Sistema_de_Prote__o_-_semana_3

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Sistema de Proteção - semana 3
SISTEMAS DE PROTEÇÃO E MEDIÇÃO CCE1701
 
Objetivos
Apresentar o transformador de corrente (TC).
Mostrar a importância do TC dentro de um sistema de proteção e de medição.
Ilustrar as características elétricas e construtivas de um TC.
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Transformadores de Instrumentos Parte 1
Transformadores de Corrente
TRANSFORMADORES DE MEDIDA
São equipamentos que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcio­nar adequadamente sem que seja necessário possuírem correntes e tensões nominais de acordo com a corrente de carga e a tensão do circuito principal.
Os transformadores de corrente -TCs e os transformadores de potencial -TPs, são os transfomadores de medida utilizados no sistema de proteção.
Transformadores de corrente -TCs
TCs são utilizados para suprir aparelhos que apresentam baixa resistência elétrica, tais corno as bobinas de corrente dos amperímetros, relés, medidores de energia, de potência etc.
O TC opera com tensão variável, dependente da corrente primária e da carga ligada no seu secundário. A relação de transformação das correntes primária e secundária é inversamente proporcional á relação entre o nú­mero de espiras dos enrolamentos primário e secundário.
Transformadores de potencial –TPs
TPs são equipamentos que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcionar adequadamente sem que seja necessário possuírem tensão de isolamento de acordo com a da rede à qual estão ligados.
OsTPs, na sua forma mais simples, possuem um enrolamento primário de muitas espiras e um enrolamento secundário através do qual se obtém a tensão desejada, normalmente padronizada em 115 V ou 115/1,73 V. 
São empregados indistintamente nos sistemas de proteção e medição de energia elétrica. 
Em geral, são instalados junto aos TCs.
A figura 2.1 mostra a vista lateral de uma subestação de 230 kV com os seus respectivos transformadores de corrente e de potencial para uso externo. 
Características construtivas e elétricas do TC
Os TCs podem ser construídos de diferentes formas e para diferentes usos, destacam-se o TC tipo barra, TC a óleo mineral, TC tipo enrolado, TC tipo janela, etc.
Relação de Transformação do TC (RTC)
É dada pela relação entre o número de espiras (N) do TC em função das correntes no primário (Ip) e secundário (Is). Dada pela equação.
TC tipo Janela
Vídeo Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=to-q7B7nFo8&list=WL&index=4
Cargas nominais de um TC
Os TCs devem ser especificados de acordo com a carga que será ligada no seu secundário. Dessa forma, a NBR 6856 padroniza as cargas secundárias de acordo com a Tabela 2.3.
A carga secundária nominal é a impedância ligada aos terminais secundários do TC, cujo valor corresponde à potência para a exatidão garantida, sob corrente nominal.
Por exemplo, para uma TC com capacidade nominal de 200 VA-5 A, a impedância de carga nominal é calculada como:
A carga de um transformador de corrente, independente de ser destinado à medição ou à proteção, é dada por:
Σ Cap – soma das cargas correspondentes às bobinas de corrente dos aparelhos considerados, em VA;
Is – corrente nominal secundária, normalmente igual a 5 A;
Zc – impedância do condutor, em W/m;
Lc – comprimento do fio condutor, em m.
Componentes Ôhmicos de condutores para o cálculo de 
R é a Resistência e X é a Reatância.
Onde:
Cabo 4 mm2: resistência: 5,5518mW/m; reatância: 0,1279mW/m.
Cabo 6 mm2: resistência: 3,7035mW/m; reatância: 0,1225mW/m.
Cabo 10 mm2: resistência: 2,2221mW/m; reatância: 0,1207mW/m.
Cabo 16 mm2: resistência: 1,3899mW/m; reatância: 0,1173mW/m.
Exercício 1
Calcular a carga do transformador de corrente destinado à proteção de sobrecorrente principal de uma subestação de 230 kV. O cabo de interligação entre os TCs e os relés digitais é de 6 mm2 de seção transversal e tem um comprimento de 120 m, ou seja: 2 × 60 m. A carga do relé digital é de 2,8 VA.
Solução Lousa.
Fator de sobrecorrente do TC
Também chamado de fator de segurança, é o fator pelo qual se deve multiplicar a corrente nominal primária do TC para se obter a máxima corrente no circuito primário até o limite de sua classe de exatidão.
 A NBR 6856 especifica este fator para serviço de proteção em 20 vezes a corrente nominal.
 Para TCs para uso na medição, o fator de sobrecorrente vale 4 vezes a corrente nominal.
Quando a carga ligada a um TC de corrente for inferior à carga nominal desse equipamento, o fator de sobrecorrente é alterado, sendo inversamente proporcional à referida carga. Assim a proteção natural que o TC oferece ao aparelho fica prejudicada. 
A Equação (2.2) fornece o valor que assume o fator de sobrecorrente, em função da relação entre a carga nominal do TC e a carga ligada ao seu secundário.
Cs – carga ligada ao secundário, em VA;
Fs – fator de sobrecorrente nominal ou de segurança, igual a 20;
Cn – carga nominal, em VA.
Observe que a saturação do TC só ocorreria para o valor de F1 superior a Fs (valor nominal), o que submeteria os aparelhos a uma grande intensidade de corrente.
Exercício 2
Calcular o fator de sobrecorrente de um transformador de corrente C12,5 destinado ao serviço de proteção quando no seu secundário há uma carga ligada (2,5 + j1,8) VA através de um fio de cobre de 10 mm2 e 70 m de comprimento.
Solução Lousa.
Carga no Secundário do TC
Consiste na carga máxima que se pode conectar no secundário de um TC para que a máxima tensão de sua classe de exatidão não seja ultrapassada.
Para o cálculo da carga no secundário do TC, utiliza-se a equação a seguir.
Onde :
 é a corrente no secundário do TC (A).
 é a máxima carga (Ω).
 é a máxima tensão no secundário do TC (V).
Exemplo
Na figura abaixo ilustra-se um TC Classe 10H400.
Sabendo que ocorreu um curto circuito onde a corrente no secundário excedeu em 20 vezes a corrente nominal de 5 A, fazendo com que sua tensão secundária máxima atingisse os 400 V. Calcule a carga máxima que se pode conectar no secundário do TC.
Solução
Calcula-se a carga máxima pela equação:
 
 
Exercício 3
A figura abaixo ilustra a conexão de um TC 10H400.
Dê o que se pede.
Calcule a corrente no secundário do TC quando no seu primário circula 480 A.
Calcule a corrente no secundário para o curto circuito no primário do TC.
Calcule a máxima carga no secundário para a manutenção da classe de exatidão do TC.
Solução lousa. 
 
REFERÊNCIAS
FREITAS, Walmir e SATO, Fuijo. Análise de Curto Circuito e Princípios de Proteção em Sistemas
de Energia Elétrica. Rio de Janeiro: Elsevier, 2014.
MAMEDE Filho, João e MAMEDE, Daniel Ribeiro. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. Rio
de Janeiro: LTC, 2011.
SILVA, Eliel Celestino da. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. Rio de Janeiro: Qualitymark,
2014.
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