Dois transformadores podem ter a mesma potência e tensão nominais, mas se comportar de maneira muito diferente no mesmo sistema. Um dos principais motivos é a impedância de curto-circuito.

Este parâmetro afeta a corrente de falha prospectiva, a regulação de tensão, a coordenação de proteção, a partida do motor e o compartilhamento paralelo de carga. Também influencia a classificação do painel, barramentos, cabos e outros equipamentos ao redor do transformador.

Um valor inferior ou superior pode ser razoável, dependendo do sistema. Geralmente surgem problemas quando a impedância é selecionada sem referência ao estudo de curto-circuito, perfil de carga e projeto de proteção.

A impedância de curto-circuito é geralmente expressa como uma porcentagem. Durante o teste, um enrolamento é curto-circuitado e uma tensão reduzida é aplicada ao outro enrolamento até que a corrente nominal flua. A tensão aplicada, expressa como porcentagem da tensão nominal, é o valor da impedância do transformador.

Por exemplo, um transformador com impedância de 5% requer aproximadamente 5% da tensão nominal para produzir corrente nominal sob condições de teste de curto-circuito.

Ignorando a impedância do sistema a montante, a corrente de falta simétrica inicial nos terminais do transformador pode ser estimada como:

Isc ≈ Irated ÷ Zpu

Uma impedância de 5% corresponde a aproximadamente 20 vezes a corrente nominal. Uma impedância de 8% corresponde a aproximadamente 12,5 vezes a corrente nominal. A corrente real de falta do sistema também dependerá da impedância da fonte, da impedância do condutor, do método de aterramento e da relação X/R do sistema.

A impedância mais baixa geralmente melhora a regulação da tensão. A queda de tensão no transformador é menor sob carga, o que pode ajudar na partida do motor, na captação de grandes cargas e em aplicações sensíveis à variação de tensão.

A compensação é uma corrente de falta prospectiva mais alta. Os disjuntores podem precisar de maior capacidade de interrupção, enquanto os barramentos, cabos e comutadores devem suportar tarefas mais altas de curto-circuito.

Dentro do transformador, uma falta passante produz fortes forças eletromagnéticas nos enrolamentos. Essas forças aumentam rapidamente com a corrente de falta e podem causar tensão nos condutores do enrolamento, espaçadores, cabos e estruturas de fixação. Falhas externas repetidas podem aumentar o risco de deslocamento do enrolamento ou deformação mecânica se o transformador e o sistema de proteção estiverem mal coordenados.

A baixa impedância também pode aumentar o custo do projeto fora do transformador. Equipamentos de manobra com classificação de falha mais alta, sistemas de barramento mais fortes e medidas adicionais de limitação de corrente podem custar mais do que o próprio projeto do transformador economiza.

Impedância mais alta limita a corrente de falta. Isto pode reduzir o dever de interrupção imposto aos disjuntores e diminuir a tensão de curto-circuito nos equipamentos a jusante.

A principal preocupação é a queda de tensão. Sob carga pesada, partida do motor ou captação repentina de carga, um transformador de alta impedância pode produzir uma queda de tensão maior. Isto pode afetar a aceleração do motor, a operação do contator, o equipamento do processo e outras cargas sensíveis à tensão.

A alta impedância também pode reduzir a corrente de falta a um nível que dificulta a coordenação da proteção. Para faltas remotas ou de nível inferior, as configurações do relé e do fusível podem exigir uma revisão mais detalhada para manter a sensibilidade e o tempo de compensação adequados.

Um valor de impedância mais alto não significa automaticamente perdas mais altas no transformador ou menor confiabilidade. O resultado depende da geometria do enrolamento, do controle do fluxo de fuga, da disposição dos condutores e do projeto térmico. No entanto, uma impedância personalizada excepcionalmente alta pode exigir trabalho de projeto adicional e pode aumentar a perda parasita ou o aquecimento local se o fluxo de fuga não for gerenciado adequadamente.

