O dimensionamento correto de um transformador deve ser feito com muita atenção. Isso porque trata-se de um dos equipamentos mais caros nas instalações elétricas e que costuma ter vida útil de pelo menos 20 anos. Portanto, um dos fatores a serem analisados no dimensionamento é o fator K, que leva em conta os equipamentos que serão ligados na saída desse transformador.
Além disso, é interessante, como forma de prevenção, lembrar que esses equipamentos podem ser trocados e atualizados futuramente. Por isso, é necessário saber como essa troca pode alterar o fator K dessa instalação. Por conseguinte, é importante saber o que é o fator K em um transformador na hora de comprar um equipamento de qualidade.
O que é o fator K
O fator K é uma medição das correntes harmônicas presentes no sistema geradas por cargas não lineares. Quanto maior o fator K, maior será a intensidade das correntes harmônicas nessa instalação elétrica. Por exemplo, um fator K de 1 indica que a carga é totalmente linear, ou seja, não apresenta harmônicas.
O que são as correntes harmônicas
As correntes harmônicas são correntes com frequência múltipla da frequência fundamental da rede (60 Hz no Brasil). Na maioria das vezes, a poluição harmônica se dá pela existência de correntes não senoidais que ocorrem quando cargas não lineares, como dispositivos de controle de potência – soft-starters, retificadores, inversores, fontes chaveadas, entre outros –, ligam-se ao sistema.
Possíveis soluções para o excesso de harmônicas são a instalação de filtros de entrada, o tipo de configuração dos transformadores e o uso de retificadores multipulsos, conforme explicado no texto sobre transformadores defasadores.
Como essas correntes afetam os transformadores e qual a relação com o Fator K?
Nos transformadores, essas correntes harmônicas causam diminuição do fluxo e aquecimento acima do desejado nos enrolamentos. Tal efeito ocorre devido às correntes parasitas e ao efeito pelicular. Afinal, quanto maior a frequência da corrente, mais ela circula apenas pela periferia dos condutores. Dessa forma, isso resulta em um aumento da resistência nos cabos visto por essas correntes e, por consequência, aumento do efeito Joule.
Em geral, o fator K associa-se a transformadores a seco, utilizados em instalações com elevado conteúdo harmônico das cargas. Isso ocorre, por exemplo, em hospitais, aeroportos, supermercados e shoppings centers. Assim, a refrigeração a ar desse tipo de transformador dificulta a dissipação do calor gerado pelas correntes harmônicas. Consequentemente, isso causa aquecimento, o que reduz sua vida útil e, em casos extremos, pode resultar em incêndios ou explosões.
Transformadores a óleo possuem refrigeração a óleo, que, somada aos radiadores, facilita a dissipação de calor excessivo. Além disso, por serem muito usados em distribuição, geralmente alimentam cargas sem muitas harmônicas e apresentam fator K1. Porém, com o crescimento do uso de eletrônica de potência em instalações industriais, residenciais e comerciais, a tendência é de haja um aumento na busca por transformadores a óleo com valores diferentes de fator K.
As classificações de fator K costumam se limitar a K-1, K-4, K-9, K-13, K-20, K-30 e K-40. No entanto, também é possível projetar os transformadores para outros valores de fator K.
Como definir o fator K
O fator K define-se a partir de dados de valor eficaz da corrente fundamental em frequência nominal e carga nominal, e também dos valores eficazes das componentes harmônicas. Dessa forma, obtêm-se essas informações por meio de equipamentos de medição, como analisadores de energia. A fórmula para cálculo do fator K, segundo a norma americana IEEE C.57-110, define-se por:
Onde:
K = fator K
h = ordem harmônica
Hmax = maior ordem harmônica medida
Ih = corrente eficaz da harmônica
IN= corrente eficaz da frequência fundamental (60 Hz)
No caso de uma instalação que ainda não foi implantada, é necessário analisar as principais cargas não lineares que estarão presentes para especificar um fator K adequado.
À vista disso, um transformador com o fator K dimensionado corretamente irá proporcionar diversos benefícios para a instalação. Entre eles estão o aumento da vida útil do transformador, a melhor confiabilidade na operação e o atendimento à norma IEEE Std. C.57-110.
Em síntese, para garantir a qualidade da execução de todo tipo de projeto elétrico, é importante escolher transformadores com características construtivas de alta qualidade, como os fornecidos pela Tamura Brasil.
