PARALELISMO DE TRANSFORMADORES
Raniere Lira de Sousa Martins Raniere Lira de Sousa Martins – acadêmico acadêmico de Engenharia Elétrica pela UFPI (
[email protected] (
[email protected])) – Devido a um aumento de carga emergencial em uma determinada área atendida por uma subestação, supõesupõe-se que o transformador existente não consiga suprir esse aumento. E se já existir um transformador com características diferentes, tais como potências, impedâncias, derivações de tensão (também conhecidas através do nome de “taps”) e aspectos construtivos, então surge a necessidade de analisar a possibilidade de operação em paralelismo em condições não convencionais, já que se trata de dois transformadores com propriedades diferentes. Este trabalho faz uma simulação relacionada à operação de transformadores em paralelo. Resumo
instaladas em paralelo com a unidade já existente, constituindo o que chamamos transformadores” em paralelo.
de
um
“banco
de
Convém, para garantir uma distribuição uniforme da carga entre os transformadores, que as novas unidades sejam, os mais próximos possíveis, semelhantes às antigas. Isto é parcialmente garantido se as impedâncias de curto-circuito ( R CC CC, XCC), em p.u., forem iguais. Cuidados adicionais devem ser tomados nas conexões, para evitar circulação de correntes entre os enrolamentos. Assim, ao se associar em paralelo dois enrolamentos, devemse conectar os pontos de polaridades semelhantes, como indicado na Figura 1.
Transformador Palavras-chave – Transformador
elétrico, Paralelismo, Impedância, Defasamento angular, Corrente elétrica, Tensão. PARALLELING TRANSFORMERS Abstract
Due to an increase in emergency load in a certain area served by a substation, it is assumed that the existing transformer can not supply this increase. And now there is a transformer with different characteristics such as power, impedance, the voltage taps (also known by the name of "taps") and constructive aspects, then the need arises to examine the possibility of parallel operation in unconventional conditions since these are two transformers with different properties. This work is a related to the operation of transformers in parallel simulation. Keywords- Electric transformer, Parallel, Impedance, angular displacement, electric current, voltage.
NOMENCLATURA Î1 Î2 ÎL Z 1 Z 2 Z L
S1 S2
Corrente do trafo 1 Corrente do trafo 2 Corrente da carga Representação da Impedância do Trafo 1 Representação da Impedância do Trafo 2 Impedância da carga Potência do Trafo 1 Potência do Trafo 2 I. INTRODUÇÃO
Muitas vezes, devido a um acréscimo da energia consumida pela planta industrial, há a necessidade da instalação de transformadores adicionais para suprir este acréscimo de consumo, de modo que as novas unidades são
Fig. 1. Associação de Transformadores Transformadores em paralelo
A utilização do paralelismo é recomendada nas seguintes situações: a) quando houver a necessidade de aumentar a potência disponível, sem alterar consideravelmente a distribuição interna de uma instalação; b) nos casos de necessidade de manutenção de um transformador sem o corte do fornecimento de energia elétrica; c) alimentação de cargas sazonais. Para a ligação de transformadores trifásicos em paralelo é necessário que: tenham a mesma relação de transformação e a mesma tensão de entrada; possuam a mesma polaridade; pertençam a um mesmo grupo de deslocamento angular; valores de impedância equivalente
Considerando que todos os transformadores alimentarão a mesma rede de distribuição, a participação de cada um, em relação à corrente total solicitada
proposto são dois transformadores conectados em paralelo com os seguintes parâmetros:
Fig. 2. Analogia de transformadores em paralelo
Î1 + Î2 = ÎL
(1)
Z 1. Î1 = Z 2. Î2
Vs (Fonte de tensão alternada) = 13.800 V rms, 60 Hz Rp (Resistência do primário) = 0.0 pu Lp (Indutância do primário) = 0.04 pu Transformador 1 = 13.800/380 - 10 kVA - 60Hz Transformador 2 = 13.800/380 - 10 kVA - 60Hz Ls (Indutância do secundário) = 1.10 -4 pu P (potência ativa) = 6080 W QL (potência reativa) = 4500 VA R
O circuito montado no software é mostrado na figura abaixo.
(2)
Resolvendo o circuito divisor de corrente, obtemos:
Î1 =
(3)
Î2 =
(4)
Depois multiplicando por V nos dois lados da equação e fazendo as manipulações necessárias obtemos a potência: S1 = S2 =
(5)
(6)
=
Primeiramente mediram-se as potências fornecidas pelos transformadores, quando estes tinham configurações exatamente iguais, e com a carga somente com potência ativa. Os valores obtidos foram: S1 = 6069 VA S1 = 3034 VA Em seguida acrescentou-se a potência reativa indutiva e à carga e foram feitas novas medidas.
Caso 1 Z 1= Z 2
Fig. 3. Circuito Montado no Simulink
=>
=
(7)
*Condição Ideal
S1 = 5861 VA S1 = 2931 VA Dobrou-se a impedância de um dos trafos e mediu-se novamente as potências. Os valores obtidos foram:
Caso 2 Z 1≠ Z 2
|ÎL| < |Î1| + |Î2|
(8) (9)
*Os trafos não poderão entrar em plena carga simultaneamente II. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL O experimento iniciou-se com a montagem do circuito proposto no software Simulink do Matlab. O circuito
S1 = 5790 VA S1 = 1930 VA Então, para que dois transformadores com potências nominais S1 e S2, sejam capazes de desenvolver suas potências nominais, é necessário que suas impedâncias percentuais tenham módulos e ângulos iguais nas suas respectivas bases. Cabe ressaltar que, em termos práticos, a componente resistiva das impedâncias de transformadores de potência é muito pequena comparada com a componente reativa. Desta forma, a impedância é normalmente tratada como uma reatância pura, ficando assim com ângulo igual a 90º.
III. CONCLUSÃO Com esta prática foi possível observar e analisar os conceitos relacionados à operação em paralelo de transformadores Pode-se ressaltar nesse trabalho a importância da impedância do trafo 1 ser idêntica ao trafo 2 pois na prática este detalhe poupa bastante trabalho por parte do projetista na hora da instalação. Portanto, apesar de ser uma simulação computacional, pode-se notar neste experimento que os conceitos relacionados paralelismo de transformadores foram bem vizualizados por meio das simulações de valores de potência ativa e reativa aplicados aos transformadores, concordando com os valores teoricamente calculados. AGRADECIMENTOS O autor deste trabalho agradece à família e amigos que tanto apoiam como compreendem o esforço e dedicação para seguir em frente para conseguir o título de Engenheiro Eletricista. REFERÊNCIAS [1] Fitzgerald, A. E., “Máquinas Elétricas”, 6. Ed; tradução Anatólio Laschuk. – Porto Alegre : Bookman, 2006 [2] Kosow, Irving L., 1919 - . “Máquinas Elétricas e transformadores”, 15. Ed. – São Paulo: Globo,2005. [3] Guedes, Manuel Vaz, “Caderno de Estudos de Máquinas Eléctricas”, nº4, pp. 3 -13, Núcleo de estudos de Máquinas Eléctricas - Porto, 1992. [4] SENAI – SP, “Eletrônica básica – Circuito Integrador e Diferenciador” - São Paulo, 2003. DADOS BIOGRÁFICOS Raniere Lira de Sousa Martins , nascido em 06/04/1989 em
Teresina é Técnico em Eletrotécnica pelo Instituto Federal de Educação do Piauí e, atualmente é discente do curso de Engenharia Elétrica da UFPI.
