Aula 05 - Equipamentos - Transformadores de Instrumentos

8/18/2019 Aula 05 - Equipamentos - Transformadores de Instrumentos

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PROFESSOR: RONIMACK TRAJANO DE SOUZA

TRANSFORMADORES DETRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOSINSTRUMENTOS

TEMA DA AULA


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MEDIÇÃO DE GRANDEZAS ELÉTRICAS

Por que medir grandezas elétricas?

Quais grandezas elétricas precisamos medir?

Como medir grandezas elétricas em sistemas de potência?

Quais os riscos humanos e materiais?

Quais as vantagens e desvantagens da medição direta?

Quais as vantagens e desvantagens da medição indireta?


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TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS

Os transformadores de instrumentos (TIs) são equipamentos elétricosprojetados e construídos especificamente para alimentareminstrumentoselétricos de medição, controle ou proteção.

Os TIs devem fornecer corrente e/ou tensão aos instrumentosconectados aos seus enrolamentos secundários, de modo a atenderas seguintes prescrições:

O circuito secundário deve ser galvanicamente separado doprimário, proporcionando segurança aos operadores dosinstrumentosligados ao mesmo;

A medida da grandeza elétrica deve ser adequada aos instrumentosque serão utilizados.


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Os transformadores de instrumentos (TIs) se dividem basicamenteem dois tipos:

Transformadores de potencial

Transformador de Potencial Eletromagnético (TP) Para tensões até 138 kV

Transformador de Potencial Capacitivo (TPC) Para tensões acima de 138 kV

Transformadores de corrente (TC)


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TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

O transformador de potencial (TP) é um TI cujo enrolamentoprimário, de muitas espiras, e ligado em derivação com um circuitoelétrico, enquanto o enrolamento secundário se destina a alimentaras bobinas de potencial de aparelhos que apresentam elevadaimpedância, tais como: voltímetros, relés de tensão, medidores deenergia, entre outros.

Os TP são empregados indistintamente nos sistemas de proteção emedição de energia elétrica. A tensão nominal secundaria de um TP epadronizada em 115 V ou 115/√3 V, de modo que os instrumentos demedição e proteção sejam dimensionados com baixa isolação.


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Principais características dos transformadores de potencial:

Proporciona o isolamento contra altas tensões;

Enrolamento primário ligado em paralelo com o circuito elétrico;

Enrolamento secundário: se destina a alimentar bobinas de

potencial de instrumentos elétricos de medição, controle ouproteção;

Na prática é considerado um “redutor de tensão”.

Observação: “O limite da máxima potência que se pode transferir

por um transformador de força é determinado pelo seu aquecimento.Enquanto que o limite da potência máxima de um TP é determinadopor seu erro de relação (Kindermann, 1999).”


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ELETROMAGNÉTICO

Esses TP são constituídos de um enrolamento primário envolvendoum núcleo de ferro-silício, que é comum ao enrolamento secundário.

Utilizados em sistemas até 138 kV, por apresentarem menor custoque o TPC, exceto nos casos em que haja necessidade da utilização de“carrier” (PLC – Power Line Carrier) nos esquemas de controle,proteção e comunicação.

Quanto a construçãosão divididos em três grupos de ligação :Grupo 1: TP projetados para ligação entre fases;Grupo 2: TP projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas

diretamenteaterrados;Grupo 3: TP projetados para ligação entre fase e neutro de sistemasonde não se garanta a eficácia do aterramento.


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Figura 1 - Circuito equivalente referido ao secundário e diagrama fasorial TP eletromagnético.


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Os TPC são constituídos de um divisor capacitivo que serve parafornecer um divisor de tensão, alem de permitir a comunicaçãoatravés do sistema Carrier .O divisor capacitivo é ligado entre fase e terra e uma derivaçãointermediaria alimenta um grupo de medida de média tensão, quecompreende,basicamente, os seguintes elementos:

Um TP ligado na derivação intermediária que fornece as tensõessecundarias (geralmente até 15 kV); Um reator de compensação ajustável para controlar as quedas detensão e a defasagem do divisor capacitivo; Um circuito de amortecimentodos fenômenos de ferroressonância; Um circuito de proteção contra sobtensões.


