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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 12 TRANSFORMADORES DE CORRENTE (TC’s). CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 1 – CONCEITUAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS TC’s CONSIDERAÇÕES INICIAIS • Os sistemas de medição de grandezas elétricas e de proteção estão normalmente conectados ao secundário dos chamados “Transformadores para Instrumentos”; • Tais transformadores estão relacionados a duas exigências principais: SEGURANÇA no espaço e PRECISÃO dos parâmetros requeridos; • No caso dos parâmetros que se relacionam com as correntes elétricas, os dispositivos que realizam tais conexões são denominados “Transformadores de Corrente”. CONCEITUAÇÃO • Um Transformador de Corrente, ou simplesmente “TC” é um transformador destinado a reproduzir no seu circuito secundário, a corrente do seu circuito primário, com sua posição fasorial substancialmente mantida, em uma proporção definida, conhecida e adequada para o uso com instrumentos de medição, controle e proteção. TRANSFORMADOR DE CORRENTE IDEAL • É aquele no qual, caso seu secundário seja curto-circuitado, a tensão nos terminais secundário será zero e a corrente de magnetização desprezível. Para tal, é válida a relação: = Corrente primária e secundária = nº de voltas das espiras primária e secundária CLASSIFICAÇÃO DOS TC’s Os TC’s podem ser classificados de duas formas: • TC´s para serviço de medição • TC´s para serviço de proteção CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TC´s PARA SERVIÇO DE MEDIÇÃO • Usualmente são utilizados nos sistemas elétricos para medição de correntes em Médias e Altas Tensões; • Apresentam boa precisão quanto ao erro; • Possuem baixa corrente de saturação (cerca de 4 vezes a corrente nominal). TC´s PARA SERVIÇO DE PROTEÇÃO • Da mesma forma que os TC’s para medição, são normalmente utilizados nos sistemas elétricos para circuitos de Médias e Altas tensões; • São caracterizados por uma baixa precisão quanto ao seu erro e elevada corrente de saturação (cerca de 20 vezes a corrente nominal); • Seus núcleos são fabricados com materiais que não possuem a mesma permeabilidade magnética dos núcleos para TC’s de medição. CURVAS COMPARATIVAS DE SATURAÇÃO ENTRE OS TC’s DESTINADOS A MEDIÇÃO E A PROTEÇÃO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 2- FUNÇÕES PRINCIPAIS DOS TC’s PODE-SE AFIRMAR QUE AS PRINCIPAIS FUNÇÕES DOS TC’s SE RESUMEM EM: • Reduzir ou, em alguns casos, elevar a corrente da rede elétrica que se pretenda monitorar (medir parâmetros tais como a corrente, a potência e outros, ou acionar um relé de proteção por exemplo) para valores fáceis de serem manipulados. • Isolar a rede elétrica que opera em alta tensão (ou mesmo em baixa tensão) dos instrumentos de medição e proteção, garantindo a segurança pessoal no trabalho com os referidos instrumentos. • Garantir a padronização dos instrumentos de medição e proteção, tornando-os mais econômicos e, portanto, mais acessíveis. A padronização dos instrumentos de medição e proteção é conseguida na prática estabelecendo-se uma corrente nominal secundária padrão. Praticamente em todos os países, são padronizadas as correntes secundárias nominais de 5A e 1A. • Reduzir ou elevar a corrente a ser medida, com um erro aceitável, tanto no valor (módulo) da corrente reproduzida, quanto em ângulo (ângulo entre a corrente no instrumento e a corrente na rede). 3- TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO DOS TC’s • Atualmente são disponíveis basicamente duas tecnologias para a fabricação dos TC’s: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Utilizando circuitos eletromagnéticos • Tecnologia mais antiga; • Caracterizada pelos TC’s ferromagnéticos Utilizando circuitos não eletromagnéticos • Transformadores óticos • Bobinas de Rogowsi, etc. TC’s COM TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO NÃO MAGNÉTICA • Apresentam ótima linearidade em ampla faixa de corrente primária; • Fornecem sinais muito baixos nos instrumentos (satisfatórios, portanto, para os do tipo digital, microprocessados etc.); • Aplicação restrita em função de seu elevado custo; • Justificam-se apenas para utilização em redes de EHV e UHV em função de serem imunes às interferências. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CONFIGURAÇÃO BÁSICA DE UM TC ÓPTICO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TC’s COM TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO FERROMAGNÉTICA • Tradicional tecnologia com os seguintes componentes Principais: � Um enrolamento primário, transportando a corrente primária I1, que deve ser necessariamente conectado em série com a linha; � Um enrolamento secundário, transportando a corrente secundária I2, conectado (também em série) aos instrumentos que constituem sua carga nominal e � Um núcleo magnético de acoplamento entre os enrolamentos primários e secundários. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CONFIGURAÇÃO BÁSICA • Da figura apresentada podemos concluir que: � Os TC’s devem ser necessariamente monofásicos, de modo que sejam conectados em ligação série em cada fase da rede de alimentação e com as cargas; � Como a ligação é série, a corrente primária do TC é determinada pela carga, sendo que o mesmo não tem como modificá-la a menos que o enrolamento primário seja acidentalmente interrompido; � Deve ser ressaltado que, ao contrário dos TC’s, os TP’s (tanto o primário quanto o secundário) são ligados em derivação com a rede elétrica; � Conclusão: nos TC’s a corrente secundária é obtida a partir da corrente primária, ao contrário dos TP’s onde a corrente primária é quem depende da corrente secundária (carga). • A interrupção da corrente secundária dos TC’s não anula a corrente primária, porém esta condição é extremamente perigosa para as pessoas e instrumentos associados ao lado secundário, como se verá adiante. Nos TP’s, ao contrário, a interrupção da corrente secundária praticamente anula a corrente primária, restando tão somente a corrente de magnetização – ou de excitação (Ie) – que representa um percentual muito pequeno da corrente primária e não resulta em maiores problemas; • Em muitas situações, é necessário se conhecer o sentido instantâneo da corrente nos instrumentos conectados ao secundário dos TC’s, em relação ao sentido instantâneo da corrente circulando no lado primário. Esta condição é conhecida como “polaridade” (a CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS qual, segundo as normas, pode ser subtrativaou aditiva) entre os terminais primário e secundário, como também se verá adiante. • Em princípio não é necessário o aterramento do lado secundário dos TC’s e nem do núcleo magnético. No entanto, esta prática é recomendável pois, caso ocorra um curto- circuito φ-T no lado primário, é obrigatória a atuação da proteção. Com o aterramento, estarão protegidas as pessoas e os instrumentos, além do que o TC funcionará corretamente. COMENTÁRIOS SOBRE AS TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO DOS TC’s FERROMAGNÉTICOS • Os TC’s ferromagnéticos são dispositivos para operar essencialmente em VCA e, como qualquer tipo de transformador, seguem as leis de Faraday e Lenz; • Devemos, portanto, recordar que a Lei de Faraday fornece o valor da tensão ou corrente induzida (em módulo) e a Lei de Lenz fornece seu sentido (direção). 4- SIMBOLOGIA E REPRESENTAÇÃO DOS TC’s • De acordo com a Norma Brasileira ABNT NBR-6856, os TC’s são representados das seguintes formas: P – TERMINAL DO ENROLAMENTO PRIMÁRIO S – TERMINAL DO ENROLAMENTO SECUNDÁRIO A – MARCAÇÃO DOS TERMINAIS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS De relação dupla, com o primário composto de duas seções, as quais são destinadas a ligações série-paralelo De relação única ESQUEMADENOMINAÇÃO MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DOS TC’s De relação dupla, com o primário composto de duas seções, as quais são destinadas a ligações série-paralelo De relação única ESQUEMADENOMINAÇÃO MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DOS TC’s De duas relações, obtidas a partir de derivações no primário De relação múltipla, com o primário composto de várias seções, as quais são destinadas a ligações série-paralelo ESQUEMADENOMINAÇÃO MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DOS TC’s (cont.) De duas relações, obtidas a partir de derivações no primário De relação múltipla, com o primário composto de várias seções, as quais são destinadas a ligações série-paralelo ESQUEMADENOMINAÇÃO MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DOS TC’s (cont.) CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS De dois enrolamentos primários De dois enrolamentos secundários De várias relações, obtidas a partir de derivações no secundário ESQUEMADENOMINAÇÃO MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DOS TC’s (cont.) De dois enrolamentos primários De dois enrolamentos secundários De várias relações, obtidas a partir de derivações no secundário ESQUEMADENOMINAÇÃO MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DOS TC’s (cont.) B – DADOS DA PLACA QUE DEVEM CONTER NA IDENTIFICAÇÃO DOS TC’s (ABNT NBR-6856) N1 (Nível de Isolamento) kV Diagrama de LigaçõesTensão Máxima do Equipamento (kV) Norma Aplicável/anoCorrentes Primária (Ip) e Secundária (Is) A (*) Tipo de Isolante e Massa (Kg)Uso: interior e exterior Massa Total (Kg)Número do Manual de Instruções Valor de Crista da Corrente Suportável (Id)Tipo/modelo Corrente Suportável Nominal de Curta Duração (It)Número de Série Classe e Carga (exatidão) (*)Ano de Fabricação Ft (Fator Térmico Nominal) Nome do Fabricante (*) f (Freqüência Nominal) Hz (*)A expressão “Transformador de Corrente”(*) N1 (Nível de Isolamento) kV Diagrama de LigaçõesTensão Máxima do Equipamento (kV) Norma Aplicável/anoCorrentes Primária (Ip) e Secundária (Is) A (*) Tipo de Isolante e Massa (Kg)Uso: interior e exterior Massa Total (Kg)Número do Manual de Instruções Valor de Crista da Corrente Suportável (Id)Tipo/modelo Corrente Suportável Nominal de Curta Duração (It)Número de Série Classe e Carga (exatidão) (*)Ano de Fabricação Ft (Fator Térmico Nominal) Nome do Fabricante (*) f (Freqüência Nominal) Hz (*)A expressão “Transformador de Corrente”(*) (*) – Para os TC’s tipo bucha são necessários somente esses itens, sendo que no primeiro item a expressão deverá ser “Transformador de corrente tipo Bucha”. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 5 – PRINCIPAIS TIPOS CONSTRUTIVOS DE TC’s Atualmente, na maioria dos TC’s de A.T., a parte ativa (núcleo e enrolamentos) é instalada imersa em óleo isolante mineral podendo também possuir o isolamento do tipo sólido (resina). Os tipos construtivos principais são: TIPO TANQUE (Tank Type) ou HAIR PIN TIPO NÚCLEO INVERTIDO (Top-core) TIPO OLHO (Eye Bolt) TIPO TANQUE (Tank Type) ou HAIR PIN • O(s) núcleo(s) se situa(m) na parte inferior do TC, próximo(s) ao potencial de terra; • O isolamento envolve praticamente todo enrolamento primário, o qual se apresenta em forma de U (Hair Pin). CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TIPO NÚCLEO INVERTIDO (Top-core) • O núcleo se situa na parte superior do TC. • O isolamento envolve praticamente todo enrolamento secundário. • O enrolamento primário é usualmente em forma de um único condutor (barra). TIPO OLHO (Eye Bolt) • O núcleo se situa na parte central do TC. • O isolamento, tanto do primário quanto do secundário estão divididos uniformemente. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 6- O CIRCUITO EQUIVALENTE DOS TC’s • O conhecimento do circuito elétrico de um TC, aliado às considerações sobre o seu circuito magnético, fornece uma melhor compreensão para se dimensionar e operar este equipamento; • No diagrama elétrico a seguir está representado, de forma simplificada, o circuito equivalente de um TC: SIMBOLOGIA UTILIZADA NO CIRCUITO EQUIVALENTE DOS TC’s Sendo: • I1= valor eficaz da corrente primária; • I2= valor eficaz da corrente secundária; • N2/N1 = N = relação entre espiras secundárias e primárias; • Z2= Impedância de dispersão do enrolamento secundário; • Z1= Impedância de dispersão do enrolamento primário referida ao secundário; • Zc= Impedância da carga; • Ie = Corrente de excitação (ou magnetização) secundária; • Ze = Impedância de excitação (ou magnetização) secundária; • E2 = Tensão de excitação (F.E.M.) secundária; • VS = Tensão nos terminais da carga; • I’1 = I1/N = corrente primária referida ao secundário CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS COMENTÁRIOS SOBRE O CIRCUITO EQUIVALENTE DOS TC’s • Quando referida ao secundário, a impedância de dispersão do enrolamento primário (Z1) é modificada pelo quadrado da relação entre o número de espiras secundários e primários (N²) ou seja, torna-se (N².Z1); • Os componentes das perdas no núcleo e de excitação são representados no ramo da impedância de dispersão secundária (Z2). • Para a maioria dos TC’s, a impedância de dispersão do enrolamento primário referida ao secundário (N²Z1) pode ser desprezada, uma vez que o número reduzido de espiras do primário possui baixa resistência e pouca dispersão. • A corrente primária (I1) é transformada, sem erro de relação ou erro de ângulo de fase na corrente (I’1), conhecida como “corrente primária referida ao secundário”; • Parte de (I’1) é consumida como corrente de excitação do núcleo (Ie) ou ”corrente de excitação secundária”; • A diferença entre (I’1) e (Ie) é a corrente secundária verdadeira (ou real)x I2; • A corrente de excitação (Ie) é função da tensão de excitação secundária (E2) e da impedância de excitação (Z2). • A tensão de excitação secundária (E2) é função da corrente de excitação (Ie) e das impedâncias (Z2) e (Zc); • A impedância de dispersão do enrolamento secundário (Z2) normalmente é apenas resistiva. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS DIAGRAMA VETORIAL COMPLETO DE UM TC CURVA DE EXCITAÇÃO SECUNDÁRIA DOS TC’s • A curva (log-log) que relaciona a tensão de excitação secundária (E2) em Volts com a corrente de excitação (ou magnetização) (Ie) é chamada “curva de excitação secundária” conforme mostrado a seguir: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Esta curva é fundamental para se verificar a saturação do TC, pois ela permite determinar a tensão secundária a partir da qual o TC começa a saturar (ponto de joelho) 7 – ERRO DE RELAÇÃO NA OPERAÇÃO DOS TC’s ERRO PERCENTUAL DE RELAÇÃO (ERRO DE TRANSFORMAÇÃO OU DE CORRENTE) • Como visto, apenas uma parte da corrente primária (I1) do TC é transformada no seu lado secundário, sendo a outra parte necessária para para se criar o fluxo magnético mútuo (corrente Ie de excitação ou de magnetização); • Assim, o “erro percentual de relação” é definido como sendo a relação percentual (%) entre o módulo da corrente primária que não é transformada para o lado secundário e a própria corrente primária. EM OUTRAS PALAVRAS, O ERRO PERCENTUAL DE RELAÇÃO NADA MAIS É DO QUE A IMPRECISÃO NA QUAL A CORRENTE SECUNDÁRIA É TRANSMITIDA A PARTIR DA CORRENTE PRIMÁRIA. ε% = (I1 – I’1) / I1 .100 ; como (I1 – I’1) = I2 , tem-se que: ε% = I2 / I1 . 100 Obs.: Os valores de corrente são considerados em módulo CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Obs: outra forma de se determinar o erro de relação (de transformação ou de corrente) do TC é em função da diferença percentual entre as relações nominal e efetiva (real), ou seja: • O erro percentual de relação em um TC é totalmente devido à corrente de magnetização (excitação) do núcleo, ou seja, quanto maior for a componente da excitação, maior será o erro da relação. • Como esta corrente deve sempre existir (para cumprir na função de excitação do núcleo), pode-se concluir que é impossível construir um TC ferromagnético sem erro na sua relação de transformação. • Além de influenciar o erro de relação, a corrente de magnetização causa um “erro de fase” entre as correntes primária e secundária”. • Isto em geral não leva a conseqüências as medições de corrente, mas é importante quando o TC é utilizado em circuitos com medição de grandezas nas quais o fator de potência é considerado (p. ex.: Kw, Kwh, KvAr, etc). 