Ensaio de Relação de Espiras de Transformadores: Procedimento, Cálculo e Resultados

A ensaio da relação de transformação do transformador verifica se a relação medida entre os enrolamentos de um transformador está de acordo com o seu projeto e ligação da placa de características. Um equipamento de teste aplica uma tensão CA baixa controlada a um enrolamento, mede a tensão induzida noutro enrolamento e indica a relação, a relação de fase e, frequentemente, a corrente de excitação. O teste pode revelar uma posição incorreta de derivação (comutador), erros de ligação, circuitos abertos e alguns defeitos nos enrolamentos, mas não consegue diagnosticar todos os problemas internos por si só. O transformador deve estar isolado, desenergizado, descarregado e testado por pessoal qualificado, utilizando o procedimento aprovado para a unidade específica.

O que um ensaio de relação de transformação de um transformador verifica

A relação fundamental de tensão de um transformador ideal segue a relação de espiras:

V_H / V_L = N_H / N_L

Aqui, V representa a tensão e N o número de espiras; H e L identificam os enrolamentos de maior e menor tensão. Um instrumento de campo não conta espiras. Mede a relação de transformação sob uma pequena excitação de teste e compara o resultado com a relação esperada a partir das tensões de placa, da posição do comutador de tomadas, da configuração dos enrolamentos e do grupo vetorial.

O ensaio é valioso durante a aceitação em fábrica, a comissionamento, a inspeção pós-transporte, a deteção de avarias e a manutenção baseada na condição. Os ensaios de rácio podem ajudar a identificar uma alteração na relação dos enrolamentos, comparando os resultados obtidos no terreno com a placa de características, os dados de fábrica e os dados anteriores. O resultado deve ser interpretado juntamente com outras evidências, e não utilizado como um veredito isolado.

Quando as equipas de projeto utilizam os testes TTR

Um resultado de referência obtido antes da energização fornece ao proprietário uma referência para comparação futura. Os ensaios são especialmente úteis após a entrega, porque o impacto, conexões internas soltas ou uma religação externa incorreta podem não ser óbvios durante uma inspeção visual. Também são habitualmente incluídos após uma reparação major, trabalhos no comutador de toques, atuação de proteções ou um evento anormal.

Para um transformador novo, o registo de ensaio deve identificar o número de série, o instrumento de ensaio, o estado de calibração, a temperatura dos enrolamentos ou a condição ambiente quando relevante, a tensão de ensaio, a posição do comutador de tomadas, o modo de ligação, a relação medida, a relação esperada, o desvio, a corrente de excitação e o resultado do ângulo de fase ou do grupo vetorial. Esse registo é mais útil do que uma simples declaração de “aprovado”, uma vez que apoia a comparação de tendências e a análise de engenharia.

Informação necessária antes de ligar o equipamento de teste

Comece pelos documentos aprovados do transformador, em vez de adivinhar a partir das posições dos terminais. Obtenha a fotografia da placa de características, o diagrama unifilar, o diagrama de enrolamentos, o grupo de ligação, as tensões nominais primária e secundária, a frequência, as tomadas disponíveis, a disposição do neutro e o relatório de ensaio do fabricante. Confirme se o equipamento é de dois enrolamentos, três enrolamentos, autotransformador, monofásico ou trifásico.

A posição da tomada importa. Um comutador de tomadas em vazio ou em carga altera deliberadamente a relação de espiras efetiva. Um resultado comparado com a referência de tomada errada pode parecer defeituoso, mesmo quando o transformador está correto. Registe tanto a indicação mecânica como a posição elétrica disponível para o procedimento de ensaio.

As ligações trifásicas também afetam a relação entre a tensão de linha e a tensão de fase. A ligação em triângulo, em estrela (wye), em ziguezague e o desfasamento não podem ser ignorados. Os equipamentos de teste trifásicos modernos conseguem avaliar as fases e as relações vetoriais automaticamente, mas o operador continua a ter de introduzir a configuração correta. Para a marcação de terminais e convenções de ligação, consulte IEEE C57.12.70. A norma contratual aplicável e os dados do fabricante regem a decisão de aceitação real.

