AULA 21 - 9- TP-TRANSFORMADOR DE POTENCIAL AULA REMOTA

Prévia do material em texto

1
TRANSFORMADOR 
PARA INSTRUMENTOS
TP 
Transformador de Potencial
Prof. Gênova 
MAIO de 2021
2
• Transformador de potencial:
3
1.TRANSFORMADOR DE POTENCIAL
Os transformadores de potencial ou de tensão, são 
utilizados para rebaixar as altas tensões do sistema 
elétrico, com fins de medição, alimentação de bobinas 
de relés e instrumentos de medida. 
O TP é um equipamento capaz de reduzir a tensão do 
circuito para níveis compatíveis com a máxima tensão 
suportável pelos aparelhos de medidas, padronizado 
no secundário em 115V para ligações fase-fase e 
115/√3 para ligações fase-terra.
4
2. TIPOS CONSTRUTIVOS
Os TPs utilizam basicamente dois tipos construtivos:
TPs indutivos (eletromagnético): Pelo princípio 
eletromagnético entre os enrolamentos primários e 
secundários, utiliza dois enrolamentos acoplados por 
um núcleo de ferro. São equipamentos construídos 
para utilização até 138kV, pois apresentam um custo 
de produção mais atraente do que o tipo capacitivo;
TPs capacitivos: Através de divisores de tensão, 
utiliza dois ou mais capacitores ligados de fase a 
terra, com um tape entre eles. São fabricados 
normalmente para tensões iguais ou superior a 
138kV;
5
Os TPs devem operar na faixa de 0 a 120% da 
tensão nominal, no entanto a classe de exatidão é 
garantida na faixa de 90 a 110% da tensão 
nominal, com freqüência nominal, e a densidade 
de fluxo magnético no núcleo, é função da tensão 
primária e da carga secundária.
As diferenças entre as tensões primária e 
secundária existentes em módulo e ângulo 
constituem respectivamente, nos erros de relação 
de transformação e de ângulo de fase do TP. 
• Erro de relação de transformação:
Este erro ocorre na medição de tensão com a 
aplicação de TP, onde a tensão primária não 
corresponde fielmente ao produto da tensão lida 
no secundária pela relação de transformação 
nominal. No entanto este erro pode ser corrigido 
com a aplicação de um fator de correção de 
relação (FCR): 
6
RTP
RTP
FCR real=
Erro de Ângulo de Fase:
Este erro corresponde ao ângulo ϒ que mede a 
defasagem entre a tensão vetorial primária e a 
tensão vetorial secundária de um TP. 
7
8
3. Simbologia: Os TPs são representados num 
diagrama elétrico das seguintes formas:
9
4. Circuito equivalente de um TP
Φ
Rp Xp Rs Xs
Ip Is
Vp Np Ns Vs Z
10
11
12
5. Características construtivas dos TPs indutivos 
(eletromagnéticos):
São considerados os seguintes grupos de ligação e 
tipos básicos:
TPs dos grupos 1, 2 e 3:
TPs do grupo 1: 
São TPs constituídos com 2 (duas) buchas no lado
primário, alimentados através de fase-fase e
normalmente pertencem a classe de tensão até
34,5KV.
13
TP de Média Tensão com isolamento em óleo – Tipo 1
14
TPs do grupo 2: 
São TPs constituídos de 1 (uma) bucha no lado 
primário alimentado por uma fase e o outro terminal 
da bobina é solidamente aterrado (neutro 
eficazmente aterrado). Normalmente são TPs de 
alta tensão e são alimentados através da tensão 
fase-neutro. Ex. 69/√3.
15
TP de Alta Tensão com isolamento em óleo – Tipo 2
16
TPs do grupo 3: A exemplo do grupo 2, são TPs 
constituídos de somente uma bucha no lado 
primário, alimentado por uma fase e o outro terminal 
da bobina aterrado num sistema que não é 
garantida a efetividade do aterramento (sistema de 
neutro não eficazmente aterrado).
17
6. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
a) Classe de tensão nominal
b) Tensão nominal 
c) Relação nominal de transformação
d) Tensão máxima
e) Frequência nominal
f) Classe de exatidão
