em nosso trabalho será a referida no Trabalho de Conclusão de Curso apresentado pelos colegas de graduação Everton Oliveira e Rodrigo Teixeira e que foi montada pelos mesmos no presente ano letivo. A figura 1 é uma imagem real da bancada didática que é constituída basicamente por três transformadores monofásicos de relação de tensão de 230V/115V e fator de potência de 0,6 [4]. Figura 1 - Imagem da Bancada Didáica de Transformadores Foto: D.P. Nascimento F.; Fonte: Trabalho de Conclusão de Curso - E. Oliveira, R. Teixeira 2014 Univap, São José dos Campos/SP. COMPONENTES DE MANOBRA E PROTEÇÃO DA BANCADA Chave Margirius CS-102 Tripol Cabos Flexível vermelho 750V 4mm/28 A 2 metros. Cabos Flexível verde 750 V 4 mm /28A 2 metros. Cabos Flexível preto 750V 4mm/28 A 2 metros. Cabos Flexível Azul 750V 4mm/28 A 4 metros. 8

Contatora Steck S-D112A01M Ue = 230 Contatora Steck S-D112A01M Ue = 127 Pino banana PB 151 Marca: BBC Borne B08 Marca: BBC 4mm Terminal Crimper Anel AM AN24 Barra de ligação Sindal 212 Base de madeira dimensões 65 cm X 50 cm Placa de Acrílico 10cm X 30cm Hastes de apoio de madeira escovada 7cm X 5cm Pontas de Prova Resistor 2 ohms e 25 W (shunt) EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS PARA AS MEDIÇÕES Osciloscópio Pontas de prova Resistor 18 ohms e 20 W (shunt) Fonte de tensão alternada variável; Voltímetro; Amperímetro; Wattímetro *Observação: Antes de operar a bancada, vide ANEXO I (Aspectos de Segurança na Realização dos Experimentos) e também consulte a NR-10 (Norma Regulamentadora de Segurança em Instalações Elétricas). EXPERÊNCIAS As experiências propostas para a utilização da bancada citada anteriormente são as seguintes [4]: Ensaio de Polaridade [2], [4]; Ensaio em vazio [1], [3], [4]; Ensaio em curto [3], [4]; Análise de ligações delta-delta (Δ - Δ), delta aberto (V), estrela-estrela (Y Y), estrela- delta (Y- Δ) e delta-estrela (Δ Y) [4]; 9

1. ENSAIO DE POLARIDADE Em um transformador, terminais de mesma polaridade significam que a polaridade de um lado induz tensão do polaridade para o não polaridade do outro lado em fase com o mesmo [4]. A corrente que penetra no polaridade de um lado corresponde a uma corrente saindo pelo polaridade do outro lado em fase com a mesma [3]. 1.1.MÉTODOS DE EXECUÇÃO Os ensaios para a determinação dos terminais de mesma polaridade, podem ser realizados de três maneiras de acordo com a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas): método do transformador padrão, método do golpe indutivo e método da corrente alternada [3]. 1.2.PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO Por maior praticidade, utilizaremos o método da corrente alternada que consiste na aplicação de tensão alternada nos terminais primários do transformador e análise de resultados aferidos por instrumentos de leitura [4]. CONEXÃO DOS INSTRUMENTOS: Conforme figura 2, para a execução do ensaio usaremos os seguintes instrumentos: 1 voltímetro (de preferência digital), 1 chave tipo faca bilateral e monopolar (ou similar corta circuito), 1 fonte de tensão alternada [4]; Figura 2 - Ensaio de Polaridade [3]. Fonte: Transformadores, Teorias e Ensaios; José Carlos de Oliveira, João Roberto Cogo, José Policarpo G.de Abreu; Edgard Blücher Ltda. 10

