Aspectos do comportamento das fontes nas instalações elétricas

De uma forma geral, pode-se entender que as fontes elétricas nas instalações industriais, comerciais e mesmo as residenciais são os equipamentos destinados a alimentar as cargas elétricas presentes nestas instalações e que respondem pelos processos desenvolvidos. O transformador é a fonte mais conhecida; outras, são os geradores, UPS, transformadores  de separação, retificadores e outras fontes menores, as eletrônicas que são aquelas associadas aos equipamentos de utilização como as fontes chaveadas que compõem as cargas eletrônicas, ou drivers e mesmo os reatores das luminárias, não consideradas nesta abordagem. Portanto, a função das fontes é condicionar a alimentação das cargas elétricas em função de suas especificações. Os filtros (e capacitores) são utilizados como acessórios e têm o objetivo de melhorar a qualidade do suprimento, adequando o casamento das fontes e cargas (regulação de tensão, distorção harmônica, do fator de potência e outras). As discussões que ora se propõem, estão relacionadas à especificação da fonte, relativas à potência nominal, comportamento da carga, potência de curto e regulação de tensão, perdas elétricas e outras.

1- Transformadores

Os transformadores, muito conhecidos por todos, têm como função a compatibilização das tensões de entrada e saída (rede e carga) e são compostos por circuito magnético e circuitos elétricos independentes que compõem o primário, secundário em construção mais comum e terciário e outros em construções específicas. Autotransformadores não são fontes elétricas, pois os enrolamentos de primários e secundários são comuns e as fontes por definição devem ter seus enrolamentos isolados. Sob os aspectos de especificação e uso dos projetos elétricos, os transformadores possuem, além das tensões nominais de entrada e saída e seus TAP’s para ajuste fino da tensão, a potência nominal especificada em função da carga a ser alimentada e planejada. Outros pontos importantes são a impedância característica que causará impacto na regulação de tensão, a corrente de in-rush que circulará durante a energização do transformador e deve ser considerada na estratégia da proteção, a configuração dos enrolamentos e grupos de ligações e defasagens angulares entre enrolamentos de entrada e saída e outras.

Para a definição da potência nominal, deve se considerar o perfil de carga de preferência ao longo do tempo de vida do Trafo (como também são conhecidos os dos transformadores), ou se for o caso, estratégias de ligação em paralelo aplicáveis. As perdas dos transformadores podem ser classificadas entre as fixas e variáveis (que dependem do carregamento). Um exemplo de comportamento das perdas em trafos é apresentado na figura 1, transformador a seco para uso industrial.

Figura 1 – Comportamento das perdas em Trafo seco 2000kVA. Fonte: Siemens

O que se observa é que no carregamento de 50%, as perdas em vazio se igualam  às perdas em carga, sendo este o ponto de operação de maior eficiência, conforme demonstrado na figura 2. Trafo com carregamento médio de 80% tem perda da ordem de 1,1% da carga, enquanto com carregamento de 50%, tem perdas da ordem de 1% da carga. Na aplicação em sistemas redundantes, como em data centers, com carregamento da ordem de 30%, os valores de perdas são da ordem de 1,2%.

Figura 2 – Perdas e carregamento em transformador seco industrial 2000kVA.

Uma comparação interessante é o comportamento de dois transformadores, de 2000kVA e 2500kVA e a simulação do comportamento de perdas em função da carga, conforme a figura 3. Uma carga superior a 50% de 2000kVA, portanto, 1000kVA, causará menor perda de transformação com o uso de Trafo de 2500kVA.

Figura 3 – Perdas em função da carga em transformador seco industrial 2000kVA e 2500kVA.

Outros pontos importantes são o comportamento da tensão de alimentação das cargas em regimes transitórios (qualidade da energia) e no regime permanente (importante para o consumo de energia). Nas próximas edições, serão abordadas as características de outras fontes como geradores e UPS’s, além de informações sobre a adequação da tensão e eficiência energética.

Atualizado em 22 de julho de 2021 por Simone Vaiser

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