g) Carga nominal
h) Potência térmica
i) Grupo de ligação
j) O uso – para interior ou exterior
a) Classe de tensão nominal:
Estabelece o nível de tensão primária ao qual o
equipamento permanentemente pode estar submetido.
É padronizado e normalmente escolhida com valor
imediatamente superior ao nível de tensão máxima de
operação do sistema ao qual está conectado.
Ex. 15 kV, para 13,8kV;
72,5kV para 69kV;
18
19
b) Tensão nominal primária ou secundária: 
Nível de tensão secundária estabelecida quando 
aplicada a tensão nominal primária.
A tensão primária nominal, corresponde a tensão eficaz 
aplicada ao enrolamento primário.
Ex. 13,8kV (F-F), 69/√3 (F-N) 
A tensão secundária é padronizada em 115V para TP do 
grupo 1 e 115/√3 V para TP dos grupos 2 e 3;
c) Relação nominal e transformação: relação entre as 
tensões nominais primária e secundárias.
d)Tensão máxima: Explicita o máximo nível de tensão 
de regime permanente ao qual o TP pode operar 
mantendo a mesma classe de exatidão de tensão com 
carga nominal.
20
f) Classe de exatidão: Explicita o erro de relação 
percentual máximo do equipamento (tabela antiga):
Tabela 1
CLASSE UTILIZAÇÃO
0,1 Calibração
0,2 - 0,3 Medições em laboratório, integradores de 
energia tipo Watt-horímetro
0,5 - 0,6 Instrumento de medição de faturamento
1-2-3-5 Medição operacional e proteção
e) Frequência nominal; Valor da frequência no qual 
os requisitos desta norma são baseados: f=60Hz
21
De acordo com a NBR 6855-2009, as classes de 
exatidão padronizadas para transformador de 
potencial para medição e proteção (tabela atual):
Classe de exatidão Utilização
0,3% Serviços de medição: 
medição de laboratório, 
medição de faturamento, 
medição operacional
0,6%
1,2%
3% Serviços de Proteção
6%
Nota: valores de classes de exatidão especificados diferentes 
daqueles padronizados são objeto de acordo entre fabricante e 
usuário. Por exemplo: é possível especificar um TP com exatidão 
de 0,5 ou 0,6% para serviço de proteção.
22
g) Carga nominal: 
As cargas nominais padronizadas pela ABNT (NBR 
6855-1981 e ANSI correspondem aos seguintes 
valores (tabela antiga): Tabela 2
ABNT ANSI C A R G A
251/NB-459 C.57-13 VA Fator de 
potência
P 12,5 W 12,5 0,10
P 25 X 25 0,70
P75 Y 75 0,85
P 200 Z 200 0,85
P 400 ZZ 400 0,85
Cargas 
nominais
Características a 60Hz e 120V (100 a 
130V)
Características a 60Hz e 
120/√3 (58 a 75V)
Desig-
nação
FP Pot.
aparente
R (Ω) XL (Ω) Z (Ω) R (Ω) XL (Ω) Z (Ω)
P5 1 5 2880 0 2880 960,5 0 960,5
P10 1 10 1440 0 1440 480 0 480
P15 1 15 960 0 960 320 0 320
P25 0,7 25 403,2 411,3 576 134,4 137,3 192
P35 0,2 35 82,2 412,7 411 27,4 134,4 137
P75 0,85 75 163,2 101,1 192 54,4 33,7 64
P100 0,85 100 115,2 86,4 144 38,1 28,6 47,6
P200 0,85 200 61,2 37,9 72 20,4 12,6 24
23
Valores normatizados de cargas nominais de acordo 
com a NBR 6855-2009 (tabela atual):
Obs. As cargas com fator de potência unitário são indicadas para casos em que o enrolamento será 
conectado a instrumentos eletrônicos. As cargas com FP diferente de 1 são indicados para os casos 
em que o enrolamento será conectado a instrumentos de procedimento eletromecânico ou 
eletromagnético.
24
Cargas nominais Características a 60Hz e 120V (100 a 
130V)
Características a 60Hz e 
120/√3 (58 a 75V)
Código Pot. 
Aparente
Fator 
de 
potência
R L Zn R L Zn
ABNT VA - ohms mH Ohms ohms mH ohms
P 12,5 12,5 0,10 115,2 3042 1152 38,4 1014 384
P 25 25 0,70 403,2 1092 576 134,4 364 192
P 75 75 0,85 163,2 268 192 54,4 89,4 64
Para determinação da impedância da carga do TP 
Tabela 3 – Características Elétricas dos TPs
25