*Observações: - Aparelhos multifuncionais de medição como multímetros, diante das grandezas que se deseja aferir (Tensão, Corrente, Potência), deve-se observar a posição necessária em sua chave seletora, a fim de não danificar o aparelho de medição. 1.3.DESENVOLVIMENTO DO ENSAIO 1 Passo: aplicar tensão alternada nos terminais primários do transformador mantendo a chave faca na posição neutra [3]. (Atenção: Jamais aplicar tensões superiores a tensão nominal dos transformadores. Usar uma tensão superior a nominal do transformador pode prejudicar seriamente os seus enrolamentos, causando possível saturação do seu núcleo e consequente queima do mesmo); 2 Passo: após aplicação de tensão alternada, posicionar a chave faca na posição 1 e observar a leitura aferida pelo voltímetro; 3 Passo: desliga-se a fonte CA e posiciona-se a chave faca na posição 2 e observar a leitura aferida pelo voltímetro; CHAVE NA POSIÇÃO 1 CHAVE NA POSIÇÃO 2 LEITURA (V) 4 Passo: se a primeira leitura for maior que a segunda, a polaridade é considerada subtrativa e então marca-se os terminais H1 e H2 com um P polaridade e os terminais X1 e X2 com um NP não-polaridade ; se a segunda leitura for maior que a primeira, a polaridade é considerada aditiva e então marca-se os terminais H1 e X1 com um P polaridade e os terminais H2 e X2 com um NP não-polaridade [3]. **Observações: - Este método é limitado a ensaios com transformadores cuja relação de transformação é menor que 30:1 [3]. 2. ENSAIO EM VAZIO Este ensaio destina-se basicamente a determinação das perdas no núcleo ferromagnético do mesmo. As perdas por histerese e por Foucault são representadas no circuito elétrico equivalente por uma resistência em paralelo com o enrolamento [4]. 11

Além de determinar as perdas ferromagnéticas, este ensaio também revela os parâmetros do ramo magnetizante, como a resistência representativa de perdas no tempo (Rp), a reatância de magnetização do núcleo (jxm), a impedância de magnetização (Zm) e as perdas que ocorrem no núcleo do ferro do transformador ou perdas por histerese e Foucault. Diante destes parâmetros podemos mensurar qual o fluxo de dispersão do circuito (tensão elétrica que deixou de ser induzida no ramo magnetizante) [3]. A figura 3 apresenta um circuito equivalente de um transformador real para que possamos entender seu perfeito funcionamento e formas de obtermos tais parâmetros [4]. Figura 3 - Circuito Elétrico Equivalente (Transformador Monofásico). Fonte: Nogueira, Luiz Roberto Conversão Eletromecânica de Energia Caderno do curso de Engenharia Elétrica- 2013. Legenda do Circuito Elétrico Equivalente (Transformador Trifásico) [4]: - I0: Corrente em Vazio - I1: Corrente Primária - I2: Corrente Secundária - R1: Resistência Elétrica do Enrolamento Primário - X1: Reatância de Dispersão do Enrolamento Secundário - Rp: Resistência Representativa de Perdas no tempo - jxm: Reatância de Magnetização do Núcleo Para demonstrarmos teoricamente tais perdas no ramo paralelo Rp e jxm, alguns cálculos precisam ser considerados, conforme demonstrado na figura 4, pois só através deles podemos mensurar algumas grandezas relacionadas a qualquer unidade de transformador envolvida no ensaio em questão: 12

Figura 4 Métodos de Cálculo das Perdas no Ramo Magnetizante em um Transformador. Fonte: Nogueira, Luiz Roberto Conversão Eletromecânica de Energia Caderno do curso de Engenharia Elétrica- 2013. Com isso, entendemos que através dos parâmetros de potência, tensão no primário e fator de potência de cada unidade de transformação monofásica podemos obter os valores de admitância de entrada (Yent), do ângulo de fase (no nosso caso, representado pela letra grega ) que por sua vez nos revelará o fator de potência do transformador ensaiado (F.p. = cos ) e por fim as perdas reais no ramo paralelo de cada unidade (Rp & jxm) [4]. 2.1.MÉTODOS DE EXECUÇÃO Este ensaio consiste na aplicação de tensão nominal do lado primário do transformador, mantendo seus terminais do outro enrolamento abertos; realiza-se a medição da tensão, corrente e potência (wattímetro) [3]. A potência que vai aparecer no watímetro, Pca (potencia de circuito aberto) será o valor de perda no núcleo [5]. 2.2.PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO Para otimizar o processo, tomaremos apenas um transformador monofásico para a realização deste ensaio. 13

