11 Transformadores Proteção

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Transformadores
Transformadores
Transformadores
Transformadores
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Transformadores
	Conceitos 
	Constituição
	Tipos e ligações
	Refrigeração
	Autotransformador
	Modelo elétrico
	Acessórios
	Princípio de funcionamento
	Equações vetoriais
 Sumário
	Polaridade e defasamento angular
	Proteção
	3º Harmônico
 Equipamentos de Usinas e subestações 
 Módulo 
 Transformadores
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Transformadores
Equipamentos de Usinas e subestações
 Módulo 
 Transformadores
 Assunto: Proteção
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Transformadores
Proteção
de Transformadores
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Transformadores
 Sumário
 Proteção de transformadores
 Introdução
 Proteção contra Sobre cargas
 Proteção contra Sob recorrente
 Proteção contra Sobre temperatura
 Proteção por meio de Relés de pressão e/ou de gás
 Proteção contra Falta de óleo
 Dispositivo de Alívio de pressão
 Proteção Diferencial
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Transformadores
 	O transformador é o equipamento que apresenta maior segurança 
 	de serviço. 
 	Pode estar sujeito aos seguintes tipos de defeitos:
 Curto-circuito entre espiras
 Curto-circuito entre enrolamentos
 Sobre aquecimento
 Circuito aberto (sem proteção específica)
 	Introdução
 	Proteção 
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Transformadores
 	Basicamente a proteção para os defeitos que podem ocorrer em 
transformadores é feita através de:
 Proteção diferencial 
 Relé Buchholz
 Relé “J”
 Relés Térmicos
 Relés de sobre corrente.
 	Introdução
 	Proteção
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Transformadores
 A política de sobre carga adotada por Furnas, protege o 	transformador contra sobrecarga e também contra curto- 
circuitos.
Critérios gerais para sobre cargas, adotados por Furnas;
 Não admitir sobre carga contínua nos transformadores durante 
 os meses de setembro a abril
 Admitir uma sobre carga contínua de até 10% nos 
 transformadores durante os meses de maio a agosto (região 
 sudeste) 
 	Proteção contra sobre cargas
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Transformadores
 A política de sobre carga adotada por Furnas...
	 Critérios gerais para sobre cargas, adotados por Furnas;
 Cargas programadas: permitem a utilização de valores reais da 
 curva de carga
 Cargas não programadas - critérios adotados: 
Sobre cargas igual ou superior a 50%: desligamento
	automático em 20 segundos.
Sobre cargas inferiores a 50%: utilizar todos os recursos operativos, visando trazer o transformador á sua condição nominal ou a 110% do valor nominal, caso seja inverno, e a temperatura ainda não tenha atingido o nível de alarme de advertência. 
 	Proteção contra Sobre cargas
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Transformadores
 A política de sobre carga adotada por Furnas...
	 Critérios gerais para sobre cargas, adotados por Furnas;
Esgotamento dos recursos operativos, sem eliminação completa da sobrecarga: pode ser tolerada até que opere o alarme de urgência de temperatura do enrolamento ou do óleo, quando, então, a carga deverá ser reduzida, solicitando-se redução de demanda.
Implicação da não redução de carga : desligamento 
	automático em 20 minutos.
Risco de demora na redução de demanda: desligamento devido à inércia térmica. 
 	Proteção contra sobre cargas
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Transformadores
 	Proteção contra sobre corrente
Proteção contra sobre carga
Relés de sobre corrente, de tempo definido
Pick-up: 150% da corrente nominal;
Tempo: 20 segundos
Proteção contra sobre correntes elevadas
Relés de sobre corrente de tempo inverso
Pick-up: de 200% a 220% da corrente nominal
Curva de tempo: tal que, para correntes da ordem de 300% a 330% da corrente nominal, o relé opera em 2 segundos ou menos.
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Transformadores
 Proteção contra sobre corrente
 Esquema e diagrama unifilar
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Transformadores
 Proteção contra sobre temperatura
 Utilizam relés térmicos ou indicadores de temperatura, para indicar 
	 os limites de temperatura do óleo ou enrolamentos.