8 – CLASSIFICAÇÃO DOS TC’s PARA PROTEÇÃO QUANTO À SUA IMPEDÂNCIA INTERNA • Quanto à sua impedância interna os TC’s para proteção podem ser classificados das seguintes formas: TC’s CLASSE “A” (ALTA IMPEDÂNCIA) TC’s CLASSE “B” (BAIXA IMPEDÂNCIA) OU CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TC’s CLASSE “A” (ALTA IMPEDÂNCIA) CONCEITUAÇÃO • Segundo a ABNT (NBR 6856), o TC classe “A” é aquele que possui alta impedância interna. Em outras palavras, é aquele cuja resistência de dispersão do enrolamento secundário (Z2) possui valor apreciável em relação à impedância total do circuito secundário, quando este alimenta a sua carga nominal (Zc). COMENTÁRIOS SOBRE A OPERACIONALIDADE DOS TC’s CLASSE “A” • Os enrolamentos primários e secundário estão em “colunas” diferentes do núcleo. • O número de espiras primárias é superior à unidade (N>1), o que significa que a resistência do primário não é desprezível; • Existem fluxos de dispersão tanto no primário como no secundário, o que significa que existem reatâncias de dispersão primária e secundária; • Esses dispositivos caracterizam na prática os TC’s do tipo “enrolado”. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TC’s CLASSE “B” (BAIXA IMPEDÂNCIA) CONCEITUAÇÃO • Segundo a ABNT (6856) o TC “B” é aquele que possui baixa impedância interna, isto é, aquele cuja reatância de dispersão do enrolamento secundário (Z2) possui valor desprezível em relação à impedância total do circuito secundário (Zc) quando este alimenta a sua carga nominal. COMENTÁRIOS SOBRE A OPERACIONALIDADE DOS TC’s CLASSE “B” • Os enrolamentos primários e secundário são uniformemente distribuídos em relação ao núcleo. • Os fluxos de dispersão dos enrolamentos primário e secundário praticamente se anulam (e praticamente desaparecem as reatâncias de dispersão primária (X1) e secundária (X2) correspondentes; • Esses dispositivos caracterizam-se na prática os TC’s do tipo “toroidal”. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TC’s CLASSES “A” E “B” SEGUNDO AS NORMAS AMERICANAS Observação importante deve ser feita para os tipos TC’s quanto à sua impedância quando referidos às Normas Americanas: C (CALCULATED)T (TESTED)ANSI C.57.13(ATUAL) L (LOW)H (HIGH)ASA C.57.13 (ANTIGA) BAIXA IMPEDÂNCIAALTA IMPEDÂNCIANORMA C (CALCULATED)T (TESTED)ANSI C.57.13(ATUAL) L (LOW)H (HIGH)ASA C.57.13 (ANTIGA) BAIXA IMPEDÂNCIAALTA IMPEDÂNCIANORMA APLICAÇÕES PARA OS TIPOS “A” E “B” Buchas de Transformadores / Disjuntores, Cabos Isolados em Quadros de Manobras. A tensão de saturação varia com a corrente nominal do TC. (*) TC enrolado Tipo B (Com uma única espira primária) Pátios de SE’s e Quadros de Manobras (*) TC enrolado Tipo B (Com mais de uma espira primária) Pátios de SE’s e Quadros de Manobras TC enrolado Tipo A APLICAÇÃOTIPO Buchas de Transformadores / Disjuntores, Cabos Isolados em Quadros de Manobras. A tensão de saturação varia com a corrente nominal do TC. (*) TC enrolado Tipo B (Com uma única espira primária) Pátios de SE’s e Quadros de Manobras (*) TC enrolado Tipo B (Com mais de uma espira primária) Pátios de SE’s e Quadros de Manobras TC enrolado Tipo A APLICAÇÃOTIPO Inp < 50A, Vsaturação > 10V Inp ≥ 10A (*) O TC enrolado Tipo B, com mais de uma espira primária, pode ser fabricado com tensão de saturação superior à do TC enrolado Tipo B com uma única espira primária, de mesma relação. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 9 – CLASSIFICAÇÃO DOS TC’s QUANTO À SUA FORMA CONSTRUTIVA TIPOS CONSTRUTIVOS DOS TC’s • De acordo com a ABNT (NBR 6856) a construção dos TC’s é mais comumente efetuada sob as seguintes formas: BARRA BUCHA JANELA (TOROIDAL) NÚCLEO DIVIDIDO (BI-PARTIDO) MAIS DE UM NÚCLEO MAIS DE UM ENROLAMENTO PRIMÁRIO (*) ENROLADO TIPOS: BARRA BUCHA JANELA (TOROIDAL) NÚCLEO DIVIDIDO (BI-PARTIDO) MAIS DE UM NÚCLEO MAIS DE UM ENROLAMENTO PRIMÁRIO (*) ENROLADO TIPOS: (*) Na prática, oenrolamento primário é único (ligação ou circuito série), porém pode ser repartido e conectado em série, paralelo ou série-paralelo. COMENTÁRIOS SOBRE OS TIPOS CONSTRUTIVOS DOS TC’s TIPO ENROLADO • Utilizado para baixas e altas correntes nominais com potências elevadas; • Sua isolação é limitada, sendo empregados, portanto, até a classe 36kV; • Neste tipo, o enrolamento primário é constituído de mais espiras envolvendo o núcleo. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TIPO BARRA • O enrolamento primário é constituído por uma barra, a qual atravessa o núcleo do transformador; • O primário deve ser, portanto, isolado com a mesma classe de tensão do sistema em que o TC irá operar. TIPO BUCHA • A espira primária é a própria bucha do equipamento que atravessa o núcleo (normalmente em forma de toróide); • A bucha já possui isolamento compatível com a tensão de trabalho do TC; • Não são recomendados para correntes primárias inferiores a 200A um vez que o erro cresce muito. • São utilizados nas buchas de transformadores, disjuntores etc., podendo ser instalados mais de um núcleo por fase. • Seu isolamento pode ser feito em resina ou simplesmente enfaixados com tecido impregnado. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TIPO JANELA (TOROIDAL) • Sua construção é similar à do tipo bucha, sendo que o meio isolante entre o primário e o secundário é o ar; • O enrolamento primário nada mais é do que o próprio condutor do circuito atravessando o núcleo; • O TC é, portanto, fornecido apenas com o núcleo e o enrolamento secundário; • Caso se deseje monitorar a corrente de falta para a terra (componente de seqüência zero das correntes de fases), os condutores das três fases devem passar simultaneamente pela janela do toróide. TIPO “MAIS DE UM NÚCLEO” • TC com vários enrolamentos secundários isolados separadamente e montados cada um deles em seu próprio núcleo, formando um conjunto único com o primário, cujas espiras enlaçam todos os núcleos simultaneamente. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TIPO NÚCLEO DIVIDIDO (BI-PARTIDO) • Trata-se de um TC toroidal cujo núcleo pode ser separado em duas partes e, após instalado o condutor primário, aparafusadas as duas partes novamente; • Trata-se de uma configuração interessante para as instalações existentes, onde os condutores primários são de difícil remoção. TIPO MAIS DE UM ENROLAMENTO PRIMÁRIO • TC com um enrolamento primário seccionado, a partir do qual são conexões série, série-paralelo ou paralelo, de modo a se obter uma única ligação primária em cada conexão e, conseqüentemente, um maior número de relações nominais para o mesmo TC. 10 – PRINCIPAIS PARÂMETROS TÉCNICOS DOS TC’s CLASSE DE TENSÃO DE ISOLAMENTO FREQUÊNCIA NOMINAL FATOR DE SOBRECORRENTE NOMINAL CLASSE DE EXATIDÃO COM CARGAS NORMALIZADAS FATOR TÉRMICO NOMINAL LIMITES DE CORRENTE DE CURTA DURAÇÃO PARA EFEITOS TÉRMICO E DINÂMICO RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO E RELAÇÃO NOMINAL CORRENTES NOMINAIS CLASSE DE TENSÃO DE ISOLAMENTO FREQUÊNCIA NOMINAL FATOR DE SOBRECORRENTE NOMINAL CLASSE DE EXATIDÃO COM CARGAS NORMALIZADAS FATOR TÉRMICO NOMINAL LIMITES DE CORRENTE DE CURTA DURAÇÃO PARA EFEITOS TÉRMICO E DINÂMICO RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO E RELAÇÃO NOMINAL CORRENTES NOMINAIS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CORRENTES NOMINAIS NORMALIZADAS DOS TC’s • Corrente secundária normalizada pela Norma ABNT atual (NBR 6856): 5A (ou 1A e 2A em aplicações especiais); • Correntes primárias (A) normalizadas (ABNT): EB-251 (antiga) e NBR 6856 (atual) 250060015030 8000200050010025 600015004007520 500012003006015 400010002505010 3000800200405 250060015030 8000200050010025 600015004007520 500012003006015 400010002505010 3000800200405 RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO E RELAÇÃO NOMINAL DOS TC’s • As relações de transformação e nominal de um TC podem ser conceituadas como sendo: Relação Transformação = Valor da grandeza nominal do primário Valor da grandeza nominal do secundário Relação Nominal = Múltiplo da Grandeza Nominal do Primário em relação à Grandeza Nominal do Secundário Exemplos: Relação de Transformação: 600-5A Relação nominal: 120:1 A relação de transformação de um TC pode ser NOMINAL ou EFETIVA. RELAÇÃO NOMINAL RELAÇÃO EFETIVA - AQUELA QUE SE ESPECIFICA - AQUELA QUE O TC EFETIVAMENTE FORNECE CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS A relação entre a efetiva (real) e a nominal (teórica) é conhecida como “Fator de Correção de Relação” (FCR). FCR = Relação Efetiva (real) Relação Nominal (teórica) FORMAS DE SE REPRESENTAR A RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO DOS TC’s • Hífen (-): usado para indicar a separação das relações entre enrolamentos diferentes. Ex.: • Xis (x): usado na Indicação da Relação na Ligação de Transformação Série – Paralelo: Ex.: 100 x 200-5A. 100A 100-5A 100A 5A 100A 200-5A 100A 5A Conexões do primário em série Conexões do primário em paralelo CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Exemplo da religação do primário de um TC na prática: • Barra (/): usado para indicar correntes obtidas por derivação (TAP’s) dos enrolamentos primários ou secundários (caso mais comum). Ex.: Relações Múltiplas até 600-5A Indicação das Relações nas Ligações por Derivação: 50/100/150/200/250/300/400/450/500/600-5A CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CLASSE DE TENSÃO DE ISOLAMENTO DOS TC’s • Pode ser conceituada como sendo o poder de resistir (sem se alterar) às altas tensões, ou seja, o TC deverá ter seu isolamento compatível com a tensão nominal do circuito no qual o mesmo irá operar. P.ex.: � Tensão Nominal do Sistema = 13,8kV; � Classe de Tensão de Isolamento = 15kV. OBS.: as classes de tensão de isolamento são normalizadas para o Sistema Elétrico Brasileiro são definidas por Portaria da ANEEL. FREQUÊNCIA NOMINAL DO TC • A variação da freqüência exerce uma influência muito pequena nos TC’s para medição e, para efeitos práticos, pode-se admitir que o erro garantido não irá variar apreciavelmente, quer o transformador opere em 50Hz ou em 60Hz. • Nos TC’s para proteção no entanto o efeito é mais acentuado, em geral, o erro é menor em 60Hz e aumenta com a diminuição da freqüência. • Ao utilizarmos o TC deve-se portanto sempre verificar a freqüência da rede na qual o mesmo irá operar. CARGA NOMINAL DO TC’s • A carga nominal de um TC (tanto para medição como para proteção) é o resultado do somatório de todas as impedâncias conectadas ao seu secundário, considerando-se adicionalmente a carga impostacondutores secundários (trechos de ida e volta por se tratar de um circuito série) em “VA”. • As Normas Técnicas apresentam as cargas nominais de forma padronizada, uma vez que estas influem no erro de transformação (o aumento da carga introduz aumento do erro). • As Normas Técnicas fornecem adicionalmente as cargas nominais dos TC’s, cada uma delas com um valor definido da resistência (RΩ) e de reatância indutiva (XLΩ); CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Como reatância indutiva é XL = (2. π .f.L) e considerando-se que a indutância (L) da carga é fixa, a reatância (XL) dependerá da freqüência da rede. Com isso, cada carga terá valores diferentes (VA) e fatores de potência (Cos ϕ) nas diferentes