CONEXÃO DOS INSTRUMENTOS Conforme a figura 5, para a execução do ensaio, usaremos os seguintes instrumentos: 1 voltímetro, 1 wattímetro, 1 amperímetro; Figura 5 - Ensaio em Vazio [4]. Fonte: Nogueira, Luiz Roberto Conversão Eletromecânica de Energia Caderno do curso de Engenharia Elétrica- 2013 *Observação: - Para realizar a medição de potência em cada transformador monofásico basta usar um instrumento específico para esta aferição, o wattímetro; no arranjo de transformadores em banco, a medição de potência do circuito trifásico pode ser realizada em circuitos equilibrados ou desequilibrados e dependendo das características do sistema, serão necessários 1, 2 ou até 3 wattímetros para efetuar a medição da potência total. Em circuitos equilibrados, basta usar apenas um wattímetro pois, para o nosso caso, um banco de transformadores composto por 3 transformadores monofásicos iguais sendo Trafo 1, Trafo 2 e Trafo 3, a Potência do Trafo 1 será igual a do Trafo 2, que por sua vez terá sua potência igual a potência do Trafo 3. Caso o sistema esteja desequilibrado, são necessários 2 ou 3 wattímetros, dependendo da configuração de ligação [6]. 2.3.DESENVOLVIMENTO DO ENSAIO 1 Passo: Aplicar tensão nominal nos terminais primários do transformador monofásico e aferir valores de corrente, tensão e potência de fase [4]; INSTRUMENTO A A* V1 W1 W* GRANDEZA I1 I* V1 P1 Pt AFERIÇÃO 14

2 Passo: Determinar o fator de potência em vazio e as correntes do ramo magnetizante: F.p. Ip Im 3 Passo: Determinar parâmetros do ramo de magnetizante: Rp jxm Sugestões para análise posterior: - Ao comparar os valores das correntes I0, Ip e Im fluentes no ramo magnetizante, definir uma conclusão a respeito dos valores. 3. ENSAIO EM CURTO-CIRCUITO O ensaio em curto-circuito visa determinar a impedância-série equivalente do transformador [5]. Na íntegra, demonstra as perdas reais no cobre das bobinas, também chamadas de enrolamentos dos terminais primário e secundário nos transformadores, queda de tensão interna (ΔV) e impedância, resistência e reatâncias percentuais (Z%, R% e X%) [3]. 3.1. MÉTODOS DE EXECUÇÃO Este ensaio consiste na aplicação de tensão gradativa nos terminais primários do transformador até que seja atingida a corrente nominal; mantendo seus terminais secundários em curto, realizamos a aferição da tensão, corrente e potência fornecida pelo mesmo [4]. 3.2. PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO Mais uma vez, para otimizarmos o processo, tomaremos apenas um transformador monofásico para a realização deste ensaio [4]. Como no caso do ensaio em vazio, o ensaio em curto pode ser realizado após a montagem trifásica do banco [4]. 15

CONEXÃO DOS INSTRUMENTOS Conforme a figura 6, para a execução do ensaio usaremos os seguintes instrumentos: 1 voltímetro, 1 wattímetro, 1 amperímetro, 1 fonte de alimentação alternada variável; Figura 6 - Ensaio em Curto [4]. Fonte: Nogueira, Luiz Roberto Conversão Eletromecânica de Energia Caderno do curso de Engenharia Elétrica- 2013 DESENVOLVIMENTO DO ENSAIO 1 Passo: Partindo da tensão 0 V, aplica-se tensão nos terminais primários dos transformadores e, de forma lenta e gradativa eleva-se a tensão até que seja aferido no amperímetro a corrente nominal do transformador [4]; INSTRUMENTO W* V* A* GRANDEZA Pcc Vcc Icc = Inom AFERIÇÃO 2 Passo: Após identificar a tensão de curto, determinar a tensão percetual de curto (V%) numa relação tensão de curto (Vcc) versus tensão nominal (Vnom) [3]: Vnom Vcc V% 3 Passo: Com os dados obtidos no ensaio, definir e descrever de forma objetiva o que ocorre com a potência, tensão e corrente no circuito de um transformador quando este se encontra em curto; Análise posterior: 16