h) Potência Térmica de um TP: (Norma antiga)
O valor da potência térmica que um TP pode suprir 
continuamente sem exceder os limites de 
temperatura nominal, é determinada pela seguinte 
expressão:
Vs = tensão secundária nominal em Volts;
Zn = Impedância correspondente a carga em ohms;
K = 1,33 para TPs do grupo1 e 2;
K = 3,6 para TPs do grupo 3.
).(.21,1
2
n
S
th
Z
V
KP =
• Norma atual:
• De acordo com a NBR 6855-2009, potência térmicanominal, maior potência aparente, em Volts-ampères, 
que um transformador de potencial pode fornecer, sem 
comprometer com os limites de erro, em regime 
contínuo, sob tensão e frequência nominais, sem 
exceder os limites de temperatura especificados. É 
obtida mediante o produto do fator de sobretensão (Fst) 
contínuo ao quadrado pela maior carga especificada ou 
carga simultânea. 
P th = (Fst )
2 x S
26
27
i) Grupo de ligação de um TP:
• Grupo 1 = TPs projetados para ligação entre 
fases, normalmente até 34,5KV (2 buchas no 
primário);
• Grupo 2 = TPs projetados para ligação entre 
fase e neutro em sistemas diretamente aterrado 
(1 bucha no primário-AT ou 2 buchas MT);
• Grupo 3 = TPs projetados para ligação entre 
fase e neutro de sistemas onde não se garanta 
a eficácia do aterramento (1 bucha no primário)
28
TABELA 4 – Potência térmica dos TPs
Padrão código 
ABNT
Potência térmica
Grupo de ligação dos TPs
Grupos 1 e 2 (VA) Grupo 3 (VA)
P 12,5 18 50
P 25 36 100
P 75 110 300
P 200 295 800
P 400 590 1600
• Fator de sobretensão (Fst )
Fator que multiplica a tensão primária nominal de um 
TP, para se obter a tensão primária na qual ele deve 
satisfazer, por tempo determinado, os requisitos 
térmicos especificados.
O Fator de sobretensão é determinado pela máxima 
tensão de operação, que depende do sistema e das 
condições de aterramento do enrolamento primário 
do TP. 
29
• Tabela de fatores de sobretensão nominal
30
Grupo de 
ligação
F st Duração Forma de conexão do 
enrolamento primário e 
condições do sistema de 
aterramento
1 1,2 Contínuo Entre fases de qualquer sistema
2 1,2 Contínuo Entre fase e terra de sistemas com 
neutro eficientemente aterrado1,5 30 seg.
3a 1,2 Contínuo Entre fase e terra de um sistema de 
neutro não eficientemente aterrado 
com remoção automática da falta
1,9 30 seg.
3b 1,2 Contínuo Entre fase e terra de um sistema de 
neutro não eficientemente aterrado, 
sem remoção automática da falta.
1,9 Contínuo (ver 
nota 2)
Ver notas 1 e 2
• Nota 1 – Redução de tempos nominais é permissível 
mediante acordo entre fabricante e usuário.
• Nota 2 – Este fator de sobretensões torna-se 
necessário, em virtude das sobretensões que podem 
ocorrer em um sistema trifásico não aterrado, durante 
faltas de fase para a terra. 
• Por não ser possível definir a duração de tais faltas, 
esta condição deve ser considerada como regime 
contínuo.
31
j) O uso – Para instalação interior ou exterior
i) Uso interior: isolação sólida
ii) Uso exterior: isolação sólida ou líquida
32
33
34
35
36
37
38
TP isolação sólida uso interno
39
TP uso externo:
40
TP com tensão máxima 15kV, 24,2kV e 36,2kV
41
7. Tipos de ligação dos TPs (conexões típicas):
•A polaridade dos transformadores de potencial indica 
a adequada defasagem entre as tensões primárias e 
secundárias. 
•Os transformadores eletromagnéticos, devido a sua 
aplicação em tensões mais baixas, podem ser 
conectados:
• Em ligações delta aberto (V), com a utilização de 
2 TPs;
• Em ligação delta-delta (-), com 3 TPs;
• Em ligação Y-Y com 3 TPs.
42
• Ligação Delta aberto (V) 
A 
B 
C 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 115 V 
 
