Questão 5- Quais as condições necessárias para o fechamento em paralelo de transformadores de força a serem ligados no sistema trifásico em CA, conexão delta no primário e estrela no secundário?
Passo 1
O enunciado pergunta: “Quais as condições necessárias para o fechamento em paralelo de transformadores de força a serem ligados no sistema trifásico em CA, conexão delta no primário e estrela no secundário?”
Informações dadas (tiradas diretamente do enunciado):
Informações dadas (tiradas diretamente do enunciado):
- Trata‑se de transformadores de força para sistema trifásico CA.
- Cada transformador tem conexão primário em delta e secundário em estrela.
O que é pedido: listar e explicar as condições necessárias para que dois ou mais desses transformadores possam ser ligados em paralelo com segurança e sem correntes indesejadas.
Passo 2
Conceito básico que vamos usar (sem resolver ainda): quando fontes de tensão alternada são colocadas em paralelo elas só podem permanecer em equilíbrio sem correntes circulantes se tiverem a mesma tensão fasorial (mesma magnitude e mesma fase). Vou explicar isso com calma porque é a ideia central.
Explicação didática:
- Imagine duas pequenas fontes de tensão alternada (como as tensões secundárias de dois transformadores) representadas por fasores
e . - Se
haverá uma diferença de potencial entre elas que faz circular uma corrente entre os enrolamentos mesmo sem carga externa — essa é a corrente de circulação (ou circulação interna). - Matematicamente, se as fontes têm impedâncias internas (ou impedâncias de curto-circuito)
e , a corrente de circulação é dada por
- Objetivo prático: fazer
. Para isso é necessário que (mesma magnitude e mesma fase) e que as impedâncias não provoquem desequilíbrios grandes no compartilhamento de carga.
Passo 3
Condição 1 — Relação de transformação (tensão nominal) igual:
- O transformador tem razão de espiras ou relação de transformação
tal que . Para dois transformadores em paralelo os seus valores nominais devem coincidir: (ou, dito de outro modo, as tensões nominais secundárias devem ser iguais). - Por que: se as tensões nominais secundárias forem diferentes, haverá diferença de tensão em regime sem carga e surgirão correntes circulantes grandes ao fechar em paralelo.
- Como checar na prova/na prática: comparar as tensões nominais no plaquette (tensão primária e secundária) e fazer um ensaio de razão (teste de relação de transformação).
Passo 4
Condição 2 — Polaridade e sentido de fase iguais:
- Polaridade: a marcação de polaridade do transformador (p.ex. “H1‑X1”) deve coincidir entre os aparelhos para que as fases coincidentes tenham mesma referência de polaridade.
- Sentido de fase: os enrolamentos devem estar ligados com o mesmo sentido (não inverter um enrolamento).
- Por que: polaridade invertida equivale a uma diferença de fase de
entre as tensões correspondentes, gerando curto entre fases ao tentar paralelá‑las. - Como checar: teste de polaridade (teste de curto‑circuito/ensaio de polaridade) ou inspeção das marcações.
Passo 5
Condição 3 — Mesmo deslocamento de fase (mesmo grupo vetorial / mesma defasagem):
- Transformadores trifásicos com conexão delta/estrela introduzem um deslocamento de fase entre primário e secundário (normalmente de
dependendo da ligação e da identificação do grupo vetorial). O “grupo vetorial” (vector group) descreve esse deslocamento, por ex.: significa delta-estrela com deslocamento de (11×30° = 330° ≡ −30° dependendo da convenção). - Para paralelismo é obrigatório que os transformadores tenham o mesmo grupo vetorial (mesma defasagem) e a mesma sequência de fases. Se um transformador tem deslocamento de fase diferente do outro, ao juntar os secundários haverá diferenças angulares entre as fases correspondentes e surgirão correntes de curto não toleráveis.
- Em resumo: para dois transformadores
eles devem ter o mesmo código de grupo vetorial (ex.: ambos ou ambos , etc.).
Passo 6
Condição 4 — Mesma sequência de fases:
- A sequência das fases (p.ex. A‑B‑C) deve ser a mesma em ambos os transformadores. Sequências diferentes (A‑B‑C vs A‑C‑B) implicam fases deslocadas em
de forma não consistente e provocarão curto entre fases. - Como checar: leitura da plaqueta e/ou teste de sequência de fases com analisador.
Passo 7
Condição 5 — Mesmo tap‑changer / mesma posição de AFV (regulador de tensão) e mesma tensão de vazio:
- Se os transformadores têm derivação (tap‑changer) para ajustar tensões, as posições de tap devem coincidir, ou as tensões de vazio medidas no secundário devem ser idênticas antes do fechamento.