- Discutir a possibilidade de, na montagem trifásica, o lado correspondente a realização do ensaio ser fechado delta ou estrela, considerando valores reais de impedância e valores por unidade. 4. CARACTERÍSTICAS DAS LIGAÇÕES TRIFÁSICAS NO BANCO Como mencionamos anteriormente, os motivos para a análise e os tipos de ligações de transformadores a realizado em um determinado sistema são escolhidas por questões econômicas referentes aos níveis de tensão, por conta dos níveis de corrente a serem transformados ou então pelas características de operação e proteção que se deseja dar ao sistema elétrico [4]. 4.1.LIGAÇÃO DELTA-DELTA ( - ) Podemos considerar as tensões de seus terminais secundários iguais como sendo simétricas as de seus terminais primários, mediante sua relação de espiras, mesmo diante das dissimetrias apresentadas nas características construtivas dos transformadores [2]. V1 AB V1BC V1CA = = = 3V1 F V2AB V2BC V2 CA 3V2 F Figura 7 - Ligação Delta-Delta. Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009. Conforme figura 7, interligados entre si em delta-delta e em uma condição de perfeito equilíbrio entre o sistema elétrico e o sistema consumidor, alimenta um terço da carga total trifásica e as correntes nos enrolamentos de cada um destes é igual a 1/ 3 vezes as intensidades das correntes de linha no sistema [2]. 17

MÉTODOS DE EXECUÇÃO Este ensaio consiste na aplicação de tensão nominal nos terminais primários, com seus terminais interligados em delta-delta, e com isso realizamos a aferição da tensão, corrente e formas de onda destas grandezas [4]. PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO Utilizaremos os cabos de conexões para interligarmos os transformadores entre si de maneira que tenhamos um fechamento trifásico no banco. Além de analisarmos a potência, tensões entre fases e correntes de circulação em cada fase, focaremos também a forma de onda tensão e de corrente de cada fase do circuito por meio do osciloscópio [4]. CONEXÃO DOS INSTRUMENTOS: Conforme figura 8, para a execução do ensaio usaremos os seguintes instrumentos: 2 voltímetros, 1 wattímetros, 3 amperímetros, 1 fonte de alimentação trifásica, 1 osciloscópio digital, 1 resistor 18 20W (shunt); Figura 8 - Ligação do Banco em Delta-Delta [4]. Fonte: Nogueira, Luiz Roberto Conversão Eletromecânica de Energia Caderno do curso de Engenharia Elétrica- 2013 18

DESENVOLVIMENTO DO ENSAIO 1 Passo: aplicar tensão nominal nos terminais primários do banco, mantendo os terminais secundários interligados sem imposição de carga (resistiva); 2 Passo: aferir leituras de tensão entre fases (V1 & V2), as leituras das correntes (A1, A2 & A3), observar forma de onda de cada fase (osciloscópio) e registrar dados; 3 Passo: Analisando o ensaio, definir de forma objetiva o que ocorre com a potência, tensão e corrente no circuito do banco fechado em delta-delta e demonstrar se existe defasagem entre as fases ou se elas estão em equilíbrio. 4 Passo: Após conclusão, repita o processo impondo cargas gradativas ao secundário do banco e defina uma nova conclusão à respeito das tensões, correntes, potência e defasagem. *Observações: - Sugerimos que as cargas que devem ser impostas ao secundário do banco sejam puramente resistivas. Sugestões para análise posterior: - De acordo com a figura no ANEXO II, realizar ligação trifásica delta aberto-delta aberto (V- V), aferir todos os parâmetros conforme passo-a-passo da ligação delta-delta, compor novas tabelas e registrar; descrever em que situação este tipo de ligação pode ser usada e quais as suas vantagens e desvantagens para os sistemas elétricos [4]. 4.2. LIGAÇÃO ESTRELA-ESTRELA (Y- Y) A ligação que permite a transformação de grandezas elétricas sem alterar a defasagem entre tensões e correntes de fase e de linha, tanto para as tensões primárias e secundárias. Figura 9 - Ligação Estrela-Estrela. Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009. 19

