Click here to load reader
Upload
engenheiroalfredo
View
451
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Transformadores de Potencial © Clever Pereira
1
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
1 - Introdução:
• Tipos de TPs
• Funções Básicas - Isolamento contra altas tensões. - Fornecimento no secundário de uma tensão proporcional à
tensão primária, com um certo grau de precisão, dentro de uma faixa especificada para a tensão primária.
• Classes TP’s de Medição
Faixa de operação: ( 0 – 1,1 ) Vn
TP’s de Proteção Faixa de operação: ( 0,05 – 1,9 ) Vn
TPs de proteção possuem maiores erros normalizados e maiores faixas de operação que os TPs de medição
TPs Eletromagnéticos (TPs)
TPs Capacitivos (TPCs)
Até 138 kV Acima de 138 kV
Transformadores de Potencial © Clever Pereira
2
2 - Definições: (a) Tensão Primária Nominal (Vpn)
Acima de 115 V (ASA-ABNT) ou 110 V (IEC).
(b) Tensão Secundária Nominal (Vsn)
115 – 115 / 3 (ASA-ABNT) 110 – 110 / 3 (IEC)
(c) Relação de Transformação Nominal (kn)
sn
pnn V
Vk =
(d) Relação de Transformação Real (k)
s
p
VV
k =
(e) Fator de Correção de Relação (FCR)
nkkFCR =
(f) Erro de Relação ou de Corrente [ξi(%)]
100(%) xk
kknv
−=ξ
(g) Erro de Ângulo de Fase (γ)
)/(arg ps VV=γ
(h) Carga ou Burden
Zb , cosΦ ou S , cosΦ ( para Vs = Vsn )
Transformadores de Potencial © Clever Pereira
3
3 – Transformadores de Potencial Eletromagnéticos 3.1. Características Gerais 1. Projetos: similares aos trafos de potência e funcionamento bem
abaixo do limite térmico.
• Limite de Tensão
Vpn ≤ 138 kV
Em geral: Vpn ≤ 15 kV
• Exemplo
A = 5 cm x 5 cm = 25 cm2 TP Bm ≤ 1,6 Wb/m2
f = 50 Hz Burden: Vs = 110 V (65 V fase/neutro); Ss ≤ 150 VA
- Trifásico com 5 pernas - Monofásico
Tipos
⎩⎨⎧
=
=
sss
pmp
IVS
NfABE 44,4
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
===
=××××
== −
AVSI
EE
fABE
N
s
ss
pp
m
pp
36,25,63
150
126,15010256,144,444,4 4
Transformadores de Potencial © Clever Pereira
4
Desta forma, pode ser construída uma tabela mostrando o número de espiras do primário e a corrente primária nominal para diversas classes de tensão nominal. Assim procedendo:
Tensão de Linha
[kV] Ep [kV] Np (espiras) Ip (mA)
11 311 71503
11126,1 ≈× 6,23110001102360 =×
132 3132 858153
132126,1 ≈× 96,1132000
1102360 =×
380 3380 2470003
380126,1 ≈× 68,0380000
1102360 =×
Pode-se notar que à medida que a tensão nominal vai aumentando, o número de espiras necessários para se estabelecer a densidade de campo magnético desejada de 1,6 Wb/m2 também aumenta. Por outro lado, a corrente primária nominal diminui. Isto significa construir, para níveis de tensões elevadas, TPs com enrolamento primário dotado de um número muito grande de espiras de um fio muito fino (capaz de suportar uma corrente primária nominal cada vez menor). Do ponto de vista construtivo isto significa maiores custos pela dificuldade de execução da tarefa (a chance de romper o fio fica muito grande), sem esquecer a natural necessidade de maiores quantidades de isolamentos, para tensões maiores. Desta forma é praticamente impossível bons projetos de TPs com tensão primária nominais acima de 138 kV. Desta forma, é usual construir-se TPs eletromagnéticos até a classe de tensão de 138 kV e para aplicações em sistemas com tensões superiores a 138 kV utilizam-se TPs de 13,8 kV acoplados a um divisor de potencial capacitivo, denominados TPCs (transformadores de potencial capacitivos).
• Forma de Ligação
A ligação usual em TPs é a ligação estrela aterrada-estrela aterrada.
Transformadores de Potencial © Clever Pereira
5
3.2. Circuito Equivalente (referido ao secundário)
3.3. Diagrama Fasorial
3.4. Erros em Regime Permanente Senoidal
(a) Erro de relação ou de tensão (εv)
%100%100(%) '
'
×−
=×−
=p
psn
p
psv V
VVkV
VVε
(a) Erro de ângulo de fase ou de fase (γ)
)/(arg 'ps VV=γ
V’p = Vp / kn Es
R’p X’p Rs Xs
VsRa Xm
Im Ia Ie
Is I’p
Rb
Xb
Zb = Rb + j Xb
Zb =! Zb! ∠Φb
Vs
Rs Is
j Xs Is
j X’p I’p R’p Ip
Es
V’p
Ia
Im Ie
Is
I’p
Φ
γ
Φ = arg(Es / Is) Es = Vs + RsIs + j XsIs Ia em fase com Es Im atrasada 90° de Es Ie = Ia + Im I’p = Is + Ie V’p = Es+R’p I’p+j X’p I’p
Construção do Diagrama
Transformadores de Potencial © Clever Pereira
6
3.5 Valores de Norma
(a) Normalização IEC
TPs de Medição
Vp = (0,9 – 1,1) Vpn Classe de Exatidão ξv (%) γ (min)
A + 0,5 + 2
B + 1,0 + 30
C + 2,0 + 60
⎩⎨⎧
=−=
1cos)0,125,0(
φnSS
TPs de Proteção
Vp = (0,25 – 0,9) Vpn Vp = (1,1 – k) Vpn Classe de Exatidão ξv (%) γ (min) ξv (%) γ (min)
E + 3 + 120 + 3 + 120
F + 5 + 250 + 10 + 300
Condições de Aterramento k Duração Enrolamento Primário Aterramento do Sistema
1,1 - não aterrado efetivamente ou não efetivamente
1,5 30 seg aterrado efetivamente
1,9 30 s – 8 horas aterrado não efetivamente
Transformadores de Potencial © Clever Pereira
7
(b) Normalização ASA (ABNT)
Vp = (0,9 – 1,1) Vpn Classe de Exatidão ξv (%) γ (min)
Ensaios
0,3 + 0,3 - 0,9 Vpn
0,6 + 0,6 - Vpn
1,2 + 1,2 - 1,1 Vpn
CARGAS NOMINAIS PADRONIZADAS PARA ENSAIOS EM TP’S
Designação Potência Aparente
(VA)
Fator de Potência
Z (Ω) 60 Hz - 120 V
Z (Ω) 60 Hz - 69,3 V
W 12,5 0,10 1152 384
X 25 0,70 576 192
Y 75 0,85 192 64
Z 200 0,85 72 24
ZZ 400 0,85 36 12
Exemplo: TP 0,3WXY;0,6Z TP ensaiado com cargas padronizadas W, X e Y → εv ≤ 0.3%
Z → εv ≤ 0.6%
Transformadores de Potencial © Clever Pereira
8
4 – Transformadores de Potencial Capacitivos TPC’s 4.1. Introdução
• Circuito Básico
Observações:
(a) Capacitores C1 e C2
funcionam como divisores de tensão circuito de acoplamento para sistema Carrier
(b) Tensão no ponto T é ajustada próxima de 15 kV (na
tensão nominal do TP)
(c) Reator variável L utilizado para sintonizar com os capacitores de
maneira que a corrente de carga não afete a tensão de saída Vs
Vs
Rb
Xb
TP L
gap
C1
C2 Vp
T
Linha
Transformadores de Potencial © Clever Pereira
9
4.2. Circuito equivalente do TPC (referido ao primário)
Desprezando-se o circuito de excitação e as resistências Rp e R’s ,e tomando-se o circuito equivalente de Thevenin visto dos terminais do secundário do TP obtem-se o circuito abaixo.
Para que a tensão V’s independa da corrente de carga I’s , o reator XL deve ser ajustado de tal forma que
21
21''
CC
CCThspLL XX
XXXXXXX+
==++=
ou seja
( )'
21
21sp
CC
CCL XX
XXXXX +−
+=
V’s
R’b
X’b
XL XC1
XC 2
+Vp -
T XpRp X’s R’s
R’a X’m
I’s
V’s Z’b
X’L
Z0 + VTh -
T I’s
XTh ''spLL XXXX ++=
21
21
CC
CCTh XX
XXX+
=
pCC
CTh V
XXXV
21
2
+=
Transformadores de Potencial © Clever Pereira
10
Desta forma
021
21'0 =⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
−=CC
CCL XX
XXXjZ
e a tensão no secundário V’s não será influenciada pela corrente de carga I’s sendo dada por
pCC
CThs V
XXXVV
21
2'
+==
4.3. Diagrama Fasorial
Notas:
1. Na prática não se pode desconsiderar o circuito de excitação ( R’a em paralelo com Xm ) e as resistências dos enrolamentos ( Rp e R’s ). Neste caso, vão aparecer pequenos erros que podem ser mantidos dentro de níveis aceitáveis em razão das baixas correntes de carga.
2. Para que a presença do gap de ar? Se a corrente no secundário I’s crescer muito, como por exemplo num curto-circuito no secundário do TP, a tensão no ponto T pode atingir níveis perigosos. O gap vai ter então a função de limitar esta tensão a níveis seguros (em geral a máxima tensão suportável pelo capacitor C2 ).
Zb é conhecido (burden) V’s é conhecida também Determina-se I’s= V’s / Zb V’s = k Vp (em fase) VC2 = V’s + j X’L I’s VC2 + VC1 = Vp então VC1 = Vp - VC2
Construção do Diagrama
V’s
Vp
VC2 VC1
j I’s .X’L
I’s
T