Não existe uma regra simples que diga que um transformador de impedância maior ou menor sempre custará mais. Alcançar uma impedância específica do projeto pode exigir alterações nas dimensões do enrolamento, na disposição dos condutores, nas folgas de isolamento, na blindagem magnética e no suporte estrutural.

Um valor fora da faixa normal de projeto do fabricante geralmente requer engenharia adicional e controle de produção. Tolerâncias restritas de impedância também podem aumentar os custos de projeto, material e testes.

O custo mais amplo do sistema pode ser mais significativo:

A baixa impedância pode exigir disjuntores, equipamentos de manobra e sistemas de barramento com classificação de falha mais alta.

A alta impedância pode exigir suporte de tensão adicional, diferentes arranjos de partida do motor ou alterações no dimensionamento do condutor e nas configurações de proteção.

Para as equipes de aquisição, o menor preço de compra do transformador pode, portanto, levar a um custo total instalado mais elevado se a impedância selecionada transferir requisitos adicionais para o resto do sistema.

Os transformadores paralelos precisam de relações de tensão, grupos vetoriais, posições de tap e características de impedância compatíveis. Quando dois transformadores têm impedâncias percentuais diferentes, eles não compartilharão a carga igualmente.

Para dois transformadores com classificações MVA iguais, a unidade com impedância mais baixa transporta mais corrente. Se um transformador tiver 5% de impedância e o outro 7%, a unidade de 5% ocupará uma parcela maior da carga total e poderá atingir sua capacidade nominal primeiro.

A magnitude da impedância por si só não é suficiente para um estudo detalhado de operação paralela. A relação X/R, a relação de tensão, a configuração do tap e a conexão do enrolamento também afetam o compartilhamento de corrente e a corrente circulante.

A impedância de curto-circuito é um parâmetro importante do sistema, mas não pode ser usada isoladamente para avaliar a confiabilidade do transformador.

Para projetos de baixa impedância, a resistência mecânica do enrolamento e a capacidade de suportar curto-circuito requerem atenção cuidadosa. Para projetos de alta impedância, a regulação de tensão, o fluxo de fuga, o aquecimento local e a sensibilidade da proteção precisam de uma revisão mais detalhada.

O projeto do isolamento, a temperatura do condutor, a fixação do enrolamento, a consistência da fabricação, os testes de rotina e o tempo de liberação da proteção contribuem para o desempenho a longo prazo.

A impedância apropriada é o valor que funciona com todo o sistema elétrico e pode ser produzido, testado e mantido dentro do projeto aprovado.

• MVA nominal e a base de capacidade usada para o valor da impedância

• Tensão nominal, frequência e par de enrolamentos aplicável

• Posição de tap usada como referência de impedância

• Temperatura de referência para o valor garantido e testado

• Impedância alvo ou faixa de impedância aceitável

• Tolerância aplicável de acordo com a norma vigente ou especificação do projeto

• Relação X/R se necessário para estudos de curto-circuito ou proteção

• Nível de falha da rede elétrica disponível e impedância da fonte upstream

• Requisitos de partida de motor, captação de carga grande e regulação de tensão

• Requisitos de operação paralela com transformadores existentes ou futuros

• Relatório de teste de fábrica e impedância medida final

Para transformadores com vários enrolamentos, a RFQ deve indicar a qual par de enrolamentos cada valor de impedância se aplica. Um único valor percentual pode ser insuficiente quando diversas saídas de tensão ou enrolamentos terciários estão envolvidas.

Não existe uma “melhor” impedância de curto-circuito universal. Um valor mais baixo melhora a regulação da tensão, mas aumenta a corrente de falta. Um valor mais alto limita a corrente de falta, mas cria mais queda de tensão e pode complicar a proteção ou a partida da carga.

O valor final deverá provir do estudo de curto-circuito do sistema, análise da regulação de tensão, coordenação da proteção e plano operacional. As equipes de aquisição podem então comparar as cotações dos transformadores com base no impacto total do sistema, em vez de apenas no preço do transformador.

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