O nome estrela vem do fato de que as tensões aplicadas aos enrolamentos, quando representadas vetorialmente, estão dispostas com defasagem de 120 entre si, conforme ilustrado na figura 9. V1 A V1B V1C = = V2B V2B V2 C Geralmente é empregada para a alimentação de cargas praticamente equilibradas. Em contrapartida, esta ligação pode fazer com que o sistema apresente tensões fase-neutro distorcidas devido a corrente de terceira harmônica gerada pela não linearidade da característica de magnetização de núcleos ferromagnéticos. Na figura 10, podemos visualizar uma ligação Estrela Aterrado-Estrela Aterrado. Aterrando-se o neutro e alimentando-se o Figura 10 Ligação Estrela Aterrado-Estrela Aterrado. Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009. banco de transformadores com um sistema aterrado, eliminamos as distorções nas ondas de tensão mas provocamos distorções nas ondas das correntes de magnetização que ocasionam perdas suplementares no sistema elétrico. MÉTODOS DE EXECUÇÃO Este ensaio consiste na aplicação de tensão nominal nos terminais primários, com seus terminais interligados em delta-delta, e com isso realizamos a aferição da tensão, corrente e formas de onda destas grandezas [4]. 20

PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO Utilizaremos os cabos de conexões para interligarmos os transformadores entre si de maneira que tenhamos um fechamento trifásico no banco. Além de analisarmos a potência, tensões entre fases e correntes de circulação em cada fase, focaremos também a forma de onda de tensão e de corrente de cada fase do circuito por meio do osciloscópio. CONEXÃO DOS INSTRUMENTOS: Conforme a figura 11, para a execução do ensaio usaremos os seguintes instrumentos: 2 voltímetros, 1 wattímetros, 3 amperímetros, 1 fonte de alimentação trifásica, 1 osciloscópio digital, 1 resistor 18 20W (shunt); Figura 11 - Ligação do Banco em Estrela Aterrado-Estrela Aterrado Fonte: Nogueira, Luiz Roberto Conversão Eletromecânica de Energia Caderno do curso de Engenharia Elétrica- 2013 DESENVOLVIMENTO DO ENSAIO 1 Passo: aplicar tensão nominal nos terminais primários do banco, mantendo os terminais secundários interligados e aterrando as estrelas, sem imposição de carga (resistiva); 2 Passo: aferir leituras de tensão entre fases (V1 & V2), as leituras das correntes (A1, A2 & A3), observar forma de onda das tensões de fase e de linha (osciloscópio) e registrar dados; 21

3 Passo: Com neutro isolado, verificar no osciloscópio as formas de onda das correntes de magnetização. 4 Passo: Analisando o ensaio, definir de forma objetiva o que ocorre com a potência, tensão e corrente no circuito do banco fechado em estrela aterrada-estrela aterrada e verificar se existe defasagem entre as fases ou se elas estão em equilíbrio. 5 Passo: Após conclusão, repita o processo impondo cargas gradativas ao secundário do banco de forma equilibrada e desequilibrada e defina uma nova conclusão à respeito das tensões, correntes, potência e defasagem. Sugestões para análise posterior: - Analisar as vantagens e desvantagens deste tipo de ligação para os sistemas elétricos. 4.3.LIGAÇÃO (Y- ) A figura 12 demonstra uma ligação estrela-delta. Neste tipo de ligação, a tensão de fase primária é transformada em tensão de linha secundária [2]. Portanto a relação de transformação não dependerá apenas da relação de espiras mais também da relação entre as tensões de fase e neutro. V1 L 3V1F = V2L V2 F Figura 12 - Ligação Estrela Aterrado-Delta. Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009. Este tipo de conexão causa uma defasagem de 30 entre as tensões primárias e secundárias. Esta defasagem pode ser de 30 ou -30, dependendo da sequência de fases 22