Procedimento de ensaio de relação de transformação seguro para transformadores

Esta visão geral destina-se ao planeamento e revisão, não sendo um substituto para um método de trabalho aprovado. Os ensaios devem ser efetuados por pessoal qualificado no âmbito do programa de segurança elétrica do estaleiro.

1. Identifique e isole o transformador. Verifique o ativo correto e todas as fontes possíveis, incluindo alimentação de retorno de sistemas secundários, enrolamentos terciários, serviços auxiliares da estação, geradores e cabos ligados.
2. Estabelecer uma condição de trabalho eletricamente segura. Aplique o processo de bloqueio/sinalização da instalação, verifique a ausência de tensão com um instrumento adequado, descarregue a energia armazenada e instale ligações à terra de proteção onde o procedimento aprovado o exigir. Da OSHA orientação sobre o controlo de energia perigosa explica a base dos programas de bloqueio e sinalização.
3. Inspecionar e documentar. Registe a condição dos terminais, contaminação, danos, ligação à terra, indicação da tomada e os dados da placa de características. Não prossiga se a identidade ou a ligação do equipamento forem incertas.
4. Desligue os circuitos quando necessário. Cabos ligados, descarregadores de sobretensão, transformadores de potencial ou outros componentes podem influenciar a configuração ou expor o equipamento a uma tensão de ensaio não intencional. Siga as instruções do fabricante e do equipamento de ensaio.
5. Ligue os condutores aos enrolamentos designados. Mantenha os terminais organizados, seguros e afastados de metal ligado à terra. Confirme as etiquetas das fases antes de aplicar a tensão de ensaio.
6. Selecione a configuração correta do objeto de teste. Insira as tensões nominais, ligação dos enrolamentos, grupo vetorial, frequência, número de fases e posição da tomada. Uma configuração incorreta produz resultados erróneos.
7. Execute a sequência em cada toque necessário. Observe a relação, o desvio, a corrente de excitação e a relação de fases. Pare se as leituras forem instáveis ou inconsistentes com a ligação esperada.
8. Guardar resultados em bruto e restaurar o transformador. Remova os cabos de teste, coloque as desinscrições temporárias e as tomadas no estado aprovado, efetue uma verificação independente e atualize o registo de comissionamento.

Como calcular o desvio de proporção

Muitos instrumentos calculam o desvio automaticamente. Para uma verificação de engenharia:

Desvio (%) = (Rácio medido − Rácio esperado) / Rácio esperado × 100

Suponha que a relação esperada para a derivação selecionada seja 20,000 e que o instrumento indique 20,060. O desvio é (20,060 − 20,000) / 20,000 × 100 = 0,30%. Este cálculo, por si só, não determina a aceitação. A relação esperada correta deve refletir a ligação real do enrolamento e a posição da derivação, e o resultado deve ser avaliado à luz da norma aplicável, dos limites do fabricante, do relatório de fábrica, da incerteza do instrumento e das especificações do projeto.

A edição atual de IEEE C57.152 descreve testes de diagnóstico em campo de transformadores de potência banhados a líquido e enfatiza a interpretação combinada dos resultados de diagnóstico. Transformadores a seco e especiais podem ser regidos por normas diferentes e procedimentos do fabricante.

Interpretar padrões em vez de um único número

Desvio semelhante em todas as fases

Um desfasamento consistente pode indicar uma razão esperada incorreta, uma referência de tomada errada, um erro de introdução de dados ou um problema de ligação sistemático. Confirme as tensões da placa de características e se o software espera valores entre fases ou fase-neutro antes de assumir um defeito interno.

Uma fase difere das outras

Uma diferença específica por fase merece investigação. As possíveis causas incluem mau contacto dos terminais, terminais com etiquetas erradas, uma ligação de enrolamento aberta ou danificada, problemas de contacto no comutador de tomadas, ou danos no enrolamento. Repita o teste apenas após verificar a configuração; não volte a alimentar um circuito de teste questionável sem compreender a anomalia.

A proporção altera-se de forma irregular entre os toques

Normalmente, espera-se uma progressão suave e previsível ao longo das posições dos taps. Uma descontinuidade pode indicar uma indicação mecânica incorreta, um problema de ligação ou uma falha no comutador de taps. Compare a sequência com os dados de fábrica e o diagrama do comutador de taps.

