Resumo:
- Medições de Resistência do Enrolamento do Transformador
- Medição da Resistência do Enrolamento
- História da Medição da Resistência ao Enrolamento
Medições de Resistência do Enrolamento do Transformador
Finalidade das Medidas
A medição da resistência do enrolamento do transformador é de importância fundamental para os seguintes fins:
- Cálculos da componente I²R em perdas de condutores.
- Cálculo da temperatura do enrolamento no final de um ciclo de ensaio de temperatura.
- Como base para avaliar possíveis danos no terreno.
Os transformadores estão sujeitos a vibrações. Os problemas ou falhas ocorrem devido a má concepção, montagem, tratamento, ambiente inseguro, sobrecarga ou manutenção deficiente. A medição da resistência do enrolamento assegura que as ligações estão correctas e a medição da resistência indica que não existe uma grande descoordenação. Muitos transformadores têm torneiras de regulação incorporadas. Estas gravações tornam fácil aumentar ou diminuir a proporção em fracções de uma percentagem. Todas as alterações de proporção envolvem um movimento mecânico de um contacto de uma posição para outra. Estas mudanças de torneira também serão verificadas durante as Medições de Resistência ao Enrolamento.
Apesar da configuração em estrela ou delta, são feitas medições fase a fase e são feitas comparações para determinar se as leituras são comparáveis. Note-se que o objectivo do teste é avaliar as diferenças brutas entre as aberturas de bobinagem e de ligação. Os testes não são feitos para duplicar a leitura do dispositivo fabricado, que foi testado na fábrica em condições controladas e possivelmente a outras temperaturas.
Características de um transformador
Um transformador é considerado um dispositivo passivo capaz de armazenar e fornecer quantidades finitas de energia. Praticamente todos os transformadores utilizam material magnético para moldar os campos magnéticos que actuam como um meio de transferência de energia. A relação entre a quantidade de campos magnéticos e os circuitos eléctricos com os quais interagem desempenha um papel importante na descrição do funcionamento do dispositivo. O material magnético determina o tamanho do equipamento, a sua capacidade, e introduz limites devido à saturação e perda de desempenho.
Fundamentalmente, um transformador consiste em um ou mais enrolamentos ligados por um campo magnético mútuo. Estes enrolamentos são simplesmente bobinas de arame, indutores. As características do transformador podem agora ser analisadas utilizando algumas fórmulas simples.
A tensão através de um indutor é proporcional à taxa de mudança de tempo da corrente através dele.
v= L di/dt
Deve também notar-se que uma mudança súbita na corrente indutora requer uma mudança súbita na energia armazenada no indutor, e esta mudança súbita na energia requer uma potência infinita naquele instante; a potência infinita não faz parte do mundo real. A corrente indutora deve ser impedida de saltar instantaneamente de um valor para outro. Se for feita uma tentativa de abrir o circuito de um indutor físico através do qual uma corrente finita está a fluir, aparecerá um arco no interruptor. Isto é útil num sistema de ignição de automóveis, mas dificilmente é um evento a testemunhar durante os testes de enrolamento de transformadores.
A energia armazenada num indutor com corrente circulante pode ser representada pela fórmula:
w(t) = ½ I²L
Onde, w(t) = Energia em função do tempo
I = Corrente em amperes
L = Indutância em Henries
Antes do fluxo de corrente desejado (para fins de teste), este requisito energético tem de ser satisfeito e implica que também será necessário algum tempo antes de a medição poder ser feita. Este requisito de tempo aplica-se apenas ao tempo de carregamento. Deve ser concedido um tempo adicional para estabilizar a corrente antes da medição ser efectuada.
O tempo final necessário para efectuar uma leitura é limitado por um intervalo de tempo inerente entre a aplicação de uma corrente DC e o tempo necessário para que a magnetização do núcleo se estabilize. Dependendo do tamanho e da construção do transformador, a duração do teste pode ser muito curta para transformadores pequenos ou muito longa para transformadores maiores e altamente indutivos.