 Relés - são ajustados em função de:
 Condições anteriores de carga
 Ciclo de carga que é submetido
 Condições de temperatura ambiente
Sensores de sobre temperatura do óleo
 Utilizam o princípio da pressão hidrostática
 Com o aumento da temperatura, o mercúrio se expande no 
	 interior de um bulbo
 O mercúrio distende uma mola, que move um ponteiro. Este 
	 poderá acionar um contato, fazendo soar um alarme. 	
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Transformadores
Ponteiro indicador
Ponteiro de máxima (vermelho)
Unidade indicadora
Tubo capilar
Sensor de temperatura
Invólucro do sensor
Conector de união
Receptáculo
Botão de resete do ponteiro de máxima
 	Dispositivo de medição de temperatura
 Proteção contra sobre temperatura
 	Indicador de temperatura de óleo
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Transformadores
 Exemplo de ajustes para transformadores de Furnas.
	Transformadores com termômetro de óleo tendo dois níveis de
	temperatura. 
Termômetro de Óleo
Classe de Elevação de Temperatura
 
1o Nível - Alarme de Advertência
85ºC 
85ºC
2o Nível - Alarme de Urgência e 
Desligamento após 20 minutos 
(se for o caso)
95ºC
95ºC
 55ºC 65ºC 
 	Dispositivos de medição de temperatura
 Proteção contra sobre temperatura
-
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Transformadores
 Proteção contra sobre temperatura
 Utilizam relés térmicos ou indicadores de temperatura, para indicar 
	 os limites de temperatura do óleo ou enrolamentos.
Sensores de sobre temperatura de enrolamento
Deve-se medir o ponto mais quente do enrolamento
Constante térmica do enrolamento – segundos
Constante térmica do óleo – até em horas
O método usual utilizado é através de uma resistência, alimentada por um TC (imagem térmica). 	
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Transformadores
 	Dispositivos de medição de temperatura
 Proteção contra sobre temperatura
 	Indicador de temperatura de enrolamento
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Transformadores
 Exemplo de ajustes para transformadores de Furnas.
	Transformadores com termômetro de óleo tendo três níveis de
	temperatura. 
 	Sensores de sobre temperatura de enrolamento
 Proteção contra sobre temperatura
Dispositivo de Sobre temperatura
 Termômetro do enrolamento
Classe de Elevação de Temperatura
55ºC
65ºC
1o nível – Partida ventiladores
80ºC
80ºC
85ºC
85ºC
3o nível – Alarme de advertência
95 ºC
105 ºC
4o nível – Alarme de urgência e 
 desligamento em 20 min. 
 (se for o caso)
110 ºC
120 ºC
2o nível – Partida das bombas de óleo 
 ou 2o estágio de refrigeração
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Transformadores
2º Estágio de temperatura – parada das bombas
1º estágio de temperatura – parada dos ventiladores
1º Estágio de temperatura - partida de ventiladores
2º Estágio de temperatura - partida das bombas
B
B
Convecção natural
Ponteiro indicador de temperatura 
máxima
Elevação de 
temperatura 55º
 	Dispositivos de medição de temperatura
 Proteção contra sobre temperatura
-
-
Transformadores
Ventiladores
Ventiladores
Ventiladores
 	Ventiladores
 Proteção contra sobre temperatura
-
-
Transformadores
B
B
Bombas
Bombas
Radiadores
Bombas
Bomba de óleo
Indicador de 
funcionamento da bomba
 	Bombas
 Proteção contra sobre temperatura
-
-
Transformadores
1. Transformador de corrente
2. Tanque
3. Sensor
4. Unidade de ajuste
5. Indicador de temperatura
6. Caixa de comando
7. Cubículo de controle a distancia - 
 sala de controle
 	Dispositivos de medição de temperatura
 Proteção contra sobre temperatura
-
-
Transformadores
M
 	Circuito de controle de partida automático de ventiladores 
 Proteção contra sobre temperatura
440/220
ØA
ØC
OFF
A
A
M
OFF
R
R
63QF
4-1
4-2
86-T-Y
49T
49T
49T
49T
80ºC
80ºC
85ºC
85ºC
74
4-2
4-1
G
Temp. ambiente + Elevação de 
temperatura 55º
Temperatura 
ambiente 35º
Circuito 
de 
partida
