Em um sistema de distribuiçāo local de energia elétrica, a tensão de linha é de 138 kV . Sabendo que a tensajo a ser distribuida é de 380 V , descreva o transformador a ser utilizado.
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e faz a seguinte pergunta:
- Dado: a tensão de linha do sistema de distribuição local é
. - Dado: a tensão a ser distribuída (tensão de saída desejada) é
. - Pedido: descrever o transformador a ser utilizado.
Informações relevantes que temos que usar: as tensões primária e secundária (valores em volts) e o objetivo de transformar de
para
. Não foi dada a potência nominal do transformador (kVA ou MW), nem a configuração de carga; portanto teremos que dar a descrição elétrica e os parâmetros que são diretamente determináveis a partir das tensões e indicar o que falta especificar.
Passo 2
Princípio básico e fórmula que vamos usar (aula rápida):
- Um transformador ideal relaciona as tensões nas bobinas (enrolamentos) com o número de espiras (voltas) por:
onde
é o número de espiras do enrolamento primário,
é o número de espiras do secundário,
é a tensão aplicada ao primário e
é a tensão no secundário. Essa relação nos dá a razão de transformação (quantas vezes a tensão é reduzida).
- Explicando cada símbolo sem pressa:
-
e medem quantas voltas de fio tem cada enrolamento — mais voltas → maior tensão. -
e são as tensões eficazes (rms) nos respectivos enrolamentos.
-
- Observação prática: em redes trifásicas normalmente especificamos tensões em regime “linha a linha” (por exemplo
é tensão de linha). Para trabalhar por fase usamos a relação entre tensão de linha e tensão de fase:
Vamos usar essas fórmulas para obter a razão de transformação por fase e por linha.
Passo 3
Cálculo direto da razão de transformação usando tensões linha-a-linha (que é suficiente para muitas especificações):
Fazendo a divisão:
Interpretação: o transformador precisa reduzir a tensão por um fator de aproximadamente
. Podemos dizer que a razão de transformação é cerca de
.
Passo 4
Cálculo por fase (útil para projetar cada enrolamento de um transformador trifásico):
- tensão de fase no primário (se primário for estrela ou se trabalharmos por fase):
- tensão de fase no secundário (se secundário for estrela e quisermos tensão fase-neutro):
Agora a razão por fase:
o mesmo número — isso confirma consistência entre cálculo por linha e por fase.
Passo 5
Descrição prática do tipo de transformador e opções operacionais (explicando o porquê das escolhas):
- Tipo: um transformador de potência trifásico elevador/abaixador (no nosso caso abaixador) com tensões nominais de primário
e secundário ( linha). - Conexão típica: para distribuição que alimenta cargas monofásicas e trifásicas, costuma-se usar o secundário em estrela (
) com o neutro aterrada para fornecer fase-neutro (aqui calculado como ). No primário de tensão muito alta usa-se frequentemente delta ( ) ou estrela aterrada dependendo da topologia da rede; uma escolha prática comum é no primário e aterrada no secundário (vector group do tipo “Dyn…” — por exemplo Dyn11) porque: -
no primário ajuda a permitir circulação de correntes de terceiro harmônico e equilibrar assimetrias. -
aterrada no secundário fornece neutro para cargas monofásicas e permite aterramento do sistema.
-
- Portanto uma recomendação prática (genérica) é: transformador trifásico
, conexão / com neutro aterrada (vector group apropriado conforme sistema), razão de transformação .
Passo 6
Outras especificações importantes (o que falta para um projeto completo e por que cada item importa):
- Potência aparente nominal (
, em kVA ou MVA): não foi dada no enunciado; deve ser escolhida a partir da carga total que será alimentada. Ex.: some as potências das cargas (em kW ou kVA) e adicione margem (por exemplo 10–25%). - Impedância curta (
, normalmente da ordem de a para transformadores de potência) — afeta as correntes de curto-circuito e a queda de tensão durante carga. - Dispositivo de regulagem de tensão (OLTC — on-load tap changer) para ajustar pequenas variações na tensão secundária (tipicamente ±2×2,5% ou similar), útil em linhas longas.
- Nível de isolamento e espaçamentos: os enrolamentos de alta tensão precisam isolamento para
(normas determinam níveis de isolação). - Resfriamento: tipo de refrigeração (ONAN, ONAF, etc.) escolhido conforme potência e condições ambientais.
- Proteções e aterramento: relés, buchas, disjuntores, aterramento do neutro secundário, proteção contra surto (arresters).
Expliquei cada item porque na prova pode cair “descreva o transformador” e você tem que citar o que é importante além da simples razão de transformação.
Passo 7
Resumo numérico e recomendação curta (para memorizar e escrever rápido na prova):
- razão de transformação:
; - configuração recomendada: transformador trifásico
, conexão no primário e aterrada no secundário para obter fase-neutro (o que resulta em fase-fase); - observar: especificar potência nominal (kVA/MVA), impedância, OLTC e níveis de isolamento para um projeto completo.
Resposta
Transformador trifásico
(abaixador), razão de transformação
.
Configuração recomendada: no primário /
aterrada no secundário (ex.: Dyn11) para fornecer
fase-neutro (resultando em
linha a linha).
Detalhes a definir para projeto completo: potência nominal (kVA/MVA), impedância curta (tipicamente 8–12%), OLTC para regulação, níveis de isolamento e tipo de resfriamento.
Configuração recomendada:
Detalhes a definir para projeto completo: potência nominal (kVA/MVA), impedância curta (tipicamente 8–12%), OLTC para regulação, níveis de isolamento e tipo de resfriamento.