Conexão delta aberto (V) primário e secundário 
Utilizado com 2 TPs 
A 
 
 
B 
 
 
C 
115V 
115V 
43
Conexão de 2 TPs (01U1), grupo 1, de MT em delta aberto
44
Conexão de 3 TPs (01U2), grupo 2, de MT em Y-Y
45
Conexão de 3 TPs (01U1), grupo 2, de MT em Y-Y
46
• Ligação Estrela-Estrela (Y – Y) 
 
A 
B 
C 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Conexão Y com 3 TPs 
c 
 
b 
 
a 
47
Conexão de 3 TPs (02U1), do grupo 2 ou 3, de AT em ligação 
Y-Y
• Tipos de esquemas de ligação dos enrolamentos dos TPs
48
Denominação Esquema de ligação
De relação única
Com relação dupla com o 
primário em duas seções, 
destinadas a ligação em 
série ou paralelo
De duas relações com 
derivações no primário
• Tipos de esquemas de TPs
49
Denominação Esquema de ligação
De duas relações com 
derivações no secundário
De dois enrolamentos 
secundários
• Exemplo de placa de identificação pela NBR 6855-2009
50
Cargas típicas a serem alimentadas pelo secundário dos TPs 
- Bobinas de aparelhos de medição e proteção
51
Aparelhos Potência 
ativa
Potência 
reativa
Potência 
total 
( W ) ( Var ) ( VA )
Medidor de kWh 2,0 7,9 8,1
Medidor de kVARh 3,0 7,7 8,2
Wattímetro 4,0 0,9 4,1
Motor do cj. De demanda 2,2 2,4 3,2
Autotransformador de defasamento 3,0 13,0 13,3
Voltímetro 7,0 0,9 7,0
Frequêncímetro 5,0 3,0 5,8
Fasímetro 5,0 3,0 5,8
Sincronoscópio 5,0 3,0 6,7
Medidor de fator de potência (cosφ) 12,0
Registrador de frequência 12,0
Emissores de pulso 10,0
52
RESUMO: TRANSFORMADOR DE POTENCIAL – TP 
 
 
 
 
 AT ~ V1 
 
 
 n1 
 
 
 TP 
 
 
 n2 
 
 
 
 
 
 
 V2 
 
Fig. 02 – Desenho esquemático de um TP 
V 
Para um TP vale as seguintes 
relações: 
 