aplicada ao primário. Se os enrolamentos do transformador forem conectados conforme ilustrado, teremos as tensões primárias aplicadas na sequência direta, ou seja, A-B-C, e as tensões de fase secundárias estarão atrasadas em relação às tensões de fase primárias em 30, ou seja, houve uma defasagem de 30. MÉTODOS DE EXECUÇÃO Este ensaio consiste na aplicação de tensão nominal nos terminais primários, com seus terminais interligados em delta-delta, e com isso realizamos a aferição da tensão, corrente e formas de onda destas grandezas [4]. PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO Utilizaremos os cabos de conexões para interligarmos os transformadores entre si de maneira que tenhamos um fechamento trifásico no banco. Além de analisarmos a potência, tensões entre fases e correntes de circulação em cada fase, focaremos também a forma de onda de cada fase do circuito por meio do osciloscópio. CONEXÃO DOS INSTRUMENTOS: Conforme figura 13, para a execução do ensaio usaremos os seguintes instrumentos: 2 voltímetros, 1 wattímetros, 3 amperímetros, 1 fonte de alimentação trifásica, 1 osciloscópio digital, 1 resistor (shunt); Figura 13 - Ligação do Banco em Estrela Aterrado-Delta. Fonte: DESENVOLVIMENTO Nogueira, Luiz Roberto DO Conversão ENSAIO Eletromecânica de Energia Caderno do curso de Engenharia Elétrica- 2013 23

1 Passo: aplicar tensão nominal nos terminais primários do banco, mantendo os terminais secundários interligados sem imposição de carga (resistiva); 2 Passo: aferir leituras de tensão entre fases (V1 & V2), as leituras das correntes (A1, A2 & A3), observar forma de onda das tensões de fase e de linha (osciloscópio) e registrar dados; 3 Passo: Analisando o ensaio, definir de forma objetiva o que ocorre com a potência, tensão e corrente no circuito do banco fechado em estrela aterrada-delta e demonstrar se existe defasagem entre as fases ou se elas estão em equilíbrio. 4 Passo: Após conclusão, repita o processo impondo cargas gradativas ao secundário do banco e defina uma nova conclusão à respeito das tensões, correntes, potência e defasagem. *Observações: Sugestões para análise posterior: - Analisar as vantagens e desvantagens deste tipo de ligação para os sistemas elétricos. 4.4.LIGAÇÃO ( -Y) Por meio da figura 14, percebemos que este tipo de ligação é semelhante a anterior, sendo diferente apenas a sua relação de transformação. Neste caso, a tensão de linha do enrolamento primário conectado em Δ é transformada na tensão de fase do enrolamento secundário conectado em Y. Na sequência direta, as tensões secundárias estarão 30 adiantadas em relação às tensões primárias, ou seja, a defasagem será de +30. Aplicando-se sequência inversa de fases no primário, será observada uma defasagem de 30 nas tensões secundárias. V1 L V2 L = V1F 3V2 F = α 3 Figura 14 - Ligação Delta-Estrela Aterrado. Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009. 24

MÉTODOS DE EXECUÇÃO Este ensaio consiste na aplicação de tensão nominal nos terminais primários, com seus terminais interligados em delta-delta, e com isso realizamos a aferição da tensão, corrente e formas de onda destas grandezas [4]. PROCEDIMENTOS DE EXECUÇÃO Utilizaremos os cabos de conexões para interligarmos os transformadores entre si de maneira que tenhamos um fechamento trifásico no banco. Além de analisarmos a potência, tensões entre fases e correntes de circulação em cada fase, focaremos também a forma de onda de cada fase do circuito por meio do osciloscópio [4]. CONEXÃO DOS INSTRUMENTOS: Conforme figura 15, para a execução do ensaio usaremos os seguintes instrumentos: 2 voltímetros, 1 wattímetros, 3 amperímetros, 1 fonte de alimentação trifásica, 1 osciloscópio digital, 1 resistor 18 20W (shunt); Figura 15 - Ligação do Banco em Delta-Estrela Aterrado Fonte: Nogueira, Luiz Roberto Conversão Eletromecânica de Energia Caderno do curso de Engenharia Elétrica- 2013 DESENVOLVIMENTO DO ENSAIO 1 Passo: aplicar tensão nominal nos terminais primários do banco, mantendo os terminais secundários interligados sem imposição de carga (resistiva); 25