- Por que: diferenças pequenas de tensão por tap diferente geram correntes circulantes e intercambio de potência indesejado.
- O que fazer: colocar taps na mesma posição ou ajustar até que as tensões a vazio coincidam dentro da tolerância requerida.
Passo 8
Condição 6 — Impedâncias percentuais próximas e compatíveis para compartilhamento de carga:
- Mesmo que as tensões e fases coincidam, o compartilhamento de carga entre transformadores depende de suas impedâncias de curto‑circuito
. Para um compartilhamento proporcional e estável é desejável que os percentuais de impedância em per unit sejam próximos. - Regra prática: impedâncias percentuais muito diferentes causam que um transformador forneça muito mais corrente (sobrecarga) que o outro.
- Fórmula e explicação simples: considerando dois transformadores carregando uma mesma carga, sem corrente de circulação, a corrente fornecida por cada um tende a ser inversamente proporcional à sua impedância (mais baixa impedância -> maior contribuição). Não é necessário memorizar um único número, mas sim a ideia: “impedâncias similares → compartilhamento adequado”.
Passo 9
Condição 7 — Mesmo valor de frequência e mesma referência de terra/neutro:
- A rede e os transformadores operam na mesma frequência (ex.:
ou ). Diferença de frequência gera problemas dinâmicos e correntes indesejadas. - No lado estrela, se os neutros vão ser interligados ou aterrados, a prática de aterramento deve ser compatível (mesmo ponto de terra ou formas compatíveis de ligação neutro‑terra), caso contrário podem aparecer correntes de neutro ou circulantes entre neutros.
Passo 10
Condição 8 — Proteção, seccionamento e ensaios prévios:
- Deve haver proteções adequadas (disjuntores, proteção diferencial quando aplicável, proteção contra sobrecorrente) e dispositivos de seccionamento.
- Ensaios recomendados antes do fechamento: medir tensão a vazio dos secundários, medir relação de transformação (ensaio de relação), ensaio de polaridade, medir impedância de curto‑circuito (ensaio de curto para obter
), conferir grupo vetorial. Esses testes confirmam as condições anteriores na prática.
Passo 11
Exemplo numérico rápido para fixar a ideia (didático):
- Suponha dois secundários com tensões iguais nominalmente
e mesmos ângulos. Se um tiver tap alterado e passar a ter tensão e o outro , a diferença de provoca uma corrente circulante aproximadamente proporcional a essa diferença dividida pela impedância interna. Usando a fórmula
fica claro que pequenas diferenças de tensão podem gerar correntes relevantes se as impedâncias internas forem pequenas (transformadores grandes têm baixa impedância percentual), motivo pelo qual igualdade de tensão e taps é crítica.
Passo 12
Resumo prático do que fazer na hora (passos operacionais antes de fechar em paralelo):
- Conferir plaquetas: tensões nominais, grupo vetorial, percent impedance, marcação de polaridade.
- Colocar taps na mesma posição e medir tensão a vazio no secundário de cada transformador; ajustar até coincidirem.
- Fazer teste de polaridade/fase e confirmar sequência.
- Verificar as proteções e a compatibilidade de aterramento dos neutros.
- Fechar em paralelo preferencialmente com o equipamento livre de carga e, se possível, usando um curto teste controlado ou supervisão de proteção.
Resposta
Igualdade da relação de transformação (tensão nominal) entre os transformadores.
Mesma polaridade e mesmo sentido de ligação dos enrolamentos.
Mesmo deslocamento de fase / mesmo grupo vetorial (mesma defasagem entre primário e secundário).
Mesma sequência de fases (A‑B‑C igual nos dois).
Taps (posições de regulador) ajustados iguais / mesmas tensões a vazio nos secundários.
Impedâncias percentuais (impedâncias de curto) compatíveis para compartilhamento de carga.
Mesma frequência e compatibilidade de aterramento/neutro.
Proteções e ensaios prévios (teste de relação, de polaridade, medição de , confirmação de grupo vetorial) antes do fechamento.
Mesma polaridade e mesmo sentido de ligação dos enrolamentos.
Mesmo deslocamento de fase / mesmo grupo vetorial (mesma defasagem entre primário e secundário).
Mesma sequência de fases (A‑B‑C igual nos dois).
Taps (posições de regulador) ajustados iguais / mesmas tensões a vazio nos secundários.
Impedâncias percentuais (impedâncias de curto) compatíveis para compartilhamento de carga.
Mesma frequência e compatibilidade de aterramento/neutro.
Proteções e ensaios prévios (teste de relação, de polaridade, medição de