Unidade 11 Transformadores de Potencial Capacitivos TPCs

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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 11 
 
 
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL CAPACITIVOS (TPC’s) 
E 
CAPACITORES DE ACOPLAMENTO 
. 
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CONCEITUAÇÃO 
 
• Os Transformadores de Potencial Capacitivos, ou simplesmente “TPC’s” são 
considerados como instrumentos precisos nas medições de altas e extra-altas tensões, 
possibilitando ainda, a geração de ondas portadoras de altas frequencias para fins de 
comunicação; 
• Tratam-se de dispositivos monofásicos, ligação Ø – T, consistindo, basicamente, de 
um divisor de tensão capacitivo (C1, C2) com os componentes ligados em série (alta 
tensão) e uma unidade eletromagnética (UE) que incorpora como elemento principal, 
um transformador de potencial indutivo (TPI) tendo o seu primário alimentado em 
média tensão; 
• Como componente adicional, disponibiliza um sinal de RF (radiofrequência) a partir 
dos capacitores C2, com a finalidade específica de compor, juntamente com o reator 
(externo ao TPC) um circuito que irá gerar as referidas altas frequências. 
 
FUNÇÕES BÁSICAS DOS TPC’s 
 
• Diante do que foi exposto, pode se afirmar que as duas principais 
funções dos TPC’s são as seguintes: 
 
a) Fornecer uma tensão normalizada ao circuito secundário, 
de valor proporcional à tensão a que estiver submetido o 
circuito primário (medição e proteção); 
b) Fornecer um sinal de alta frequência (HF) via ondas 
portadoras, destinado aos sistemas de comunicação de voz 
(Carrier). 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CIRCUITO BÁSICO DOS TPC’s 
 
 
 
DIAGRAMA FASORIAL DOS TPC`s 
 
 
 
 
 
 
 
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FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
Suponha o circuito abaixo: 
 
 
Tem-se que: 
 
 
Sendo K1 a relação do divisor capacitivo e K2 a relação nominal do Transformado 
Intermediário. 
Portanto, o fator K será: 
 
 
Obs.: Este fator é definido pelos fabricantes de modo a se obter a tensão intermediária (E2), 
ou seja, a média tensão na faixa de 15/√3 a 22/√3 kV. 
 
Conclusões: 
� Apenas o conjunto de unidades capacitivas C1 (AT) varia para se obter o valor de E2; 
� O conjunto de unidades capacitivas C2 estará ligado ao terminal de altas frequências 
(RF) para as ondas portadoras; 
� Considerando que no circuito elétrico do equipamento estão presentes reatâncias 
capacitivas e indutivas (não lineares) associadas, é possível se concluir que o TPC será 
sempre uma fonte de ferro-ressonância ou “ressonância-série”. 
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ESTRUTURA OPERACIONAL DE UM TPC 
 
Um TPC pode ser, estruturalmente, composto de 3 partes distintas, cada uma delas com seus 
componentes e funções específicas, a saber: 
 
A. Unidades Capacitivas (C1, C2); 
B. Unidade Eletromagnética (UE) e 
C. Caixa de Terminais Secundários 
 
 
 
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PRINCIPAIS ELEMENTOS CONSTRUTIVOS DOS TPC’s 
 
 
 
PLACA DE IDENTIFICAÇÃO DO EQUIPAMENTO 
 
As normas recomendam que o TPC seja 
identificado com todos os dados técnicos, 
incluindo-se os dados do fabricante. Um 
exemplo de tal placa está apresentado ao lado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DOS TPC’s 
 
A correta especificação técnica de um TPC compõe-
se basicamente nos mesmos itens normalizados para 
os TPI’s. Alguns parâmetros, no entanto, são 
específicos: 
 
� Conexões; 
� Carga (Burden); 
� Capacitância 
� Níveis de Tensão de Isolamento; 
� Níveis de Tensão suportáveis ao impulso; 
 
 
CONEXÕES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CARGAS NOMINAIS DOS TPC`s 
 
 
 
CAPACITÂNCIAS DOS TPC`s 
 
 
 
 
 
 
 
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NÍVEIS DE TENSÃO DO ISOLAMENTO DOS TPC`s 
 
De acordo com as Normas IEC 60186, 60358 e 60044-5: 
 
Obs.: Válidos para instalações até o nível de 1000m acima do nível do mar. 
Para instalações em níveis superiores, aplicar o fator de correção correspondente. 
 
