Avaliação de transformadores a seco frente à presença de harmônicos: aplicação do fator k e estudo de caso no IFSC - Câmpus Florianópolis

Abstract

Devido ao crescimento do uso de dispositivos não lineares e à ampla utilização de transformadores no sistema elétrico, o presente trabalho mostra-se relevante por apresentar conceitos e normas importantes para a compreensão e avaliação de transformadores a seco frente às harmônicas de corrente presentes em instalações elétricas. O tema surgiu da experiência da autora durante atividades profissionais na empresa Belman Transformadores, nas quais o fator K foi verificado em análises de energia realizadas para clientes, despertando o interesse pelo aprofundamento do assunto. O objetivo geral consistiu em realizar um estudo de caso para avaliar se a carga solicitada aos transformadores a seco do IFSC – Câmpus Florianópolis (Centro) excede os limites térmicos estabelecidos pela desclassificação das normas UL 1561 da Underwriters Laboratories (UL), EN 50541-2 do Comité Européen de Normalisation Électrotechnique (CENELEC) e C57.110 do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), utilizando como base as análises de energia realizadas entre os dias 27 de fevereiro e 27 de março de 2026 nos quadros gerais de baixa tensão (QGBTs). Para a compreensão dessas normas, foi realizada uma revisão bibliográfica referente às distorções harmônicas e aos transformadores, a fim de verificar como as componentes harmônicas interferem nas perdas de um equipamento real. Os resultados foram obtidos com o auxílio de planilhas eletrônicas e evidenciaram quais normas mostraram-se mais conservadoras, bem como determinaram que os transformadores se encontram adequadamente dimensionados em relação à desclassificação decorrente da presença de harmônicas de corrente, sendo recomendado o monitoramento contínuo das temperaturas máximas dos equipamentos via relé de proteção térmica.

Due to the increasing use of nonlinear devices and the widespread application of transformers in electrical power systems, this study is relevant because it presents important concepts and standards for understanding and evaluating dry-type transformers under the influence of current harmonics present in electrical installations. The topic arose from the author's experience during professional activities at Belman Transformadores, where K-factors were assessed in power quality analyses conducted for clients, motivating further investigation into the subject. The overall objective was to conduct a case study to assess whether the load demanded on the dry-type transformers at IFSC – Florianópolis Campus (Center) exceeds the thermal limits established by the derating of the UL 1561 standard from Underwriters Laboratories (UL), EN 50541-2 from the Comité Européen de Normalisation Électrotechnique (CENELEC), and C57.110 from the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), based on power quality analyses performed between February 27 and March 27, 2026, at the main low-voltage switchboards. To support the understanding of these standards, a literature review on harmonic distortion and transformers was conducted to verify how harmonic components affect the losses of a real transformer. The results were obtained with the aid of electronic spreadsheets and showed which standards were more conservative, as well as determining that the transformers are adequately sized with respect to derating caused by the presence of current harmonics. Continuous monitoring of the maximum equipment temperatures through thermal protection relays is therefore recommended.