Equipamento de teste
Antes do equipamento digital e electrónico moderno, era utilizada a ponte dupla Kelvin. Foram utilizadas pilhas, interruptores, galvanómetros, amperímetros e ajustes de fios para obter medições de resistência. Os reguladores actuais foram construídos e inseridos entre a bateria e a ponte. A tensão de entrada para o regulador de 12 volts dc de uma bateria de armazenamento de automóveis forneceu corrente de saída variável em passos que corresponderam à classificação de corrente máxima da Ponte dentro das gamas mais comummente utilizadas em transformadores.O regulador actual aumentou a velocidade e a precisão das leituras da Ponte. A disponibilidade de aproximadamente 11 volts foi utilizada para acelerar a acumulação inicial de corrente e diminuiu para cerca de 5 volts pouco antes de a corrente seleccionada ter sido atingida e a regulação ter começado. No início da regulação, a corrente era basicamente constante apesar da indução dos enrolamentos e da flutuação da tensão da bateria ou da resistência do cabo.
A duração do teste foi grandemente reduzida através da utilização de equipamento de teste moderno baseado em microprocessador. As leituras directas podem ser obtidas a partir de contadores digitais com indicações automáticas que alertam quando uma medição eficaz está disponível. Em alguns testadores, existem dois contadores que permitem duas medições de resistência simultâneas.
CUIDADO
Devido à enorme quantidade de energia que pode ser armazenada num campo magnético, devem ser tomadas precauções antes de desligar os cabos de teste do transformador em teste. Nunca desligar os cabos durante o processo de teste e dar sempre tempo suficiente para a descarga completa do transformador antes do início dos testes. Os grandes transformadores podem necessitar de vários minutos para descarregar.
A maioria dos novos Ensaios de Resistência a Ventos hoje em dia têm indicadores que lhe dizem quando as pistas podem ser removidas em segurança.
Princípios de Funcionamento
A ideia básica é injectar uma corrente DC no enrolamento a ser medido, e depois ler a queda de tensão através desse enrolamento.
Os Instrumentos de Verificação Eléctrica são aplicados à corrente dc através do Enrolamento e a um shunt de corrente padrão interno. Após a medição, as quedas de tensão dc são classificadas e o visor é lido como resistência no medidor do painel frontal. Este método permite que a resistência do fio seja omitida uma vez que a leitura é independente da corrente. Além disso, não são necessários factores de multiplicação ao alterar as gamas de corrente.
A fonte de corrente contínua deve ser extremamente estável. Referindo-se à fórmula de tensão dc de um transformador abaixo:
v = I * R + (L di/dt)
Onde, vdc = Tensão de um Enrolamento de Transformador I = corrente DC por transformador EnrolamentoR = resistência do enrolamento do transformador L = indutância do enrolamento do transformador L = indutância do enrolamento do transformador di/dt = valor variável da corrente (corrente de ondulação)
Assumimos que o testador tem uma fonte muito estável (ou seja, sem ondulação), então di/dt é zero e o termo L di/dt torna-se zero.
Interruptores de torneira
Os interruptores de torneira estão divididos em dois tipos: Em carga e fora de carga. O interruptor de torneira em carga permite a secção de mudança de relação enquanto o transformador está em funcionamento. Isto significa que o rácio de um transformador pode ser alterado enquanto a corrente passa por ele. O exemplo mais comum deste tipo de comutador de torneira em carga é o Regulador de Tensão.
No interruptor da torneira de carga
O medidor de resistência modelo QRM-10P é ideal para testar comutadores de torneira em carga porque o instrumento pode ser deixado ligado enquanto se muda de uma torneira para outra. Isto permite ao operador efectuar medições muito rapidamente sem descarga, e depois carregar novamente o transformador para cada torneira. O testador de resistência de enrolamento reequilibra após cada mudança de torneira. Se a torneira estiver defeituosa (aberta) ou se houver mesmo uma fracção de tempo com o circuito aberto, o Testador de Resistência ao Enrolamento iniciará automaticamente o seu ciclo de descarga. Isto dá ao operador uma indicação óbvia por meio de uma luz de visor de uma possível falha dentro do comutador de torneira. Com esta condição aberta, o equipamento de ensaio não causará qualquer dano ao transformador.
Interruptor da Torneira de Descarga
Este estilo de comutador de torneira exige que o comutador seja descarregado entre as mudanças de torneira. Para mudar a torneira, o transformador deve ser retirado de serviço ou pelo menos desconectado da carga. Este tipo de comutador de torneira pode geralmente ir menos rápido do que o tipo anterior, devido a mudanças não intencionais de torneira enquanto em serviço. O testador de resistência ainda funcionará neste interruptor, mas deve ser descarregado entre as trocas de torneira.