V2 n2 
 = 
V1 n1 
 
Onde: V2 < V1 e n1 > n2 
 
53
• TPs são empregados para alimentar instrumentos 
de medida de alta ou baixa impedância(voltímetros, 
bobinas de potencial de relés de tensão, de 
wattímetros, etc.)
• De um modo geral a tensão secundário nominal é 
de 115V ou 115/√3;
• A tensão primária caracteriza o nível de isolamento 
do TP;
54
• Ao contrário do TC, jamais deverá curto-circuito 
os terminais do secundário do TP. Havendo 
necessidade de retirar o instrumento do secundário, 
este enrolamento deve ficar aberto. O fechamento 
do secundário com um condutor de baixa 
impedância provocará um curto-circuito, ou seja, 
uma corrente i2 demasiadamente elevada, e 
consequentemente i1, provocando a danificação do TP.
55
• Geralmente quando se conecta um voltímetro ao 
secundário de um TP, a escala do voltímetro deve 
estar graduada para indicar em leitura direta, a 
tensão primária (AT).
• Outra aplicação de uso do TP de 69 KV numa SE 
distribuidora, é a possibilidade de verificação com a 
utilização de um fasímetro, da sequência de fases 
referente a entrada de linha que alimenta a SE, de 
forma que o transformador de força e as cargas de 
média tensão também fiquem faseadas e 
sequenciadas corretamente, evitando que alguma 
motobomba de uma unidade consumidora tenha o 
seu sentido de rotação invertido. 
56
Diagrama unifilar: Exemplo de 01 EL e 01 SL de 72,5 KV na SE MDM, uma 
da fonte 01 e outra SL que também pode ser a fonte 02. 
 
 
 02B1 02B2 
 32I7-6 
 32I7-7 
 
02I7Carga 32I7-5 32I7-4 
 12I7 
 32J6-6 
 
 32J6-7 
 
02J6 
Fonte 01 32J6-5 32J6-4 
 12J6 
 Fig. 03 
52 
52 
57
 
 
 
 
 
 
 
 
 TP 
 V (Módulo de tensão) 
 
 Bastões isolados para 120 KV 
 
 
 
 
Fig. 04 – Detalhe dos bastões isolados para verificação do faseamento diretamente na 
tensão de 69 KV de uma SE distribuidora 
 A2 
 
Fonte 
02 B2 
 
 
 C2 
A1 
 
 Fonte 
B1 01 
 
 
C1 
 
58
59
Medidor de tensão constituído de TP (nos bastões) e um 
painel com ponteiro indicativo;
Medições possíveis:
T-T = 0V
FA1 – FA1 = 0V
FA1 – FC1 = 69KV
FA1 – FC2 = 69KV
FA1 –T = 40KV
O sistema faseado:
FA1 = FA2 = 0V
FB1 = FB2 = 0V
FC1 = FC2 = 0V
60
Verificação do faseamento entre o sistema FTZ-MDM (EL 02J6 
FTZ/MDM) e MDM-DID (FTZ) (SL 02I7 MDM/DID)
02J6
02I7
• Desenho esquemático unifilar:
Barramento de AT (72,5kV) SED FTZ(CHESF)
SED MDM (Enel)
Barra de 72,5kV
SE DID
(Enel) Barra de 72,5kV
Trabalhos para fasear e energizar a LT 02I7 MDM/DID
Criando o 4° circuito de 69kV para suprimento da SE DID pelo eixo FTZ.
61
0
2
J
6
0
2
J
9
0
2
L
3
0
2
L
4
1
2
J
9
1
2
J
9
1
2
J
6
1
2
J
6
02I7
1
2
I7
1
2
I7
1
2
L
4
1
2
L
3
1
2
L
3
1
2
L
4
32I7-5
62
Circuitos faseados e sequenciado!
02J6
02I7
63
64
SE FTZ(Chesf)
SED MDM(Enel)
65
Verificação do faseamento entre os sistemas de AT (72,5kV) da 
SE FTZ e SE AQD, para alimentação da SE AQZ . Teste na 
chave de linha NA entre AQD de AQZ.
02S3
02C3
• Desenho esquemático unifilar – Antes de AQD
• ENEL
SED AQZ ENEL-Barra de 72,5kV 
Barra de 72,5 SED JAB
CHESF-SE FTZ
Barra de 72,5kV
66
0
2
J
1
0
2
N
1
02C3
• Desenho esquemático unifilar – depois de AQD
230/69KV
CHESF- Barra de 72,5kV da SE AQD
• ENEL
SED AQZ ENEL-Barra de 72,5kV 
Barra de 72,5 SED JAB
69/13,8KV 69/13,8KV
230/69KV
CHESF-SE FTZ
Barra de 72,5kV
67
02S3
0
2
J
1
0
2
N
1
02C3
NF
NA
68
69