de
ventiladores
27
G
-
-
Transformadores
4-2
 	Circuito de controle de partida automático de ventiladoresProteção contra sobre temperatura
4-1
52-1
52-2
52-3
TT
TT
TT
V-2
B
V-1
ØA
ØC
ØB
Circuito 
de controle
M
OFF
A
49T
80ºC
4-2
Ventiladores
- Banco 1
Ventiladores
- Banco 2
-
-
Transformadores
M
 	Circuito de controle de partida automático de bombas
 Proteção contra sobre temperatura
440/220
ØA
ØC
OFF
A
A
M
OFF
R
R
63QF
4-1
4-2
86-T-Y
49T
49T
49T
49T
80ºC
80ºC
85ºC
85ºC
74
4-2
4-1
G
G
Circuito 
de 
partida
de
bombas
27
-
-
Transformadores
4-2
 	Circuito de controle de partida automático de bombas
 Proteção contra sobre temperatura
4-1
52-1
52-2
52-3
TT
TT
TT
V-2
B
V-1
ØA
ØC
ØB
Circuito 
de controle
Ventiladores
- Banco 1
Ventiladores
- Banco 2
B
Bombas
A
OFF
86-T-Y
49T
49T
85ºC
85ºC
4-1
-
-
Transformadores
M
 	Circuito de controle de partida manual de ventiladores 
 Proteção contra sobre temperatura
440/220
ØA
ØC
OFF
A
A
M
OFF
R
R
63QF
4-1
4-2
86-T-Y
49T
49T
49T
49T
80ºC
80ºC
85ºC
85ºC
74
4-2
4-1
G
Circuito 
de 
partida
de
ventiladores
27
G
Clique na 
letra “M”
-
-
Transformadores
4-2
 	Circuito de controle de partida manual de ventiladores 
 Proteção contra sobre temperatura
4-1
52-1
52-2
52-3
TT
TT
TT
V-2
B
V-1
ØA
ØC
ØB
Circuito 
de controle
Ventiladores
- Banco 1
Ventiladores
- Banco 2
OFF
A
49T
49T
80ºC
80ºC
4-2
M
Clique na 
letra “M”
-
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Transformadores
M
 	Circuito de controle de partida manual de bombas
 Proteção contra sobre temperatura
440/220
ØA
ØC
OFF
A
A
M
OFF
R
R
63QF
4-1
4-2
86-T-Y
49T
49T
49T
49T
80ºC
80ºC
85ºC
85ºC
74
4-2
4-1
G
G
Circuito 
de 
partida
de
bombas
27
Clique na 
letra “M”
-
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Transformadores
4-2
 	Circuito de controle de partida manual de bombas
 Proteção contra sobre temperatura
4-1
52-1
52-2
52-3
TT
TT
TT
V-2
B
V-1
ØA
ØC
ØB
Circuito 
de controle
B
Bombas
Clique na 
letra “M”
A
M
OFF
86-T-Y
49T
49T
85ºC
85ºC
4-1
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Transformadores
 Medição de temperatura do óleo
Medidor de temperatura de bulbo
Tampa do tanque 
do transformador
Tubo capilar
Termômetro
Câmara estanque com óleo isolante
Bulbo
	Localização do sensor 
	de temperatura –
	Bulbo
 Proteção contra sobre temperatura
-
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Transformadores
Medição de temperatura do óleo
 Proteção contra sobre temperatura
-
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Transformadores
Medição de temperatura do enrolamento – imagem térmica
 Dispositivo de imagem térmica com bulbo metálico e 
	 Transformador de corrente de ajuste
Bulbo
Imagem térmica 
 Proteção contra sobre temperatura
-
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Transformadores
Medição de temperatura do enrolamento – imagem térmica
 Dispositivo de imagem térmica com bulbo metálico e 
	 Resistor de corrente de ajuste
 Proteção contra sobre temperatura
-
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Transformadores
Medição de temperatura do enrolamento – imagem térmica
Termômetro do enrolamento 
1º nível – partida dos ventiladores
2º nível – partida das bombas
3º nível – alarme de advertência
4º nível – alarme de urgência de 
 desligamento em 20 minutos 
 (se for o caso)
 Proteção contra sobre temperatura
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Transformadores
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé de pressão “J” - Localização
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Transformadores
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé de pressão “J” - Localização
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Transformadores
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé de pressão “J” 
 	O Relé de pressão “J” opera quando há aumento anormal na 
	pressão do óleo no interior do transformador.