Segurança
Embora alguns aspectos da inspecção possam ser realizados sem desenergizar o transformador, a medição da resistência do enrolamento não é um deles. Para garantir a máxima segurança dos trabalhadores, os cabos de alta e baixa tensão devem ser desligados do transformador. De preferência, deve haver uma quebra visível entre os terminais do transformador e as linhas de alta e baixa tensão.Conclusão
Os transformadores são dispositivos muito fiáveis e durarão muitos anos se forem regularmente mantidos. As falhas dos transformadores, quando ocorrem, são geralmente de natureza grave, e podem exigir reparações dispendiosas e um longo período de não-operação. O melhor seguro contra falha do transformador é assegurar que este seja devidamente instalado e bem mantido. Certifique-se de que a Medição da Resistência do Enrolamento está incluída ao testar um transformador. Os instrumentos modernos autónomos tornam os testes fáceis e precisos. Manter um bom registo dos valores de resistência encontrados e compará-los com as leituras anteriores para ver se existem quaisquer desvios.
Medição da Resistência do Enrolamento
ANSI/IEEE - C57.12.90 - 1987
As medições da resistência são essenciais para os seguintes fins:
- CÁLCULOS DA COMPONENTE I²R DAS PERDAS DO CONDUTOR.
- CÁLCULO DA TEMPERATURA DO ENROLAMENTO NO FINAL DE UM TESTE DE TEMPERATURA.
- COMO BASE PARA AVALIAR POSSÍVEIS DANOS NO TERRENO.
- 4.1 Determinação da Temperatura Fria A temperatura fria do enrolamento deve ser determinada com a maior precisão possível através da medição da resistência ao frio. Devem ser observadas as seguintes precauções:
- 4.1.1 As medições gerais de resistência ao frio não devem ser feitas num transformador quando este se encontra em correntes de ar ou situado numa sala onde a temperatura flutua rapidamente.
- 4.1.2 Enrolamentos de Transformador Imersos em Líquido Isolante A temperatura dos enrolamentos deve ser considerada igual à temperatura do líquido isolante, desde que
- (1) Os enrolamentos foram imersos no líquido isolante sem qualquer excitação e sem qualquer corrente nos enrolamentos de 3h a 8h (dependendo do tamanho do transformador) antes da medição da resistência ao frio.
- (2) A temperatura do líquido isolante estabilizou, e a diferença entre a temperatura superior e a inferior não é superior a 5°C.
- 4.1.3 Enrolamentos de Transformador Sem Líquido Isolante A temperatura dos enrolamentos deve ser registada como a média de vários termómetros ou termopares inseridos entre as curvas, tendo o cuidado de assegurar que os seus pontos de medição estejam o mais próximo possível do contacto com os condutores de enrolamento. Não se deve assumir que os enrolamentos estão à mesma temperatura que o ar circundante.
- 4.2 Conversão das Medições de Resistência As medições de resistência ao frio das Bobinas são normalmente convertidas para a temperatura de referência padrão igual à elevação média da temperatura nominal das Bobinas mais 20ºC. Além disso, pode ser necessário converter as medições de resistência à temperatura em que foram feitas as medições de perda de impedância. As conversões são realizadas com a seguinte fórmula:
###Conversão de Medições de Resistência
Onde, Rs = Resistência no momento desejado Ts
Rm = Resistência medida
Ts = Temperatura de referência pretendida
Tm = Temperatura em que a resistência foi medida
Tk = 234,5 (cobre)
= 225 (alumínio)
Medição da Resistência ao Enrolamento - História
História - Fuente - IEEE - C57.125 - 1991
C7 JUNTAS SOBREAQUECIDAS
Esta história pressupõe um AUTO-TRANSFORMADOR de 17,9/22,4 MVA - 34,5 - 13,8 kV com enrolamentos totalmente em alumínio.
C7.1 UNSAFTABLE FOR SERVICE - Medições anormais de resistência DC foram obtidas entre terminais de alta tensão durante testes de manutenção de rotina. Todos os outros resultados dos testes foram normais.
Esta utilidade verifica a resistência d.c. de todos os transformadores com comutadores de torneira como um teste de manutenção de rotina para determinar se existem testes de contacto.
C7.2 COLECÇÃO DE DADOS As seguintes medições foram registadas:
 | Terminales | Resistencia C.C. |
|---|---|---|
| H1 H2 | 0.142 | |
| H2 H3 | 0.153 | |
| H3 H1 | 0.153 | |
| H1 - H0X0 | 0.072 | |
| H2 - H0X0 | 0.072 | |
| H3 - H0X0 | 0.084 |