Cap. 6 - Transformadores Para Instrumentos

8/11/2019 Cap. 6 - Transformadores Para Instrumentos

http://slidepdf.com/reader/full/cap-6-transformadores-para-instrumentos 1/61

Cap. 6 – Transformadores para Instrumentos

Universidade Federal de Itajubá - UNIFEIDisciplina ELE505 – Medidas Elétricas

Prof. Fernando Belchior – Março/2014

Universidade Federal de Itajubá UNIF I

Prof Dr Fernando Nunes Belchior

fnbelchior@hotmail com

fnbelchior@unifei edu br

Cap.6 –

Transformadores para Instrumentos. TP – Transformador de Potencial

. TC – Transformador de Corrente






6.1. INTRODUÇÃO

CONSIDERAÇÕES INICIAIS

As principais funções dos transformadores para instrumentos(TI’s) são:

Retratar condições reais de um sistema elétrico com a fidelidadenecessária;

Transformam o módulo da grandeza a ser medida sem alterar suanatureza (forma de onda, defasagem);

Isolar o circuito primário do secundário.






Transformadores de potencial (TP's) – saída de tensão

padronizada em 115 [V];

Transformadores de corrente (TC's) – saída de

corrente padronizada em 5 [A].

6.1. INTRODUÇÃO

Há dois tipos de TI's:






TP – Transformador de Potencial

A. Introdução;B. Diagrama Equivalente e Diagrama Fasorial;

C. Valores Nominais dos TP’s;D. Classe de Exatidão;E. Grupos de Ligação e Potência Térmica Nominal;F. Determinação da Carga dos TP’s;G. Polaridade e Marcação dos Terminais de TP’s;

H. Paralelogramos de Precisão e Classes de Exatidão;I. Observações Práticas Importantes Sobre TP’s;J. Representação das Tensões e Relações de Transformadores Nominais dos TP’s;K. Ordem de Grandeza das Perdas da Bobina de Potencial.






Figura 1 – Exemplo de utilização de TP

6.2. TRANSFORMADORES DE POTENCIAL (TP)

Primário do TP – 13,8kV fase-fase(existem diferentes

níveis de tensão)

Secundário do TP – Padronizado em

115V fase-fase


http://slidepdf.com/reader/full/cap-6-transformadores-para-instrumentos 7/61Cap. 6 – Transformadores para Instrumentos



Os TP’s reduzem os níveis de tensões das instalações a valores mais baixos,compatíveis com a segurança de operadores e das bobinas de tensões dos circuitos demedição, controle ou proteção.


A. INTRODUÇÃO

- A sua instalação pode ser externa ou interna (abrigada).- Ele alimenta a instrumentação de medição, proteção e controle.- A representação da relação de transformação e, por exemplo:

Figura 2 - Polaridade do TP

=

N1 N2





Figura 3 - Diagrama Equivalente do TP (tal como um transformador convencional)


B. DIAGRAMA EQUIVALENTE E DIAGRAMA FASORIAL

A carga Z’ do TP é um

medidor: voltímetro

e/ou medidor de energiaelétrica e/ou wattímetro,

etc.





Figura 4 - Diagrama Fasorial do TP







Características dos TP´s: Projetados para suportarem sobretensões a níveis determinados em regime permanente, sem que nenhum dano lhes seja causado;

Como são empregados para alimentar instrumentos de alta impedância(voltímetros, reles de tensão, etc) a

corrente secundária é extremamente baixa.

Além disso, devem ter um erro mínimo na

relação de transformação e no ângulo de fase.



Figura 5 – Terminais secundários de um TP





Tipos de TP´s:

• Indutivos,

• Capacitivos (mais conveniente e econômico em circuitos de alta eextra-alta tensão)

TP´s indutivos:

Mesmo princípio de funcionamento dos transformadores de potência,variando-se a tensão primária haverá uma variação proporcional natensão secundária, ou seja curva relacionando as duas tensões deveser linear.







