Aula 05 EQUIPAMENTOS TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS

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PROFESSOR: RONIMACK TRAJANO DE SOUZA
TRANSFORMADORES DE TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOSINSTRUMENTOS
TEMA DA AULA
MEDIÇÃO DE GRANDEZAS ELÉTRICAS
Por que medir grandezas elétricas?
Quais grandezas elétricas precisamos medir?
Como medir grandezas elétricas em sistemas de potência?
Quais os riscos humanos e materiais?
Quais as vantagens e desvantagens da medição direta?
Quais as vantagens e desvantagens da medição indireta?
TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS
Os transformadores de instrumentos (TIs) são equipamentos elétricos
projetados e construídos especificamente para alimentarem
instrumentos elétricos de medição, controle ou proteção.
Os TIs devem fornecer corrente e/ou tensão aos instrumentos
conectados aos seus enrolamentos secundários, de modo a atender
as seguintes prescrições:
 O circuito secundário deve ser galvanicamente separado do
primário, proporcionando segurança aos operadores dos
instrumentos ligados ao mesmo;
A medida da grandeza elétrica deve ser adequada aos instrumentos
que serão utilizados.
TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS
Os transformadores de instrumentos (TIs) se dividem basicamente
em dois tipos:
 Transformadores de potencial
 Transformador de Potencial Eletromagnético (TP)
 Para tensões até 138 kV
 Transformador de Potencial Capacitivo (TPC)
 Para tensões acima de 138 kV
 Transformadores de corrente (TC)
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
O transformador de potencial (TP) é um TI cujo enrolamento
primário, de muitas espiras, e ligado em derivação com um circuito
elétrico, enquanto o enrolamento secundário se destina a alimentar
as bobinas de potencial de aparelhos que apresentam elevada
impedância, tais como: voltímetros, relés de tensão, medidores de
energia, entre outros.
Os TP são empregados indistintamente nos sistemas de proteção e
medição de energia elétrica. A tensão nominal secundaria de um TP e
padronizada em 115 V ou 115/√3 V, de modo que os instrumentos de
medição e proteção sejam dimensionados com baixa isolação.
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
Principais características dos transformadores de potencial:
 Proporciona o isolamento contra altas tensões;
 Enrolamento primário ligado em paralelo com o circuito elétrico;
 Enrolamento secundário: se destina a alimentar bobinas de
potencial de instrumentos elétricos de medição, controle ou
proteção;
 Na prática é considerado um “redutor de tensão”.
 Observação: “O limite da máxima potência que se pode transferir
por um transformador de força é determinado pelo seu aquecimento.
Enquanto que o limite da potência máxima de um TP é determinado
por seu erro de relação (Kindermann, 1999).”
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ELETROMAGNÉTICO
Esses TP são constituídos de um enrolamento primário envolvendo
um núcleo de ferro-silício, que é comum ao enrolamento secundário.
Utilizados em sistemas até 138 kV, por apresentarem menor custo
que o TPC, exceto nos casos em que haja necessidade da utilização de
“carrier” (PLC – Power Line Carrier) nos esquemas de controle,
proteção e comunicação.
Quanto a construção são divididos em três grupos de ligação :
Grupo 1: TP projetados para ligação entre fases;
Grupo 2: TP projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas
diretamente aterrados;
Grupo 3: TP projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas
onde não se garanta a eficácia do aterramento.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ELETROMAGNÉTICO
Figura 1 - Circuito equivalente referido ao secundário e diagrama fasorial TP eletromagnético.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ELETROMAGNÉTICO
Os TPC são constituídos de um divisor capacitivo que serve para
fornecer um divisor de tensão, alem de permitir a comunicação
através do sistema Carrier.
O divisor capacitivo é ligado entre fase e terra e uma derivação
intermediaria alimenta um grupo de medida de média tensão, que
compreende, basicamente, os seguintes elementos:
 Um TP ligado na derivação intermediária que fornece as tensões
secundarias (geralmente até 15 kV);
 Um reator de compensação ajustável para controlar as quedas de
tensão e a defasagem do divisor capacitivo;
 Um circuito de amortecimento dos fenômenos de ferroressonância;
 Um circuito de proteção contra sobtensões.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO
Figura 2 - Circuito equivalente TPC referido ao primário.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO
Figura 3 - Circuito equivalente TPC referido ao primário e diagrama fasorial.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL
Tensão primária nominal (Vpn)
Tensão secundária nominal (Vpn)
Relação de transformação nominal (kn)
Relação de transformação real (k)
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL
Fator de correção real (FCR)
Erro de relação ou de tensão (ξv(%))
Erro de ângulo de fase (γ)
Carga ou Burden
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
Figura 4 – Diagrama construtivo TP eletromagnético e TPC , respectivamente.