NÍVEIS DE TENSÃO DO SUPORTÁVEIS AO IMPULSO 
 
De acordo com a Norma ANSI / NEMA C93.1-1999: 
 
 
Obs.: Válidos para instalações até o nível de 1000m acima do nível do mar. 
Para instalações em níveis superiores, aplicar o fator de correção correspondente. 
 
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FATORES QUE PODEM AFETAR A EXATIDÃO (PRECISÃO) DE UM TPC (Nota 1) 
 
 
VANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DOS TPC’s 
 
• Elevada confiabilidade (medições confiáveis 
em AT e EAT); 
• Segurança operacional; 
• Praticamente não requer manutenções; 
• Fácil para transportar e instalar; 
• Isolamento com óleo mineral naftênico livre 
de PCB; 
• Hermeticamente selado; 
• Possibilita o acoplamento para transmissão em 
linhas de AT (comunicação Carrier); 
• O nível de descargas parciais é baixo; 
• As perdas dielétricas do isolamento (tangente 
δ) são reduzidas (abaixo de 0,06% à tensão 
nominal); 
• Mais econômico do que os TPI’s a partir do 
nível de 145 kV. 
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CUSTO COMPARATIVO ENTRE TPI’S E TPC’s 
 
ACESSÓRIOS 
 
1. Terminal de Linha (primário); 
2. Terminal de Aterramento; 
3. Kit para conexão a sistemas de 
comunicação Carrier (RF); 
4. Anel equalizador de potencial. 
 
 
 
 
 
 
 
EXEMPLO DE UM DIAGRAMA ELÉTRICO COM UTILIZAÇÃO DO TPC PARA 
PROTEÇÃO 
 
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• Nesta unidade de ensino, foi largamente mencionada a existência de um conjunto de 
unidades capacitivas (C2) destinado especificamente a operar como parte de um 
circuito para o fornecimento de ondas portadoras de alta frequência (comunicação 
Carrier); 
• No entanto, caso a aplicação do TPC não requeira o fornecimento de sinais de tensão 
paramedição ou proteção, o equipamento poderá se resumir no conjunto divisor de 
tensão capacitivo, apenas com a função de comunicação. 
 
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS DOS CAPACITORES DE ACOPLAMENTO 
 
 
 
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PLACA DE IDENTIFICAÇÃO DO EQUIPAMENTO 
 
As normas recomendam que o capacitor de acoplamento seja identificado com todos os dados 
técnicos, incluindo-se os dados do fabricante. Um exemplo de tal placa está apresentado 
abaixo. 
 
 
VANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DOS CAPACITORES DE ACOPLAMENTO 
 
• Dimensões compactas; 
• Peso reduzido; 
• Unidade confiável e robusta; 
• Baixa manutenção durante sua vida útil; 
• Possibilidade de se instalar a bobina de bloqueio em sua parte superior. 
 
 
 
 
 
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ASSOCIAÇÃO DOS CAPACITORES DE ACOPLAMENTO E A BOBINA DE 
BLOQUEIO 
 
• Os capacitores de acoplamento podem ser fabricados para funcionar adicionalmente 
como suporte físico da bobina de bloqueio com a qual formará o conjunto LC para a 
comunicação em altas frequências. 
• Neste caso, recomenda-se que a bobina de bloqueio tenha seu peso limitado a, no 
máximo, 250kg e com aplicação em sistemas até 245kV. Equipamentos de pesos e 
tensões acima destes valores deverão possuir seus próprios suportes de fixação. 
 
 
 
 
 
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NORMALIZAÇÃO 
 
PRINCIPAIS NORMAS APLICÁVEIS 
 
� ANSI C93.1 – REQUIREMENTS FOR POWER LINE COUPLING CAPACITORS 
� ANSI C93.2 – REQUIREMENTS FOR POWER LINE COUPLING CAPACITORS 
VOLTAGE TRANSFORMERS 
� IEC 60044-2 – INSTRUMENT TRANSFORMERS – CAPACITOR VOLTAGE 
TRANSFORMERS 
� IEC 600358 – COUPLING CAPACITORS AND CAPACITORS DIVISORS 
 
ALGUNS FABRICANTES NO BRASIL 
 
� ABB; 
� SIEMENS; 
� SCHNEIDER; 
� AREVA; 
� ARTECHE; 
� GE;