Dipolo Elétrico: Perdas em Transformadores [Planilha de Cálculo]

Planilha de Cálculo de Perdas em Transformadores

Transformadores tem dois componentes principais que impulsionam as perdas: o núcleo e as bobinas. O núcleo do transformador é um conjunto placas de aço laminado, e perdas no núcleo são na sua maioria relacionados com sua magnetização.

Esquema de Montagem de um Transformador Isolado à Óleo

Essas perdas, também conhecidas como perdas sem carga, estão presentes durante todo o tempo no qual o transformador está ligado, independente da existência de qualquer carga.

Perdas no núcleo são mais ou menos constantes, desde o trabalho sem carga até a plena carga, desde que alimentando cargas lineares. Elas representam um custo contínuo, 24 horas / dia, para os 25 anos ou mais de vida do transformador.

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Diversas variáveis contribuem para perdas em transformadores. As mais importantes incluem nível de carga, perfil de carga, tipo de núcleo e a construção das bobinas.

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

- Perdas na Resistência Ôhmica dos Enrolamentos:

São perdas que surgem pela passagem de uma corrente (I) por um condutor de determinada resistência (R); estas perdas são representadas pela expressão I²R e dependem da carga aplicada ao transformador.

Este dado vem na folha de ensaios do transformador (de fábrica). Esta resistência também pode ser medida em campo através de um Microhmímetro.

Medição da Resistência Ôhmica dos Enrolamentos

- Perdas Parasitas no Condutor dos Enrolamentos:

São perdas produzidas pelas correntes parasitas induzidas, nos condutores das bobinas, pelo fluxo de dispersão. São perdas que dependem da corrente (carga) e da geometria dos condutores das bobinas.

Perdas no Ferro do Núcleo Magnétrico (Perdas à Vazio)

- Perdas por Histerese:

São perdas provocadas pela propriedade das substâncias ferromagnéticas de apresentarem um atraso entre a indução magnética (B) e o campo magnético (H). O fenômeno da histerese é o análogo ao da inércia mecânica.

Histerese em um Núcleo de Transformador

- Perdas por Correntes Parasitas:

Assim como no caso das perdas parasitas no material condutor dos enrolamentos, o fluxo indutor variável induz no ferro forças eletromotrises, que por sua vez farão circular as correntes parasitas em circuitos elétricos fechados. Estas correntes são proporcionais ao quadrado da indução (B).

Chamam-se corrente de Foucalt (Parasitas) as correntes que aparecem por indução em blocos metálicos. Pode-se demonstrar que a energia perdida num bloco metálico por causa das correntes de Foucalt é proporcional ao quadrado da espessura BC do bloco. Para diminuir essa perda nós laminamos o bloco, isto é, em vez de fazermos um bloco metálico maciço, juntamos um grande número de lâminas finas. Por este motivo o núcleo dos transformadores são sempre laminados.

Existem perdas originárias de indução nas ferragens e no tanque, além de outras de origens aleatórias, que, porém, se comparadas com as descritas nos itens acima, podem ser desprezadas. Quando da realização de ensaio para determinação das perdas, estas aleatórias são detectadas juntamente com as principais.

Além da elevação de temperatura, a ABNT também estabelece as perdas máximas para transformadores de distribuição, em função da potência, do número de fases e da tensão do primário. Reproduzimos a seguir a tabela da ABNT encontradas na NBR 5440/1984, onde consta o valor das perdas acima descritas. (Para trafos trifásicos classe 15kV)

Perdas em Transformadores

A planilha disponibilizada já contém preenchido um exemplo de um transformador de 300kVA. Os dados para preenchimento podem ser retirados das folhas de ensaios de fábrica.

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