Corrente de excitação anormal

A corrente de excitação é sensível à tensão de ensaio, à ligação, à condição do núcleo, ao magnetismo residual e ao método do instrumento. Pode apoiar o diagnóstico, mas não deve ser interpretada sem comparação de fases, leituras anteriores e a orientação do equipamento de ensaio.

Erros comuns de teste

• Comparação de um resultado de campo com a razão nominal em vez da razão esperada para a tomada atual.
• Introdução do grupo vetorial ou ligação de enrolamento incorreta.
• Deixar circuitos externos ligados sem verificar o seu efeito.
• Utilizar ligações de chumbo deficientes, contaminadas ou com etiquetas erradas.
• Registar apenas uma etiqueta de passa/não passa e perder os dados em bruto fase a fase.
• Aplicar uma tolerância universal a cada transformador e a cada objetivo de ensaio.
• Tratar um resultado satisfatório de TTR como prova de que o isolamento, o núcleo, os bucins e todas as partes mecânicas estão em boas condições.

Como o TTR se enquadra no comissionamento de transformadores

O teste de rácio é uma parte de um pacote de comissionamento coordenado. O âmbito final pode incluir a resistência de isolamento, a resistência dos enrolamentos, a corrente de excitação, o fator de potência ou fator de dissipação, verificações da ligação à terra do núcleo, testes de fluidos para unidades imersas em líquido, verificações funcionais de alarmes e arrefecimento, testes de proteção e verificação da ligação à terra e da rotação de fases. A combinação exata depende do tipo de transformador, classe de tensão, contrato, norma aplicável e instruções do fabricante.

As equipas de contratação pública podem reduzir a incerteza no local solicitando os resultados dos rácios de fábrica para cada tomada e garantindo que a placa de características, o grupo vetorial e os diagramas de terminais são aprovados antes do envio. O guia da Shenheng para caraterísticas da placa de características do transformador ajuda as equipas a identificar a informação necessária para a comparação, enquanto o artigo sobre impedância de transformadores e funcionamento em paralelo explica um parâmetro separado que o TTR não verifica.

Para projetos que avaliam equipamento, consulte os da Shenheng transformador em banho de óleo de 35 kV e transformador a seco encapsulado em resina de 6–10 kV. Os requisitos do teste final devem ser acordados com base no design encomendado real.

Vídeo educativo: fundamentos do circuito equivalente do transformador

A seguinte aula do NPTEL do IIT Delhi explica as relações de tensão e de circuito por trás das medições de transformadores. Fornece teoria; não substitui as regras de segurança do local nem o manual do equipamento de teste.

FAQ sobre o teste da relação de transformação de transformadores

Um teste de TTR requer que o transformador esteja desenergizado?

Os testes convencionais de TTR em campo são realizados com o transformador isolado e desenergizado. Todas as fontes e possíveis retroalimentações devem ser controladas de acordo com o procedimento de segurança aprovado.

Pode um ensaio de relação de espiras detetar todas as espiras em curto-circuito?

Não. Pode revelar alterações de rácio associadas a problemas nos enrolamentos, mas a sensibilidade depende do defeito, do projeto do transformador, da ligação e do método. Os resultados devem ser combinados com outras evidências de diagnóstico.

Deve cada torneira ser testada?

Os programas de comissionamento e pós-manutenção exigem habitualmente a sequência de comutação especificada porque verifica tanto a progressão da relação como as ligações do comutador detom. Siga o procedimento do projeto e do fabricante.

É a razão de tensão sempre idêntica à razão física de espiras?

A relação ideal é proporcional, mas as relações de linha/fase trifásicas, os grupos de ligação, as tomadas, o método de medição e as perdas reais devem ser tratados corretamente ao calcular o resultado de campo previsto.

O que deve ser incluído num relatório TTR?

Incluir a identidade do ativo, dados da placa de características, grupo vetorial, comutadores, detalhes de instrumentos e calibração, tensão de ensaio, resultados fase a fase, desvio, corrente de excitação quando medida, observações, base de aceitação e aprovação do revisor.