	Esta sobre pressão acontece devido à formação de arcos e/ou 	sobrecargas. O relé não percebendo lentas variações da 	pressão opera.
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Transformadores
MICROCHAVE
TOMADA PARA CABO
PISTÃO COM CAVIDADE EQUALIZADORA
VÁLVULA DE DESCOMPRESSÃO
FOLE
MOLA
RELÉ DE PRESSÃO DE ÓLEO – 
Tem finalidade semelhante á do relé Buchholz. 
Diferencia na maneira de operação e procedência. 
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé de pressão “J” - Constituição
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Transformadores
Como funciona ?
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé de pressão “J” - 
A contração de um 
“fole” provoca 
o fechamento de um 
contato elétrico
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Transformadores
Relé buchholz
Relé buchholz
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Buchholz - localização
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Transformadores
Relé buchholz
Relé buchholz
Relé Buchholz
Visor do Relé Buchholz
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Buchholz - localização
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Transformadores
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Buchholz
 	O Relé Buchholz, pode ser analisado como uma combinação 
	do relé “J” e o relé detector de gás. É utilizado em 
	transformadores com tanque de expansão, protegendo contra 
	falhas tais como:
 Formação de arcos
 Perda de isolamento entre as chapas do núcleo
 Alta resistência nas ligações 
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Transformadores
		Montagem do relé 
		no Transformador
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Buchholz
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Transformadores
		Dispositivo para retirada
		de amostra de gás
Dispositivo para teste
Válvula para drenagem
Válvula para saída de ar
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Buchholz
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Transformadores
Contato de mercúrio
Contato de mercúrio
Alarme
Desligamento
Para o tanque de 
compensação
Circuito de alarme 
Circuito de desligamento
	 	 (Trip)
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Buchholz – ampolas de mercúrio
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Transformadores
Desliga
Fluxo
Alarme
Óleo isolante
Funcionamento do relé em 
	caso de operação normal. 
	Bóias levantadas, contatos
	desoperados
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Buchholz - bóias
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Transformadores
Desliga
Fluxo
Alarme
Óleo isolante
Funcionamento do relé em caso
	de aparecimento de pequenos
	defeitos, tais como entrada 
	ar, ou captura de gases. 
	A bóia inferior levantada e contato
	aberto, a bóia superior
	abaixada e o seu contato fechado. 
	Alarme.
Alarme
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Buchholz com bóias - circuito de alarme
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Transformadores
Desliga
Fluxo
Alarme
Óleo isolante
Funcionamento do relé em caso
	de aparecimento de um grande
	defeito no equipamento, como
	um curto circuito com grande 
	formação de gases e aumento do
	fluxo de óleo no relé proveniente
	do tanque para o conservador. As 
	bóias estão abaixadas e os seus contatos fechados. 
	Alarme e trip.
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Buchholz com bóias – circuito de alarme e de trip
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Transformadores
 Fotografia do relé com de ampolas de mercúrio
Posição armado 
Posição operado
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Buchholz 
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Transformadores
B
B
Válvula de segurança
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Dispositivo de alívio de pressão
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Transformadores
B
B
Válvula de segurança
Válvula de alívio de sobre pressão
Válvula de alívio
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Dispositivo de alívio de pressão
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Transformadores
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Dispositivo de alívio de pressão
 	Na ocorrência de um curto-circuito interno, o arco da origem a 
	uma transformação gasosa rápida com consequente aumento 	de pressão. Essa sobre pressão deve ser eliminada em alguns 	milésimos de segundo, para evitar a explosão do tanque.
