Deslocamentos Angulares - Transformadores [Case]

Nesta semana tivemos a oportunidade de desvendar um pequeno problema que uma instaladora estava tendo durante a tentativa de alimentação de uma chave estática trifásica.

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O propósito da Chave Estática de Transferência em corrente Alternada (AC) é manter a carga crítica alimentada a partir de duas redes de alimentação, selecionando uma das redes como “prioritária” e transferindo a alimentação da carga crítica para a outra rede em caso falha ou variações de tensão da rede prioritária SEM INTERRUPÇÃO.

Diagrama Chave Estática

Esta chave estática precisa receber tensões sincronizadas entre as duas fontes de energia, para ela possa operar corretamente. Os requisitos das fontes devem atender basicamente os necessários para realizar o paralelo de transformadores. Níveis de tensões, sentido de rotação de fases e deslocamentos angulares  diferentes são suficientes para a chave estática não aceitar a sincronização.

O problema encontrado era que a chave estática, alimentada de cada lado por um transformador de baixa tensão delta-estrela, não aceitava a sincronização das fontes. A instaladora já havia checado os níveis de tensão e rotação de fases, e estava tudo aparentemente correto. Tentaram realizar diversas medições entre os terminais de mesma fase dos transformadores e sempre aparecia um valor considerável de tensão. Caso os transformadores estivessem corretamente preparados para o sincronismo, estas tensões deveriam dar muito próximas de zero.

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Já suspeitando que o grupo de ligação dos transformadores fossem diferentes, já que não eram do mesmo fabricante, verificamos o fechamento do delta e do estrela de ambos os trafos e descobrimos que um deles era deslocamento Dyn-1 e o outro Dyn-11, apesar de ambos estarem marcando nas suas respectivas placas Dyn-1. 

Esta defasagem angular entre os transformadores impede a sincronização da chave estática. Se estes transformadores fossem ligados em paralelo, teríamos um curto entre ambos.

Além da comprovação visual dos grupos de ligação diferentes, realizamos ainda uma medição com analisador de energia, comparando o defasamento angular entre a tensão de entrada e saída dos transformadores. Foi verificado que, apesar de ambos serem subtrativos, um possuía um deslocamento de +30º e outro de -30º (ou 330º).

Trafo Subtrativo - Dyn-1

Trafo Subtrativo - Dyn-11

Mas o que afinal é polaridade e grupo de ligação de um transformador trifásico? Vamos à teoria....

Polaridade é a defasagem existente entre as tensões induzidas no primário e no secundário de um transformador. Se os sentidos destas tensões forem iguais, diz-se que o transformador possui polaridade subtrativa; caso sejam contrárias, a polaridade é aditiva.

Formas de onda. Veja como as ondas mostradas no analisador da Fluke são subtrativas.

Polaridade Subtrativa (à esquerda)  /  Polaridade Aditiva (à direita)

O deslocamento angular em transformadores trifásicos traduz o ângulo entre os fasores das tensões (e, consequentemente, das correntes) de fase do enrolamento de menor tensão em relação ao enrolamento de maior tensão.

Assim, para que se possa determinar o defasamento angular se faz necessário elaborar primeiro o diagrama fasorial correspondente, lembrando que o defasamento angular é medido do enrolamento de tensão inferior (X) para o enrolamento de tensão superior (H) no sentido anti-horário.

Assim, por exemplo, o deslocamento angular é representado da seguinte forma:

Dyn1

Em que:

- A primeira letra (maiúscula) representa o enrolamento de tensão mais elevada, sendo utilizadas as seguintes letras D (Delta), Y (estrela) e Z (Zig-Zag).

- A segunda letra (minúscula) representa o enrolamento de tensão inferior, sendo utilizadas as seguintes letras d (delta), y (estrela) e z (Zig-Zag).

- A letra n indica que o neutro é acessível.

- O número 1 indica as horas do ponteiro de um relógio, ou seja, cada 30º representa uma hora (30º / 30º = 1 hora).

Exemplo de uma ligação Dyn-1. Veja como diagrama fasorial indica 30º de defasamento. Fonte: O Setor Elétrico

Abaixo uma tabela de deslocamentos angulares possíveis em ligações delta-estrela:

Tabela de deslocamentos em ligações delta-estrela

Este caso foi muito interessante pelo fato da placa do transformador estar errada de fábrica. Devemos ficar atentos, principalmente em transformadores de baixa tensão, pois nem todos os fabricantes seguem os mesmos padrões de qualidade dos transformadores de tensões mais elevadas. Neste caso a chave estática "avisou" sobre o problema. Normalmente, como os equipamentos não são comissionados nas nossas instalações, colocar dois transformadores com deslocamento angulares diferentes em parelelo não me parece tão improvável.

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