frequencias 50Hz ou 60Hz. • Cargas nominais dos TC’s padronizadas pela ABNT NBR-6856 (atual) e EB-251 (antiga) (*) C – Indica Transformador de Corrente 2,5 – Indica carga secundária (2,5VA) CARGAS NOMINAIS DOS TC’s PADRONIZADOS DE ACORDO COM AS NORMAS AMERICANAS ANSI C57.13 (ATUAL) E ASA C57.13 (ANTIGA) (*) B – (BURDEN em Ω ) 0,1 – INDICA CARGA SECUNDÁRIA (0,1Ω) CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS FATOR DE SOBRECORRENTE NOMINAL DOS TC’s (FSN) • As Normas Técnicas recomendam a utilização de tal fator apenas para os TC’s de Proteção, em razão do seguinte: � Nos sistemas de proteção devem atuar os relés conectados aos seus respectivos secundários, quando no primário circula pela rede elétrica uma elevada corrente (curto-circuito). � Apesar dos relés requererem uma exatidão apenas grosseira (erro percentual em geral 10% ou outras vezes 2,5%), as correntes primárias podem atingir valores de até 20 vezes a corrente nominal da rede nas condições de curto- circuito. • Por esta razão é definido para os TC’s destinados à proteção um fator denominado “Fator de Sobrecorrente Nominal” (FSN), o qual é expresso pela relação: FSN = Corrente máxima com a qual o TC deve manter sua exatidão Corrente Primária Nominal • A conclusão é de que o FSN é muito importante para se dimensionar os TC’s para proteção, uma vez que os mesmos devem suportar, mantendo-se a sua exatidão, valores primários de corrente bastante severos na presença dos curto-circuitos. • Valores de FSN padronizados de acordo com as diferentes Normas Técnicas: 20 20 20 20 ---ANSI C.57.13 (atual) ---ASA C.57.13 (antiga) ---ABNT-NBR-6856 (atual) 15105ABNT-EB-251 (antiga) FSNNORMA TÉCNICA 20 20 20 20 ---ANSI C.57.13 (atual) ---ASA C.57.13 (antiga) ---ABNT-NBR-6856 (atual) 15105ABNT-EB-251 (antiga) FSNNORMA TÉCNICA CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CLASSES DE EXATIDÃO DOS TC’s COM BASE NAS SUAS CARGAS NOMINAIS PADRONIZADAS EXATIDÃO PARA MEDIÇÃO - NORMAS ABNT EB-251 (antiga) e NBR 6856 (atual) Erro Percentual (%) C Carga Secundária Nominal (VA) Valores padronizados: 0,3 0,6 1,2 Indica Transformador de Corrente para Medição Valores padronizados da Potência Aparente (VA) considerando-se a corrente secundária nominal 5A: (2,5; 5,0; 12,5; 22,5; 45 ou 50VA com F.P.=0,9 e 25; 50; 100 ou 200VA com F.P.=0,5) Ex.: 0,6 C50 - NORMAS ASA C.57.13 (antiga) e ANSI C57.13 (atual) Erro Percentual (%) B Impedância Nominal (Ω) Valores padronizados: 0,3 0,6 1,2 Indica Carga Secundária Nominal (Burden) Impedância da Carga Secundária (0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 8,0) Ex.: 0,6 B 2,0 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS EXATIDÃO PARA PROTEÇÃO - NORMA ABNT EB-251 (antiga) Erro Percentual (%) C Valores padronizados: 2, 5 10 Indica Transformador de Corrente p/ Proteção Ex.: A 10 F20 C 100 Carga Secundária Nominal (VA) Valores Padronizados da Pot. Aparente (VA) com a Corrente Sec.Nominal 5A: (2,5; 5,0; 12,5; 25; 45; 50; 100; 200; 400 ou 800VA) Fator de Sobrecorrente Nominal (FSN) F5 F10 F15 F20 Tipo do TC quanto a impedância A B - NORMA ABNT NBR 6856 (atual) Erro Percentual (%) Valores padronizados: 5,0 10 Ex.: 10 B 50 Tensão Secundária (Volts) Tensão Secundária Máx. (V) com 20 vezes a Corrente Secundária Nominal (10; 20; 50; 90; 180; 360; 100; 200; 400; 800V) Tipo do TC quanto a impedância A (Alta Impedância) B (Baixa Impedância) Obs.: FSN sempre igual a 20 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS - NORMA AMERICANA ASA C.57.13 (ANTIGA) Erro Percentual (%) Valores padronizados: 2,5 10 Ex.: 10 H 200 Tensão Secundária (Volts) Tensão Secundária Máx. (V) com 20 vezes a Corrente Secundária Nominal (10; 20; 50; 100; 200; 400; 800VA) Tipo do TC quanto a impedância Obs.: FSN sempre igual a 20 H – Alta Impedância (High) L – Baixa Impedância (Low) - NORMA AMERICANA ANSI C.57.13 (atual) Ex.: C 100 Tensão Secundária (Volts) Tensão Secundária Máx. (V) com 20 vezes a Corrente Secundária Nominal (10; 20; 50; 100; 200; 400; 800VA) Tipo do TC quanto a impedância C ou T (*) (*) Obs.: • C: indica que a relação de transformação pode ser obtida por cálculo (baixa impedância); • T: indica que a relação de transformação somente poderá ser obtida através de teste (alta impedância); • O FSN é sempre 20; • O erro percentual é sempre 10%. OUTRAS CONSIDERAÇÕES IMPORTANTES RELATIVAS À EXATIDÃO DOS TC’s PARA PROTEÇÃO • As seguintes relações são importantes para se determinar a Impedância Nominal (Ω) e a Potência Aparente máxima (VA) que pode ser conectada ao secundário do TC de proteção, afim de que sua exatidão seja mantida, tudo a partir da tensão nominal máxima que pode surgir nos seus terminais secundários: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS .(VA) .