 
 	A válvula de alívio de pressão é o dispositivo utilizado para esta 
	finalidade. 
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Transformadores
 	A sobre pressão é aliviada quando o 
	óleo sob a pressão elevada bruscamente, 
	vence a açãode molas da válvula de 
	segurança (dispositivo), abrindo-a .
 	Essa ação faz com que o óleo sob pressão 
	seja expelido para fora do transformador, 
	além de comandar o isolamento elétrico 
	do transformador. 
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Dispositivo de alívio de pressão
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Transformadores
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
Relé 
detector 
de gás
 	Relé Detector de gás - localização
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Transformadores
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Em transformadores com tanque de expansão, utiliza-se 
	também o relé de gás. Seu funcionamento se baseia na
	identificação de formação de gás no interior do transformador, 
	por faltas incipientes.
 	Relé Detector de gás 
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Transformadores
 Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás
 	Relé Detector de gás - constituição/funcionamento
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Transformadores
Sílica Gel
Tanque de compensação
Tanque de compensação
Indicador de nível de óleo
Indicador de nível de óleo
Sílica Gel
 Proteção contra Falta de óleo
 	Indicador de Nível de óleo
-
-
Transformadores
 Proteção contra Falta de óleo
 	Indicador de Nível de óleo
 	O óleo no transformador tem a finalidade de isolar e refrigerar 
Internamente suas partes constituintes.
 Transformadores de menor porte possuem indicação visual 
 do nível de óleo.
 Transformadores maiores utilizam indicadores que 
 possibilitam a visualização e também acionam alarme. 
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Transformadores
 Proteção contra Falta de óleo
 	Indicador de Nível de óleo
-
-
Transformadores
-
-
Transformadores
Indicador de nível de óleo 
 do
tanque de expansão
 Proteção contra Falta de óleo
 	Indicador de Nível de óleo
-
-
Transformadores
 Proteção Diferencial
 A proteção diferencial tem a finalidade de fazer a proteção do 
	transformador contra curtos internos.
 	Pode ser:
 Proteção diferencial percentual
 Proteção com restrição harmônica
-
-
Transformadores
I2
I1
I2
I1
I1
I2
 Proteção Diferencial
87
TC2
TC1
IL
IL
I1
I2
I1 – I2
 	Circulação de corrente em funcionamento normal 
	ou 
	para falta externa à malha supervisionada pelos TC’s
-
-
Transformadores
I2
I1
I2
I1
I1
I2
 Proteção Diferencial
87
TC2
TC1
IL
IL
I1
I2
I1 – I2
 	Circulação de corrente para falta interna à malha supervisionada 	pelos TC’s
-
-
Transformadores
I2
I1
I2
I1
I1
I2
 Proteção Diferencial
87
TC2
TC1
IL
IL
I2
I1 – I2
 	Relé diferencial percentual
-
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Transformadores
 Proteção Diferencial
 	Características de operação do relé diferencial percentual
-
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Transformadores
 Proteção Diferencial
 	Diagrama simplificado da proteção diferencial percentual
	com restrição harmônica - HU
 	Finalidade: Proteção para correntes de magnetização – inrush, que possui 63% de 
	componente de 2º harmônica.
 	Métodos utilizados: filtros
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Transformadores
 Proteção Diferencial
 	Esquemático CC de proteção diferencial – relé HU
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-
Transformadores
 Proteção Diferencial
 	Esquemático CC de proteção diferencial – relé BDD
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Transformadores
 	Transformador ou Reator
 Proteção contra sobre corrente
-
-
Transformadores
 	Transformador ou Reator
 Proteção contra sobre corrente
-
-
Transformadores
			
			Fim
FINALIZAR