2 Passo: aferir leituras de tensão entre fases (V1 & V2), as leituras das correntes (A1, A2 & A3), observar forma de onda de cada fase (osciloscópio) e registrar dados; 3 Passo: Analisando o ensaio, definir de forma objetiva o que ocorre com a potência, tensão e corrente no circuito do banco fechado em delta-estrela aterrada e verificar se existe defasagem entre as fases ou se elas estão em equilíbrio. 4 Passo: Após conclusão, repita o processo impondo cargas gradativas ao secundário do banco e defina uma nova conclusão à respeito das tensões, correntes, potência e defasagem. *Observações: - Sugerimos que as cargas que devem ser impostas ao secundário do banco sejam puramente resistivas. Sugestões para análise posterior: - Analisar as vantagens e desvantagens deste tipo de ligação para os sistemas elétricos. 26

RESULTADOS E DISCUSSÕES Com os experimentos possíveis realizados no laboratório disponibilizado pela faculdade foi possível verificar algumas características da determinação das polaridades dos transformadores. Num primeiro momento não foi possível realizar os ensaios das características das ligações trifásicas com a supervisão do orientador devido à falta de instrumentação adequada no laboratório. 27

CONCLUSÃO Este trabalho demonstrou a dinâmica de aplicação dos tipos de ligações trifásicas existentes e sua contribuição para o sistema elétrico. Simples e de fácil operação, a bancada didática nos permite a possibilidade de alcançarmos conhecimento e formas de mensuração das grandezas elétricas importantes para a devida aplicação das ligações trifásicas propostas neste trabalho e auxilia na escolha da ligação mais adequada para um sistema, compreendendo quais as vantagens e desvantagens para diferentes tipos de ligações que flexibilizam o uso de um banco de transformadores monofásicos. Acreditamos que este caderno conjunto a esta bancada será um importante instrumento didático no laboratório da universidade e que beneficiará as futuras turmas do curso de engenharia elétrica que, por meio de aulas práticas, terá a oportunidade de consolidar os conhecimentos teóricos adquiridos em sala de aula. 28

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Martignoni, Alfonso; Transformadores; - 8 a ed. São Paulo: Globo, 1991. [2] D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009. [3] Transformadores Teorias e Ensaios; José Carlos de Oliveira, João Roberto Cogo, José Policarpo G.de Abreu; Edgard Blücher Ltda. [4] Nogueira, Luiz Roberto Conversão Eletromecânica de Energia Caderno do curso de Engenharia Elétrica- 2013. [5] Pinto, Joel Rocha- Conversão Eletromecânica de Energia- 1 a Edição, São Paulo, Biblioteca 24 horas, 2011. [6] Universidade do Estado de Santa Catarina Circuitos Polifásicos e Medição de Potência Eletrotécnica - 2012 http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/prioste/materiais/a17_eletrot_cnica_.pdf 29

ANEXO I: Aspectos de Segurança na Realização dos Experimentos 1. Nunca trabalhe sozinho no laboratório. 2. Antes de iniciar a montagem do equipamento, verifique que a alimentação da bancada se encontra desligada. Note que existe na bancada um botão de emergência. Caso seja necessário, acione-o. 3. Inspecione visualmente o material que será usado; cabos de ligação com o isolamento danificado ou bornes defeituosos, não devem ser utilizados. 4. Se desconhecer a gama de variação das grandezas em questão (tensões, correntes, potências) selecione a escala de leitura mais ampla dos aparelhos de medida. 5. Redobre a atenção principalmente quando a bancada estiver em operação e evite acidentes. 6. Mantenha a bancada livre de objetos desnecessários ao seu trabalho tais como cabos de ligação e equipamento que não esteja em uso, peças de vestuário, mochilas, etc. 7. Verifique as ligações e certifique-se de que não existem cabos com um terminal desligado. *Para saber mais sobre segurança em ensaios e instalações elétricos, consulte a NR-10. ANEXO II: Ilustração de ligação trifásica delta aberto-delta aberto 30