Descrição do problema
Este histórico de caso envolve a investigação de uma falha em um transformador de utilidade pública que ocorreu em uma área rural cercada principalmente por terras agrícolas e espaços abertos.. A falha ocorreu em um local onde problemas de qualidade de energia são raros.
Figo. 1 mostra um diagrama unifilar do sistema. O transformador com falha estava no final de um alimentador de rede elétrica de média tensão. O secundário do transformador foi configurado como 120/208 Em, 3-fase, 4-sistema de fios. A carga consistia em três usuários finais: um pequeno complexo de apartamentos, uma fazenda leiteira e um clube de golfe.
O engenheiro iniciou sua investigação verificando relatos de problemas com outros transformadores conectados ao mesmo alimentador. Esta pesquisa sobre falhas de transformadores rurais não revelou nada, então ele concluiu que o problema provavelmente estava relacionado às cargas secundárias. Seu próximo passo foi questionar os usuários finais.
O proprietário da fazenda disse que seu equipamento de processamento de leite estava funcionando quando o transformador falhou. Ele também disse que nada de incomum ocorreu antes da falha, e seu equipamento continuou funcionando normalmente após a substituição do transformador.
O gerente do apartamento lembrou que as coisas estavam calmas em suas instalações na noite em que ocorreu a falha. Os moradores de seus apartamentos estavam em casa, preparando o jantar e assistindo TV. Nada de incomum ocorreu.
O superintendente do campo de golfe disse que o clube patrocinou um grande torneio no dia em que o transformador falhou. O clube alugou vários carrinhos de golfe movidos a bateria para complementar sua frota normal. Operators plugged all of these in for recharging at the end of the tournament. About an hour after that, a fuse blew in the clubhouse’s main service panel.
The superintendent replaced the fuse, and not long after that the power went out — this time, Dairy Farm due to a failed transformer.
Medidas
The engineer asked to have a golf cart set up for charging, so he could record the harmonic spectrum and waveform of the battery charger current. The results are shown in Fig. 2 and Fig. 3.
Teoria e análise
Battery chargers are invariably non-linear loads that generate harmonic currents, due to the action of diodes or other semiconductors that convert ac to dc. The waveform shown in Fig. 2 is typical of a transformer coupled diode rectifier. O Fluke 43B mostrou a distorção harmônica total (THD) da corrente do carregador do carrinho de golfe a ser 37 %. Valores acima 20 % seria perigosamente alto, dado o tamanho estimado da carga do carregador em relação à carga total do transformador.
Quando correntes harmônicas estão fluindo em um transformador, o resultado é calor extra nos enrolamentos e nas laminações do núcleo. Perdas de correntes parasitas de alta frequência constituem a principal causa deste calor extra. Algum aquecimento harmônico adicional é devido ao efeito pelicular, onde a seção transversal efetiva de um condutor é reduzida em altas frequências harmônicas. A quantidade de aquecimento harmônico que um transformador pode tolerar é inversamente proporcional à carga secundária total. Um transformador fortemente carregado pode superaquecer e falhar se uma grande parte da corrente de carga contiver harmônicos.
No caso do transformador rural, três usuários finais contribuíram para a carga total e todos os três experimentaram picos de carga ao mesmo tempo. O tempo do fusível queimado e
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