Os TP’s podem ter, considerando a quantidade de enrolamentossecundários:

• Um enrolamento secundário: é o caso mais normal para TP’s de média ebaixa tensão. Amplamente utilizado na indústria em geral;

• Um enrolamento secundário com tap’s: utilizados onde se desejam dois oumais valores de tensão secundária;

•Dois secundários

: possuem dois secundários em núcleo magnético comume possuem enrolamentos com ou sem tap’s. Naturalmente, cadasecundário é afetado pelas condições de carga do outro.







• Os valores nominais que caracterizam um TP, de acordo com aNBR 6855/2009, são:

a) Tensão primária nominal e relação nominal;

b) Nível de isolamento;

c) Frequência nominal;

d) Carga nominal;

e) Classe de exatidão;f) Potência térmica nominal.


C. VALORES NOMINAIS DOS TPs

U i id d F d l d I j bá UNIFEI





TENSÃO PRIMÁRIA E RELAÇÃO NOMINAL:

• A tensão primária nominal depende da tensão entre fases, ou entre fase e neutro, docircuito em que o TP vai ser utilizado;

• A tensão secundária nominal é, aproximadamente, 115 Volts (fase-fase). Caso a ligaçãoseja fase-neutro, utiliza-se 115/√3 volts. Outras possibilidades de tensão no secundário(não muito comum): 110[V], 120 [V], 125[V];

• A relação de transformação é definida como:

= 12

• U 1N

– é a tensão primária nominal, em [V]

• U 2N – é a tensão secundária nominal, em [V].



U i id d F d l d It j bá UNIFEI








TENSÃO PRIMÁRIA E RELAÇÃO NOMINAL:









FREQUÊNCIA NOMINAL:60 [Hz] no Brasil.







CARGAS NOMINAIS:









Classe de exatidão é o valor máximo de erro, expresso emporcentagem, que poderá ser causado pelo TP aos instrumentos a ele

conectados.

TP’s são enquadrados em uma ou mais das três seguintes classes deexatidão: 0,3; 0,6 e 1,2.

A seleção da classe de precisão depende da aplicação a que se destinao TP.


D. CLASSE DE EXATIDÃO

Uni ersidade Federal de Itaj bá UNIFEI






Tabela 4 – Aplicações dos TP’s conforme sua classe de exatidão


D. CLASSE DE EXATIDÃO

Universidade Federal de Itajubá UNIFEI






TP´s classificam-se em 3 grupos de ligação:

a) Grupo 1 - TP´s projetados para ligação entre fases;b) Grupo 2 - TP`s projetados para ligações entre fases e neutro desistemas diretamentes aterrados;

c) Grupo 3 – TP´s projetados para ligações entre fases e neutro de

sistemas onde não se garanta a eficácia do aterramento.


E. GRUPOS DE LIGAÇÃO E POTÊNCIA TÉRMICA NOMINAL







• Potência térmica nominal é a maior potência aparente que um TP podeoferecer em regime permanente e tensão e frequência nominais.

• Para os TP´s pertencentes aos grupos 1 e 2 a potência térmica deve sersuperior a 1,33 vezes a carga mais alta em [VA], referente a exatidão do TP,com sobretensões de 15% continuamente.

• Para os pertencentes ao grupo 3 a potência térmica superior a 3,6 vezes a

carga mais alta em [VA] com sobretensões 90% continuamente.









A potência térmica é expressa por :

> ∗ 1,21 ∗

Pt - potência térmica;K - 1,33 (grupos 1 e 2) ou 3,6 (grupo 3);

U - tensão secundária em [V];

Z - impedância correspondente à carga

nominal em [Ω].



Tabela 5

Potências térmicas aceitáveis para secundárionormalizados em 115 e 66,45 [V]







Representação ABNT: 0,6P12,5 -> 0,6 – exatidão e

X-P.VA onde 12,5 – potência máxima VA

X é a classe de precisão.

