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Unidade 10 Transformadores de Potencial Indutivos TPIs

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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) 
 
 
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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 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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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 
 
 
 
 
 
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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 
 
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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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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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 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 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. 
 
 
 
 
 
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 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 
 
 
 
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 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. 
 
 
 
 
 
 
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 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: 
 
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 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. 
 
 
 
 
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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: 
 
 
 
 
 
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 EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 
 
 
 
 
 
LOCALIZAÇÃO DOS TPI’s NOS PRINCIPAIS ARRANJOS DE SUBESTAÇÕES 
ELÉTRICAS 
 
 
 
 
 
 
 
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 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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