No intuito de poder satisfazer algumas solicitações de técnicos que exercem a sua actividade na Baixa Tensão mas tem hoje necessidade de alargar os seus conhecimentos na área da Média e Alta Tensão proponho apresentar neste artigo um dos assuntos que me tem sido pedido para abordar.
I. Introdução
Entendo ser, actualmente, de interesse geral uma vez que há necessidade da função técnica do electricista de Baixa Tensão estar cada vez mais a caminhar para a polivalência.
Tendo em vista, e acima de tudo, a segurança na função mas também a necessidade da polivalência, que leva grande parte dos nossos técnicos a defrontar-se no presente, e principalmente no futuro, dentro e fora do país, exponho este artigo com alguma simplicidade. Tentarei abordar outros de interesse prático que sejam pertinentes nesta área e que possam ser compreendidos sem grande dificuldade.
II. Princípio de funcionamento
O transformador é constituído por chapas magnéticas, onde se enrolam as espiras de cobre de um lado e de outro.
O núcleo é formado por chapas magnéticas empilhadas umas sobre as outras. Estas chapas são tratadas à base de silício e isoladas, independentemente, por verniz isolante, evitando assim grandes aquecimentos e perdas por correntes de Foucault (P = R x I²).
Do número de espiras de cada enrolamento assim dependerá também as tensões no primário e secundário.
O fluxo por elas criado é variável no tempo e, por isso, há uma indução eletromagnética de uma bobina para a outra.
O enrolamento do lado da entrada de energia chama-se Primário (P) e todas as grandezas a ele referentes são afetadas pelo índice 1. O do lado de saída, chama-se secundário, designa-se pela letra S e pelo índice 2.
Caraterísticas elétricas do transformador
Chapa de caraterísticas elétricas de um transformador:
As principais caraterísticas elétricas que influenciam o comportamento de um transformador em serviço indicadas na chapa de caraterísticas são as seguintes:
Potência nominal
Potência aparente expressa em kVA ou MVA disponível nos terminais do secundário e para o qual o transformador foi dimensionado. Estas funcionalidades devem estar de acordo com o fabricante que estabeleceu os regimes de funcionamento e arrefecimento.
Relação de transformação
Relação expressa sob a forma de quociente entre as tensões primárias e secundárias, quando o transformador está a funcionar sem carga (vazio).
Correntes nominais
Intensidades nominais no primário e no secundário do transformador e que correspondem ao funcionamento a plena carga, estando adequadas ao dimensionamento dos respetivos enrolamentos.
Tensão de curto-circuito
É a tensão medida nos terminais do enrolamento primário quando o secundário está em curto-circuito e o enrolamento deste está a ser percorrido pela corrente nominal correspondente. É um dado construtivo expresso em % que, de forma aproximada, representa a queda de tensão interna do transformador quando este está a funcionar a plena carga.
Sendo uma caraterística de grande importância na construção dos transformadores influencia não só o comportamento do funcionamento do transformador mas também condiciona a potência de curto-circuito nas redes a jusante dos transformadores.
Exemplo:
Cálculos
P = 250 kVA
U = 15 kV
Do lado primário
Do lado secundário
Tensão de curto-circuito
É a tensão aplicada e medida nos terminais do enrolamento primário quando o secundário está em curto-circuito e se faz o enrolamento deste ser percorrido pela corrente nominal, neste caso correspondente a 625 A.
Após ensaios efetuados em laboratório foi verificado:
Conclusão:
Se o transformador de potência tem uma indicação que a sua tensão de C.C é de 4%, no exemplo acima significa que, aplicando 600 V no primário o enrolamento secundário será percorrido pela corrente nominal de 625 A. 600 V são 4% de 15 000 V, e a queda de tensão deriva, em parte, das perdas no cobre (enrolamentos).
Em síntese poderemos afirmar que:
- Elevadas tensões de curto-circuito limitam as potências de curto-circuito no lado secundário (redes a jusante);
- No entanto tem a desvantagem de aumentar as perdas elétricas no transformador e diminuírem as tensões secundárias disponíveis quando o transformador está em serviço (carga).
Sendo assim, o fabricante em termos de exigência de construção deve optar por uma solução de ajuste entre estas duas situações indicadas quando dimensiona o transformador.
III. Razão de transformação
Ao quociente entre o número de espiras do primário e as do secundário, chama-se razão de transformação e designa-se pela letra m.
O enrolamento de maior número de espiras é o de tensão mais elevada. Para uma dada potência, quanto maior é a tensão menor é a intensidade.
Assim o enrolamento de Alta Tensão será constituído por camadas de fio fino e muitas espiras e o de Baixa Tensão por fio grosso e poucas espiras.
Exemplo:
Enrolamento de Baixa Tensão
Estes enrolamentos são efetuados de várias maneiras, tendo como base e salvo alguns casos específicos que o enrolamento com maior Baixa Tensão será o que fica junto do núcleo, pelo facto de se conseguir com menos custos, o isolamento a massa.
É constituído por fio redondo grosso de cobre eletrolítico ou barra do mesmo material.
Também é usual utilizarem-se vários condutores em paralelo para se evitarem as grandes secções, conseguindo assim uma melhor maleabilidade, tendo como objetivo a redução das correntes de Foucault produzidas no cobre (P = R x I²).
Quando as correntes são muito elevadas as bobinas são separadas para permitirem a circulação de óleo para arrefecimento.
O isolamento dos condutores é variado, podendo utilizar-se esmalte, algodão ou papel impregnado.
Para a prevenção contra os ácidos contidos no óleo onde estão mergulhados os enrolamentos que formam as bobinas estas são finalmente envernizadas.
Enrolamentos de Alta Tensão
No caso da Alta Tensão, principalmente acima de 5000 V o enrolamento de Alta Tensão é sempre constituído por uma série de bobinas ligadas entre si.
Este procedimento evita que entre cada bobina ligada entre si apareçam grandes diferenças de potencial (DDP).
Limitando o número de espiras por camada estamos da mesma forma a limitar a DDP entre bobinas. Estes enrolamentos são também envernizados. É de referir ainda que junto à entrada dos enrolamentos, assim como junto ao neutro, estes possuam um isolamento reforçado, de modo a conseguirem suportar as tensões de choque provenientes de descargas atmosféricas.
Análise de funcionamento de um transformador em vazio
Como a tensão primária é menor do que a tensão secundária, o transformador é um elevador de tensão (auto-transformador). Se aplicarmos do lado primário uma tensão de
1000 Volt e do lado secundário obtivermos uma tensão de 230 Volt, então podemos dizer que o transformador de potência é abaixador de tensão.
Conclusão
Os transformadores são máquinas estáticas reversíveis.
Hilário Dias Nogueira (Eng.º)
com o patrocínio de IXUS, Formação e Consultadoria, Lda.
* Texto escrito de acordo com o Novo Acordo Ortográfico.