Testes em Transformadores: Procedimentos de Curto-Circuito e Circuito Aberto Explicados

Teste de Circuito Aberto (Sem Carga) e Curto-Circuito (Com Carga) de um Transformador

No circuito equivalente do transformador, existem quatro parâmetros principais:

• Resistência equivalente (R₀₁)
• Reatância equivalente (X₀₁)
• Resistência de perdas no núcleo (R₀)
• Reatância de magnetização (X₀)

Os testes de circuito aberto e curto-circuito são realizados para encontrar parâmetros do circuito, regulação e eficiência. São realizados sem carga real no transformador, sendo considerados método indireto de teste.

Estes testes dão resultados mais precisos que teste em transformador totalmente carregado (método direto). Também são mais econômicos, pois consumo de potência é muito baixo. Dois testes compõem o método indireto:

• Teste de Circuito Aberto
• Teste de Curto-Circuito

Teste de Circuito Aberto (Teste Sem Carga)

O teste de circuito aberto (também teste sem carga) determina perdas no transformador: perda no núcleo (perda de ferro), corrente de vazio (I₀) e parâmetros do circuito equivalente de vazio (R₀ e X₀). Realizado no primário ou secundário, mas geralmente no enrolamento de baixa tensão. É difícil obter alta tensão em laboratório e a corrente no enrolamento de alta tensão é muito pequena, dificultando medições precisas.

O diagrama de conexão experimental do teste de circuito aberto em transformador monofásico é mostrado abaixo.

Como mostrado, o primário (enrolamento de baixa tensão) é alimentado por tensão e frequência nominais (comumente alimentação monofásica de autotransformador). O secundário fica em aberto. Voltímetro V₀, amperímetro I₀ e wattímetro W₀ conectam-se no primário.

O secundário fica em aberto. Corrente no secundário é zero. Carga não conectada. Corrente no primário é corrente de vazio I₀. Amperímetro mede corrente de vazio.

Tensão de alimentação no primário é nominal. Fluxo no núcleo é normal e igual para todas as condições de carga. Perda de ferro depende de tensão e frequência. Neste teste, tensão e frequência nominais são aplicadas. Perda de ferro é a mesma para todas as cargas.

Corrente no secundário supre perdas de ferro e cobre no primário. Corrente de vazio no primário é muito pequena (2 a 5% da corrente de carga total). Perda de cobre é desprezível. Corrente primária supre perda no núcleo.

Wattímetro no primário mede potência fornecida. Indica perda no núcleo. No teste de circuito aberto, leituras são:

• Ampereímetro: Corrente de vazio I₀
• Voltímetro: Tensão de alimentação nominal V₁
• Wattímetro: Perda de ferro ou núcleo P_i

Tabela de Observação

Tabela de observação do teste de circuito aberto:

Tensão nominal V1	Corrente de vazio I0	Perda de ferro Pi
…..	…..	…..

Agora, encontramos parâmetros do circuito (R₀ e X₀) usando corrente de vazio.

Potência de vazio W₀ = V₁ I₀ Cos φ₀ = Perda de ferro

Componente ativa da corrente de vazio:

I_W = I₀ Cos φ₀

Componente reativa (magnetizante) da corrente de vazio:

I_M = I₀ Sen φ₀

A partir dos componentes ativa e magnetizante, encontramos resistência e reatância de vazio:

Resistência de vazio:

Reatância de vazio:

Teste de Curto-Circuito (Teste Com Carga)

O teste de curto-circuito (também teste com carga) é realizado no lado de alta tensão com lado de baixa tensão em curto-circuito. Poderia ser no lado de baixa tensão, mas requer 5 a 7% da tensão nominal, que é muito pequena e propensa a erros. Tensão reduzida (5 a 7%) do lado de alta tensão é facilmente disponível em laboratório. É conveniente realizar no lado de alta tensão.

Diagrama esquemático do teste de curto-circuito:

Geralmente, enrolamento de baixa tensão é curto-circuitado com fio grosso. Em alguns casos, amperímetro mede corrente de carga nominal. Amperímetro, voltímetro e wattímetro conectam-se no lado de alta tensão. Consideramos primário como alta tensão e secundário como baixa tensão.

Enrolamento de alta tensão alimentado por tensão reduzida de fonte variável. Tensão aumenta gradualmente até corrente primária de carga total fluir. Quando corrente de carga total passa no primário, por ação de transformador, corrente no secundário é corrente secundária de carga total.

Ampereímetro no lado de alta tensão mede corrente primária de carga total. Voltímetro mede tensão quando corrente de carga total flui. Nesta condição, tensão fornecida é 5 a 10% da tensão de carga total. Devido à baixa tensão, fluxo no núcleo é muito baixo. Perda no núcleo é proporcional ao quadrado do fluxo. Perda no núcleo é muito pequena e desprezível.

Corrente nos enrolamentos é de carga total. Perda de cobre durante teste é perda de cobre normal de carga total. Wattímetro indica perda de cobre de carga total. Secundário em curto-circuito: tensão secundária (saída) é zero. Toda tensão primária supre queda de tensão na impedância total referida ao primário.

Circuito equivalente aproximado do transformador sob teste de curto-circuito:

Tabela de Observação:

VSC (V)	ISC (A)	PC (W)
…..	…..	…..

Leituras dos instrumentos no teste de curto-circuito:

• Ampereímetro: Corrente primária de carga total (I_SC)
• Voltímetro: Tensão fornecida (V_SC)
• Wattímetro: Perda de cobre de carga total (P_C)

Perda de cobre de carga total:

W_SC = I²_SC R₀₁

Resistência equivalente referida ao primário:

Impedância equivalente referida ao primário:

Reatância equivalente referida ao primário:

Fator de potência: