Transformador de Potencial e de Corrente

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Transformador de Potencial e de Corrente
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI
Disciplina EEL505 - Medidas
Prof. Fernando Belchior – Março/2009
Transformador de Potencial (TP) Transformador de Potencial (TP) 
e e 
Transformador de Corrente (TC)Transformador de Corrente (TC)
TRANSFORMADORES 
PARA INSTRUMENTOS
TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES 
PARA INSTRUMENTOSPARA INSTRUMENTOS
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CARGA
RELÉ
52 BO
52-a
125 Vdc TP's
TC's
ou TPC’s
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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Função:
• Retratar as condições reais de corrente e tensão de um circuito elétrico 
com a fidelidade necessária, seja em regime permanente ou durante 
faltas.
• Isolação galvânica.
Exatidão e IsolamentoExatidão e Isolamento
Normalizada
Fácil utilização
Sem risco para a segurança pessoal e patrimonial
Grandeza primária Grandeza 
secundária
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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Três tipos básicos convencionais:
Transformadores de Potencial (TP’s)
Transformadores de Corrente (TC’s)
Transformadores de Potencial Capacitivos (TPC’s)
Relé 21
Wattímetro
outros
TP
TC
Carga
elétrica
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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Revisão da Teoria Básica de Transformadores
• Princípio de Funcionamento
– Transformação Eletromagnética.
• Tensões e correntes primárias são transformadas para valores 
secundários adequados para uso em relês, medidores e outros 
instrumentos. Em geral 115[V] e 5[A].
2
2
β = .
. . ch
Ek
N f S V1 V
2
E2
φ
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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• Circuito Equivalente:
1 0 2= +� � �I I I
2
2
β = .
. . ch
Ek
N f S
2 1
1 1
2 1 0
1 1
100 100
100 100
− Δ=
− =
( . ). .
( . ). .
KnV V V
V V
Kn I I I
I I
E2
L1 L2 R2R1
 Iw
I1 I2
 V1 V2
Z ZcIμ
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
TP ou TCTP ou TC
Io
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Circuito 
Equivalente:
2 1
1 1
100 100− Δ=( . ). .KnV V V
V V
2 1 0
1 1
100 100− =( . ). .Kn I I I
I I
Erro % tensão Erro % corrente
E2
Iμ
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Io
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Notas:
• Perdas:
– Devido a indução magnética não ser linear e nem biunívoca ,
a cada ciclo ter-se-á o laço de histerese.
* perdas por histerese
Ö qualidade do aço
* perdas por Foucault
Ö lâminas
βG
H
G
Hβ μ=G G
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• A reatância de magnetização representa a parcela que consome Iμ, 
logo:
• Com a conexão uma carga de impedância Zc teremos:
0 μ= +� � �WI I I
2
2
β = .
. .
T
ch
Z Ik
N f S
I0
Iw
Iμ
ZT – Impedância total do secundário incluindo a carga
Sch – Seção da chapa
N2 – Número de espiras do secundário
E2
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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Normas :
• NBR6820 – TPs Ensaios 
• NBR6821 – TCs Ensaios
• NBR6855 – TPs Espec.
• NBR6856 – TCs Espec.
• IEEE C57.13 (ANSI)
• IEEE C37.110
• IEC série 185, 186
ABNTABNT
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CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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TRANSFORMADORES 
PARA INSTRUMENTOS 
Transformadores de 
Potencial
TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES 
PARA INSTRUMENTOS PARA INSTRUMENTOS 
Transformadores de Transformadores de 
PotencialPotencial
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TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
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a) Considerações Iniciais
b) Erros Introduzidos
c) Classes de Exatidão
d) Características Construtivas
e) Especificações Básicas
TRANSFORMADORES PARA TRANSFORMADORES PARA 
INSTRUMENTOSINSTRUMENTOS
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
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Função: Reproduzir a tensão primária no secundário, em níveis 
normalizados (115 ou 115/√3 [V]) - economia e segurança.
Instalação: Externa (ao tempo) ou interna (abrigada)
Condição de funcionamento: a vazio
– Circuitos voltimétricos (30 < Zc < 1200 Ω)
– Tensão secundária praticamente constante
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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Relação de transformação:
Erros: Nenhum equipamento é ideal!
V1 ≠ V2 em módulo e ângulo
Causa: Quedas de tensão no secundário (passagem da corrente 
de carga Æ I2) e no primário (passagem da corrente de carga mais a 
corrente a vazio Æ I0 + I2). 
1 1
2 2
= =TP N VK N V
2 1
1 1
100 100
⎛ ⎞− Δ= =⎜ ⎟⎝ ⎠
� � �
� �
. Erro percentual de tensaoTPK V V V
V V
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ERROS INTRODUZIDOS
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Diagrama Fasorial do TP
Es
Im
Lp Ls RsRp
Ia
Ip Is
Vp Vs
Z Zc
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ERROS INTRODUZIDOS
Ie
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Fatores que determinam a exatidão: 
9 Projeto e construção;
9 Condições do sistema elétrico, tais como 
a tensão e a freqüência;
9 Carga conectada no secundário do TP.
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ERROS INTRODUZIDOS
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0,8Vn
Vn
1,2Vn
VA
-ε
1,2Vn
Vn
0,8Vn
VA
-δ (cosφ = 0,8)
+δmin
Comportamento dos erros em função da carga secundária
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ERROS INTRODUZIDOS
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• De acordo com as normas vigentes (ANSI C57.13 – ABNT NBR 6855) a 
classe de precisão de um TP, expressa em %, é o erro máximo admissível que 
o TP pode introduzir na medição de uma potência;
• Três classes: 0,3; 0,6 e 1,2 ;
• A ABNT prevê ainda uma classe de precisão de 3%, a qual não tem limite 
de ângulo de fase;
• As normas estipulam que os limites de erros devem ser mantidos entre 90% 
e 110% da tensão nominal, entre o funcionamento a vazio e sob carga, com fp 
no sistema primário do TP, compreendido entre 0,6 e 1,0, uma vez que esses 
limites definem o traçado dosparalelogramos.
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ERROS INTRODUZIDOS
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Prof. Fernando Belchior – Março/2009 Ângulo de fase (δ) em minutos
1,000
1,002
1,004
1,006
1,008
1,010
1,012
0,994
0,996
0,998
0,988
0,990
0,992
0,986
1,014
Erro de tensão %
0
-0,20
-0,40
-0,60
-0,80
-1,00
-1,20
+0,60
+0,40
+0,20
+1,20
+1,00
+0,80
+1,40
-1,40
FCR
0 10 20 30 40 50 60 7070 60 50 40 30 20 10
+_
1,2%
0,6%
0,3%
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
CLASSES DE EXATIDÃO
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Os TP’s podem ser considerados como Transformadores de 
Potência funcionando a uma carga muito reduzida, de modo que as quedas 
correspondentes de tensão sejam igualmente de valor reduzido.
Caracteriza-se por: 
• Resistências e reatâncias de fuga do primário e secundário 
com valores os menores possíveis;
• Corrente de magnetização relativamente fraca e uma indução 
nominal fixada a um valor moderado.
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
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Tipos
• Relação única; relação dupla, com primário em duas seções; duas 
relações com derivações no primário; duas relações com 
derivações no secundário; dois enrolamentos secundários.
Conexões
• Conexão V; 
• Conexão estrela aterrada; 
• Conexão estrela aterrada-triângulo aberto.
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
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TP's do tipo seco - resina epoxi ou papel impregnado em óleo –
BT - MT - AT - EAT
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
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TP's do tipo seco - resina epoxi ou papel 
impregnado em óleo - BT - MT - AT - EAT
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
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ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS
TP's do tipo seco - resina epoxi ou papel 
impregnado em óleo - BT - MT - AT - EAT
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
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Clever ‐ UFMG
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
CARACTERÍSTICAS 
CONSTRUTIVAS
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TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS
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Tensões nominais
Tabela I 
(NBR 6855)
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS
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O ponto fundamental é o aterramento dos sistemas elétricos !!
• GL 1 – fase-fase (isolamento pleno)
• GL 2 – fase-terra (isolamento reduzido)
• GL 3 – fase-terra (isolamento pleno)
Grupos de ligação
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS
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Grupo de ligação
• GL 1 – fase-fase (isolamento pleno);
• GL 2 – fase-terra (isolamento reduzido);
• GL 3 – fase-terra (isolamento pleno).
Além do grau de isolamento (testes de tensão aplicada e induzida)
outras diferenças fundamentais irão aparecer entre os três grupos, tais como a 
potência térmica nominal e ensaios de aquecimento.
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS
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Grupo de ligação
• GL 1 – fase-fase (isolamento pleno)
• GL 2 – fase-terra (isolamento reduzido)
• GL 3 – fase-terra (isolamento pleno)
Além do grau de isolamento (testes de tensão aplicada e induzida) 
outras diferenças fundamentais irão aparecer entre os três grupos, tais 
como a potência térmica nominal e ensaios de aquecimento.
Freqüência
• É importante especificar a freqüência nominal!!
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS
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Tensões nominais
• Tabela I (NBR 6855)
Sinais padronizados
• (:) relações nominais; (-) tensões nominais de enrolamentos 
diferentes; (/) tensões e relações nominais obtidas por derivação; 
(x) tensões primárias nominais e relações nominais de 
enrolamentos série paralelo.
Níveis de Isolamento
• NI = TA/NBI/NBS – Tabela II (NBR 6821)
_____ /_____ / _____ kV
Tensão de 
manobra 
(BSL) para 
tensões 
superiores ou 
iguais a 345 
kV
onda 
200x2000μs
Nível Básico 
de 
Isolamento 
para 
Impulso 
Atmosférico 
(BIL) - onda 
1,2X50 μs
Tensão aplicada 
ao dielétrico 
(60Hz) - 1 min. 
com valores 
especificados 
por norma.
Este ensaio só
deve ser 
aplicado uma 
única vez.
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS
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Carga nominal
• Soma das cargas nominais (consumo) de todos os instrumentos 
conectados no secundário do TP.
Classe de exatidão %
• 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,6; 1,2; 3
• A escolha da classe de exatidão dos TP’s depende da precisão dos 
aparelhos a serem conectados Ö devem ser compatíveis
Ex.: Classe : 0,3% - Laboratórios, medidas de energia
0,6% - Instrumentação geral e integradores
1,2% - Instrumentação geral e relés de proteção
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS
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Carga nominal
• Soma das cargas nominais (consumo) de todos os instrumentos 
conectados no secundário do TP.
75
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS
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Carga nominal
• Soma das cargas nominais (consumo) de todos os instrumentos 
conectados no secundário do TP.
ANSI C57.13 - 2008 ABNT NBR 6855 – 1992
Designação VA f.p. Designação VA f.p.
w 12,5 0,10 P12,5 12,5 0,10
x 25 0,70 P25 25 0,70
y 75 0,85 P75 75 0,85
z 200 0,85 P200 200 0,85
zz 400 0,85 P400 400 0,85
Conectando-se até 75 VA, o
o transformador de potencial
permanece dentro da classe de exatidão igual a 0,3%
Ex. : 0,3P75 ==> O fabricante garanteque:
TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL
ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS
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Potência Térmica
É a carga máxima que pode ser suportada pelo transformador de potencial 
continuamente, sem exceder seus limites prescritos de elevação de temperatura 
(classe A).
• GL1 e GL 2 Ö não deve ser inferior a 1,33VAn
• GL3 Ö não deve ser inferior a 3,6VAn
* A diferença entre estes grupos pode ser melhor compreendida, estudando-
se o Anexo I (NBR6855).
Ambiente de utilização
• Uso exterior ou interior
• Posição de montagem
• Vertical ou invertida
Observações complementares
Polaridade e marcações
• Subtrativa – Primário (H), secundário (x) ou (x, y, z)
Manuseio do secundário
Ensaios : vide norma NBR6820
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Obrigado pela atenObrigado pela atençção !!ão !!
FIMFIM