VA a potência da carga acoplada ao secundário

Representação ANSI:

Designação por letras:;

a) 0,3WXY -> TP com cargas padronizadas W, X e Y acopladas aosecundário, tem classe de exatidão 0,3;

b) 0,6Z -> Com carga padronizada Z acoplada ao secundário, temclasse de exatidão 0,6.


F. DETERMINAÇÃO DA CARGA DOS TPs








F. DETERMINAÇÃO DA CARGA DOS TPs

Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI







G. POLARIDADE E MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DE TPs







Os paralelogramos definem a área onde um determinado TP está dentro de uma classe deexatidão.


H. PARALELOGRAMOS DE PRECISÃO E CLASSES DE EXATIDÃO







1. Se um TP alimenta vários instrumentos elétricos, estes devem ser ligados emparalelo a fim de que todos eles fiquem submetidos à mesma tensão

secundária do transformador;

2. Estando um TP com carga e havendo a necessidade de retirá-la, é necessário queo enrolamento secundário fique aberto. O fechamento do secundário de um

TP através de um condutor de baixa impedância provocará um curto-circuito;em outras palavras, uma corrente secundária demasiadamente elevada, e emconsequência a primária, pode provocar a danificação do TP e, ainda, uma possível perturbação no sistema do circuito principal;


I. OBSERVAÇÕES PRÁTICAS IMPORTANTES SOBRE TPs





Universidade Federal de Itajubá UNIFEIDisciplina ELE505 – Medidas Elétricas


3. Outro aspecto importante é o aterramento rígido, que deva haver entre carcaça ecircuito secundário dos TP’s do Grupo 1 e dos terminais do neutro dos TP’s dosGrupos 2 e 3 à malha de terra da instalação; isto se deve aos seguintes fatores:

a) Contato ocasional entre primário, secundário e carcaça devido à falha ou defeitosinternos, resultando no aparecimento de potenciais perigosos a operadores;

b) Aparecimento de altos potenciais estáticos no enrolamento secundário, devido àindução estática entre enrolamentos primário e secundário (funcionam, basicamente,como as placas de um capacitor).

4. Os TP’s, assim como outros transformadores monofásicos, devem ter polaridadesubtrativa.


I. OBSERVAÇÕES PRÁTICAS IMPORTANTES SOBRE TPs







As tensões primárias nominais e as relações nominais devem ser representadas em ordem crescente,do seguinte modo:

a) Sinal de dois pontos (:) deve ser usado para representar relações nominais. Por exemplo: 120:1

b) Hífen (-) deve ser usado para separar relações nominais de enrolamentos diferentes.

Por exemplo: 700-1200:1

c) Sinal (x) deve se usado para separar tensões primárias nominais e relações nominais deenrolamentos destinados a serem ligados em série ou paralelo. Por exemplo: 6900 x 13800[V]

x 120:1

d) A barra (/) deve ser usada para separar tensões primárias nominais e relações nominais obtidas pormeio de derivações, seja no enrolamento primário, ou seja, no enrolamento secundário.

Por exemplo: Um enrolamento primário com derivação, e um enrolamento secundário:

6900 / 8050 [V] → 60/70:1


J. REPRESENTAÇÃO DAS TENSÕES E RELAÇÕES DETRANSFORMADORES NOMINAIS DOS TP’s







Tabela 9

Ordem de grandeza das perdas da bobina de potencial de instrumentos elétricosempregados com TP´s de 115V, 60Hz.


K. ORDEM DE GRANDEZA DAS PERDAS DA BOBINA DEPOTENCIAL







Ex.: Especificar um TP para medição de energia elétrica para faturamento a um consumidorenergizado em 69 kV, em que serão utilizados os seguintes instrumentos:

a) medidor de kWh com medidor de demanda;

b) medidor de kVArh sem medidor de demanda.OBS.: Utilizar os maiores valores.


