“Fator K” – Problema freqüente em Transformadores a seco
IX Salão de
Geafol considerando Harmônicos do Sistema
Iniciação
Científica PUCRS
Apresentador, Daniel Signori Roso, Nome do Orientador, Vicente Canalli (orientador)
Faculdade de Engenharia Elétrica, PUCRS, SIEMENS Ltda.
Resumo
Deve-se ter muita atenção aos harmônicos, principalmente aos gerados na rede de
alimentação. A presença de harmônicos numa rede muda completamente as características de
funcionamento de muitos equipamentos, como motores, transformadores, dispositivos de
proteção, monitores de rede, controladores de processo, e até mesmo o dimensionamento de
fios e cabos.
Diante da realidade dos harmônicos em redes elétricas, o IEEE e o UL (Underwriter
Laboratories) elaboraram normas para classificar a carga aplicada a um transformador através
de um fator k, definido como um valor numérico que representa possíveis efeitos de
aquecimento de uma carga não linear sobre o transformador, e tem como referencia os índices
1, 4, 9, 13, 20, 30 e 40. A norma UL 1562 define o ``fator k`` pela expressão [1] e [2]:
∞
FatorK = ∑ I h (
h =1
Ih 2 2
) .h [1]
I eff
∞
FatorK = ∑ I h ( pu ) 2 .h 2 [2]
h =1
Onde:
I h ( pu ) = valor eficaz da corrente de harmônica de ordem h (em por unidade da corrente
eficaz considerada)
h = ordem do harmônico.
I eff = valor eficaz da corrente medida
Na medição do fator k de uma carga, com instrumento de leitura direta, este pode ser
um valor elevado para aquela corrente de carga. Porém, ao calcular a influencia desta corrente
no funcionamento do transformador que alimenta tal carga, o fator k para o transformador
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deve ser calculado considerando a corrente nominal do equipamento. Se nesta carga circula
uma corrente eficaz menor que a corrente nominal, então o fator k para o transformador será
menor que o medido pelo instrumento.
Introdução
A maior pergunta para nós seria em como proteger um transformador de harmônicos,
sem que cause perda de energia, e consequentemente prejuízo a nosso bolso? Seria limitando
a quantidade de carga inserida nele.
Isto é chamado “reduzir” o transformador, ou redimensioná-lo de acordo com o padrão
estabelecido pela norma e pelo projeto.
Metodologia
Neste trabalho serão mostrados através de analises e cálculos como um transformador
a seco deve operar considerando harmônicos em seu funcionamento.
Os transformadores com especificações de fator K são projetados para reduzir os
efeitos de aquecimento das correntes harmônicas criadas por cargas não lineares. Sendo assim
o índice da habilidade do transformador de suportar um índice harmônico em sua corrente da
carga permanecendo dentro de seus limites da temperatura de operação.
A tabela 1 dá o exemplo de cargas com diferentes fatores.
Carga
Fator K
Iluminação com lâmpadas de descargas
K=4
Equipamentos de Telecomunicação (por ex. PBX)
K = 13
Máquinas de solda
K=4
Cargas de computadores servidores (Mainframe)
K = 20
Tabela 1: Cargas de acordo com o fator k gerado
Especificar o fator indica que um transformador pode fornecer além da saída nominal
de carga em KVA, uma carga de uma quantidade especificada de índice harmônico.
Assim com estas medições será visualizado como o fator k influencia na potencia e na
carga de diferentes aplicações como: Retificadores e Carregadores, variadores de velocidade,
cargas tipo RCD, maquinas de solda e fornos de indução.
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Resultados
Serão comentados na apresentação diversos resultados, conforme visto na figura 1,
onde mostra a influencia do fator em diferentes cargas. Os harmônicos geram aquecimento
excessivo nas instalações e também disparos nos dispositivos de proteção sendo assim usa-se
um transformador com fator k adequado de maneira a eliminar estes problemas.
Outras causas comuns de harmônicos são as vibrações e o acoplamento, ressonância,
aumento na queda de tensão e redução do fator de potencia e tensões elevadas entre neutroterra.
Figura 1 Resultado das harmônicas considerando uma carga ZC paralela.
Conclusão
Verificamos que o fator k, é extremamente importante em instalações que se depare
com problemas de harmônicos que possam prejudicar o andamento de diversos processos, foi
mostrado estudos através de normas internacionais que definem o correto calculo e medição
do mesmo.
Concluímos como podemos agir quando nos deparamos com aplicações que se
tornam essenciais a análise do fator k não só para o rendimento, mas como na vida útil de
nosso equipamento e que às vezes não nos é levado em conta na especificação do projeto.
Após este estudo fica a critério do cliente e do projetista estabelecer qual o devido
fator a ser utilizado e a nosso critério como fornecedores de transformadores a seco
(SIEMENS), informá-los qual o real transformador a ser utilizado e qual o devido fator k.
Referências
Norma Internacional, ANSI/IEEE Std. C57.110-1998.
MORENO, I., Harmônicas nas instalações Elétricas. (2000).
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