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. Os operadores conectaram tudo isso para recarregar no final do torneio. Cerca de uma hora depois disso, um fusível queimou no painel de serviço principal do clube.
O superintendente substituiu o fusível, e não muito depois disso a energia acabou - desta vez, Fazenda de laticínios devido a falha no transformador.
Medidas
O engenheiro pediu para configurar um carrinho de golfe para carregar, para que ele pudesse registrar o espectro harmônico e a forma de onda da corrente do carregador de bateria. Os resultados são mostrados na Fig.. 2 e figo. 3.
Teoria e análise
Os carregadores de bateria são invariavelmente cargas não lineares que geram correntes harmônicas, devido à ação de diodos ou outros semicondutores que convertem CA em CC. A forma de onda mostrada na Fig.. 2 é típico de um retificador de diodo acoplado a transformador. 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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