K. ORDEM DE GRANDEZA DAS PERDAS DA BOBINA DEPOTENCIAL







TC – Transformador de Corrente

A. Introdução;B. Diagrama Equivalente e Diagrama Fasorial;C. Paralelogramos e Classes de Exatidão;D. TC’s para Medidas e Proteção;E. Tipos de TC’s conforme sua Construção;

F. Tipos de TC’s conforme seus Enrolamentos;G. Valores Nominais dos TC’s;H. Especificação de TC’s;I. Polaridade e Marcação dos Terminais de TC’s;J. Relação de Transformação;K. Representação das Correntes e Relações de Transformação Nominais dos TC’s.L. Ordem de Grandeza das Perdas da Bobina de Corrente.







• Reduz valores de corrente em outro de menores intensidades. Mais comum 5[A];

• O circuito primário é ligado em série com a alimentação de uma instalação ou equipamentoonde se deseja medições ou proteção;

• O circuito secundário alimenta as bobinas de corrente dos aparelhos destinados para tal

fim. Ex.: Amperímetro, bobina de corrente do wattímetro e do medidor de energia elétrica.

6.3. TRANSFORMADORES DE CORRENTE (TC)

A. INTRODUÇÃO







• Em TC´s a corrente primária que define a secundária,

independente do instrumento que esteja alimentando.

• Baixa impedância de primário para não influenciar o circuito

de alta corrente.• Alta tensão de secundário.

• Inconveniente:


A. INTRODUÇÃO





jDisciplina ELE505 – Medidas Elétricas


“ Antes de qualquer operação com TC´s deve-se primeiro aplicar umcurto circuito através de um condutor de baixa impedância ou de chaveapropriada. ”


A. INTRODUÇÃO







TC para medição


C. PARALELOGRAMOS E CLASSE DE EXATIDÃO

CLASSE APLICAÇÃO

0,3Medidas de precisão (laboratório e

faturamento)

0,6 Medidas de energia (faturamento)

1,2 Instrumentos de painel em geral

3,0 Amperímetros.







• Construção diferente para medição e proteção;

• TC´s para medição mais precisos e saturam em 150% da correntenominal;

• TC´s para proteção menos precisos e não devem saturar facilmente.Saturam cerca de 20 a 25 x In (2000 % In , 2500 % In).


D. TCs PARA MEDIDAS E PROTEÇÃO







Tipo enrolado: enrolamento primário constituído por uma oumais espiras, envolve mecanicamente o núcleo do transformador;

Tipo barra: primário constituído por uma barra montadapermanentemente através do núcleo

do transformador.


E. TCs CONFORME SUA CONSTRUÇÃO







Tipo janela: sem primário próprio, construído por uma aberturano núcleo, por onde passará o condutor primário,

Formando uma ou mais espiras.

Tipo bucha: tipo especial de TC janela, instalado

sobre a bucha de um equipamento elétrico

fazendo parte dele.









TC núcleo dividido: tipo especial de TC janela em que partedo núcleo é separável.







Disciplina ELE505 – Medidas Elétricas


Objetivo: variação da relação de transformação. VÁRIOS ENROLAMENTOS PRIMÁRIOS

Ex.: TC com 4 enrolamentos primários que suportam 100A cada, tem-se:

Ligação série 100-5[A]

RTC – 20:1 Ligação série-paralelo 200-5[A]

RTC – 40:1

Ligação paralelo 400-5[A]

RTC – 80:1


F. TCs CONFORME SEUS ENROLAMENTOS

TC seria 100x200x400 – 5 [A]

(RTC = 20x40x80:1).







Objetivo: variação da relação de transformação.

VÁRIOS ENROLAMENTOS SECUNDÁRIOS EM NÚCLEOS DISTINTOS.

OsTC’s

possuem dois tipos de enrolamentos secundários, um para medição e outro paraproteção. Por este fato, nota-se que, neste caso, deve haver dois núcleos diferentes eindependentes entre si devido às diferenças de saturação.