(VA) EXEMPLO 1 • Suponhamos que a tensão no secundário do TC seja Vc =10 volts e a corrente secundária I2 = 5A. A impedância da carga Zc(ΩΩΩΩ) será: Obs.: O Fator de Sobrecorrente Nominal (FSN = 20) considera que o TC está suprindo uma corrente de, no máximo, 20 vezes a corrente sec. nominal (I2). EXEMPLO 2 • Suponhamos agora que o TC tenha sido construído conforme a Norma ABNT EB.251 (antiga) : B 10 F20 C 100 Isto significa que o mesmo terá como características uma baixa impedância, um erro máximo de 10% para um FSN = 20 e uma carga nominal máxima de 100VA. A impedância nominal ZC e a queda de tensão máxima VC em seu secundário nestas condições serão: Pc Pc = Zc • Interpretando agora os resultados deste exemplo: • se a tensão no secundário do TC for 400V, o erro máximo de relação será de 10%; CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Suponhamos agora este mesmo TC, ao invés de alimentara carga nominal de 4Ω passe a alimentar uma carga de 8Ω. • A corrente secundária limite para que este TC mantenha a sua exatidão (10%) será: • Suponhamos um TC com religação série-paralelo no primário: 50x100-5A, construído segundo a Norma ASA C.57.13 (antiga), com exatidão 10L200. • Neste caso, a tensão máxima admissível no secundário do TC (200 Volts) será dada para a maior relação (100-5A). Para a menor relação (50-5A) a tensão secundária máxima será: TC’s COM BASE NA NORMA IEC 60044-1 CONCEITOS E PARÂMETROS PRINCIPAIS Correntes Primárias Nominais Padronizadas (I1) em (A): 10 – 12,5 – 15 – 20 – 25 – 30 – 40 – 50 – 60 – 70A Correntes Secundárias Nominais Padronizadas (I2) em (A): 1 e 5A Potência de Exatidão Nominal (Pn ) em (A): Corresponde à Potência Aparente no secundário do TC à corrente secundária nominal (I2) e à carga de exatidão: 1 – 2,5 – 5 – 10 – 15 – 30VA CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS FLE (Fator Limite de Exatidão): Um TC para proteção deve saturar com um valor suficientemente alto para permitir uma corrente de falta para a proteção relativamente precisa. Os fatores definidos (também designados Fatores de Sobrecorrente) são os seguintes: 5 - 10 - 20 - 30 Classe de Exatidão: Define os limites de erro percentual (%) garantidos de relação de transformação (I1/I2) e de ângulo, nas condições de potência (VA) e corrente (A) definidas: 5P – 10P – PX Obs.: a classe PX é considerada especial, conforme se demonstrará a seguir: Classe de Erro Especial PX: Com base na curva de saturação (ou de magnetização) do TC - (Vs x Ie), a “tensão de joelho” Vk é definida como sendo: “o ponto da curva a partir do qual, um aumento de 10% da tensão secundária, provoca um acréscimo de 50% na corrente de magnetização”. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CLASSE DE EXATIDÃO DOS TC’s COM BASE NAS SUAS CARGAS NOMINAIS PADRONIZADAS EXATIDÃO PARA MEDIÇÃO - NORMA IEC 185 (60044-1) Pot. de Exatidão Nominal (VA) Valores padronizados: 2,5 – 5 – 10 – 15 – 30VA Ex.: 15VA Classe 0,5 Classe de Exatidão (%) Valores padronizados: 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1 – 1 - 3 – 5% (*) (*) 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1% Para essas classes, os erros de relação e de ângulo não deverão exceder os valores da Tab. III da IEC 185, quando a carga secundária estiver compreendida entre 25 e 100% da carga nominal 3 – 5% Idem, idem, porém Tab. IV da IEC 185, ... entre 50 e 100% da carga nominal EXATIDÃO PARA PROTEÇÃO - NORMA IEC 185 (60044-1) Pot. de Exatidão Nominal (VA) Valores padronizados: 1 – 2,5 – 5 – 10 – 15 – 30VA Ex.: 15VA 5P 10 Classe de Exatidão (%) 5P – 10P – PX (especial) Significa um TC segundo a Norma IEC – 60044-1 que pode fornecer uma potência de 15VA ao secundário com um erro máximo de 5% (5P), considerando um fator de sobrecorrente (FLE) de 10 vezes a corrente nominal. Fator Limite de Exatidâo (FLE) Fatores de Sobrecorrente 5 – 10 – 15 – 20 - 30 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS FATOR TÉRMICO NOMINAL DOS TC’s (FTN) • Fator Térmico Nominal (FTN) de um TC é definido como sendo o múltiplo da corrente nominal que pode ser aplicada ao transformador por um tempo indeterminado (regime permanente), sem danificá-lo, operando em condições normais, sem exceder aos limites de temperatura especificados para a sua classe de isolamento. • Os limites de temperatura especificados pela norma ABNT NBR 7034 para os materiais isolantes das diversas classes de isolamento são os seguintes: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS LIMITES DE CORENTES DE CURTA DURAÇÃO PARA EFEITOS TÉRMICOS E DINÂMICOS NOS TC’s LIMITE DE CORENTE DE CURTA DURAÇÃO PARA EFEITO TÉRMICO • É definido como sendo o valor eficaz da corrente primária simétrica que o TC pode suportar durante o tempo de um (1) seg., tendo o seu enrolamento secundário curto- circuitado, sem exceder ao limite de elevação de temperatura correspondente à sua classe de isolamento. LIMITE DE CORENTE DE CURTA DURAÇÃO PARA EFEITO DINÂMICO • É definido como sendo o valor de crista da corrente assimétrica que o TC pode suportar durante o 1º ciclo, com o secundário curto-circuitado, sem apresentar danos elétricos ou mecânicos devido às forças eletromagnéticas. COMENTÁRIOS REFERENTES ÀS CORRENTES PARA EFEITO TÉRMICO NOS TC’s • As normas ABNT NBR 6856 e IEC 185 especificam que as condições definidas para os efeitos de corrente térmicas são consideradas cumpridas caso a densidade de corrente durante o curto-circuito não exceda a 180A/mm2 para os enrolamentos de cobre. • As correntes para efeito térmico (Ith) dos TC’s podem ser expressas em kA ou múltiplos da corrente primária nominal do TC. Ex.: TC – Relação Nominal 200-5A. • Havendo mais de um enrolamento secundário, sobre nenhum deles deverá incidir uma temperatura com elevação acima de sua classe de temperatura de isolamento respectiva. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS COMENTÁRIOS REFERENTES ÀS CORRENTES PARA EFEITO DINÂMICO NOS TC’s • Considera-se, na prática, que a correntes dinâmicas (Idin) dos TC’s sejam: • Havendo mais de um enrolamento secundário, sobre nenhum deles deverá incidir uma temperatura com elevação acima de sua classe de temperatura de isolamento respectiva. • 1,8 – Máxima assimetria da corrente de curto-circuito • 2 – Transformação do valor eficaz em valor de crista 5,228,1 =x As correntes para efeito dinâmico (Idin) dos TC’s podem ser expressas em kA ou múltiplos da corrente primária nominal do TC. Considerando o mesmo TC do exemplo anterior tem-se que: OUTROS PARÂMETROS TÉCNICOS IMPORTANTES DOS TC’s Além dos parâmetros já mencionados, outros importantes também merecem ser citados: • Instalação: abrigada ou ao tempo; • Nível de isolamento para impulso (kV); • Tipo Aplicação: medição ou proteção; • Polaridade: subtrativa (Norma ABNT); CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Tipo de Isolamento: seco, resina, óleo isolante mineral, gás SF6; • Possibilidade de religação do primário; • Instalação > 1000 acima do nível do mar ENTENDENDO A POLARIDADE DOS TC’s • Para se indicar a direção relativa instantânea das correntes primárias e secundárias, em cada TC deve ser marcado um terminal primário e um secundário. • Esta marcação indica que a corrente I1 está “entrando” no terminal primário marcado P1 e a corrente secundária I2 no mesmo instante está “saindo” do terminal secundário marcado com S1 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DEAULAS • Considerando, portanto, somente a direção da corrente, as conexões podem ser feitas supondo que a marca de polaridade no secundário (S1) é uma “continuação” da corrente primária entrando no terminal (P1) do TC: Segundo a Norma ABNT NBR-6856: • A polaridade padronizada é a “subtrativa” (I1 “entrando” e I2 “saindo” instantaneamente). • A identificação de polaridade deve ser feita: � Por emprego de bucha de cor diferente, ou � Por meio de marcas permanentes, em alto ou baixo relevo, que não possam ser apagadas facilmente pela pintura, e suplementadas, se desejado, por marcas de cor contrastante. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 11 – POR QUE OS TC’s DEVEM MANTER O SECUNDÁRIO CURTO- CIRCUITADO QUANDO FORA DE SERVIÇO? POR QUE CURTO-CIRCUITAR OS TC’s? • Ao contrário dos transformadores de potência usuais, o TC, por ter o seu enrolamento conectado em série coma linha, não sofre efeitos prejudiciais ao terem seus terminais secundários curto-circuitados. • Como a corrente secundária depende da corrente primária e da relação de transformação, ela não será influenciada pela conexão em curto-circuito, o que equivale a aplicarmos uma carga de valor nulo ao secundário do TC. • Por outro lado, se abrirmos o secundário do TC (o que equivale a aplicarmos uma carga de valor infinito) isto acarretará graves conseqüências. • EXPLICAÇÃO: Pelo fato de não existirem ampéres-espiras secundários para compensar os ampéres-espiras primários, toda corrente primária atuará como corrente de magnetização do núcleo magnético. • Nessas condições, a densidade de fluxo no núcleo magnético atingirá valores que excedem ao nível de sua saturação e, como consequencia, surgirá entre os terminais secundários uma tensão elevadíssima, a qual poderá danificar o TC e ainda colocar em risco a segurança pessoal do operador. POR ESTA RAZÃO OS TC’s NUNCA DEVERÃO SER DESENERGIZADOS COM O SEU CIRCUITO SECUNDÁRIO EM ABERTO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 12 – PRINCIPAIS COMPONENTES PRESENTES NA CONSTRUÇÃO DE UM TC A. Isolamento utilizando óleo isolante mineral: 1. Indicador de nível de óleo; 2. Tampa da Membrana; 3. Membrana; 4. Conexão do Terminal Primário; 5. Cabeçote co Tanque Superior; 6. Corpo Isolante; 7. Hastes Centelhadoras; 8. Enrolamento Primário; 9. Enrolamento Secundário; 10. Núcleo Magnético; 11. Terminal de Aterramento do Tanque; 12. Caixa de Terminais Secundários; 13. Tanque Inferior; 14. Base Suporte. B. Isolamento utilizando GásSF6: 1. Base Metálica em Liga de Alumínio 2. Caixa de Terminais Secundários 3. Válvula de Enchimento de Gás SF6 4. Manodensostato do Gás SF6 5. Isolador Cerâmico ou Sintético 6. Invólucro em Liga de Alumínio 7. Dispositivo de Alívio de Pressão 8. Barra do Primário 9. Religamento no Primário 10. Terminal Primário 11. Núcleo Magnético CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 13 – CONEXÕES DOS TC’s • Os TC’s, usualmente monofásicos, são conectados nas seguintes ligações: CONEXÃO EM TRIÂNGULO (OU DELTA) CONEXÃO EM ESTRELA ATERRADA e CONEXÃO EM TRIÂNGULO (OU DELTA) Esta conexão é requerida quando se deseja a eliminação da corrente de seqüência zero (I0). Quando se tornar necessária a detecção de I0, deve-se utilizar um TC do tipo janela, conforme mostrado na figura abaixo. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CONEXÃO EM ESTRELA ATERRADA Nesta conexão, em condições normais e com cargas balanceadas, deverão existir apenas correntes de fase. Se ocorrerem desbalanços, surgirá no ponto comum uma corrente residual ( IRES= IA+ IB + IC, ) equivalente a 3.I0, desde que haja caminho para circulação da corrente de retorno para a terra. 14- NORMALIZAÇÃO PRINCIPAIS NORMAS APLICÁVEIS � ABNT – NBR – 6856 – TC’s – ESPECIFICAÇÃO � ABNT – NBR – 6821 – TC’s – MÉTODOS DE ENSAIO � ABNT – EB – 251 – TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS (*) � IEEE/ANSI – C.57.13 – INSTRUMENT TRANSFORMERS � ASA – C.57.13 – INSTRUMENT TRANSFORMERS (*) � IEC – 185/1966 – TRANSFORMATEURS DE COURANTS - CARACTERISTIQUES (*) NORMAS ANTIGAS, JÁ SUBSTITUÍDAS PELAS NORMAS ATUAIS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 15 - ALGUNS FABRICANTES NO BRASIL � ABB; � SIEMENS; � SCHNEIDER; � AREVA; � BALTEAU ORTENG; � ISOLET; � ZILMER.
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