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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS UNIDADE DE ENSINO 10 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL INDUTIVOS (TPI’s) . CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CONCEITUAÇÃO • Um Transformador de Potencial Indutivo, ou simplesmente “TPI” é um transformador destinado a reproduzir (a partir dos fundamentos do eletromagnetismo) no seu circuito secundário, a tensão do seu circuito primário, com sua posição fasorial substancialmente mantida, em uma proporção definida, conhecida e adequada para o uso com instrumentos de medição e proteção. • Pode ser considerado como um transformador de potência (ou de força) funcionando com uma carga muito fraca, de modo que as quedas correspondentes de tensão sejam igualmente de valor reduzido. CLASSIFICAÇÃO DOS TPI’s • Os TPI’s podem ser classificados em dois tipos: TPI´s PARA SERVIÇO DE MEDIÇÃO TPI´s PARA SERVIÇO DE PROTEÇÃO E FUNÇÕES PRINCIPAIS DOS TPI’s • Fornecer ao usuário em seu circuito secundário uma tensão proporcional ao valor da tensão conectada ao seu primário, com uma exatidão especificada pelas normas e operando dentro de uma faixa definida de tensão primária (função de PRECISÃO); • Promover o isolamento das altas tensões do primário em relação à tensão obtida no secundário (função de SEGURANÇA) CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS FAIXAS DE OPERAÇÃO DOS TPI’s EM RELAÇÃO À SUA TENSÃO NOMINAL TPI FAIXA DE OPERAÇÃO Medição 0 a 110% de Vn Proteção 5 a 190% de Vn SIMBOLOGIA E REPRESENTAÇÃO DOS TPI’s De acordo com a Norma Brasileira ABNT NBR 6855, os TPI’s são representados com a marcação dos seus terminais das seguintes formas: Enrolamento Primário: H1, H2, H3 e H4 Enrolamento Secundário: X1, X2 e X3 Os esquemas principais estão representados a seguir. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS DADOS QUE DEVEM CONTER NA PLACA DE IDENTIFICAÇÃO DOS TPI’s (ABNT NBR 6855) CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS EXEMPLO DE UMA PLACA DE IDENTIFICAÇÃO DE TRANSFORMADOR DE POTENCIAL FORNECIDO COM BASE NA NORMA ANSI O CIRCUITO EQUIVALENTE DOS TPI’s • O conhecimento dos circuitos elétrico e magnético de um TPI fornece uma melhor compreensão para se efetuar o seu estudo, dimensionamento e operação; • Na figura a seguir, está apresentada, de forma esquemática, o circuito equivalente de um TPI referido ao seu secundário. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS SIGNIFICADO DOS TERMOS UTILIZADOS NO CIRCUITO EQUIVALENTE DOS TPI’s DIAGRAMA FASORIAL (VETORIAL) DE UM TPI COMENTANDO A CARACTERIZAÇÃO DE UM TPI • Os limites dos erros (de tensão ou de fase) do TPI estão definidos pelas normas, levando-se em consideração a classe de precisão do aparelho conectado; • Um TPI pode ser caracterizado por: � Resistências e reatâncias de fuga do primário (Rp e Xp) com valores menores possíveis; CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS � Corrente de magnetização (Ie) relativamente fraca e uma indução nominal fixado a um valor moderado. TENSÕES NOMINAIS DOS TPI’s DE ACORDO COM AS DIVERSAS NORMAS RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO NOMINAL DO TPI RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO REAL DO TPI FATOR DE CORREÇÃO DE RELAÇÃO DO TPI (FCR) CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS ERRO RELAÇÃO OU DE TENSÃO DO TPI ERRO DE ÂNGULO (OU DE FASE) DO TPI CARGA NOMINAL (BURDEN) DO TPI CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS FORMAS CONSTRUTIVAS DOS TPI’s EM RELAÇÃO À EXECUÇÃO DE SEUS SECUNDÁRIO PRINCIPAIS COMPONENTES DE UM TPI CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS SINAIS PARA REPRESENTAÇÃO DAS TENSÕES E RELAÇÕES NOMINAIS NOS TPI’s Exemplos: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS DADOS PARA A CORRETA ESPECIFICAÇÃO DE UM TPI � Condições de Instalação; � Conexão dos Enrolamentos; � Grupos de Ligação; � Tensões e Relações Nominais; � Níveis de Tensão de Isolamento; � Classes de Isolamento Térmico; � Frequência Nominal; � Fator de Sobretensão Nominal; � Cargas Nominais; � Classes de Exatidão; � Polaridade; � Potência de Aquecimento; � Níveis de Poluição CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS ESPECIFICAÇÃO DOS TPI’s • Altitude: ≤ 1.000m em relação ao nível do mar (*) • Temperatura do ar ambiente: máx. 40ºC • Temperatura do ar ambiente: média diária ≤ 30ºC • Temperatura do ar ambiente: mínima -10ºC (*) O poder dielétrico do ar atmosférico diminui com o aumento da altitude. Consequentemente, para instalações acima de 1000m em relação ao nível do mar, o isolamento deve ser reforçado (distância de arco ou de escoamento), devendo o equipamento se adaptar a altitude na qual for instalado. Deve-se, no entanto, observar que o isolamento das partes internas do equipamento não são afetadas pela altitude. Para altitudes > 1.000m deve-se aplicar os seguintes fatores “K” para a correção do poder dielétrico do ar atmosférico: ALTITUDE ACIMA DO NÍVEL DO MAR (m) FATOR “K” DE CORREÇÃO 1.000 1,00 1.200 0,98 1.500 0,95 1.800 0,92 2.100 0,89 2.400 0,86 2.700 0,83 3.000 0,80 3.600 0,75 4.200 0,70 4.500 0,67 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS ESPECIFICAÇÃO DOS TPI’s • Utiliza dois TPI`s monofásicos com isolamento Ø – Ø; • Aplicável a sistemas até 69kV; • Somente processa medidas exatas das tensões entre fases; • Tensões entre Ø – T são possíveis somente se os TPI’s estiverem submetidos a um mesmo valor de carga. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Utiliza três TPI`s monofásicos com isolamento Ø – N; • Aplicável a sistemas a partir de 69kV; • Possibilita a medição de tensões e potênciasde cada fase em separado; • Quando é necessária a indicação de faltas à terra; • Quando a potência fornecida por apenas 2 TPI’s é insuficiente CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • É uma forma de conexão que permite a detecção de faltas para terra em sistemas isolados, utilizando-se relés de proteção que detectam a tensão de sequência zero; • Utiliza três TPI’s com isolamento Ø – N. Os grupos de ligação dos TPI’s, segundo a Norma ABNT NBR 6855 indicam as formas de conexão possíveis em relação ao sistema elétrico ao qual os mesmos foram conectados: GRUPO 1 TPI’s projetados para ligação Ø – Ø GRUPO 2 TPI’s projetados para ligação Ø – N em sistemas solidamente aterrados GRUPO 3 TPI’s projetados para ligação Ø – N em sistemas onde não se garante a eficácia do aterramento. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Os limites de temperatura especificados pela norma ABNT NBR 7034 para os materiais isolantes das diversas classes de isolamento são os seguintes: Os TPI’s são fabricados usualmente para operarem na frequência nominal (Hz) do sistema elétrico no qual eles forem instalados. De acordo com as normas usuais, tem-se que: NORMA Frequência Nominal (Hz) ABNT NBR 6855 60 ANSI C.57.13 60 IEC 60044-2 50 / 60 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Fst GRUPO DE LIGAÇÃO Regime Contínuo Regime 30 s 1 1,15 1,15 2 1,15 1,50 3 1,90 1,90 • A carga nominal de um TPI corresponde à soma de todas as cargas nominais conectadas ao seu secundário; • Quando os instrumentos estiverem distantes do TPI (p.ex.: em subestações onde o TPI se localiza no pátio e os instrumentos em painel no interior da sala de controle), deve- se considerar também a carga correspondente à potência (VA) representada pela queda de tensão nos condutores de ligação secundária. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS As classes de exatidão (erro percentual da relação de tensão) dos TPI’s são definidos pelas normas da seguinte forma: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • A polaridade indica a direção relativa instantânea das tensões primárias e secundárias em cada TPI; • ABNT NBR 6855 definiu como SUBTRATIVA a polaridade normalizada para os TPI’s; • Os terminais de mesma polaridade dos enrolamentos devem ser claramente identificados. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • A potência de aquecimento (ou potência térmica) de um TPI é definida como sendo a carga nominal contínua (permanente) que o equipamento pode suportar sem exceder os limites térmicos previstos para sua classe de temperatura específica; • Nestas condições, somente deverão ser utilizados para uma aplicação específica (casos especiais) e sem se importar com sua exatidão (precisão) e carga nominal; • As potências máximas de aquecimento (em VA) são normalmente de valor indicado pelos fabricantes e devem constar nos dados de placa do equipamento. Usualmente, seu cálculo é determinado por Para TPI’s com isoladores cerâmicos (possibilitando sua contaminação) as distâncias de escoamento são as seguintes, de acordo com os níveis de poluição nos respectivos locais de isolação: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS LOCALIZAÇÃO DOS TPI’s NOS PRINCIPAIS ARRANJOS DE SUBESTAÇÕES ELÉTRICAS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS NORMALIZAÇÃO PRINCIPAIS NORMAS APLICÁVEIS � ABNT – NBR – 6855 – TPI’s – ESPECIFICAÇÃO � ABNT – NBR – 6820 – TPI’s – MÉTODOS DE ENSAIO � ABNT – EB – 251 – TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS (*) � IEEE/ANSI – C.57.13 – INSTRUMENT TRANSFORMERS � ASA – C.57.13 – INSTRUMENT TRANSFORMERS (*) � IEC 60044-2 – TRANSFORMATEURS DE TENSION – CARACTERISTIQUES (*) NORMAS ANTIGAS, JÁ SUBSTITUÍDAS PELAS NORMAS ATUAIS ALGUNS FABRICANTES NO BRASIL � ABB; � SIEMENS; � SCHNEIDER; � AREVA; � BALTEAU ORTENG; � ISOLET; � ZILMER.
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