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
Terminal
Primário
Porcelana
(isolador)
Terminais
Secundários
Tanque
Figura 5 – Tipos de TP.
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
Figura 6 – Diagrama de Subestação.
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
Figura 7 – Diagrama de Subestação.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – NORMATIZAÇÃO - IEC
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL–NORMATIZAÇÃO-ABNT
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL–NORMATIZAÇÃO-ABNT
Cargas Nominais: São as cargas padronizadas em que se baseiam os
requisitos de exatidão de um TP. De acordo com a ABNT, as cargas
nominais são designadas por um símbolo formado pela letra “P”,
seguida do número de volt-ampères correspondente a tensão de
120V ou 69,3 V.
Exemplo: 0,3-P25 (classe de exatidão 0,3 – carga padrão de 25VA).
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – NBR 6855-ABNT
Figura 8 – Paralelogramo de Exatidão.
Considera-se que um TP está dentro de sua classe de exatidão
quando os pontos determinados pelos fatores de correção de relação
(FCR) e pelos ângulos de fase (ß) estiverem dentro dos
paralelogramos de exatidão.
Classe 0,3
Classe 0,6
Classe 1,2
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL–NORMATIZAÇÃO-ABNT
Dados de Especificação
• Destinação: medição, proteção ou automação;
• Uso: interior, exterior, conjunto de manobra;
• Carga instalada (especificação dos instrumentos e dispositivos)
(Potência nominal);
• Não empregar como fonte de carga auxiliar
• Classe de exatidão (finalidade);
• Classe de tensão (nível de isolamento);
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – LIGAÇÕES
Figura 9 – Ligações de TP. YY aterrado e VV aterrado.
Os enrolamentos primário e secundários dos TP podem ser
conectados entre fase e neutro (ou entre fase e o centro de uma
ligação estrela equilibrada) ou entre fases. As duas formas de ligação
empregadas nos circuitos usuais de medição.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – APLICAÇÕES
Proteção e medição de sistema elétricos.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – APLICAÇÕES
Controle de sistema elétricos.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – APLICAÇÕES
Controle e monitoramento de sistema elétricos.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – APLICAÇÕES
Controle e monitoramento de sistema elétricos.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – ENSAIOS
Ensaios de tipo previstos pela norma NBR 6855 para TP:
 Elevação de temperatura.
 Curto-circuito.
 Impulso atmosférico.
 Surto de manobra.
 Tensão suportável a frequência industrial sob chuva.
 Tensão de radiointerferência.
 Resistência ôhmica dos enrolamentos.
 Corrente de excitação e perdas em vazio.
 Impedância de curto-circuito.
 Estanqueidade a quente.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL - CARACTERÍSTICAS
Principais características
 Utilizado normalmente em tensões acima de 600 V;
 Tensão secundária nominal padronizada em 115 V;
 Opera próximo a situação à vazio;
 Carga nominal: carga na qual se baseiam os requisitos de exatidão
do TP;
 Potência térmica: maior potência aparenteque um TP pode
fornecer em regime permanente;
 Nível de isolamento;
 Polaridade do TP;
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL - CARACTERÍSTICAS
Fator de Correção de transformação
 Surge quando o TP alimenta um instrumento cuja indicação
depende dos módulos da tensão e da corrente, como também, de
sua defasagem;
 É o fator pelo qual se deve multiplicar a leitura indica da por um
wattímetro, ou por um medidor de energia elétrica, cuja bobina de
potencial é alimentada através de um TP.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL - CARACTERÍSTICAS
Classe de exatidão dos Transformadores de potencial
 Aferição e calibração de instrumentos de medidas de laboratório:
0,1;
 Medição de consumo e demanda para faturamento: 0,3;
 Alimentação de medidores sem finalidade de faturamento: 0,6;
 Alimentação de instrumentos indicadores instalados em painéis e
proteção: 1,2;
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – ESQUEMA
Modelo simplificado do TP
Ilustração simplificada do TP
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO - ESQUEMA
Modelo simplificado do TP
Divisor
Capacitivo
Terminal Primário
Unidade Eletromagnética
Terminais
Secundários
Circuito de limitador
de ferrorressonância
Enrolamento de ajuste de exatidão
Sistema Carrier 
de comunicação
Terminais primários TPI
Reator de 
compensação
TPC – TRANSMISSÃO COM COMUNICAÇÃO CARRIER
O TPC utiliza-se um aparelho transmissor receptor para tratamento
de sinal normalmente com freqüência na faixa de 10 kHz a 300 kHz. O
sinal e transmitido no próprio condutor da linha de transmissão.