F. TCs CONFORME SEUS ENROLAMENTOS

Figura 9 – TC’s com vários enrolamentossecundários








G. VALORES NOMINAIS DOS TCs







A. CORRENTE NOMINAL E RELAÇÃONOMINAL

• Corrente Primária: TC´s deve serescolhido de acordo com a correntemáxima do circuito ao qual seráinserido;

• Corrente Secundária: No Brasilpadronizada 5[A], casos especiaisem proteção pode haver 2,5[A], 1[A].



Universidade Federal de Itajubá - UNIFEIDi i li ELE505 M did Elét i






B. NIVEL DE ISOLAMENTO:Normalmente considera a tensão como sendo a imediatamente superior à nominal delinha do circuito em que o TC será utilizado.



C. FREQUÊNCIA NOMINAL:60 [Hz] no Brasil.







D. CARGA NOMINAL :

Designadas pela letra C seguida da carga em [VA] em 60 [HZ], correntesecundária 5[A].

A resistência, indutância, das cargas nominais são obtidas multiplicando-se osvalores especificados na tabela 3 pelo quadrado da relação entre 5[A], e acorrente secundária nominal do transformador.









E. CLASSE DE EXATIDÃO

TC´s Medição: Objetivo detectar a qualidade do TC´s .

NBR 6856/81 TC´s devem ser enquadrados nas seguintes classes de exatidão:

0,3; 0,6; 1; 2; 3.

TC´s e os instrumentos (destinados a serem ligados ao mesmo) devem apresentar amesma classe de exatidão.









TC´s proteção: NBR 6856/81 padronizou a classe de exatidão 5 ou 10% , para qualquercorrente secundária, desde 1 a 20 vezes a corrente nominal, e qualquer carga igual ou inferior anominal.

A NBR 6856/81 admite que a corrente máxima deva ser 20 vezes a nominal, não citando o fatorde sobrecorrente.









G. FATOR TÉRMICO NOMINAL:

• É o fator que multiplicado pela corrente primária indica a corrente primária máxima que oTC pode suporta em regime permanente.

• Os fatores térmicos são : 1,0; 1,2; 1,3; 1,5; 2.



H. CORRENTE TÉRMICA NOMINAL (Ith):• É a maior corrente primária que um TC é capaz de suportar durante 1seg., com o

secundário curto-circuitado, sem exceder os limites de elevação de temperaturacorrespondente a sua classe de isolamento.

I. CORRENTE DINÂMICA NOMINAL:• É o valor da crista da corrente primária que um TC é capaz de suportar, durante o

primeiro ciclo com o secundário curto-circuitado. A NBR 6856 cita que o valor da crista énormalmente 2,5 o valor da corrente térmica. Idin= 2,5 I

th

Universidade Federal de Itajubá - UNIFEIDisciplina ELE505 Medidas Elétricas






Medição: Verificar a aplicação do TC, para se determinar a classe de exatidão.

Depois determina-se as cargas em termos de suas potências consumidas

Representação da NBR:

X é a classe de exatidão e VA a potência.Ex: 0,6C25

Representação ANSI:

X é a classe de exatidão e Z a impedância.

Para o TC do ex. anterior, com I2n=5A, P=Z.I2 -> Z=1Ω -> 0,6B1


H. ESPECIFICAÇÃO DE TCs







Proteção:

Maneira Antiga: ANSI e ABNT

A ANSI utilizava os seguintes termos:

Onde:

H – impedância secundária interna elevada (TC do tipo enrolado)

L – impedância secundária interna baixa (TC do tipo bucha ou janela)

X representa o máximo erro de relação especificado em porcentagem (valor 10 ou2,5), V significa a máxima tensão terminal secundária.

O mesma é válido para a letra L.









Maneira atual: A NBR 6856/2009 modificou a especificação de TC´s de proteção.

É necessário indicar se o TC de proteção deve ser de classe A(alta impedância) ou B(baixa impedância) e também a tensão secundária nominal









Polaridade: sentido das tensões induzidas no primário e secundário.


I. POLARIDADE E MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DE TCs

As diversas normas internacionaisespecificam que os TC’s devem ser

subtrativos e os terminais marcados comomostrado na tabela a seguir.