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO

Figura 2 - Circuito equivalente TPC referido ao primário.


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO

Figura 3 - Circuito equivalente TPC referido ao primário e diagrama fasorial.


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL

Tensão primária nominal (Vpn)

Tensão secundária nominal (Vpn)

Relação de transformação nominal (kn)

Relação de transformação real (k)


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL

Fator de correção real (FCR)

Erro de relação ou de tensão (ξv(%))

Erro de ângulo de fase (γ)

Carga ou Burden


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Figura 4 – Diagrama construtivo TP eletromagnético e TPC , respectivamente.


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TerminalPrimário

Porcelana(isolador)

Terminais

Secundários

Tanque

Figura 5 – Tipos de TP.


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Figura 6 – Diagrama de Subestação.


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Figura 7 – Diagrama de Subestação.


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – NORMATIZAÇÃO - IEC


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL–NORMATIZAÇÃO-ABNT


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Cargas Nominais: São as cargas padronizadas em que se baseiam osrequisitos de exatidão de um TP. De acordo com a ABNT, as cargasnominais são designadas por um símbolo formado pela letra “P”,seguida do número de volt-ampères correspondente a tensão de120V ou 69,3 V.Exemplo: 0,3-P25 (classe de exatidão 0,3 – carga padrão de 25VA).


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – NBR 6855-ABNT

Figura 8 – Paralelogramo de Exatidão.

Considera-se que um TP está dentro de sua classe de exatidãoquando os pontos determinados pelos fatores de correção de relação(FCR) e pelos ângulos de fase (ß) estiverem dentro dosparalelogramos de exatidão.

Classe 0,3

Classe 0,6

Classe 1,2


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Dados de Especificação

• Destinação: medição, proteção ou automação;

• Uso: interior, exterior, conjunto de manobra;

• Carga instalada (especificação dos instrumentos e dispositivos)(Potêncianominal);

• Não empregar como fonte de carga auxiliar

• Classe de exatidão (finalidade);

• Classe de tensão (nível de isolamento);


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – LIGAÇÕES

Figura 9 – Ligações de TP. YY aterrado e VV aterrado.

Os enrolamentos primário e secundários dos TP podem ser

conectados entre fase e neutro (ou entre fase e o centro de umaligação estrela equilibrada) ou entre fases. As duas formas de ligaçãoempregadas nos circuitos usuais de medição.


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – APLICAÇÕES

Proteção e medição de sistema elétricos.


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Controle de sistema elétricos.


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Controle e monitoramento de sistema elétricos.


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Controle e monitoramento de sistema elétricos.


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – ENSAIOS

Ensaios de tipo previstos pela norma NBR 6855 para TP:

Elevação de temperatura.

Curto-circuito.

Impulso atmosférico.

Surto de manobra.

Tensão suportável a frequência industrial sob chuva.

Tensão de radiointerferência.

Resistência ôhmica dos enrolamentos.

Corrente de excitação e perdas em vazio.

Impedância de curto-circuito.

Estanqueidade a quente.


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL - CARACTERÍSTICAS

Principais características Utilizado normalmente em tensões acima de 600 V;

Tensão secundária nominal padronizada em 115 V;

Opera próximo a situação à vazio;

Carga nominal: carga na qual se baseiam os requisitos de exatidãodo TP;

Potência térmica: maior potência aparente que um TP pode

fornecer em regime permanente;

Nível de isolamento; Polaridade do TP;


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Fator de Correção de transformação

Surge quando o TP alimenta um instrumento cuja indicação

depende dos módulos da tensão e da corrente, como também, de

sua defasagem;

É o fator pelo qual se deve multiplicar a leitura indica da por um

wattímetro, ou por um medidor de energia elétrica, cuja bobina de

potencial é alimentada através de um TP.