 Capacitor de acoplamento (filtro Passa Alta)
 Bobina de drenagem (filtro Passa Baixa)
para que o potencial no ponto X seja baixo
 Centelhador de proteção para evitar que
eventuais sobretensões em altas frequências
atinjam a caixa de sintonia, ja que a bobina
de drenagem oferece alta impedância a essas
frequências.
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – ESQUEMA
A - Terminal primário;
B - Terminal de aterramento
C - Caixa de ligação
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO – ESQUEMA
TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS
Os transformadores de instrumentos (TIs) são equipamentos elétricos
projetados e construídos especificamente para alimentarem
instrumentos elétricos de medição, controle ou proteção.
Os TIs devem fornecer corrente e/ou tensão aos instrumentos
conectados aos seus enrolamentos secundários, de modo a atender
as seguintes prescrições:
 O circuito secundário deve ser galvanicamente separado do
primário, proporcionando segurança aos operadores dos
instrumentos ligados ao mesmo;
A medida da grandeza elétrica deve ser adequada aos instrumentos
que serão utilizados.
TRANSFORMADOR DE CORRENTE
Principais características dos transformadores de corrente:
 Proporciona o isolamento contra altas tensões;
 Enrolamento primário: ligado em série em circuito elétrico;
 Enrolamento secundário: se destina a alimentar bobinas de
corrente de instrumentos elétricos de medição, controle ou proteção;
 Na prática é considerado um “redutor de corrente”.
TRANSFORMADOR DE CORRENTE
TRANSFORMADOR DE CORRENTE
TRANSFORMADOR DE CORRENTE
TRANSFORMADOR DE CORRENTE
TRANSFORMADOR DE CORRENTE - SIMPLIFICAÇÃO
TRANSFORMADOR DE CORRENTE
TRANSFORMADOR DE CORRENTE
TRANSFORMADOR DE CORRENTE – NORMATIZAÇÃO
Classe de exatidão dos Transformadores de Corrente
 Aferição e calibração de instrumentos de medidas de laboratório:
0,1;
 Medição de consumo e demanda para faturamento: 0,3;
 Alimentação de medidores sem finalidade de faturamento: 0,6;
 Alimentação de instrumentos indicadores instalados em painéis e
registradores gráficos: 1,2;
 Alimentação de instrumentos indicadores de ponteiros: 3,0;
TRANSFORMADOR DE CORRENTE – NORMATIZAÇÃO
TRANSFORMADOR DE CORRENTE – NORMATIZAÇÃO
TRANSFORMADOR DE CORRENTE – DIMENSIONAMENTO
TRANSFORMADOR DE CORRENTE – DIMENSIONAMENTO
TRANSFORMADOR DE CORRENTE – DIMENSIONAMENTO
TRANSFORMADOR DE CORRENTE – DIMENSIONAMENTO
TRANSFORMADOR DE CORRENTE MEDIÇÃO X PROTEÇÃO
Medição Proteção
TRANSFORMADOR DE CORRENTE MEDIÇÃO X PROTEÇÃO
TRANSFORMADOR COMBINADOS TC E TP
Os transformadores combinados
foram desenvolvidos para serem
instalados em obras que, por espaço
ou custo, não permitem utilizar
equipamentos independentes.
Dimensionados com características
de exatidão e isolamento similar aos
demais transformadores de
instrumentos.
TRANSFORMADOR COMBINADOS TC E TP