I. POLARIDADE E MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DE TCs







Procura-se aplicar a corrente primária I com um valor mais próximo possível dosnominais do TC. Efetuadas as medidas calcula-se os erros.


J. RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO







Hífen (-): separar as correntes nominais

Dois pontos (:): exprimir as relações nominais

(X): separar as corrente primárias ou relações obtidas e enrolamentos cujas bobinasdevem ser ligadas em série ou paralelo

Barra (/): separar correntes primárias ou relações obtidas por meio de derivações.


J. REPRESENTAÇÃO DAS CORRENTES E RELAÇÕES DETRANSFORMAÇÃO NOMINAIS DOS TCs







6.3. TRANSFORMADORES DE CORRENTE (TC)L. ORDEM DE GRANDEZA DAS PERDAS DA BOBINA DE

CORRENTE






Disciplina ELE505 Medidas Elétricas


ESPECIFICAÇÃO DE TCs

. O cálculo de potência ê idêntico ao cálculo feito para o TP.

. Os condutores secundários devem entrar no cálculo de carga;

. Os TC's fornecem isolamento também;

. Tipos de TC´s: - Enrolamento: primário enrolado; - Barra: circ. primário é uma barra; - Janela; - Bucha; -Núcleo dividido: alicate amperímetro.. As cargas devem ser ligadas em série;. I secundária (5A);

. I primária;

. Classe de exatidão;

. Carga nominal;

. Fator térmico - FT x In (Para atingir temperatura limite mantendo-se dentro da precisão) - 1,0; 1,2; 1,3;1,5; 2,0. Nível de Isolamento;

. Corrente térmica nominal → chegar à temperatura limite para determinada corrente em 1s; . Corrente din. nominal → 2,5 x Ith para não destruir o TC, aplicação = 0,5 ciclo;

. Polaridade;

. Utilização e tipo (externo. interno/janela, bucha, etc.)

. Há TC's: - Vários núcleos; - Múltipla relação de transformação (vários primários); - Derivação nosecundário; - Mixtos.

. O aumento de carga se dá pelo aumento da impedância da carga secundária (analisar I2= constante).







Especificar um TC para medição de energia elétrica para faturamento a um consumidor energizado em 69

kV, cuja corrente na linha chegará em 80 A no 1º ano de operação, podendo atingir cerca de 160 A, no 2ºano. Os instrumentos elétricos que serão empregados, abaixo indicados, ficarão a 25m do TC e serãoligados ao 2º deste através de fio de cobre 2,5 mm2. O medidor de kWh com indicador de demandamáxima tipo mecânico apresenta consumo de 1,4 W e 0,8 VAr. O medidor de kVArh, específico paraenergia reativa, sem indicador de demanda máxima com consumo de 1,4 W e 0,8 VAr. O condutoresconduzindo 5 A apresentam um consumo de 6,6 W.

Especificar um TC para medição de energia elétrica e controle, sem finalidade de faturamento, sabendoque a tensão entre fases do circuito é de 13,8 kV e que a corrente na linha chegará no máximo a 80 A. Osinstrumentos elétricos que serão empregados são: Medidor de kWh com indicador de demanda máxima, consumo 1,4 W, e 0,8 VAr; Medidor de kWh, sem indicador de demanda máxima, acoplado a um autotransformador de

defasamento, utilizado para medir kVArh, consumo 1,4 W, e 0,8 VAr; Wattímetro com consumo de 0,7 W e 2,0 VAr; Varmetro com consumo de 0,7 W, e 2,0 VAr; Amperímetro com consumo de 1,5 W, e 0,7 VAr; Fasímetro 2,5 W e 2,0 VAr.Os instrumentos estão instalados a uma distância média de 25 m do TC, com condutor de 2,5 mm2.

EXERCÍCIOS





Obrigado pela atenção !!

FIM

Cap. 6 - Transformadores Para Instrumentos

Documents

Transcript of Cap. 6 - Transformadores Para Instrumentos