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Classe de exatidão dos Transformadores de potencial

Aferição e calibração de instrumentos de medidas de laboratório:

0,1;

Medição de consumo e demanda para faturamento: 0,3;

Alimentação de medidores sem finalidade de faturamento: 0,6;

Alimentação de instrumentos indicadores instalados em painéis e

proteção: 1,2;


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – ESQUEMA

Modelo simplificado do TP

Ilustração simplificada do TP


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO - ESQUEMA

Modelo si mplificado do TP

Divisor

Capacitivo

Terminal Primário

Unidade Eletromagnética

Terminais

Secundários

Circuito de limitador

de ferrorressonância

Enrolamento de ajuste de ex atidão

Sistema Carrier

de comunicação

Terminais primári os TPI

Reator de

compensação


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TPC – TRANSMISSÃO COM COMUNICAÇÃO CARRIER

O TPC utiliza-se um aparelho transmissor receptor para tratamento

de sinal normalmente com freqüência na faixa de 10 kHz a 300 kHz. Osinal e transmitido no próprio condutor da linha de transmissão.

Capacitor de acoplamento (filtro Passa Alta)

Bobina de drenagem (filtro Passa Baixa)para que o potencial no ponto X seja baixo

Centelhador de proteção para evitar queeventuais sobretensões em altas frequências

atinjam a caixa de sintonia, ja que a bobinade drenagem oferece alta impedância a essasfrequências.


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – ESQUEMA

A - Terminal primário;

B - Terminal de aterramento

C - Caixa de ligação


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TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO – ESQUEMA


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Os transformadores de instrumentos (TIs) são equipamentos elétricos

projetados e construídos especificamente para alimentareminstrumentoselétricos de medição, controle ou proteção.

Os TIs devem fornecer corrente e/ou tensão aos instrumentosconectados aos seus enrolamentos secundários, de modo a atender

as seguintes prescrições:

O circuito secundário deve ser galvanicamente separado doprimário, proporcionando segurança aos operadores dosinstrumentosligados ao mesmo;

A medida da grandeza elétrica deve ser adequada aos instrumentosque serão utilizados.


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TRANSFORMADOR DE CORRENTE

Principais características dos transformadores de corrente: Proporciona o isolamento contra altas tensões;

Enrolamento primário: ligado em série em circuito elétrico;

Enrolamento secundário: se destina a alimentar bobinas de

correntede instrumentos elétricos de medição, controle ou proteção;

Na prática é considerado um “redutor de corrente”.


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TRANSFORMADOR DE CORRENTE - SIMPLIFICAÇÃO


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TRANSFORMADOR DE CORRENTE – NORMATIZAÇÃO

Classe de exatidão dos Transformadores de Corrente

Aferição e calibração de instrumentos de medidas de laboratório:

0,1;

Medição de consumo e demanda para faturamento: 0,3;

Alimentação de medidores sem finalidade de faturamento: 0,6;

Alimentação de instrumentos indicadores instalados em painéis e

registradores gráficos: 1,2;

Alimentação de instrumentosindicadores de ponteiros: 3,0;


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TRANSFORMADOR DE CORRENTE – NORMATIZAÇÃO


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TRANSFORMADOR DE CORRENTE – DIMENSIONAMENTO


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TRANSFORMADOR DE CORRENTE MEDIÇÃO X PROTEÇÃO

Medição Proteção


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TRANSFORMADOR DE CORRENTE MEDIÇÃO X PROTEÇÃO


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TRANSFORMADOR COMBINADOS TC E TP

Os transformadores combinadosforam desenvolvidos para sereminstalados em obras que, por espaçoou custo, não permitem utilizarequipamentos independentes.

Dimensionados com característicasde exatidão e isolamento similar aosdemais transformadores deinstrumentos.


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TRANSFORMADOR COMBINADOS TC E TP

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