TRANSFORMADORES FATOR K

TRANSFORMADORES FATOR K

Este tipo de transformador é projetado para suportar uma carga adicional representado pelos alto nível de distorção harmônica existentes na instalação. Possui isolamento galvânico entre primário e secundário, com blindagem eletrostática. Possuem características construtivas especiais que protegem o transformador dos harmônicos de corrente que provocam perdas e sobreaquecimento nos enrolamentos dos transformadores. O fator "K" é uma constante que indica a capacidade do transformador para alimentar cargas não lineares (por exemplo: fornos de indução, variadores de velocidade de motores, retificadores, inversores, nobreaks, etc.) e suportar as correntes harmônicas sem exceder sua temperatura de funcionamento.

Transformadores com Classificação do Fator K
Hoje em dia, nos locais de trabalho industrial, a proliferação de dispositivos de estado sólido (reatores de iluminação, sistemas de movimentações e controle de motores, equipamentos de comunicações, e outras cargas de motorização DC) têm criado alguns relevantes problemas para engenharias de especificações, contratantes e proprietários de negócios. A natureza não linear das fontes de alimentação de modelos com chaveamento por sistemas de estado sólido geram correntes harmônicas que, por sua vez, geram perdas adicionais, que fazem com que os transformadores (algumas destas perdas são profundas dentro dos enrolamentos e algumas são mais próximas da superfície) e os neutros do sistema superaqueçam e se destruam.

Efeito dos harmônicos nos transformadores a seco
Há diversas situações que podem criar condições para problemas de harmônicos em transformadores, incluindo a adição do equipamento a um sistema elétrico existente, ou a adição de instalações de aprimoramento ou expansões a uma fonte de potência existente. Os transformadores com especificações de fator K são projetados para reduzir os efeitos de aquecimento das correntes harmônicas criadas por cargas não lineares. A classificação do fator K, atribuída a um transformador, é um índice da habilidade do transformador de suportar um índice harmônico em sua corrente da carga, permanecendo dentro de seus limites da temperatura de operação. Uma classificação específica do fator K indica que um transformador pode fornecer, além da saída nominal de carga em KVA, uma carga de uma quantidade especificada de índice harmônico. Em 1990, a UL (Underwriters Laboratories) desenvolveu o método de cálculo de classificação do fator K para avaliar a habilidade dos transformadores em suportar os efeitos dos harmônicos. O fator K não significa que o transformador pode eliminar os harmônicos. O teste da UL está endereçado ao aquecimento dos enrolamentos devido às cargas não lineares gerais e ao superaquecimento do condutor neutro.

Existem dois métodos de cálculo do fator K:
- O método UL
- O método normalizado

O método UL é baseado na corrente nominal eficaz "rms" do transformador. É geralmente usado quando a corrente eficaz é medida ou mensurável e é definido como:

Onde:
h = ordem do harmônico;
Ih(pu) = Corrente rms do harmônico expressado em pu (por unidade) da corrente nominal eficaz do transformador.

O método Normalizado é baseado na corrente fundamental da carga. As medidas dos harmônicos são feitas frequentemente com um analisador de harmônico. A maioria dos analisadores harmônicos tem respostas de saída dos harmônicos em pu (valores por unidade) da corrente fundamental. Consequentemente, o método seria usado. O método normalizado é definido como segue:

Onde:
Corrente fundamental em pu (o 1° harmônico = 100%);
Um exemplo dos dois métodos para o mesmo espectro harmônico dos dados segue. Para o exemplo, supomos que as medidas foram feitas para obter (pu):
Até o presente, as literaturas industriais e os comentários referem-se a um número limitado de classificações do fator K: K-1, K-4, K-9, K-13, K-20, K-30, K-40.

Na teoria, um transformador poderia ser projetado para outras avaliações de fator K entre estes valores, assim como para valores mais elevados. As classificações geralmente referenciadas são de acordo com ANSI/IEEE C57.110-1986 como segue:
K-1: Esta é a avaliação de todo o transformador convencional que for projetado para suportar somente os efeitos de aquecimento das perdas normais e das perdas adicionais por correntes parasitas (eddy losses) resultantes de 60Hz, com o transformador carregado com corrente senoidal. Tal unidade pode ou não ser projetada para suportar o aquecimento adicional dos harmônicos em sua corrente de carga.
K-4: Um transformador com esta avaliação foi projetado para fornecer KVA nominal, sem superaquecer, a uma carga constituída de 100% de frequência normal 60Hz, corrente senoidal na fundamental, mais:
- 16% da fundamental como a 3ª corrente harmônica;
- 10% da fundamental como 5ª;
- 7% da fundamental como 7ª;
- 5,5% da fundamental como o 9ª;
- Porcentagens menores através da 25ª harmônica.
O "4" indica sua habilidade de suportar quatro vezes as perdas de corrente de “eddy” de um transformador K-1.
K-9: Um transformador K-9 pode suportar 163% do carregamento harmônico de um transformador classificado como K-4.
K-13: Um transformador K-13 pode acomodar 200% do carregamento harmônico de um transformador classificado como K-4.
K-20, K-30, K-40: O número mais elevado de cada uma destas classificações do fator K indica a habilidade de trabalhar com quantidades sucessivamente maiores de índices harmônicos da carga sem superaquecer

A tabela abaixo dá o exemplo de cargas de fator K

CARGA

FATOR K

Iluminação com lâmpadas de descargas

K-4

UPS com filtro de entrada opcional

K-4

Máquinas de solda

K-4

Equipamento de aquecimento indutivo

K-4

PLCs e controles de estado sólido (outros além de drives variadores de velocidade).

K-4

Equipamentos de Telecomunicação (por ex. PBX)

K-13

UPS sem filtros de entrada

K-13

Alimentação de receptáculos multifios em geral em áreas com instrumentos de cuidados com a saúde e
salas de aulas de escolas, etc.

K-13

Fontes de circuitos com receptáculos multifios para equipamentos de inspeção e testes em setores produtivos ou linhas de produção

K-13

Cargas de computadores servidores (Mainframe)

K-20

Drives de estado sólido para motores (Drives variadores de velocidade)

K-20

Alimentação de circuitos com receptáculos em áreas importantes de segurança e quartos de cirurgias e recuperação de hospitais

K-20

*Reescrito com permissão de EDI Magazine

O fator K deve ser marcado claramente na placa de identificação do transformador.

Informações Técnicas:
Classe de temperatura: B (130°C) ou F (155°C)

Há diversas situações que podem criar condições para problemas de harmônicos em transformadores, incluindo a adição do equipamento a um sistema elétrico existente, ou a adição de instalações de aprimoramento ou expansões à uma fonte de potência existente.Os transformadores com especificações de fator K são projetados para reduzir os efeitos de aquecimento das correntes harmônicas criadas por cargas não lineares.

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